| 연구개발개요 |
북한은 10-20기의 원자폭탄을 보유하고 있는 것으로 알려지고 있으며 핵폭발시 발생하는 EMP에 대한 적절한 방호대책은 유사시에 지휘 및 통신 기능을 발휘하기 위해 필수적인 요인이다. 미국의 국방기준에서 EMP 방호 최소성능은 80dB 이상이며, 주한미군의 차폐시설, 국방부의 차폐시설도 80dB이 기준이다. 1987-2001년 사이에 준공된 주한미군 EMP 방호시설 4개소 모두 100dB 이상이다. 우리나라의 경우도 2003년 준공된 국방부 청사 등의 EMP 방호시설이 모두 100dB 이상 급이다. 국내 민간시설은 군용보다 강화된 기준을 적용하고 있다. 삼성전자의 제품시험용 EMP 차폐실은 100dB 또는 110dB 이상(2002년), 쌍용자동차의 차량용 전자파 측정시설은 110dB 이상(2003년), 전파연구원의 전파측정시설은 110dB 이상으로 되어있다. 국내 민간시설이 미국의 국방기준보다 강화된 기준을 사용하지만 국방시설은 많은 인원이 동시에 거주하고 짧게는 2-3일, 길게는 일주일 이상 거주하는 시설이고 대형인 것에 반해서 민간시설은 소수의 인원이 실험을 위해서 잠시 사용하는 시설이고 대부분이 차폐 Room type이다. 또한 국방시설의 경우에는 화생방에 대한 고려도 함께 되어있기 때문에 단순하게 기준치를 가지고 평가하기에는 무리가 있다. 방호시설은 내부 인원의 활동 및 각종 장비의 운전을 위한 설비가 필요하다. 이러한 설비는 외기도입/배기 및 환기 등을 위한 덕트와 각종 배관으로, 방호도체를 관통하게 되며, 차폐판을 관통하는 덕트와 각종 배관을 통해 EMP가 시설내부로 유입되게 되면 시설내부에 설치된 모든 전자통신기기 및 전자부품이 사용된 각종 제어기기는 기능을 상실하게 된다. 국내에서는 전자 및 전기분야에서의 EMP 측정기술 및 EMP차폐를 위한 각종 소재, 부품 및 기기에 대한 기술과 연구는 활발하게 진행되고 있지만, 건축물에서 EMP에 대한 관련 제품 및 구체적인 설계/시공 방법에 대한 사항은 규정되어 있는 것이 없는 실정이다. 그러나 EMP방호실 내로 유입되는 대형 공조덕트 혹은 급배수 배관에 적용할 유체용 다중도파관에 대한 연구는 이루어지지 않고 있는 실정이다. 따라서 시설 외부로부터 내부로 유입되는 도파관을 통한 적정 급기？급수？급유 및 배수가 가능하도록 도파관 직경 및 유전체 종류에 따라 EMP의 차폐성능의 파악 및 공조덕트/급배수 배관에 대한 최적 형상기술에 대한 연구가 필요하다. EMP에 대한 대책은 전자 장비를 중심적으로 사용하는 스마트그리드 전력망, 송배전망 및 변전소, 발전소, 군 지휘 통제시설, 금융전산망 백업센터, 인터넷 데이터센터 등 많은 곳에서 나타나고 있으며 관련 시장도 급속도로 증가하는 추세를 나타내고 있다. 또한 덕트에 설치되는 EMP 차폐시설의 형태(원형,각형, Honeycomb), 배관내의 유전체의 종류(물, 공기, 유류 등)에 따른 EMP 전파 특성 등에 관한 연구도 진행된 것이 없다.
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| 최종목표 |
미국의 국방기준에서 EMP 방호 최소성능은 80dB 이상이며, 주한미군의 차폐시설, 국방부의 차폐시설도 80dB이 기준이다. 1987-2001년 사이에 준공된 주한미군 EMP 방호시설 4곳 모두 100dB 이상이다. 우리나라의 경우도 2003년 준공된 국방부 청사 등의 EMP 방호시설이 모두 100dB 이상 급이다. 국내 민간시설의 경우 군용보다 강화된 기준을 적용하고 있다. 삼성전자의 경우 제품시험용 EMP 차폐실은 100dB 또는 110dB 이상(2002년), 쌍용자동차의 차량용 전자파 측정시설은 110dB 이상(2003년), 전파연구원의 전파측정시설은 110dB 이상으로 되어있다. 국내의 민간시설이 미국의 국방기준보다 강화된 기준을 사용하지만 국방시설의 경우는 많은 인원이 동시에 거주하는 시설이고 대형인 것에 반해서 민간시설의 경우는 소수의 인원이 실험을 위해서 잠시 사용하는 시설이기 때문이다. 따라서 본 연구에서의 최종목표는 EMP 차폐 일체형 급기/배기 덕트와 급수/배수/유류배관을 대상으로 하고, EMP 차폐성능 80dB급과 100dB 급으로 설정한다.
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| 연구내용 및 범위 |
？EMP 차폐장치 일체형 외기도입/배기 덕트 설계 및 제작기술- 국내외 EMP 관련 건축설비요소기술 조사- 국내외 관련 기준분석- EMP 차폐 80 및 100dB급 성능목표설정- 목표달성을 위한 기준 조사 및 사례조사- 시험실실험을 위한 형상설계- 시뮬레이션에 의한 형상검증 및 평가- 최적 형상도출(압력/유속)- 각형, 허니컴, 원형 Type 검토- 실험실에서의 EMP 차폐 TEST- 망(網) Type 적용가능성 평가 시뮬레이션- EMP 차폐일체형 덕트 설계/제작 가이드라인- EMP 차폐 일체형 급기/배기 덕트의 형상 최적화를 위한 시뮬레이션은 차폐대상의 크기에 따라 도입외기 및 배기의 풍량에 따라 3 Type의 기준 크기설정- 각 기준크기와 EMP 차폐장치의 형태 3 Type(각형, 원형, Honeycomb)을 결정하고, 풍량에 따른 3종류에 대해서 각각 적용함. - 풍량별 최적크기, EMP 차폐형태에 따라 공공시설기준 2.5m/s∼4.5m/s의 범위 각 2개를 시뮬레이션하여 형태를 최적화 함.- Simulation의 Case는 총 54 case.- 시뮬레이션의 결과를 이용, 풍량별 최적 EMP 차단 일체형 급기/배기 덕트 개발. 3종.- 풍량, 풍속을 고려한 최적 Size를 결정할 수 있는 Chart Tool 개발.- 각형, 원형, Honeycomb Type 이외 망(網)Type 적용 가능성 검토. 최적화 시뮬레이션은 3종류의 Size (풍량기준)를 대상으로 실시하며, 풍속, 차폐 Type을 변경하여 총 50건 이상의 시뮬레이션을 실시하고, 시뮬레이션 결과를 정리, 통계 처리하여 기준크기 이외의 Size에 대해서도 풍량, 풍속에 따른 최적 형상을 결정할 수 있는 Chart를 개발함. 개발된 Chart Tool을 이용하여 simuation을 실시하지 않은 형상 및 크기에 대해서도 최적화가 가능하도록 작성. ？EMP 차폐장치 일체형 급수/배수/급유 배관 설계 및 제작기술- 배관 내 유체의 유전율에 따른 차폐도 평가- EMP 차폐 80dB 및 100dB 달성을 위한 형상설계- 시뮬레이션에 의한 형상검증 및 평가- 최적형상 도출(유속/압력/배수성능) - 실험실에서의 EMP 차폐 TEST- 최적형상 도출(EMP차폐성능)- EMP 차폐일체형 배수관의 유동 가시화- Chart를 이용한 형상최적화 Tool 개발- EMP 차폐 일체형 급배수, 급유배관 설계/제작 가이드라인 작성- EMP 방호시설의 차폐판을 관통하는 배수관은 도파관(WBC, Waveguide below Cutoff) 설치- 배관종류별로 유체의 점성, 밀도 등이 달라 종류별 EMP 차폐 일체형 배관형태가 달라짐.- 배수관의 유효단면적이 줄어들어 원활한 배수의 흐름 어려움. - 급수관은 관내에 공기가 혼합되어 있지 않아 비교적 그 유동해석이 비교적 용이.- 배수관 경우 사용할 경우에만 간헐적으로 배수되는 물과 공기가 혼합되어 흐름- EMP 차폐장치 일체형 배수관 : 시간에 따른 배수 흐름 특성 파악, 유동특성 복잡. 이용화, 박정원, 배수관내의 압력 및 유동특성, 공기조화위생공학, 제26권 제5호, 1997. p. 375.- 배수 수평관 : 관경의 1/2 또는 최대 유수시 2/3 이상으로 유수면이 높아지지 않도록 관경 결정 - 배수관의 관경과 구배 : 유속 0.6-1.2m/s, 유수 깊이가 유지되도록 구배 결정. 관경이 200mm 이상, 유속이 0.6m/s를 넘는 경우에는 배관의 최소구배보다 다소 완만하게- 급수관 : 정상(steady state) 시뮬레이션 (형상에 따라 다르나, 비정상계산에 비해 비교적 용이함)- 배수관 : 시간 경과에 따른 비정상(non steady state) 시뮬레이션.(계산과정 복잡, 소요시간이 많이 걸림)
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