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2024년 12월 19일 (목) 06:03 판
프로젝트 개요
기술개발 과제
국문 : 완전폐쇄형 흡연부스 최적화 및 모니터링 도입을 통한 All-in-One 시스템 구축
영문 : All-in-One System through the Optimization of Fully Enclosed Smoking Booths and the Introduction of Monitoring
과제 팀명
담배 냄새 싫조?
지도교수
서명원 교수님
개발기간
2024년 9월 ~ 2024년 12월 (총 4개월)
구성원 소개
서울시립대학교 환경공학부 2021890015 김예진(팀장)
서울시립대학교 환경공학부 2021890012 김서현
서울시립대학교 환경공학부 2021890019 김지우
서울시립대학교 환경공학부 2021890068 정채인
개발 과제의 개요
개발 과제 요약
- - 서울시의 흡연시설 중 개방형 흡연부스의 비중이 높아 대기오염 및 간접흡연 피해가 발생하고 있으며, 일부 설치된 폐쇄형 흡연부스는 사후 관리의 부족으로 흡연자의 이용률이 낮은 실정이다.
- - 본 과제는 이러한 문제를 해결하기 위해 완전폐쇄형 흡연실의 최적화 및 모니터링 기술을 도입한 All-in-One 시스템을 구축하고, 기존 흡연부스의 낮은 공기 정화율과 높은 비용 문제를 개선하고자 하였다.
개발 과제의 배경
- - 국내 흡연율은 감소 추세에 있으나, 여전히 남성 30.0%, 여성 5.0%로 적지 않은 비율을 차지하고 있다.
- - 흡연 시 1인당 발생하는 미세먼지(PM10)량은 10~10.7 µg/m³에 달하며, 담배 연기에는 미세먼지와 더불어 69종의 1군 발암물질과 7,000여 종의 유해물질이 포함되어 있다.
- - 간접흡연 역시 폐암과 심장병 등 심각한 건강 문제에 노출될 위험이 크며, 만 19세 이상 비흡연자의 공공장소 실내 간접흡연 노출률은 21.1%에 이른다.
- - 따라서 흡연자들이 실제로 이용할 수 있는 흡연구역을 조성하는 동시에, 흡연율을 점진적으로 낮추기 위한 방안이 필요하다.
개발 과제의 목표 및 내용
“완전폐쇄형 흡연부스 최적화 및 모니터링 도입을 통한 All-in-One 시스템 구축”
- 1. 흡연부스 내 유해물질 정화 필터의 효율을 높여, 유해물질 저감 수준을 향상시키고 경제성을 극대화한다.
- 2. 흡연부스 내에 모니터링 시스템을 도입해 내부 공기질 관리를 쉽게 할 수 있도록 한다.
- 3. 흡연부스의 에너지 효율을 높여, 환경적 및 경제적 측면에서 우수한 성과를 낼 수 있도록 한다.
기술개발 일정 및 추진체계
개발 일정
구성원 및 추진체계
공통 분담
1) 발표를 위한 자료조사 및 ppt 제작
2) 과제 주제 선정 및 자료 조사
3) 관련 기술 및 제품 조사/분석
4) 개념설계 및 상세설계
5) 프로토타입 제작
개별 분담
김예진: 경쟁력분석 발표, 최종설계 발표, 3D 흡연부스 제작, 흡연부스 시연물 제작, 비용 분석
김서현: 개념설계 발표, 시연물 발표, 3D 필터 설계, 흡연부스 시연물 제작, 비용 분석
김지우: 상세설계 발표, 최종설계 발표, 3D 부품 제작, 흡연부스 시연물 제작
정채인: 과제제안서 발표, 포스터 제작, 포스터 발표, 시연물 아두이노 코드
관련 기술의 현황
관련 기술의 현황 및 분석(State of art)
- 기술현황
- 특허조사 및 특허 전략 분석
가. 흡연용 부스
나. Ceramic Catalst Filter
다. 지능형 흡연부스 시스템
라. 흡연부스
- 기술 로드맵
시장상황에 대한 분석
- 경쟁제품 조사 비교
가. 에어로메이트
나. 수공아이앤씨
- 마케팅 전략 제시
Strength
- 정화배출방식의 채택
- 완전폐쇄형 흡연시설의 도입
- 모니터링 시스템을 통한 공기질 관리 및 에너지 절
Weakness
- 높은 초기 설치 비용
- 시설 크기에 따른 최적화 필
Opportunity
- 완전폐쇄형 흡연시설을 통한 시민건강 보호
- 공기질 모니터링 시스템을 통한 흡연자 건강 및 쾌적성 향상
- 흡연시설 표준화를 통한 도시 환경 개
Threat
- 설계도 비공개로 인한 불확실성
- 정화효율에 대한 불확실
마케팅 전략
개발과제의 기대 효과
기술적 및 사회적 기대효과
1. 기술적 기대효과
- - 3중 필터가 설치된 흡연부스 내 집진기로 설계를 간소화하여 경제성을 확보함.
- - 공기질 모니터링 시스템을 통한 흡연시설 유지 및 관리 효율을 향상시킴.
2. 사회적 기대효과
- - 해당 흡연부스의 도입으로 유해물질의 외부 확산을 방지하고 간접흡연으로 인한 피해를 최소화함.
- - 모니터링 시스템 도입을 통한 관리 효율 증대로 관리 주체의 유지보수 비용을 절감하고, 지속가능한 운영을 도모함.
- - 어플리케이션 연동으로 시민에게 흡연 부스 관련 정보를 편리하게 공개함.
경제적 기대효과
(1)편익
- 보건 피해 저감 비용
보건 피해 저감 비용 = ① 길거리 간접흡연 노출인구 산정 x ② PAF x ③ 질병별 사회적 비용/인
- 환경 피해 저감 비용
환경 피해 저감 비용 = 감소된 오염물질 배출량(kg/년) x 피해 단가(원/kg)
(2)비용
- - 비용은 초기 비용과 유지관리 비용으로 구분하였다.
- - 초기 비용에 포함되는 제품 자재 비용과 제품 설치 비용의 총 합계는 30,006,993원으로 산정하였다.
- - 유지관리 비용은 1,317,081원/년으로 산정하였다. 서울시 내 흡연부스를 300대 설치한다고 가정할 경우, 총 비용은 9,397,220,400원으로 산정되었다.
- 초기 비용
초기 비용 = 제품 자재 비용 + 제품 설치 비용
- 유지관리 비용
유지관리 비용 = 전력 비용 + 청소 비용 + 소모품 교체 비용
(1) 전력 비용
- - 흡연부스에 필요한 전력량 및 그 비용은 냉난방 가동과 조명 기구에 의한 전력으로 산출하였다.
- - 냉난방 및 조명 가동 시간 산출
Ø 점심시간(11:30-14:30) 및 저녁 시간(17:30-20:30)은 지속 가동 Ø 새벽 시간(00:00-06:00)은 가동 X Ø 나머지 12시간: 시간당 평균 10.1명 x 12시간 x 5(분/명) = 2.02 시간 가동 ⇒ 하루 총 8.02시간 냉난방 및 조명 가동 필요
- - 냉난방 전력 소비량 계산
Ø ASHRAE 산업 표준: 소형 공간 냉난방 전력 소비량 50W/m3 Ø 흡연부스 부피: 4m x 2.5m x 2.7m = 2.7m3 Ø 환기 팬 소비 전력 0.5kW/hr ⇒ 시간당 1.85kW 필요
- - 조명기구 전력 소비량 게산
Ø 흡연부스 필요 밝기: 400lux Ø 필요 총 밝기: 면적 x 조도= 10m2 x 400lux = 4000lm Ø 필요 소비 전력(kW)= 필요밝기(lm)/LED효율(lm/W) = 4000lm/100(lm/W) = 40W/hr ⇒ 시간당 40W 필요
- - 1년 전력 요금
*봄, 가을(3-5월, 9-10월): 91.9(원/kW) / 여름(6-8월): 132.4(원/kW) / 겨울(11-2월): 119(원/kW) (한국전력공사) 봄, 가을 = 하루당 1,393.20원⇒ 213,160.21원 여름 = 하루당 2,007.18원⇒ 184,660.93원 겨울 = 하루당 1,804.04원⇒ 216,484.80원 ⇒ 총 617,305.94원
(2) 청소 비용
- - 내부 청소:200,000원/회 (주기: 6개월)
- 총 계: 400,000원/년
(3) 소모품 교체 비용
- - 배관 교체: 207,000원, 인건비:10,000원 (교체 주기: 12.5년)
- - 필터 교체(PRE + Carbon): 82,778원
- 총 계: 299,775원/년
(3)B/C Ratio
상단 편익 및 비용 산정을 통해 계산한 B/C Ratio는 다음과 같다.
설계
제품의 요구사항
(D: 필요사항, W: 희망사항)
목적 계통도
QFD (Quality Function Deployment)
개념설계안
평면 모식도 및 3D 모식도
이론적 계산 및 시뮬레이션
흡연부스 환기량 및 오염물질 발생량 계산
(1) 환기량 계산
- - 환기량 계산을 위해 시간당 환기횟수(ACH)를 이용함.
- - 일본과 미국의 ACH 권고 기준을 참고하여, 본 설계의 환기 횟수를 70ACH로 설정함.
- - 이에 따른 필요 환기량은 다음과 같음.
Q = ACH x V = 70(/h) x 27(m3) = 1,890(m3/h) (Q: 환기량(m3/h), V: 공간의 부피(m3)
(2) 오염물질 발생량 계산
- - 타겟 오염물질은 흡연 시 대기오염 및 인체 피해에 기여도가 큰 PM10, VOCs, CO로 한정함.
- - 다중이용시설 실내공기질 기준은 다음과 같음.
- - 문헌을 참고해 계산한 내부공기질 평균은 다음과 같음.
- - 총 발생량 산정을 위해, 성동구 흡연부스 이용인원(1일 평균 1,200~1,600명) 값을 이용함.
- - 1인당 흡연 평균은 3.35개비로 가정함.
- - 이에 따른 총 오염물질 발생량은 568.114.82 µg/m3임.
유해물질 저감 필터의 선정
- - 흡연부스 공기 내부순환을 위한 필터부를 설계함.
- - 설계한 필터부는 실내 공기 중 입자성 물질 포집을 위한 집진장치, 먼지 제거를 위한 Pre Filter, PM10 및 VOCs 제거를 위한 CCF, 냄새제거를 위한 Carbon Filter와 실내 공기 흡입을 위한 배기팬으로 구성됨.
CCF 필터 세척주기 산정
- - 앞서 계산한 환기량 및 오염물질 발생량을 이용해 CCF 필터의 세척 주기를 산정함.
- - CCF 필터 최대 부하량(250Pa, 21.6g/L)을 오염물질 발생량 단위에 맞게 변환한 값은 다음과 같다.
- - 해당 값을 이용해 3개의 CCF 필터를 세척해야 하는 주기는 281.46 day로 산정됨.
흡연부스 시스템 설계
(1) 흡연부스 상단 필터 및 집진부 규격 설계
- 최종 환기량 1,890m3/hr 및 공기 흐름 속도 0.2m/s를 이용해 필요한 집진기의 필요 면적은 0.875m2이다.
- 따라서 흡연부스 집진부 규격 3D 도면은 다음과 같다.
상세설계 내용
내용
완료 작품의 소개
프로토타입 사진 혹은 작동 장면
내용
포스터
관련사업비 내역서
내용
완료작품의 평가
향후계획
내용
특허 출원 내용
내용
