본 논문은 실내 공기질 개선을 위한 스마트 공기청정 시스템 구현 및 구동에 관한 연구이다. 최근 다양한 환경적 요인으로 인해 실내 공기질 오염에 따른 문제가 심각해지고 있다. 본 연구에서는 이와 같은 실내 공기질 오염의 문제점을 개선하기 위해, IoT 센서를 활용한 스마트 공기청정 시스템을 구현하고자 한다. 특히 공기질 오염도를 실시간으로 측정하고, 오염도에 따라 서로 다른 공기 정화 경로를 가변시켜 줄 수 있는 시스템을 제안하였다. 이를 통해 효율적인 공기질 개선 및 필터의 수명 연장, 시스템 에너지 저감 등을 검토하였다. 또한 실내 공기질 개선 시스템에 대한 기능을 구현하기 위해 주요 부품을 선정하였고, 시제품을 제작하여 동작성을 확인하였다. 최종적으로 선형엑츄에이터를 활용한 실내 공기질 개선 시스템의 구현을 통해, 공기질 개선에 대한 효용성을 검토하였다.
수년간 고농도 미세먼지 발생으로 인한 실내공기질 관리방안에 관한 논의가 계속되고 있다. 특히, 시민들이 하루에 1.75시간 이상 지하철 및 버스 등의 대중교통 내에서 머물고 있는 것으로 발표되고 있어 환경부에서는 2019년 대중교통에서의 공기질 관리 방안을 강화하는 것으로 발표한 바 있다. 최근 철도차량 등의 대중교통 차량에서 공기질 개선장치가 도입되고 있는 추세이긴 하나, 대부분의 기존 대중교통차량에서는 공기질 개선장치가 적용되어 있지 않고 대기질이 나쁨인 경우 실내 환기가 어려워 이용 시민들의 건강을 해칠 수 있는 상황이다. 이러한 상황에서 강화되는 실내공기질관리법을 만족하기 위해서는 다양한 대중교통 차량에서의 공기질 관리기술을 토대로 신규차량 뿐만 아니라 기존차량에서 적용할 수 있는 실제적인 논의가 필요하다. 본 기고문에서는 대중교통에서의 공기질 현황을 알아보고 효율적인 공기질개선을 위한 미세먼지 및 이산화탄소 저감에 관한 연구동향을 정리하고자 한다.
주택의 공기질 환경에 대하여 사회적 이슈가 된 새집증후군에 대한 언론매체의 집중적 보도와 실내 공기질이 인체에 미치는 영향에 대한 연구보고서의 잇따른 발표에 따라 실내 공기 질에 대한 관심이 점점 더 고조되고 있는 시점에 환경부의 실내공기질 관리법에 의해 2004년 5월부터 신축되는 공동주택의 경우 포름알테히드와 VOCs등 새집에서 발생되는 유해 물질을 입주 전 측정하여 공고하여야 한다는 법이 제정이 되어있다. 따라서 각 건설사 및 관련 업계에서는 실내의공기질을 개선하기 위한 다양한 방법을 연구하고 있으며 일차적으로 유해오염물질이 발생되지 않는 건축자재를 사용하는 근본적인 오염원인을 제거하는 source control를 선행을 하고 2차적으로 거주자가 주거생활을 하면서 발생시키는 오염물질인 $CO_2$및 분진 냄새 등은 강제환기를 통해서 개선시키는 방법을 채택하여 실내공기 질을 개선하고자 노력하고 있다. (중략)
오늘날 경제적 생활환경의 개선으로 인하여 현대인은 24시간 중 80 % 이상을 다양한 실내에서 생활하고 있다. 이에 따라 실내 공기질에 대한 관심이 확대되고 있는 실정이다. 우리나라도 1970년대 이후 실내환경에 대한 공기오염의 보건학적 관심을 보이기 시작했으며 오염원에 대한 기초 조사와 연구가 더욱더 절실한 실정이다. 특히, 실내에서의 오염원 중 담배연기는 보건학적으로 인간의 건강을 위협하는 가장 위협적인 존재이며, 실내 공기질에 가장 큰 영향을 미치는 최악의 오염원이므로 담배 연기에 대한 연구는 매우 중요하다. (중략)
현대인들은 지속적인 산업 발전으로 인해 실내 활동 시간이 증가하고 있다. 실내 활동 시간이 늘어남에 따라 실내 공기질에 대한 관심이 또한 높아지고 있지만 현대 건축물들은 기능성을 위해 폐쇄적인 형태를 지니고 있는 실정이다. 실내 대기 오염의 주요 원인은 화학적 원인인 포름알데히드와 생물학적 원인인 곰팡이가 대표적이다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 천연물질을 통한 실내 공기질 개선에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 그 중 천연물질인 피톤치드는 포름알데히드와 곰팡이를 효과적으로 감소시키는 것으로 알려져 있다. 또한, 다공성 구조를 가진 숯은 오염물질에 대한 높은 흡수율을 지니고 있다. 본 연구에서는 실내공기질 오염의 주된 원인인 포름알데히드와 곰팡이를 제거하기 위해 피톤치드와 숯을 혼입하여 기능성 시멘트 경화체를 제작하고 이를 통한 실내 공기질 개선에 대한 연구를 진행하였으며, 실험 결과 피톤치드와 숯을 혼입한 기능성 시멘트 경화체는 포름알데히드와 곰팡이를 저감시키고 실내 공기질을 효과적으로 개선하는 것을 알 수 있었다.
최근 인구 증대 및 도시 집중화에 따른 지상공간 부족의 대안 및 택지 이용도 효율 방안으로 지하공간 개발의 필요성이 증대되고 있다 특히 날로 증대되고 있는 지하공간에서의 문제점으로 설계 및 용도에 적합한 환기 시스템의 도입 및 운영의 미흡으로 공기질 악화 현상과 국민 보건상의 문제로 노출되고 있는 실정이다. 환기시스템은 일상적 공간환기는 물론 화재시의 배연기능을 포함한다. 따라서, 정상적인 작동(일반 환기)과는 별도로 비정상 환경(화재시의 배연)에서의 중요성이 인식되고 있다. 따라서, 시스템 설계 오류는 화재발생시 중대한 인명피해로 연결됨으로서 그 중요성은 아무리 강조하여도 지나침이 없다 이미 미국, 일본, 노르웨이 등의 선진 외국에서는 지하공간의 최적환경 개선은 국민 삶의 질 향상이라는 관점 하에 꾸준히 진행되어오고 있다. $^{(1~3)}$ 우리나라에서도 서울1기 지하철을 시작으로 교통난의 해소를 위하여 2005년까지 총연장 60km에 이를 것으로 전망됨에 따라 지하공간의 공기질 개선 및 화재시의 배연설비의 최적화가 요구된다.(중략)
최근 새집증후군과 관련하여 건설업체들의 움직임이 상당히 빨라지고 있다. 금년 5월부터 공동주택의 실내공기질 법규가 강화되어 발효되는 것에 발맞추어 신규 분양되는 아파트를 대상으로 그동안 개발되어 온 친환경 기술을 모두 적용하여 예상되는 법규의 가이드라인보다 강화된 선진국 수준의 청정한 실내공기환경 조성에 최선의 노력을 다하고 있다. 이것은 최근 관심이 고조되고 있는 "well-being"바람에 편승하여 소비자들의 많은 호응을 얻을 것으로 보인다. 즉 아파트 공기질과 관련한 사회적 수요조건이 창출되었다고 판단된다. (중략)판단된다. (중략)
본 연구는 다양한 실내 환경에서 공기질을 모니터링 할 수 있는 다중 센서 시스템인 AirDeep-Room을 설계 및 개발하였다. 이 시스템은 CO2, TVOC, 미세먼지, 온도, 습도 등을 실시간으로 측정하며, 멀티 센서를 통해 다양한 환경에서의 공기질 변화를 분석할 수 있는 장점을 제공한다. AirDeep-Room 시스템은 low data 형식으로 데이터를 실시간으로 확인할 수 있으며, 실내 환경에서의 공기질에 대한 분석을 진행하였다. 설계한 센서 시스템을 상이한 환경인 서버실과 강의실에 설치해 실험을 수행한 결과, 서버실에서의 온도와 습도는 -0.24의 음의 상관관계를, 강의실에서는 0.43의 양의 상관관계를 보였다. 강의실에서의 실험 결과는 학생 수와 CO2 및 TVOC 농도가 r=0.69로 높은 상관관계를 보였다. 이는 학생 수가 실내 공기질 변화에 중요한 영향을 미칠 수 있음을 보여준다. 이러한 결과는 AirDeep-Room 시스템이 다양한 환경에서 공기질을 보다 효과적으로 관리할 수 있는 기반을 제공하며, 인구 밀도가 높은 공간에서 공기질 개선을 위한 중요한 역할을 할 수 있을 것으로 기대된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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