"열어조닫아조"의 두 판 사이의 차이

2018년 12월 13일 (목) 06:16 판

프로젝트 개요

기술개발 과제

국문 : 00000000..

영문 : 00000000..

과제 팀명

00000..

지도교수

000 교수님

개발기간

2018년 3월 ~ 2018년 6월 (총 4개월)

구성원 소개

서울시립대학교 ㅁㅁ공학부·과 2011XXX0** 김**(팀장)

서울시립대학교 ㅁㅁ공학부·과 2011XXX0** 정**

서울시립대학교 ㅁㅁ공학부·과 2011XXX0** 조**

서울시립대학교 ㅁㅁ공학부·과 2011XXX0** 이**

서울시립대학교 ㅁㅁ공학부·과 2011XXX0** 남**

서론

개발 과제의 개요

개발 과제 요약

 최근 중국발 황사 및 미세먼지에 의해 많은 문제가 발생하고 있다. 건강 측면에서는 면역력이 저하되어 각종 질환에 노출되고, 생활 측면에서는 시야가 제한되고 활동이 제한되는 등 삶의 질이 저하되고 있다. 또한 실내에서의 환기가 불가한 상황이 발생하는데 현재 사용하는 미세먼지 필터 혹은 방충망은 지속적인 교체를 해야 하며 우천에 의해 성능 저하가 자주 있는 편이다. 뿐만 아니라 어플을 통해서 받는 미세먼지에 대한 정보는 실제 체감하는 정도보다 못한 것 역시 사실이다. 이러한 단점을 극복하기 위해 창문 앞의 미세먼지 농도를 측정하고 스스로 열리고 닫히는 Smart Window를 설계하고자 한다.

개발 과제의 배경

 미세먼지에 대한 위험성이 알려지면서 미세먼지에 대한 사람들의 관심은 나날이 커지고 있다. 한국환경공단의 실시간 대기정보 사이트인 ‘에어코리아’에 따르면 2017년 3월 당시 전국의 당일 평균 미세먼지 수치가 ‘보통’수준이었던 날은 13일에 불과하였고 ‘좋음’수준은 단 하루도 없었으며 대부분의 날이 ‘나쁨’또는 ‘매우 나쁨’수준을 나타냈다고 한다. 
 이러한 문제점을 해결하기 위해 환경부 등 12개 관계부처에선 ‘미세먼지 관리 종합대책’을 확정하고, 2022년까지 미세먼지 국내 배출량 30% 감축을 목표로 한 로드맵을 발표하기도 했다. 이러한 정부는 다양한 단기대책과 중장기대책을 통한 미세먼지의 피해를 줄이려는 모습에도 불구하고 미세먼지는 여전히 많은 사람들에게 고통을 주고 있다.
 미세먼지에 대한 관심이 커지는 만큼 사람들도 마스크를 쓰거나 야외활동을 자제하는 등 미세먼지에 대한 피해를 줄이는 노력을 많이 하고 있다. 하지만 잘못된 미세먼지 방안방법은 사람들에게 또 다른 피해를 끼칠 수 있다. 일례로, 미세먼지가 많이 발생하는 시기에 사람들은 외부의 미세먼지를 차단하기 위해 창문을 열지 않고 생활을 하는 경우가 있다. 실내에 공기청정기와 같은 공기정화 제품이 있는 경우가 아니라면 창문을 닫고 생활하는 것은 좋지 않을 수 있다. 창문에 미세먼지를 막는 처리가 되어있지 않으면 창문을 닫아 놓은 상황에도 미세먼지는 실내로 침투할 수 있다고 한다. 또한 환기를 시키지 않고 계속하여 닫아놓는 상황에서는 이산화탄소나 질소산화물, 휘발성 유기화합물 등 다른 대기오염물질의 농도까지 함께 높아지는 역효과가 생길 수 있다고 한다. 서울시립대 건축공학과 강동화 교수는 "일반적으로 미세먼지가 심한 날 실내보다 외부 공기 오염이 더 심하다고 생각할 수 있지만 가스를 이용한 조리, 이불 털기 등 실내 생활에서 발생하는 미세먼지가 순간적으로 실내 공기를 급격히 악화시킨다."며 "우리나라 주거형태 등을 고려했을 때 환기는 필요하다"고 설명했다.
 이를 해결하기 위한 방안으로 방충망에 부착하는 미세먼지 필터와 같은 제품이 출시되었지만, 제대로 된 필터 역할을 못하는 경우가 존재하고 필터를 부착할 경우 바람의 순환이 원활하지 않아 제대로 환기가 되지 않는 경우가 존재한다고 한다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 미세먼지를 감지하여 자동으로 필터가 달린 창문이 여닫아지는 제품을 설계해보게 되었다.

개발 과제의 목표 및 내용

 해당 제품의 목표는 자동화된 창문이다. 우리가 신경을 크게 쓰지 않아도 바깥 환경요인에 따라 창문이 움직이며 움직임의 정도가 제어되도록 만들고자 한다. 즉, 우리가 설정한 특정 기준에 따라 우리가 원하는 실내 환경을 조성할 수 있도록 도와주는 설비를 설계하고자 함이다. 스스로 작동하는 기능을 부각시키기 위해 제품 이름은 SMART WINDOW로 짓고자 한다.
 사람은 정보를 받아들여 판단하고 이에 따른 행동을 개시한다. 반면 SMART WINDOW는 우리가 판단기준만 세우면 이 판단기준에 따라 사람보다 정확하게 자동적으로 행동을 실시할 것이다. 사람처럼 생각하는 것은 아니지만 우리가 사고하고 판단한 내용을 정확하게 실현시키는 장비로서 ‘기기가 특정요인에 대해 작동하는가’, ‘작동으로 인한 효과가 우리의 예상 효과와 비교했을 때 얼마나 정확하게 작동한다고 판단할 수 있는가’ 이상 두 가지가 설비 개발 목표의 가장 중요한 요인으로 뽑을 수 있다.
 현재 목표로 삼는 특정요인은 최근 문제가 되고 있는 미세먼지이며, 설계 중간중간 회의를 거쳐서 설비 개발에 필요한 요인은 추가할 예정이다.
 설계 시간에 모형을 만들어서 실제로 환경요인의 측정과 기기의 작동, 작동 후의 효과를 보여줄 예정이며 기기 작동을 다루는 만큼 제어 소프트웨어 툴의 공부가 필요하다고 판단했다. 또한 모형을 통해 실제 창문에 적용할 가능성을 판단할 예정이다.
 세부적으로 목표를 제시해보자면 아래 네 가지로 제시할 수 있다. 

 위와 같은 사항을 목표로 설계를 진행하고자 한다. 자세한 것은 평가방법에서 서술하도록 하겠다.

관련 기술의 현황

관련 기술의 현황 및 분석(State of art)

• 전 세계적인 기술현황

1) 센서기술
최근 미세먼지 측정 센서들이 많이 출시되고 있다. 최근 실제로 판매되고 있는 미세먼지 센서는 광학식 먼지센서로 광원으로부터 발산시킨 빛이 산란된 비율을 검출하여 먼지의 양, 농도를 측정한다. 측정한 자료를 전기적 신호로 변환하여 타 출력장치에 정보를 전달할 수 있다. 특히 요즘엔 아두이노와 연계하여 소프트웨어적으로 활용할 수 있다.
광원의 LED와 빛의 집광을 위한 렌즈, 전기적 신호를 증폭하는 증폭기, 신호전달회로부로 구성되어있다.
 *관련 논문 
  - 자가 감도 보정 기능 및 감도편차 조절 기능을 갖는 광학식먼지센서
    THE OPTICAL DUST SENSOR WHICH HAS A FUNCTION OF SELFDIAGONOSIS AND THE 
    SENSITIVITY CONTROL
  - 실제 먼지센서  GP2Y1010AU0F
    https://media.digikey.com/pdf/Data%20Sheets/Sharp%20PDFs/GP2Y1010AU0F.pdf

2) 필터기술 
<고성능 기능성 나노 섬유 기반 초미세먼지 필터>
한국생명공학연구원, 스마트IT융합시스템연구단, 전남대학교의 공동연구를 통해 초미세먼지를 포집할 수 있는 필터를 제조하는데 성공하였다. 이번 연구 성과는 기존 나노 섬유 기반의 미세먼지 포집 필터의 성능을 약 25% 향상시킬 수 있는 기술로 상용 해파필터 대비 동일한 수준의 집진 효율(PM2.5기준 95%)을 가지면서도 압력손실을 30% 개선됨을 보였다. 
향후 나노 섬유가 필터 여재로서의 활용 가능성을 확인하였으며 공기청정기 필터뿐만 아니라 스마트 마스크, 윈도우 필터 등에 응용될 수 있을 것으로 기대되는 기술이다.

3) 소프트웨어 기술
이탈리아의 연구실에서 2005년에 학생들이 하드웨어를 손쉽게 제어하기 위해 고안한 개발도구 및 환경을 총칭한다. 다수의 스위치나 센서로부터 신호를 받아들여 출력장치를 제어할 수 있다. 즉 마이크로프로세서를 쉽게 동작시킬 수 있고 USB를 통해 개인용 PC와 연결하여 손쉽게 코드로 작동을 구현할 수 있다. 전용 코드 툴 뿐 아니라 어도비 플래시, 프로세싱 등 타 소프트웨어와도 연동할 수 있다.

• 특허조사 및 특허 전략 분석

1) 특허 조사

2) 특허 전략
위 제시된 기존 특허들은 미세먼지가 차단되는 새로운 창문을 제작하는 방향이 대다수였다. 따라서 기존의 특허들과 차이를 주기 위해 기존의 창문에 설치를 하는 방향으로 특허 전략을 펼치려고 한다.
본 발명의 목적은
 ① 실내외의 공기 오염 정도를 비교 측정하고,
 ② 값의 차이에 따라 창문 및 미세먼지 필터를 자동 개폐하며,
 ③ 해당 제품을 기존 창문에 쉽게 설치하여 사용할 수 있도록 하는 것에 있다.

• 기술 로드맵

시장상황에 대한 분석

• 경쟁제품 조사 비교

내용

• 마케팅 전략 제시

내용

개발과제의 기대효과

기술적 기대효과

내용

경제적, 사회적 기대 및 파급효과

내용

기술개발 일정 및 추진체계

개발 일정

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

관련사업비 내역서

내용

완료작품의 평가

내용

향후계획

내용

특허 출원 내용

내용