스모클린

프로젝트 개요

기술개발 과제

국문 : 스마트 흡연부스

영문 : Smart SmokingBooth

과제 팀명

스모클린(SmoKlean)

지도교수

장서일 교수님

개발기간

2018년 3월 ~ 2018년 6월 (총 4개월)

구성원 소개

서울시립대학교 환경공학부 2012890003 강석훈

서울시립대학교 환경공학부 2012890018 김훈종

서울시립대학교 환경공학부 2012890038 윤현상

서울시립대학교 환경공학부 2012890058 전병도

서론

개발 과제의 개요

개발 과제 요약

◇ 흡연부스의 자동화를 위한 센서프로그램 개발
◇ 흡연자 건강을 고려한 흡연장 내의 대기질 개선
◇ 실내흡연장 규제 강화를 위한 개선안 제안

개발 과제의 배경

◇ 부실한 규제안

2017년 12월 국민건강증진법 개정안이 통과하고 올해 3월 3일부터 이를 시행하였다. 내용은 당구장, 스크린 골프장 등 실내 체육 시설에서도 흡연시 과태료 10만원을 부과한다는 것이다. 또한 2018년 서울시의 자료에 의하면 서울의 금연구역은 26만5113곳으로 이중 실외 금연구역은 2만여 곳이지만 실내 흡연실은 1만곳이고 실외 흡연실은 고작 59곳에 불과한 실상이다.

◇ 비흡연자의 혐연권에 더불어 흡연자의 권익도 보호 할 수 있는 흡연부스 마련.
앞서 말한 부실한 규제로 인해 사진에서 보다시피 있으나 마나 한 부스들이 많고, 이로 인해 비흡연자들이 간접흡연 피해를 입음과 동시에 관리가 되지 않는 부스에서의 흡연 때문에 서로 피해만 보게 되어 양측에서의 민원이 동시에 생기는 상황이 발생한다.

◇ 실내대기질의 지속적인 모니터링 및 경제성 보완
앞서 언급했다시피 서울시의 경우에도 시청이나 구청이 직접 설치했거나 관리하는 흡연구역 79곳 외 흡연구역 현황은 서울시나 구청 어디에도 없다. 전체 흡연구역이 청결히 운영되는지, 간접흡연을 야기하지는 않는지 등 별도 관리 기록도 없다. 이에 대해 서울 한 구청의 보건소 담당자는 "흡연구역 관리는 법적 의무 사항이 아니므로 별도 관리하지 않는게 당연하다"고 말했는데, 이런 관리부서의 부재로 인한 흡연권, 혐연권 침해의 방지와. 더 나아가 흡연부스의 설치에 있어 명확한 설계기준이 마련되어 있지 않기 때문에 흡연부스 목적에 맞는 실효성이 있는 시설이 되기 위한 일환으로, 우선적으로 흡연공간의 환기시설에 대한 구체적인 기준안을 제시한 후 차후 관리를 위해서 지속적인 모니터링으로 관리를 해야할 것이다.

개발 과제의 목표 및 내용

◇ 비교적 깨끗한 실내흡연장 운영으로 흡연자 건강도 고려가능

4차 산업혁명의 핵심기술인 IOT를 이용하여 실내흡연장을 스마트하게 운영할 수 있다. IOT(Internet of Things)란 사물인터넷이라고도 하며 초연결사회의 기반 기술 · 서비스이자 차세대 인터넷으로 사물 간 인터넷 혹은 개체 간 인터넷(Internet of Objects)으로 정의되며 고유 식별이 가능한 사물이 만들어낸 정보를 인터넷을 통해 공유하는 환경을 의미한다. 여기서 인터넷을 이루는 사물은 실내대기질 개선설비와 실내대기오염물질 센서가 된다. 즉, 실내대기질 측정 센서와 환풍설비를 인터넷으로 연결하여 스마트하게 운영을 할 것이다. 광범위한 휘발성 유기 화합물과 알콜, 알데히드, 케톤, 유기산, 아민, 지방족 및 방향족 등 흡연 시 발생하는 유해물질을 포함한 실내대기오염물질을 총괄하여 측정하는 센서를 이용하여 지속적인 모니터링으로 통한 흡연자의 흡연실 대기질에 대한 알권리를 보장할 수 있다. 또한 센서가 일정기준이하의 실내대기오염물질농도를 측정하면 환풍설비가 자동적으로 정지되며 물질의 농도가 높아짐에 따라 환풍설비의 강도를 단계적으로 높여가는 식의 구성을 이룰 것이다. 이로 인해 쾌적한 실내흡연장의 공기질을 항상 유지할 수 있으며 심각하게 대두되고 있는 흡연자의 권익 또한 보호해 줄 수 있다. ◇ 실내흡연장에 대한 규제 확립

현재 실내흡연장에 대한 규제가 단지 실내흡연장 설치에 대한 유무밖에 없다. 실내흡연장에 대한 규제가 미비한 현재 상황 속에서 여러 방면을 고려한 규제가 절실하다. 첫 번째로, 사업장 규모와 목적에 따른 기준을 지정하고 실내흡연장 규모에 대한 규제기준을 마련하여야 한다. 규모가 큰 사업장일수록, 사람이 많이 이용하고 유동인구가 많은 사업장일수록 비례적으로 흡연량과 흡연자의 수가 많다. 이를 고려하여 규모나 이용객수에 대한 몇 가지 기준에 따라서 흡연장의 규모를 제시하는 기준이 필요하다. 또한 사업장의 특수성에 따라 기준을 마련하여야 한다. 사업장이 당구장, 피시방, 카페같은 상업적인 목적으로 쓰이는 경우와 관공서, 공공기관 등 공적인 목적으로 이용되는 경우는 엄연히 다르고 그 기준 역시 차별화 해야한다. 두 번째로, 규모에 대한 기준 뿐만 아니라 실내흡연장대기질에 관한 기준도 마련해야한다. 실내흡연장대기질에 대한 기준은 흡연자에 대한 권리뿐만 아니라 더 나아가 비흡연자에 대한 권리도 보장 시켜주는 기준이 된다. 담배연기 유해물질에 대한 세세한 기준을 확립하기보다는 당량Co2(eCO2)값으로 총 대기질을 관리하는 등 보다 현실성있는 규제기준을 마련하면 사업자의 부담완화 그리고 흡연자에 대한 권익보호 더 나아가 비흡연자의 건강 또한 보호될 수 있다.

◇ 센서프로그램의 도입으로 효율적인 실내흡연장 운영 가능

1. 센서 센서기술을 이용해서 유해물질농도에 따라 환기설비를 자동으로 통제함으로서 효율적으로 실내흡연장 운영이 가능하다.

· 기반기술

센싱 기술은 필요한 사물이나 장소에 전자태그를 부착하여 주변 상황정보를 획득하고 실시간으로 정보를 전달하는 사물 인터넷의 핵심 기술이다. 기본적인 온도, 습도, 열, 가스, 초음파 센서에서부터 원격 감지나 레이더, 위치, 모션, 영상 센서 등 주위 환경과 사물의 변화를 감지하고 정보를 얻는 물리적 센서도 포함된다. 대표적으로 RFID 및 USN 등과 같은기술이 많이 사용되어 지고 있다. 이미 센싱한 데이터로부터 특정 정보를추출하는 가상 센싱 기술도 포함되고 있으며, 기존의 독립적이고 개별적인 센서보다 한 차원 높은 다중 센서 기술을 사용하기 때문에 한층 더 지능적이고 고차원적인 정보를 추출할 수 있다.

1) RFID(Radio Frequency Identification) RFID는 극소형 칩에 상품정보를 저장하고 안테나를 달아 무선으로 데 이터를 송신하는 장치를 말하는데 IC칩과 무선을 통해 식품ㆍ동물ㆍ사물 등 다양한 개체의 정보를 관리할 수 있는 인식 기술을 지칭한다. '전자태그’ 혹은 '스마트 태그’, '전자 라벨’, '무선식별’ 등으로 불린다. 이 를 기업의 제품에 활용할 경우 생산에서 판매에 이르는 전 과정의 정보를 초소형 IC칩에 내장시켜 이것을 무선주파수로 추적할 수 있는 기능이 있 다.　사용자가 원하는 정보를 얻기 위해 센서 등의 다양한 기술과의 연계도 가능하여 언제든 원하는 정보를 수집하기 위해 다양한 형태로 확장 적용이 가능하다.

2) USN(Ubiquitous Sensor Network) 각종 센서에서 수집한 정보를 무선으로 수집할 수 있도록 구성한 네트워크를 말한다.온도, 가속도, 위치 정보, 압력, 지문, 가스 등 다양한 센서를 이용하는센서 네트워크는 과거 유선을 이용하여 센서의 값을 추출하는 방법을 사용하다가 최근에는 물류의 흐름을 파악하기 위한 RFID기술을 이용하여사물에 태그를부착하여 각종 물류 정보의 흐름을 파악하는 기술로 사용되고 있다.12) 유비쿼터스는 사용자가 장소, 시간에 상관없이 자유롭게 네트워크에 접속할 수 있는 환경을 갖추어 무인으로 동작되거나 사람이 접근하기 힘든 환경에서 자동적으로 네트워크를 형성해 산업재해 작업장 같은 24시간 관찰이 필요한 설비에 대한 모니터링으로 많이 활용되고 있다.

· 센서 작동 농도규정

환풍기를 가동시키지 않을 시, 흡연실안의 오염물질이 바깥으로 새어나갈 것이다. 흡연실내 오염물질 농도와 흡연실외 특정거리에서의 오염물질 농도의 상관관계를 분석한다. 특정거리에서의 오염물질 농도를 실내공기질 기준에 맞추어 그때 흡연실내의 오염물질농도를 센서작동농도로 설정한다.

국내의 경우는 명시되지 않아 이와 유사한 다중이용시설 및 보건복지부의 실내공기질 기준 및 일본의 흡연실 공기질관리 기준을참조하여, 업무시간대 일평균 미세먼지(PM10): 150 μg/m3를 흡연실의 관리기준으로 정하였다.

2. 환기설비 및 흡연실규모결정 일부배기형 흡연부스와 전배기형 흡연부스의 비교를 통하여 효과적인 흡연실의 적정규모와 환기설비를 설계한다.

· 전배기형 : 별도의 여과장치 없이 송풍기등의 배기장치를 통한 환기방식으로 담배연기가 외부로 방출시 주위에 간접흡연으로 인한 피해가 없는 장소에 설치가능한 방식이다. 즉 창문이 개폐되지 않는 고층빌딩의 중간층 흡연실 등에 적용시 유리하다. 하지만, 실내에 설치하므로 장비소음 및 설치공간등을 고려하여야 한다. 천정공간이 협소하므로 별도의 배기시설 설치공간을확보하기 위하여, 공조실, 탕비실 등의 주변 공간을 활용하는 방안도 검토하여야 한다.

· 일부배기형 : 공기정화 후 일부배기하는 방식으로, 전배기 방식에 비하여 쾌적성은 다소 불리하지만, 하절기 냉방부하 감소로 유지관리비용절감의 장점과, 담배연기가 외부로 방출시 민원발생등의 우려가 있는지상층 설치에 매우 유리하다. 또한, 필터등의 여과에 의한 공기 재순환및 일부배기로 정화기기의 필터세척, 교체관리등의 유지관리가 필요하다.

관련 기술의 현황

현재 혐연권과 흡연권의 갈등이 커져감에 따라 시행되고 있는 금연정책은 강화되고 있는 반면에 흡연실에 대한 정책은 등한시되고 있는 상황이다. 해외에서는 금연정책이 아니라 분연정책으로서 흡연자, 비흡연자 모두의 권리를 만족시키는 정책을 펼치고 있다. 따라서 우리나라도 흡연실의 규모, 공기질 등에 대한 구체적인 규제를 통해 흡연실 관리의 필요성을 느끼고, 그에 따른 관리에 용이한 흡연부스를 설계 및 구현하고자 한다. 또한 현 흡연실은 부족하고 유명무실하기 때문에 이에 대한 추가수요는 필연적이다. 따라서 우리는 시장성이 충분하다 판단하고 차별화된 전략을 통해 경쟁력을 갖추고자 한다.

시장상황에 대한 분석

경쟁제품 조사 비교

가. 시장분석

◇ 흡연실 개수의 부족

2017년 12월 당구장, 스크린 골프장 등 실내 체육 시설에 대한 금연 의무화에 대한 국민건강증진법 개정안이 통과되었습니다. 이로 인해 2018년 3월 3일부터 실내 체육 시설에서 흡연하면 과태료 10만원이 청구됩니다. 또한 2월 10일부터는 공동주택관리법 개정안이 시행되어 아파트 실내 흡연도 금지되었습니다. 점점 늘어나는 금연 구역에 반해 흡연을 할 수 있는 흡연실은 현저히 부족하기에 흡연자들의 흡연실 설치에 대한 요구의 목소리가 커지고 있습니다. 실례로 서울의 금연 구역은 26만 5113곳으로서 이는 2년 전 7만 9391곳과 비교하였을 때 3배에 달하는 수입니다. 그러나 실내 흡연실은 1만여개, 실외 흡연실은 단 59개로 금연 구역에 비교해봤을 때 턱없이 부족한 실정입니다.

[그림] 서울시 금연구역과 흡연실 현황

◇ 개방형 실외 흡연실에 대한 불만

현재 한국의 실외 흡연실은 대부분 개방형입니다. 이러한 구조는 국제보건기구(WHO)의 기준을 따른 것입니다. 국제보건기구의 담배 규제 기본협약에서는 실외 흡연실은 지붕과 벽면을 설치하되 50% 이상을 개방하도록 규정하고 있습니다. 그러나 개방형의 경우 담배 연기가 밖으로 빠져나오기 때문에 흡연실을 따로 설정해 놓은 것에 대한 의미가 현저히 떨어집니다. 이에 매달 실외흡연실 자체도 없애 달라는 민원이 접수되고 있는 실정입니다.

[그림] 명동 개방형 실회 흡연실

◇ 피해사례

-간접흡연-
어느 다큐멘터리에서는 ‘박oo씨는 16세에 후두암으로 수술을 받았다. 암세포가 담배를 피우는 사람과 거의 같았지만 oo씨는 담배를 한번도 피우지 않은 비흡연자였다. 박oo씨의 원인은 아버지가 매일매일 피운 담배연기에 있었다.’라는 일화를 다루며 간접흡연에 대한 경각심을 환기시켰습니다. 간접흡연에 대한 연구조사 통계에서 흡연하는 배우자를 가진 사람은 폐암 발생률이 30%, 심장병 발생률이 40%가 더 높으며, 부모의 흡연에 따라 자식의 천식, 중이염 등의 발현율은 6배이고 폐암발생율은 2배가량 높습니다.

-보행흡연-

서울 서대문구 권모씨는 아들과 길을 걸어가던 길에 앞에서 보행흡연을 하는 중년남성이 손에 쥐고 있던 담뱃불이 바로 뒤에 있던 아들의 볼에 닿는 아찔한 경험을 하였습니다. 보행흡연은 남성이 손에 쥐고 있는 담뱃불이 어린아이들의 키와 비슷하기 때문에 얼굴이나 눈에 닿아 심각한 부상을 초례할 수 있습니다.

◇ 외국사례

이미 해외에서는 금연정책에 치중되지 않은 합리적인 분연정책을 펼쳐가고 있습니다. 그 중에서도 일본은 적극적인 분연정책을 펼치고 있습니다. 분연이란 흡연구역과 금연구역을 나누는 행위입니다. 국내처럼 규제로서 시행하는 것이 아니라 노동안전위생법에 따라 직장 내 간접흡연 방지 대책을 포함하거나 사업자가 흡연소를 설치할 때 정부가 최대 50%까지 보조금을 지급해주고 있습니다. 또한 일본은 도보 5분 거리마다 흡연부스를 설치하여 2011년 상반기 기준 전국 943곳에 흡연 부스를 운영 중이며, 이는 일본 전체 인구의 50%가 적용되는 수준입니다. 또한 그만큼 실외 흡연에 대해서 강도 높은 단속을 하고 있으며 높은 과태료를 부과하고 있습니다. 싱가포르의 경우 정해진 거리에 따라 흡연 구역을 설정하여 운영하고 있습니다. 공공시설의 출입구로부터 10m, 도보로부터 5m 떨어진 곳에 흡연구역을 설치할 것을 법으로서 정하고 흡연 구역을 알기 쉽도록 이정표도 크게 설치해 명시하고 있습니다. 이는 흡연자들이 정해진 구역에서 흡연하도록 하는 효과적인 유인책으로 평가되고 있습니다.

나. 경쟁제품 조사 비교

◇ 경쟁사 경쟁기술

환경화학주식회사

[그림] 환경화학주식회사 흡연부스 모식도

공기정화공정

오염공기가 실내에서 발생 1단계 : 이온아이즈 장치로 흡인된 오염원 +이온으로 변환 2단계 : 정전응집 장치로 +이온화된 오염원을 흡착 [무기화합물제거] 3단계 : Hybrid Chemical Filter (Anion)로 음이온 생성, 가스 및 냄세제거 4단계 : Hybrid Chemical Filter (Mordenite)로 유해물질 복합가스 (탈취, 분해 등) 제거 5단계 : Hybird Chemicla Filter (3)로 유해물질 TVOC (복합유기화합물) 제거

   = 공기를 정화하여 맑은 공기를 실외 배출
   = 흡연부스 내부 Anion, Mordenite Filter 적용/잔류가스를 탈취, 분해

정전응집 공기정화 0.4 마이크로미터 이상 입자를 한 번에 96%이상 제거. 별도의 필터 교체는 없으며, 1~2개월에 한 번 내부 세척이 필요함.

실내 탈취필터 공기정화 (2단) 실내 담배냄새 및 악취제거를 위한 공기정화방식. 신소재 모데나이트를 기본 채택한 2단 하이브리드케미컬 필터를 실내에 추가 설치. 지속적인 효과를 위해 주기 (1~2개월)적으로 필터 교체가 필요함.

Hybrid Chemical Filter (3단) 본사의 기본이 되는 공기정화방식. 담배연기 등으로발생된 오염공기를 하이브리드케미컬 필터로 유해성분을 흡착제거. 지속적인 효과를 위해 주기 (1~2개월)적으로 필터 교체가 필요함.

2. 커런트코리아

[그림] 영월기업 4중 정화시스템

1. 공기순환 원리를 적용, 빠르게 공기를 순환시키는 흡기시스템 2. 타르와 니코틴, 일산화탄소까지 정화하는 흡연 맞춤형 필터를 장착한 배기시스템 3. 흡연 후의 버려진 담배꽁초에서 발생하는 담배냄새를 제어하는 자체정화형 재떨이 4. 항균 및 항바이러스 효능이 우수한 미국FDA승인 탈취제

마케팅 전략 제시

◇ 기존제품과의 차별점 피력

센서설비와 환풍설비를 IOT기술로 연결하였을 때의 운영비 절감 효과 광고용 디스플레이나 광고판을 이용한 수익으로 운영비 충당 실내대기질 표시로 인해 이용자들의 알권리 보장 및 규제감독을 쉽게 할 수 있음 급기설비를 추가함으로서 빠른 공기순환 가능 배출가스뿐 아니라 실내대기질도 관리함으로서 흡연권 충족 규모와 형태에 맞게 설계한 환풍설비로 효율적인 환기 가능 조립식 모듈화로서 대량에도 쉬운 공급 및 설치비용 절감 개방형 실외흡연부스의 실내의 쾌적화 장점과 밀폐형 실외흡연부스의 정확한 분연 장점의 조화

◇ 설문조사를 통한 경제적 실효성 입증

- 쾌적하고 확실한 분연시스템을 갖춘 사업장에 대한 대중들의 선호도를 설문조사를 통하여 가시적으로 도출 - 선호도뿐만 아니라 완벽한 분연시스템을 갖춘 사업장과 부실한 분연시스템을 갖춘 사업장에 대한 지불허용척도에 관한 설문으로 효용가치까지 제시

개발과제의 기대효과

기술적 기대효과

◆ 센서와 환풍기의 연계로 자율적인 환기 시스템 구축, 추가로 실시간 모니터링, 원격 모니터링이 가 능하게 설계.

 ▷ 24시간 항시 켜져 있는 일반 흡연실, 흡연부스에 비해 절반 이상의 에너지 낭비 절감.
    (실제 pc방 인원이 많은 곳, 평균 시간대 기준 30분당 15분 가량 이용X)
 ▷ 흡연 부스에 대한 새로운 시설의 제시로 흡연부스 설계기준의 발전 계기

 ▷ 실시간 모니터링으로 흡연실 이용자의 알 권리 보장, 흡연권 질 증대, 적절한 환기로 비흡연자의        혐연권 또한 질 증대. 
 ▷ 사업자or관계부처의 흡연으로 인한 피해 민원 감소 효과.
 ▷ 적절한 환기 정도의 모니터링이 가능해져 관리부처가 생길 시에 관리 편리.====경제적, 사회적 기대 및 파급효과

나. 경제적 파급효과

◆ 기존 환기 시스템 vs 자율적 환기 시스템

▷ 기존 환기 시스템 유지비용 vs 자율적 환기 시스템 유지비용 (정부규제 이전)

(300kWh 계약전력 사용 PC방 기준)

∴ 손익 분기점 4.2 yr

기존의 환기시스템을 그대로 사용하되, 추가적으로 센서를 부착하였을 때 유지비의 절감효과는 미비함을 확인할 수 있다. 그러나 센서를 부착함으로써 얻을 수 있는 효과인, 흡연부스의 효율적인 환풍설비운용은 단순히 유지비의 절감뿐만 아니라, 본 팀에서 언급했던 규제안의 심화에도 대처할 수 있으며, 경제적인 면에서도 주변 공기질의 개선효과로 인해 보행자, 혹은 사업장의 소비자들의 수요에 영향을 끼치므로 단순히 유지비측면에서만으로 손익을 계산하기 어렵다. 설문조사를 통해서 실질적으로 흡연부스의 효과적인 관리유무에 따라 사용자들의 수요가 어떻게 변화하는지를 정량적으로 체크하여, 경제적인 수치로 환산할 필요성이 있다.

◆ 효율적인 흡연설비 설치 및 관리 유무에 따른 사용자들의 수요변화

적절한 설문조사 설계로 IOT기술이 접목되어 효율적으로 작동되는 흡연부스의 유무에 따른, 소비자들의 수요변화를 정량적으로 확인해볼 수 있다. 이는 효과적인 설문조사배포를 위해서 온라인으로 설문조사를 디자인할 예정이며, 이후 배포와 결과 수집까지 진행해서 정량적으로 나타낼 예정이다.

◆ 흡연부스 관련 산업 활성화

▷ 국내외 흡연부스 공급자 수익 증가
 
 국내외 흡연부스를 공급하는 일부 사업자들이 광고용 모니터, 담배와 음료 등의 자판기, 현금인출기 등을 이        용해 일정부분 수입을 올려 보상을 목적으로 이용 가능(이미 민간에서 다뤄짐), 현재 흡연자도 꺼려하는 시설물에    서 쾌적한 이용감을 제공하고 모니터링으로 시각화 까지 이룰 시 이로 인한 수익역시 증대 될 전망으로 예상.

▷ 정부차원에서 관리 시 부가가치 증가

 이에 정부가 흡연자에게서 받는 세금은 2015년 3조5276억원, 2016년 5조3856억원으로 점점 증가하는 반면 흡연    자들을 위한 정책은 거의 없다시피 부실하기 때문에 혐연권에 뒤이어 따라오는 흡연권까지 보장되기 시작하기에    충분한 예산은 이미 확보할 수 있다고 보여지며, 실외 흡연실과 실외 흡연부스를 이제부터라도 유지관리형 공공    시설물로써 새롭게 인식하고, 해당 산업의 확산과 동시에 향후 유지관리에 따라오는 상당수의 일자리 창출과 광    고 등의 수익창출, 흡연자, 비흡연자의 민원처리의 감소로  업무 부담을 감소, 상당한 가치를 창출 할 수 있을 것    으로 예상됨.

기술개발 일정 및 추진체계

개발 일정

개발일정 파일 첨부

구성원 및 추진체계

◇ 강석훈 : 조장
◇ 김훈종 : 센서 및 환풍설비에 대한 연구와 설계
◇ 윤현상 : 아두이노를 이용한 프로그래밍 개발
◇ 전병도 : 규제현황 및 규제 제안

설계

설계사양

제품의 요구사항

설계 사양

항목 : 팬(220CMH), 전원부(USB 전원 컨버터, 토글 스위치), 미세먼지 농도 측정 및 자율 환기 시스템(아두이노 보드, 미세먼지 측정 센서, Serial WiFi모듈, 가스센서)

개념설계안

◇ 설계안 1. 굴뚝 앞서 말한 필터를 이용한 실외흡연실의 문제점의 근본적 원인은 필터의 지속적인 교체와 관리가 필요하다는 점이다. 이를 해결하기 위해서 가우시안 확산모델을 기반으로 한 굴뚝을 이용한 흡연부스를 설계하고자 한다. 굴뚝을 이용하게 되면 필터의 교체뿐만 아니라 처리를 위한 지속적인 관리가 필요없게 되어 교체비용과 인건비를 크게 절감할 수 있다. 또한 필터의 막힘 현상으로 인한 역오염이나 불규칙한 처리효율에 대한 문제점도 해결할 수 있다. 하지만 굴뚝을 이용하였을 때 미관상의 문제가 발생할 수 있다. 이는 기존건물을 이용하여 해결할 수 있다.

◇  설계안 2. 센서를 이용한 환풍설비의 제어

기존의 실외흡연실은 환풍 설비가 제대로 운영되지 않는 문제점이 있다. 이에 흡연자들 조차도 열악한 환경에서의 흡연을 꺼리고 접근을 피하고 있다. 또한 환풍설비가 사람의 유무에 관계없이 지속적으로 운영되어 불필요한 에너지가 낭비되고 있는 실정이다. 이를 해결하기 위해 센서를 이용한 스마트 환풍설비를 설계하고자 한다. 이는 불필요한 에너지를 절감시키는 효과를 가져옴과 동시에 흡연자들의 접근성을 높이고 공기질을 가시적으로 확인할 수 있어 알권리 또한 보장해준다.

이론적 계산 및 시뮬레이션

첨부파일 참조 파일:이론적 계산 및 시뮬레이션.jpg

상세설계 내용

6. 제어부 및 회로 설계

우리나라에서 흡연부스가 절대적으로 부족한 이유는 주 관리자인 지자체의 정책적 기조도 영향을 주지만, 지속적인 운영에 드는 전·인력 비용도 큰 영향을 준다. 이러한 문제들을 고려한 스마트 흡연부스의 중요한 의의는 지속적으로 효과적인 관리가 이루어짐에도 불구하고 전·인력에서 최소한의 비용이 드는 데에 있다. 이를 위해서는 제어부의 회로, 소프트웨어 설계가 중요하다.

6.1. 제어부의 기능 및 흐름(제어부흐름도 파일첨부)파일:제어부흐름도.jpg

제어부의 기본적인 기능은 흡연부스내에서 흡연 여부를 인지하는 데에 있다. 더 나아가 일정 농도 이상이 되면 공조설비를 동작한다. 아래의 그림 6.1를 보면 왼쪽 하단의 VOCs 센서가 동작하면서 오른쪽의 중앙 CPU와 지속적으로 흡연부스의 공기질을 모니터링하며, 공조설비의 작동유무를 중앙 CPU가 통제한다. 이러한 기본적인 기능들에 더해서 다수의 흡연부스를 관리자가 효과적으로 관리하기 위해서는 각각의 흡연부스의 CPU에서 중앙관리자에게 데이터를 보낼 필요성이 있다. 클라우드 시스템을 통해서 이러한 요구를 만족시키고자 한다.

6.2. VOCs 센서의 역할 및 원리

부스에서 센서의 역할은 흡연 유무를 파악하는 것에 있으며, 부스내 공기 구성성분 하나하나의 수치를 구체적으로 모니터링할 필요는 없다. VOCs센서는 이러한 통합적인 내부 공기질 모니터링에 부합한다. VOCs 감지센서는 공기 중에 포함된 유기화학물의 농도를 측정한다. 해당 센서는 접촉연소식으로 작동하며, 둥그런 튜브(세라믹)안에 백금열선을 내장하여 구성한다. 그리고 온도보상용으로 유사한 저항소자를 사용하여 이를 직렬로 연결한다. 그래서 전원을 인가하면 센서가 가열되고 가열된 센서와 가스가 접촉하면서 연소반응이 일어난다.

VOCs 센서에 사용되는 내부 히터는 그림 6.3에서 볼 수 있듯, 전원에 의해 가열되는 백금선 코일(백금열선)로 만들었다. 그래서 동작 초기에 센서에 전원을 공급하면 백금열선에 열이 상승한다. 그리고 센서의 저항값은 떨어지게 된다, 이 때, 동작 초기이기 때문에 공기가 열에 의해 센서에 흡착되어 있다. 공기가 센서에 흡착되게 되면, 실제 전원은 계속 전류를 공급 해주지만, 센서에 공기가 흡착되어 있어 전원으로부터 공급받는 전류의 흐름을 막게된다. 따라서 전류가 센서로 흐르지 못한다. 그래서 이때는 저항 값이 최대 약 50~100K정도 상승하게 된다. 이 후 가스를 검출하게 되어 공기과 섞이게 되면, 공기가 흡착되어 있는 센서에 가스가 유입되면서 막혔던 전류의 흐름이 풀어지게 된다. 그래서 전원으로 부터 공급받는 전류가 센서로 흐르게 되어 저항값이 작아지게 된다.

앞서 설명한대로 VOCs 감지 센서가 공기 중의 가스를 흡착해 저항값이 낮아지게 되면 CPU에 보내는 전압값이 상승해, CPU가 공조설비의 동작을 지시한다. 이때 유지하고자 하는 공기질 일때의 전압값을 기준치로 설정하여, 벗어날 때 공조설비가 작동하게끔 한다. 이러한 흐름의 시스템은 그림 6.4와 그림 6.6의 회로도를 통해서 구현하고자 한다.

6.3. 클라우드

VOCs 감지센서와 공조설비의 제어는 하나의 흡연부스가 적정 운용되기 위한 시스템이라면, 클라우드 시스템은 다수의 흡연부스를 효과적으로 운영하기 위한 시스템이다. 각각의 부스내 CPU에서는 연결된 네트워크를 통해 데이터를 중앙에서 모니터링하는 관리자에게 송신한다. 관리자는 이 데이터를 이용해서 관리 인력에게는 각각의 부스내 부품 교체 및 청소를 지시할 수 있으며, 사용량을 파악하여 부스의 향후 운영에 대해서 보다 효과적인 운영을 모색해볼 수 있다. 또한 흡연관련 정책안 혹은 법안을 위한 통계 데이터에 사용하고, 사용자들에게 각각의 부스 위치와 현황을 제공할 수 있다.

7. 소프트웨어 설계(기능 실현을 위한 알고리즘 파일 첨부)파일:기능실현을 위한 알고리즘.jpg
본 팀이 연구하고 있는 스마트 흡연부스를 위한 소프트웨어가 필요한 시스템은 크게 두가지이다. 하나는 공조설비와 VOCs를 통제하는 흡연부스내의 CPU이고, 다른 하나는 각각의 부스내 CPU에서 보내오는 데이터들을 모니터링해서 이를 부스들의 운영과 다른 용도들로 활용하는 중앙 시스템이다. 각각의 시스템은 해당 기능들을 하기 위해서 정교한 소스코드들이 포함되어야하나, 본 연구에서는 그 기능을 실현할 수 있는 알고리즘까지만 구현하고자 한다.

7.1 부스 시스템

부스 시스템은 VOCs 센서에서 부스 CPU로 보내오는 전압값의 변화를 통해서 공조설비를 구동한다. 사전에 목표 공기질에 따른 전압값을 기준치로 설정하여, 이보다 상승한 전압값을 VOCs 센서에서 보내오면 공조설비를 가동시킨다. 공조설비의 가동은 VOCs 센서에서 기준치에 해당하는 전압값을 보내올 때까지 지속한다. 일련의 기본적인 기능 이외에도 부스 CPU는 지속적으로 중앙시스템으로 해당 전압값을 송신하며, 불필요한 데이터의 과축적을 피하기 위해서 약간의 딜레이를 두어 데이터를 송신한다.

7.2 중앙 시스템

중앙 시스템은 각각의 부스 시스템에서 보내오는 전압값을 VOCs 수치로 환산하여 저장한다. 데이터는 지속적으로 축적하여, 미리 모의실험을 통해서 상정한 값에 도달할 시에 관리인력에게 부품 교체 및 청소를 지시한다. 필요에 따라서 이 전압값의 변화는 부스의 이용인원 혹은 이용량으로 해석하여 이용률을 계산하여, 실 사용자들인 흡연자들이 그 현황을 알 수 있게끔 공유할 수 있다.

결과 및 평가

완료 작품의 소개

프로토타입 사진 혹은 작동 장면

첨부파일 참조파일:흡연부스.jpg

포스터

첨부파일 참조

완료작품의 평가

첨부파일 참조파일:완료작품 평가표.jpg

향후계획

◇ 흡연으로부터 비흡연자의 분연 조건 충족 여부를 지속적인 조사로 확인 및 평가
◇ 중앙모니터링 시스템을 통해서 관리주체의 부스관리가 장기적으로 용이해졌는지 평가
◇ 중앙 모니터링 시스템이 기존 흡연부스 인프라에도 적용가능한지를 통해, 그 효율성과 호환성을 평가
◇ 센서로부터 받는 데이터값이 장기적으로 공조시스템뿐만 아니라, 사용자 편의나 기타 활용도 평가

특허 출원 내용

첨부파일 참조파일:특허출원명세서.jpg