"01분반 6조 떡잎방범대조"의 두 판 사이의 차이

2023년 12월 17일 (일) 05:13 판

프로젝트 개요

기술개발 과제

국문 : 침수방지 스마트 빗물받이 시스템

영문 : Smart Rain Gutter System for Flood Prevention

과제 팀명

떡잎방범대

지도교수

오희경 교수님

개발기간

2023년 9월 ~ 2023년 12월 (총 4개월)

구성원 소개

서울시립대학교 환경공학부 2019890002 고수림(팀장)

서울시립대학교 환경공학부 2017890059 임장현

서울시립대학교 환경공학부 2018890011 김대현

서울시립대학교 환경공학부 2019890055 전유정

서론

개발 과제의 개요

개발 과제 요약

폭우나 호우에 의한 침수를 예방할 수 있고 관리성이 개선된 스마트 빗물받이 시스템

개발 과제의 배경

• 사회기반시설의 건설로 인한 도심지역의 녹지공간 감소와 건물, 도로의 증가로 인한 불투수면적의 증가.

• 불투수면적이 상대적으로 적은 농촌지역과 비교했을 때, 농촌지역은 강수량의 약 45%가 지하로 침수하지만, 도시지역은 강수량의 25% 이내만 침투.

• 불투수면적의 증가로 인한 도시침수 문제를 해결하기 위해 서울시 기준 약 55만 개의 빗물받이가 설치되어 있음.

• 하지만 담배꽁초를 비롯한 각종 쓰레기로 인해 빗물받이에 이물질이 쌓이면 강우시 제역할을 하지 못함.

• 이를 해결하기 위해 각종 시나 구에서 청소 인력을 동원하는데 이 과정에서 막대한 예산이 투입됨 (23년 4, 5월 기준 서울시 예산 약 900억 원).

• 성동구에서는 스마트 빗물받이를 개발하여 설치하였지만, 침수시 제 작동을 하지 못하고 이 또한 설치비가 많이 들어 경제적인 문제도 함께 발생.

• 본설계를 통해 적용하고자 하는 기술은 이물질을 걸러내 빗물받이의 막힘 현상을 최소화하고 관리를 용이하게 함으로써 긍정적인 영향을 줄 것이라 판단됨.

개발 과제의 목표 및 내용

• 본 과제는 기존의 빗물받이를 개선하여 호우 및 태풍으로 인한 침수 피해를 예방하고 관리성을 개선하는 것을 목표로 함.

• 목표 1. 거름망을 사용하여 이물질과 토사 분리

• 목표 2. 담배꽁초를 포함한 이물질을 걸러 비점오염원 저감

• 목표 3. IoT 기술을 이용한 수위 감지 및 이물질 양 모니터링 시스템 설계

기술개발 일정 및 추진체계

설계

설계사양

제품의 요구사항

현 빗물받이의 문제점

 이물질이 빗물받이 배관으로 들어가서 관을 막히게 하고, 역류를 발생시킴.

 관리자가 이물질이 얼마나 쌓였는지 알 수 없어 주기적인 청소가 이루어지지 않고, 민원이 접수되는 경우에 한하여 비정기적으로 청소가 이루어짐.

 빗물받이 청소는 기계를 사용하므로 비용이 많이 들고, 제때 청소가 이루어지지 않을 경우, 호우 시 이물질에 의해 역류가 발생하여 도시침수가 발생함.

요구사항

설계 사양

목적계통도

QFD

개념설계안

빗물받이 설계 기준 및 규격

빗물받이의 설치

 빗물받이는 도로 옆의 물이 모이기 쉬운 장소나 L형 측구의 유하방향 하단부에 반드시 설치한다. 단, 횡단보도, 버스정류장 및 가옥의 출입구 앞에는 가급적 설치하지 않는다.

 빗물받이의 설치위치는 보∙차도 구분이 있는 경우에는 그 경계로 하고, 보∙차도 구분이 없는 경우에는 도로와 사유지의 경계에 설치한다.

 노면배수용 빗물받이 간격은 대략 10~30 m 정도로 하나 되도록 도로폭 및 경사별 설치기준을 고려하여 적당한 간격으로 설치하되, 상습침수지역에 대해서는 이보다 좁은 간격으로 설치할 수 있다.

 빗물받이는 이물질 및 토사의 유입을 저감할 수 있는 방안을 고려한다.

 빗물받이에 악취발산을 방지하는 방안을 적극적으로 고려한다.

형상 및 구조

 형상 및 재질은 원형 및 각형의 콘크리트 또는 철근콘크리트제, 플라스틱제로서 표를 표준으로 하되 설치 위치, 설치장소, 제조사 등에 따라서 다양한 조건들이 있을 수 있음에 유의하여 필요에 따라 변경 적용한다.

 빗물받이의 규격은 내폭 30~50 cm, 깊이 80~100 cm 정도로 한다.

 빗물받이 저부에는 깊이 15 cm 이상의 이토실을 반드시 설치한다. 다만 악취 및 해충 발생으로 위생안전에 위해를 줄 우려가 있는 지역에 한하여 제한적으로 설치하지 않을 수 있다.

 빗물받이의 뚜껑은 강제, 주철제(덕타일 포함), 철근콘크리트제 및 그 외의 견고하고 내구성이 있는 재질로 한다.

빗물받이 규격 설계

 설계하고자 하는 빗물받이의 규격은 보편적으로 사용되는 규격에서 약간 축소된 형태로, 내부치수 300mm*400mm 와 깊이를 500mm로 설정.

 하수관으로 빗물을 보내기 위한 연결관의 직경은 100mm로 설정하였고, 이토실을 고려하여 연결관은 빗물받이의 하부로부터 100mm 위에 위치하도록 함.

빗물받이 내 거름망 설계

 빗물받이 중단부에 이물질 거름망을 설치하여 이물질이 빗물받이 하단에 쌓이거나 하수관로에 들어가 발생하는 역류 현상을 억제

 이물질이 한 곳으로 잘 모일 수 있도록 거름망을 ‘V’자 형태로 설치하고, 이때의 각도는 45°가 되도록 설계

 거름망의 양 끝에 고리를 만들어 빗물받이 내부에 걸고 빼기 용이하도록 설계

 빗물받이에 버려지는 이물질 중 70%에 해당하는 담배꽁초를 제거하는 것을 목표로 하여 거름망의 구멍 크기를 설계

 버려지는 담배는 종이 부분은 물에 닿으면 쉽게 분해되고, 내부의 필터 부분만 남으므로, 보통 담배필터는 직경 8mm이지만, 보수적으로 직경 4.5mm의 원기둥 형태의 슬림담배필터를 효과적으로 거르기 위해 그물망의 구멍 크기를 4mm로 설계

센서

초음파센서

 빗물받이에 유입되는 대부분의 이물질은 무게가 가볍고 쉽게 분해되지 않기에 무게로 이물질의 양을 측정하기 위해서는 보다 정교한 센서가 필요하며, 강우 시 센서에 가해지는 압력으로 인해 정확한 측정이 불가능할 것으로 판단됨

 빗물받이 내에 쌓인 이물질의 부피를 측정할 수 있는 다양한 센서 중에서도 초음파센서는 측정각이 상대적으로 넓기 때문에 이물질의 부피 측정에 유리할 것으로 판단됨

 따라서, 그레이팅 하부에 초음파센서를 장착하여 거름망에 걸러져서 쌓인 이물질의 양을 측정

 본 설계에서 활용한 초음파 센서는 측정범위가 20~5000 mm인 제품 사용

수위감지센서

• 수위감지센서는 거름망 밑 빗물받이의 벽면에 설치하여 실시간으로 수위를 측정

• 강우로 인해 작동되지 않도록 밑부분만 뚫려 있는 덮개 설치

• 빗물받이 내의 수위가 일정 기준을 넘기면 관리자에게 알람을 보냄

그레이팅

 빗물받이를 덮을 수 있도록 310*410 mm 로 설계

 하중을 견디기 위해 두께를 20 mm 로 설계

 중앙부에는 길이 100 mm 의 판을 설치해 하부에 센서와 배터리를 부착할 수 있도록 함

이론적 계산 및 시뮬레이션

내용

상세설계 내용

내용

결과 및 평가

완료 작품의 소개

프로토타입 사진 혹은 작동 장면

내용

포스터

내용

완료작품의 평가

내용

향후계획

내용

특허 출원 내용

내용

@@ 160번째 줄: / 160번째 줄: @@
  하수관으로 빗물을 보내기 위한 연결관의 직경은 100mm로 설정하였고,
 이토실을 고려하여 연결관은 빗물받이의 하부로부터 100mm 위에 위치하도록 함.
+ 빗물받이 내 거름망 설계
+ 빗물받이 중단부에 이물질 거름망을 설치하여 이물질이 빗물받이 하단에
+쌓이거나 하수관로에 들어가 발생하는 역류 현상을 억제
+ 이물질이 한 곳으로 잘 모일 수 있도록 거름망을 ‘V’자 형태로 설치하고, 이때의
+각도는 45°가 되도록 설계
+ 거름망의 양 끝에 고리를 만들어 빗물받이 내부에 걸고 빼기 용이하도록 설계
+ 빗물받이에 버려지는 이물질 중 70%에 해당하는 담배꽁초를 제거하는 것을
+목표로 하여 거름망의 구멍 크기를 설계
+ 버려지는 담배는 종이 부분은 물에 닿으면 쉽게 분해되고, 내부의 필터 부분만
+남으므로, 보통 담배필터는 직경 8mm이지만, 보수적으로 직경 4.5mm의 원기둥
+형태의 슬림담배필터를 효과적으로 거르기 위해 그물망의 구멍 크기를 4mm로
+설계
+ 센서
+ 초음파센서
+ 빗물받이에 유입되는 대부분의 이물질은 무게가 가볍고 쉽게 분해되지 않기에
+무게로 이물질의 양을 측정하기 위해서는 보다 정교한 센서가 필요하며, 강우 시
+센서에 가해지는 압력으로 인해 정확한 측정이 불가능할 것으로 판단됨
+ 빗물받이 내에 쌓인 이물질의 부피를 측정할 수 있는 다양한 센서 중에서도
+초음파센서는 측정각이 상대적으로 넓기 때문에 이물질의 부피 측정에 유리할
+것으로 판단됨
+ 따라서, 그레이팅 하부에 초음파센서를 장착하여 거름망에 걸러져서 쌓인
+이물질의 양을 측정
+ 본 설계에서 활용한 초음파 센서는 측정범위가 20~5000 mm인 제품 사용
+ 수위감지센서
+• 수위감지센서는 거름망 밑 빗물받이의 벽면에 설치하여 실시간으로 수위를 측정
+• 강우로 인해 작동되지 않도록 밑부분만 뚫려 있는 덮개 설치
+• 빗물받이 내의 수위가 일정 기준을 넘기면 관리자에게 알람을 보냄
+ 그레이팅
+ 빗물받이를 덮을 수 있도록 310*410 mm 로 설계
+ 하중을 견디기 위해 두께를 20 mm 로 설계
+ 중앙부에는 길이 100 mm 의 판을 설치해 하부에 센서와 배터리를 부착할 수
+있도록 함
 ===이론적 계산 및 시뮬레이션===