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2024년 12월 19일 (목) 20:59 판

프로젝트 개요

기술개발 과제

국문 : 자동 세척 및 건조 시스템을 활용한 대기질 개선 스마트 가로등

영문 : Designing smart streetlight for air quality improvement using automatic cleaning and drying system

과제 팀명

H2S2H

지도교수

서명원 교수님

개발기간

2024년 9월 ~ 2024년 12월 (총 4개월)

구성원 소개

서울시립대학교 환경공학부 20198900** 최*수(팀장)

서울시립대학교 환경공학부 20198900** 이*영

서울시립대학교 환경공학부 20198900** 전*형

서울시립대학교 환경공학부 20198900** 조*진

서론

개발 과제의 개요

개발 과제 요약

해당 과제에서는 자동세척장치를 이용한 대기질 개선 스마트가로등의 설계를 진행한다.

(1) 자동 세척 및 건조 공정을 갖춘 실외 미세먼지 저감 장치

(2) IoT 기반의 미세먼지 농도 및 장치 내 습도에 따른 운영 조절 시스템과 센서

(3) 강수 감지에 따른 자동 개폐형 우수 재활용 장치를 포함한다.

개발 과제의 배경

1) 서울시 내 대기오염 문제와 대기질 개선 필요성

- 2022년에 OECD 국가 중 한국은 PM2.5 농도가 가장 높은 국가로 평가

- 장기간 PM2.5에 노출될 경우, 서울 주민의 평균 기대 수명이 약 1.4년 단축, 대기오염으로 인해 연간 약 7,700명이 조기 사망할 것으로 추정

2) 실외 미세먼지의 특성과 실외 공기정화장치의 필요성

- 실외 미세먼지의 발생 요인 중 해외 발생 비율이 48%이므로 실외 미세먼지를 직접적으로 줄이는 것 또한 매우 중요

- 그러나 국내의 미세먼지 저감 대책은 발생원 위주 규제에 초점

3) 도시 내 기존 공기정화장치의 문제점 및 소형 공기정화장치의 필요성

- 기존 도시 공기정화장치는 거리가 떨어지면 정화 효과가 급감하여 전체적인 효과가 제한적

- 또한, 설치 비용과 유지보수 비용이 많이 들어 상용화에 한계

- 이러한 문제점을 보완하기 위해서 기존에 광범위하게 설치된 가로등에 공기 정화 장치를 부착하여 공기정화 가로등을 설계 예정

- 스마트 운영시스템을 도입하여 운영 효율성을 향상하여 비용을 줄이고자 함

4) 스마트가로등의 도입 현황과 필요성

- 전세계적으로 스마트 가로등의 도입이 확대되고 있음

- 서울시 역시 스마트폴이라는 이름의 스마트 가로등을 점점 늘려가고 있음

- 도시 내 스마트가로등은 시스템 효율화 및 부가가치 창출을 위해 도입될 필요

5) 공기정화 스마트폴의 필요성

- 공기정화를 할 수 있는 스마트폴 모델은 존재하지 않음

- 이번 설계에서 미세먼지 저감 최적화를 위한 스마트가로등을 설계하며 이를 공기정화 스마트폴로 제안

개발 과제의 목표 및 내용

1) 개발 과제의 목표

- 기존 가로등에 설치할 수 있는 소형 장치 설계

- 미세먼지 농도에 따른 운영 최적화 시스템 설계

- 유지관리를 용이하게 하기 위한 자동 세척 및 건조 시스템 설계

2) 개발 과제의 내용

- 오염도 감지에 따른 스마트 공기정화 시스템 설계

- 자동 세척 및 건조 시스템 설계

- 강우 감지 자동개폐형 우수저장조 설계

내용

구성원 및 추진체계

내용

설계

설계사양

제품의 요구사항

내용

설계 사양

내용

개념설계안

내용

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

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 가. 고성능 공기 정화 필터(HEPA)
-HEPA(High Efficiency Particulate Air)필터는 주로 유리섬유로 짜여 있어 매우 높은 여과 성능을 보이는 필터이다. 현재 소형 공기청정기와 진공청소기에서 주로 사용되며, 실외에서 사용 시 먼지 제거 효율성을 높지만, 성능 유지를 위해서 필터 교체가 자주 필요하다(김형섭 등 4명, 2005).
+- HEPA(High Efficiency Particulate Air)필터는 주로 유리섬유로 짜여 있어 매우 높은 여과 성능을 보이는 필터
+- 현재 소형 공기청정기와 진공청소기에서 주로 사용되며, 실외에서 사용 시 먼지 제거 효율성을 높지만, 성능 유지를 위해서 필터 교체가 자주 필요
 나. 실외용 DEMC 모듈 필터
-DEMC (De-dusting, Ever-lasting efficiency, Maintenance-free Custom-fit) 모듈 필터는 실외 환경에서 미세먼지를 효과적으로 제거하는 기술이다. HEPA 필터와 비교 시 초기 먼지 제거 효율은 낮지만, 필터 교체 없이 오랜 시간 성능을 유지하며, 실외 대기질 개선을 위해 설계된 기술이다. 다양한 크기의 먼지를 제거할 수 있으며, 외부 공기 흐름을 원활히 유지하여 압력손실을 최소화할 수 있다(오동규 등 3명, 2023).
+- DEMC (De-dusting, Ever-lasting efficiency, Maintenance-free Custom-fit) 모듈 필터는 실외 환경에서 미세먼지를 효과적으로 제거하는 기술
+- HEPA 필터와 비교 시 초기 먼지 제거 효율은 낮지만, 필터 교체 없이 오랜 시간 성능을 유지하며, 실외 대기질 개선을 위해 설계된 기술
+- 다양한 크기의 먼지를 제거할 수 있으며, 외부 공기 흐름을 원활히 유지하여 압력손실을 최소화함
 다. 물세척 가능 세라믹 촉매 필터(CCF)
-물세척 가능한 세라믹 촉매 필터(CCF)는 미세먼지와 휘발성 유기 화합물(VOCs)을 동시에 제거하는 최신 필터 기술이다. 이 필터의 주요 집진 원리는 구리 산화물(Cu2O)과 이산화티타늄(TiO2)을 이용한 광촉매 반응으로 VOCs를 CO2로 분해하는 것이다. 이 필터는 최대 20년 동안 재사용할 수 있으며 물세척만으로 성능을 유지할 수 있어 유지보수 비용이 적게 들고 효과적으로 대기질 개선을 가능하게 하는 장치이다(Kwon 등 3명, 2023).
+- 물세척 가능한 세라믹 촉매 필터(CCF)는 미세먼지와 휘발성 유기 화합물(VOCs)을 동시에 제거하는 최신 필터 기술
+- 이 필터의 주요 집진 원리는 구리 산화물(Cu2O)과 이산화티타늄(TiO2)을 이용한 광촉매 반응으로 VOCs를 CO2로 분해
+- 이 필터는 최대 20년 동안 재사용할 수 있으며 물세척만으로 성능을 유지할 수 있어 유지보수 비용이 적게 들고 효과적으로 대기질 개선을 가능하게 하는 장치
-DEMC 기술과 CCF 기술은 기존 HEPA 필터 대비 긴 수명, 높은 재사용 가능성, 유지보수 비용 절감을 특징으로 하여 공공 시설물에서의 실외 미세먼지 저감에 효과적인 솔루션으로 주목받고 있다.
 *특허조사 및 특허 전략 분석