| 연구개발개요 |
○ 지금까지의 방호시설은 군사용 시설만을 대상으로 하였으나 최근에는 지하에 건설하는 정부 및 민간의 각종 데이터 저장을 위한 데이터센터, 백업센터 등도 EMP 차폐, 방폭 및 화생방을 검토할 필요가 있으며, 현재 일부분 설계를 진행하고 있다. ○ 방호시설은 대상 시설이 지하에 위치하므로 진입터널 입구에서의 외부 폭발에 의한 터널 내부의 폭압 검토가 필요하다. 보호시설 접근을 위한 터널의 경우 경로길이, 폭압 저감을 위한 적정 굴절 및 굴절부분에 설치하는 폭풍함정(파편포켓) 및 폭발에너지의 분산/시간차 분리 등에 대한 검토가 필요하다. 이는 시설을 보호하기 위한 방폭밸브 설치벽면에 미치는 압력을 저감시키기 위한 것으로 방폭밸브의 내압 등급에 따라 소요비용이 급격하게 증가하기 때문에 터널 건설시 시공비용을 절감하기 위한 방안이 필요하다.○ 본 연구에서는 방호터널 내에 설치되는 전산센터, 군사용 지휘시설내의 상주 인원을 위한 필요 공기량, 각종 장비의 발열을 제거하기 위한 공기량 확보를 위해서 반드시 설치해야 하는 외부 공기 인입을 위한 방폭밸브에 미치는 외부 폭압을 저감시키기 위한 터널입구 형상, 폭풍함정의 형상 및 압력 저감을 위한 Chamber 등에 대한 가이드라인을 제시하는 것을 목표로 한다.○ 방호대상시설은 내부의 장비 및 인원을 보호하기 위하여 물리적 방호, 화생방 방호 및 EMP 방호가 필요하며, 보호 대상에 따라 화생방 방호와 EMP 방호의 우선순위가 결정되지만 물리적 방호는 다른 방호에 비해서 최우선적으로 고려되어야 한다.○ 물리적 방호는 외부의 폭발 압력이 방호터널 내부로 들어오는 것을 줄여주는 입구의 기울기 등 형상, 폭풍함정의 형태 등에 영향을 받으며 터널 입구에 들어온 압력은 내부에 설치하는 시설의 인원 및 장비를 위하여 내부에 설치되는 환기용 방폭밸브에 영향을 미치게 된다.○ EMP로부터 보호하는 방법은 시설 전체를 철판 또는 금속계 물질로 전체를 둘러쌓는 것이며 폭압에 대한 대책은 터널의 진입부 중간 또는 보호시설의 직전에 방폭밸브를 설치한 방호벽을 구축하는 것이다. ○ 환기 및 내부인원과 장비를 보호하기 위한 방폭밸브는 내부인원 및 장비발열을 제거하기 위하여 시설의 규모에 따라 다르기는 하지만 전산센터의 경우에는 200-400개 정도가 설치된다. 방폭밸브의 내압에 따라 일반적으로 11bar용과 40 bar용이 사용되며, 각각의 개당 설치단가 차이가 매우 커서 외부 폭압에 대응하는 방폭밸브를 설치하는 소요비용이 수십억원 차이가 발생하게 된다.
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| 최종목표 |
○ 지금까지의 방호시설은 군사용 시설만을 대상으로 하였으나 최근에는 지하에 건설하는 정부 및 민간의 각종 데이터 저장을 위한 데이터센터, 백업센터 등도 EMP 차폐, 방폭 등을 검토가 필요하며, 현재 일부분 설계를 진행하고 있다. ○ 방호시설은 대상시설이 지하에 위치하므로 진입터널 입구에서의 폭발에 대한 터널 내부 폭압에 대한 검토가 필요하다. 보호시설 접근을 위한 터널의 경우 경로길이, 폭압저감을 위한 적정 굴절 및 굴절부분에 설치하는 폭풍함정(파편포켓) 및 폭압에너지 저감을 위한 Chamber에 대한 검토가 필요하다. 이는 시설을 보호하기 위한 방폭밸브 설치벽면에 미치는 압력을 저감시키기 위한 것으로 방폭밸브의 내압 등급에 따라 소요비용이 급격하게 증가하기 때문에 터널건설시 건설 비용을 절감하기 위한 방안이 필요하다.○ 본 연구에서는 방호터널 내에 설치되는 전산센터, 군사용 지휘시설내의 상주 인원을 위한 필요 공기량, 각종 장비의 발열을 제거하기 위한 공기량 확보를 위해서 반드시 설치해야 하는 외부 공기 도입용 방폭밸브에 미치는 폭압 저감을 위한 터널입구 형상, 폭풍함정의 형상, 압력저감을 위한 굴절개소 및 에너지 분산 Chamber 및 에너지 분리 Chamber에 대한 가이드라인을 제시하는 것을 목표로 한다.
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| 연구내용 및 범위 |
폭압, 화생방 및 EMP방호를 위한 시설은 지하터널 내부에 위치하는 것이 일반적이며, 내부에 거주하는 재실자를 위한 소요 환기량 확보 및 각종 기기의 발열을 제거하기 위하여 외부로부터 공기가 들어오는 환기구가 필요하다. 환기구는 폭압에 대해 노출되어 있으므로 폭압에 의한 내부 시설물, 상주인원을 보호하기 위한 방폭밸브를 설치하여 공기를 도입하여야 한다. 정부통합전산센터, 군사용 지휘시설과 같이 내부발열이 많은 시설은 장비발열을 제거하기 위한 실외기 소요 공기량, 장비 운용을 위한 비상발전기 소요 공기량 및 각종 기기의 필요공기량에 대한 것은 별도로 고려해야 한다. 국가전산센터, 군용 지휘부 시설의 경우 장비발열, 내부인원이 많이 상주하게 되므로 환기를 위한 방폭밸브는 수백개를 설치하고 이러한 밸브는 폭압에 따라 11bar, 40bar용을 많이 사용하나 각 등급에 따라 매우 큰 비용차이가 발생하게 된다. 외부의 폭발압력이 터널 내부에 위치한 보호대상시설에 미치는 영향을 최소화 하려면 터널 출입구의 형태, 터널내부의 형태 등을 고려하여 시설을 보호하기 위한 방폭밸브에 미치는 압력을 최소화 하여야 한다. 방폭밸브는 다음과 같이 외부로부터 폭발압력이 들어오는 부분에 설치하며, 폭압으로부터 내부의 인원과 장비를 보호하는 역할을 한다. 방폭밸브는 1개당 통과유량을 고려하여 내부의 인원을 위한 환기량과 장비발열, 장비의 소요공기량을 합한 값에 해당하는 개수 이상으로 설치하여야 한다.테러 및 폭발사고 재난대응을 위한 방호·방폭 터널 내부의 폭압 저감(최대 20%) 기술 개발을 위한 기관별 연구내용 및 범위는 다음과 같다. ○ 주관연구기관 - 진입부 형태에 따른 내부 폭압전파 해석 - 방호터널 통로폭에 대한 폭풍함정의 최적 깊이 비율 도출 - 1ms 해상도의 비정상 해석을 이용한 방폭밸브의 시각별 폭압검토 - 지하형 또는 사면의 동굴/터널에 설치되는 보호시설의 굴곡부, 굴곡부에 설치하는 파편포켓 적정 형상 제시 - 폭압에너지 분리를 위한 Expansion Chamber 형상 및 크기 - 일반적인 방호터널 대비 방폭밸브에 미치는 폭압 20% 저감 가이드라인 제시.○ 공동연구기관 - 소산시설 기준 기반 터널 조건에 따른 입구 폭압 산정 및 검증 - TNT 작약량, 이격거리 및 포탄의 무게를 고려한 출입터널의 진입부 설계 방안 - 폭발에너지 시간차 분리를 유도하기 위한 Side Chamber 크기, 입구폭, 입구형상, 개소 등 최적화 - 폭발 초기 입구에서의 1ms 이하 해상도 CFD해석을 통한 폭압흐름 검토 - 터널입구 각도 또는 Side Chamber 형상 및 배치에 따른 장치별 폭압저감 가이드라인 제시 연구개발과제에 따른 핵심 연구개발 내용은 다음과 같이 크게 4가지로 분류된다. 1) 터널 출입구 형상 최적화？ 입구 형태에 따른 폭발발생 패턴 가시화？ 터널출입구의 형태(수직형, 상부돌출형 및 하부돌출형 등)？ 폭압감소를 위한 입구 형상 최적 기울기 시뮬레이션？ Prototype 선정 및 prototype 방폭밸브 압력 해석2) 폭발에너지 분산을 위한 Expansion Chamber 형상 기술？ 터널 중간부에 설치하는 Expansion Chamber 폭, 높이, 길이, 개소 및 형상 최적화？ 시간경과에 따른 비정상 폭압전파 해석(방폭밸브)3) 폭압반사/저감을 위한 폭풍함정형상 기술？ 폭압반사 및 저감을 위한 폭풍함정의 형상 (포물선형, 수직형, 경사형)？ 방호터널 통로폭에 대한 최적 깊이 비율 도출4) 폭발에너지 시간차 분리를 위한 Side Chamber 형상 기술？ 폭압에너지 시간차 분리를 위한 Side Chamber ？ Side Chamber의 크기, 입구 폭, 개소 및 형상 등 ？ 기존 설계안 대비 20% 폭압 저감 형상 가이드라인
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