생활수준이 점차 높아짐에 따라 환경문제에 대한 국민들의 관심과 인식 수준도 증가하였다. 최근 들어 실내 활동시간이 증가함에 따라 환경에 대한 인식과 개선에 대한 방안이 요구되고 있다. 본 연구에서는 IoT 기반 기술을 이용하여 실시간으로 실내 환경에 대한 모니터링을 통해 환경정보를 수집하고 연동된 제어장치를 이용하여 실내 환경을 적정수준으로 유지하고 개선하는 시스템을 설계하고 개발하였다. 이는 기존의 수동적인 실내 환경개선 행위나 대규모 설비를 대신하여 가정이나 소규모 장소에서도 자동적인 실내 환경개선 시스템을 제공한다. 본 시스템은 공기 질과 CO2, 온도와 습도, 소음과 조도에 따른 상태분석과 함께 상대적 기준치를 적용하여 9가지의 상태에 따른 제어신호를 자동제어 모듈로 전송하여 실내 환경을 개선한다.
이 논문은 실내 환경을 개선하기 위한 창문 자동제어 시스템을 제안한다. 현대인들은 하루에 약 70% 이상을 실내에서 생활하고 있다. 이로 인해 실내 환경의 질이 매우 중요한 요소로 부각되면서 사람들의 관심이 크게 증가하고 있다. 이 논문에서는 아두이노, 라즈베리 파이 및 다양한 센서를 이용하여 실내 환경을 적정수준으로 유지하고 개선할 수 있는 창문 자동제어 시스템을 제안한다. 제안 시스템 구현을 위해 온습도 센서, 미세먼지 센서, 공기 질 센서, 모터 등을 이용한다. 또한 3D프린팅을 이용하여 제작한 프로토타입을 보인다.
인간의 감성에 영향을 미치는 요인은 다양하나 이 중에서도 열환경은 인간에게 미치는 정도가 어떠한 요인보다도 큰 것으로 알려져 있다. 열환경이라 함은 온도, 습도, 기류, 복사열을 말하며 이 요소들과 인간의 감성과는 밀접한 관련을 지닌다. 열환경과 관련된 인간의 감성을 측정, 평가하기 위해서는 주위의 열환경이 정밀하게 제어되는 공간에서 작업이 이루어져야 한다. 실내 공간의 열환경을 임의로 제어하기 위해서는 급기되는 공기의 조건과 벽체의 온도가 정밀하게 제어되어야 한다. 공기와 벽체 조건은 가열, 냉각, 가습 또는 제습에 의하여 정밀하게 제어되며 이를 실현하기 위하여 공조 시스템은 일반적인 시스템과는 달리 특수한 조건이 요구된다. 공조 시스템의 각 구성요소가 컴퓨터에 의해 개별적으로 제어될 수 있어야 하며 특수 조건에 따른 유연성이 뛰어나야 한다. 본 연구에서는 열환결 제시에 적합한 공조 시스템을 개발한다.
IoT와 센서를 기반으로 원격으로 제어할 수 있는 액추에이터 모듈의 지능형 환기 기능을 구현하기 위해, 실내 가스/CO2/습도 온도 및 실내/외 미세먼지 관련 실외 환경을 감지하는 사전 설정된 개수의 데이터를 기반으로 환기 포트를 개폐하기 위한 알고리즘 설계 및 구동 회로를 구성하여 환기창시스템을 구현하였다. 실내공기 순환모듈의 전송데이터관련 센서와 조건이 많아 데이터 저장·관리·분석에 어려움을 겪고 있다. 빅데이터 기술은 실내 공기 순환 시스템에 채택되어야 한다. 원격 모니터링과 원격 무선 제어 화면은 환기구시스템의 상태를 추출하여 관리함으로써 분리 및 작동 조건을 자동화할 수 있도록 구축되었다. 엑츄에이터 및 센서로 구성된 환기창시스템의 제어 및 센싱용 대량의 데이터전송 안정성을 확보하기 위해 MQTT를 적용하고 시스템 오류를 대비하여 운용의 빅데이터 안정적인 전송 보장을 위해 RocketMQ를 활용하여 시스템을 구성하였다.
본 연구는 사물인터넷(IoT) 센서를 이용해 실내공기질에 주요한 영향을 미치는 미세먼지, 초미세먼지, 이산화탄소, 유기화학물과 온도, 습도 데이터를 실시간으로 수집/분석할 수 있는 실시간 실내공기질 모니터링 서비스를 클라우드 플랫폼으로 구현하였다. 이를 실내공기 정화시설인 청정환기장치와 연동하여 실시간 실내공기질 상태에 따라 환기장치 최적관리할 수 있도록 하였다. 본 플랫폼은 청정환기장치 내외부에 장착된 실내공기질 측정 센서로부터 실시간으로 데이터를 수집하는 IoT 데이터 수집부, 수집된 데이터를 클라우드 환경에서 가공/처리/적재하는 클라우드 데이터 처리부, 적재된 빅데이터를 분석하고 공기질 현황을 웹과 모바일에 시각화하여 보여주는 데이터 분석 서비스부로 구성된다. 그리고 이러한 플랫폼의 가동과 효과를 검증하기 위해 공기질에 민감한 영유아의 교육 생활환경인 국공립 어린이집 교실을 대상으로 실증을 실시하였다. 모든 분석 결과는 웹과 모바일에서 실시간으로 시각화 서비스될 수 있도록 실증 구현하였고, 환기장치의 실내공기질 개선효과는 실내공기질 측정 센서들의 측정값을 통계적으로 검증하여 공기질 개선에 기여하고 있음을 확인하였다.
라돈 및 붕괴생성물의 호흡에 의한 인체 피폭선량의 제어가능성을 찾기 위해 다음과 같은 과정을 거쳤다. 1) 라돈에 관련된 기존모델을 토양 기공모델, 실내붕괴 모델, 폐선량계산모델로 분류해석하고, 2) topology이론에 따라 물리유추개념으로써 회로망으로 전환하여, 라돈환경계통을 정식화, 검증계산을 거쳐, 3) 모의계산으로 선량감도를 분석하여 최적 매개변수의 범위를 모색하였다. 매개변수인 환기율, 침적율, 부착율가 제어범위내 변화될 때, 정식화된 111원 연립방정식의 해를 구하여 선량감도를 분석하였으며, 제어매개변수의 선량감도에 의한 효과를 3차원으로 도식화하였다. 본 연구 수행결과, 제어매개변수 변화에 따른 실내의 $^{222}Rn$ 및 Rn-D의 농도 변화과정은 새롭게 해석할 수 있는 벡터감도단층모형으로, 일부 제어매개변수의 조합변화에 따른 선량감도는 3차원 그래프모형으로 나타낼 수 있었다. 선량감도의 3차원 그래프에서는 실내환경의 대표적 매개변수 값 범위에서 변곡점이 나타났으며, 일반적으로 높은 환기조건$(>1h^{-1})$하에서는 공기정화에 의하여 선량이 전반적으로 증가되나, 불충분한 환기조건$(<0.5h^{-1})$하에서는 공기정화에 의하여, 선량이 40%정도로 감소되는 것으로 나타났다 (* 라돈 및 붕괴생성물은 이하 $^{222}Rn$ 및 Rn-D로 통일한다.)
본고에서는 IT기술과 건설기술의 융합 기술로서 스마트빌딩 기술에 대해 서술한다. 고층 빌딩의 안전성 평가를 위한 건물구조 건전도 모니터링 기술, 빌딩 실내에 쾌적한 공기 환경을 유지하기 위한 스마트 공기질/환기제어시스템 기술, 빌딩 설계부터 빌딩 사용단계까지 빌딩정보의 체계적인 데이터 관리를 위한 빌딩정보 모델링 기술과 빌딩 운영관리 인터페이스 기술 등에 대하여 소개한다. 또한, 세종대학교에서 개발한 프로토타입으로 빌딩에 설치하여 시험 중인 시스템에 대하여 설명한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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