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차량 주행시 발생되는 열로 인한 노면 온도 변화

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한국도로학회 (Korean Society of Road Engineers)
초록

겨울철에는 눈, 우박 등의 원인으로 교통사고가 많이 발생한다. 이런 겨울철에 차량이 주행하여 발생하는 열은 도로환경의 안정성에 영향을 끼친다. 본 연구에서는 도로기상정보시스템(RWIS; Road Weather Information System)에서 제공하는 실시간 기상관측 데이터를 이용하여 차량 주행시 발생하는 열이 노면온도변화에 어떠한 영향을 끼치는지 알아보도록 한다. 노면은 태양복사에너지와 대기장파복사에너지를 흡수하고, 현열, 잠열, 지구장파에너지 및 포장열을 방출한다. 차량이 통행하는 노면에서의 열수지 방정식으로 나타내면 식(1)과 같다.    Δ       (1) :노면의 체적 열용량 [J/㎥/K] ,   :노면 온도 [K] , Δ : 노면 표층 두께 [m],  :순복사 플럭스 [W/㎡] :자연 바람에 의한 현열 플럭스 [W/㎡], :잠열 플럭스 [W/㎡], :포장열 플럭스 [W/㎡] 본 연구에서는 노면온도 관측을 위해 기상센서 시스템을 구축되어 있는 제3경인고속도로 목감IC 전방을 선정하여 적용하였다. 데이터는 24시간(2014년 12월 2일 0시 ∼ 24시) 동안 1분 간격으로 수집하였다. 주요 입력 자료(기온, 습도, 기압, 풍속, 노면온도 등)는 기상센서를 이용한 관측 데이터를 사용하였고, 태양복사량 등은 기상 개발연구원의 예측 데이터를 이용하였다. 노면의 열수지에서 차량열의 영향을 알아보기 위해 각각의 열수지 성분 절대값의 합계에 대한 차량열 플럭스( 및   ,   , )의 각 비율을 로 나타내었다. 이는 식 (2), (3)과 같다.                  (2)                   or  or  (3) 차량 복사열이 일사량과 교통량이 많은 낮에는 노면에 미치는 영향이 감소하고, 일사의 영향이 없는 야간과 새벽에는  _   와 비슷한 비율을 된다. 차량풍 현열이 노면의 열수지에 끼치는 영향( _ , △)는 0:00∼8:00까지는 5∼7%로 작지만, 그 이후 일사의 영향에 의한 기온, 노면온도 차이의 증가, 교통량의 증가로 인해 최대 30.0%로 급격히 증가한다. 또한 17:00부터 일사량의 감소로 기온과 노면온도 차이가 감소되어 노면 열 수지에 끼치는 영향이 급격히 감소한다. 주행하는 자동차에서 방사되는 열을 바탕으로 차량열 플럭스의 시간변화에 따른 노면에서의 영향을 평가할 수 있었다. 겨울철 노면온도에 있어서 차량열의 영향은 46.5 ∼75.9%이며, 타이어 마찰열, 차량 복사열 및 차량풍 현열와 전체 열 플럭스의 비율은 각각 최대 약 30%에 달했다. 즉, 건조한 노면상태에서 주행하는 차량의 발생열이 노면온도에 큰 영향을 미친다.

저자
  • 손영태(명지대학교 교통공학과 교수·공학박사)
  • 박상현(명지대학교 교통공학과 교통운영연구실 석사과정)
  • 신민정(명지대학교 교통공학과 교통운영연구실 석사과정)