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2020년 12월 16일 (수) 20:39 판

프로젝트 개요

기술개발 과제

국문 : 교통풍을 이용한 수직축 고속도로 미세먼지 저감장치

영문 : Vertical Fine Dust reduction Device using traffic wind

과제 팀명

타노水

지도교수

장서일 교수님

개발기간

2020년 9월 ~ 2020년 12월 (총 4개월)

구성원 소개

서울시립대학교 환경공학부 20158900** 김**(팀장)

서울시립대학교 환경공학부 20158900** 이**

서울시립대학교 환경공학부 20178900** 송**

서론

개발 과제의 개요

개발 과제 요약

◇ 제품의 필요성 : 고속도로에서 발생하는 미세먼지 배출기준 초과로 인해 발생하는 문제와 이로인해 관리자의 부담 등 여러 가지 불편함으로 인해서 고속도로 미세먼지 저감 필요.

◇ 도로 이동오염원에 따른 먼지는 유지, 보수에 따른 공사장 먼지, 타이어 마모 등에 의해서 해가 갈수록 누적됨. 

◇ 기존의 노면 살수차나 흡입 청소차로는 도로 혼잡 상황이나 날씨 등에 대해 영향을 받아 제한적임.

◇ 전기를 쓰지 않고도 교통풍으로 도로나 터널 내부의 미세먼지를 포집하는 제품 개발.

개발 과제의 배경 및 효과

◇ 고속도로 미세먼지

 ○ 미세먼지는 호흡기, 심장 계통에 질환을 유발하여 국제암연구소(IARC)에서 지정한 1군 발암물질에 해당하고, 시정장애 및 스모그를 생성할 수 있는 대기오염물질이다. 미세먼지의 배출원 중에서 비산먼지는 PM10 발생량의 절반을 차지한다. 비산먼지는 도로 재비산 먼지, 공사장 먼지, 타이어 마모 등에 인해 발생하는데, 포장도로에서 재비산되는 먼지가 약 60% 이상으로 비산먼지 생성의 주요 원인이 된다. 또한, 도로변에서는 자동차 연료의 연소로 인한 도로이동오염원에 의해서도 미세먼지가 많이 발생한다.

도로변 미세먼지 중에서도 시속 80-100km의 빠른 주행속도로 하루 평균 450만 대의 자동차가 이동하는 고속도로에서 발생하는 미세먼지 문제는 심각하다. 대기오염물질 배출이 가장 많은 고속도로인 경부고속도로에서 톨게이트 요금수납부스 안에서 측정한 미세먼지의 농도는 m3당 500ug로 미세먼지 경보기준인 300ug을 훨씬 초과하여 통행료 수납원의 건강에 심각한 위험을 초래할 수 있는 수준이었으며, 경부고속도로에서 300m 이내에 위치한 초등학교, 중학교 등의 환경취약시설이 88개나 있다. 이러한 고속도로의 미세먼지 문제에 대한 해결책이 필요한 시점이다.

◇ 기존 저감대책의 문제점

 ○ 고속도로 미세먼지의 문제를 해결하기 위해 한국도로공사에서는 작년에 고속도로 미세먼지 저감 대책 계획을 발표하였다. 미세먼지 저감계획에는 고속도로의 노면과 휴게소를 집중청소하는 주기를 단축하고, 터널에 미세먼지 저감장치를 더 많이 설치하며, 휴게소 내부의 공기를 정화하는 대책 등이 포함된다.
 ○ 노면을 집중청소할 때에는 도로청소차를 이용하여 청소하는 경우가 대부분이다. 도로청소차의 종류에는 고압살수차와 분진흡입차. 노면청소차가 있다. 도로청소차는 종류마다 각각의 장단점을 가지고 있으나, 공통적인 문제점으로는 먼지저감 효율이 16-36으로 낮으며, 일정 주기마다 사용하기 때문에 지속적인 먼지저감을 할 수 없다. 또한 청소차 운행에 들어가는 인건비, 동력비 등 운영비용이 상당하다는 점이다.

○ 터널 내부는 공기의 순환이 원활하지 않기 때문에 터널의 바깥보다 미세먼지의 농도가 높다. 미세먼지 저감계획에서 제시한 대책인 무동력 미세먼지 저감시설은 터널 천장에 대형의 롤필터를 설치해서 차량이 이동하면서 생기는 교통풍으로 미세먼지를 여과하는 방식이다. 이 시설은 동력을 사용하지 않고 자연스럽게 발생하는 에너지를 이용하여 도로분진흡입청소차 46대를 운영하는 것과 같은 효과를 나타내지만, 크기가 매우 크고 터널에만 설치할 수 있어서 사용이 제한적이다.

◇ 기대 효과

 ○ 고속도로 상의 재비산 먼지 및 도로 주변 미세먼지의 제거를 통한 공기질 향상
 ○ 공기정화기능과 더불어 LED를 이용한 미세먼지 농도표시, 사고방지 표시등(야간)으로의 기능을 추가하여 다용도 장치로 활용 가능성
 ○ 현재 운영중인 노면청소방법에서 소요되는 인력 및 장비의 절감효과

개발 과제의 목표와 내용

◇ 기능적인 측면

 ○ 도로 위의 교통풍을 동력으로 이용하여 별도의 에너지원 없이 유지 및 작동이 가능. 
 ○ 상단에 부착된 LED로 미세먼지 농도에 따른 색의 변화를 주고 이를 농도파악에 활용 가능하도록하여 도로의 공기질 파악가능
 ○ 야간에도 빛나는 센서등으로 야간운전 시 가드레일의 위치를 정확히 표시하여 사고예방 기능수행
 ○ 고속도로 공사현장에서 사용시 교통풍이 아닌 별도의 에너지원을 설치할 수 있도록 하여 공사시 발생하는 먼지의 비산방지와 주변으로의 확산을 막는다.

◇ 적용성 측면

 ○ 가드레일이 위치하는 모든 도로에 예외 없이 적용가능하며, 가드레일이 없는 경우 도로 중앙분리선으로 활용가능.
 ○ 설치의 제한요소가 적어, 도로 뿐만아니라 터널, 공사현장 등 다양한 장소에 배치 및 운영 가능

◇ 디자인 측면

 ○ 얇은 수직형으로 제작하여 도로변에 설치가 편하도록 설계한다.
 ○ 우천에 의해 필터의 기능을 상실하지 않도록 장치 상단에 위치한 LED판위에 덮개를 만들어 필터의 기능손실을 방지한다.
 ○ 집진필터를 장치의 측면에서 디스크 형식으로 탈착할 수 있도록 디자인하여 유지 보수가 쉽도록 설계한다.

◇ 경제적 측면

 ○ 충분한 교통풍이 발생할 시 동력비용이 별도로 들지 않는다.
 ○ 현재 노면청소차량 운영비용(인력 및 장비)의 감소효과를 볼 수 있도록 충분한 포집량을 가지도록 한다.(2018년 경인고속도로 기준, 월 2회 노면청소 시 연간 1226톤의 먼지 포집)

개발과제의 기대효과

기술적 기대효과

○ 고속도로 상의 재비산 먼지 및 도로 주변 미세먼지의 제거를 통한 공기질을 향상시킨다.

○ 공기정화기능과 더불어 LED를 이용한 미세먼지 농도표시, 사고방지 표시등(야간)으로의 기능을 추가하여 다용도 장치로 활용 가능성

○ 미세먼지 저감 현황과 농도를 빅데이터로 수집 및 이용.

경제적 및 사회적 파급효과

○ 가벼운 무게로 이동이 편리하고 설치가 간편하며 모듈식으로 운용 가능

○ 현재 운영중인 노면청소방법에서 소요되는 인력 및 장비의 절감효과

○ 빅데이터를 활용한 미세먼지저감지도를 작성한다.

○ 미세먼지 측정망 전국 확대, 활성화에 기여한다.

구성원 및 추진체계

◇송민경 : 시장조사 및 경쟁제품 가격비교

◇김동휘 : 외형 디자인 및 내부 디자인 아이디어 설계

◇이용준 : 논문자료 조사 및 내부 소재 선정

◇공동 : 제품 설계 및 보완점 파악

설계

설계사양

내용

개념설계안

내용

이론적 계산 및 시뮬레이션

내용

조립도

내용

조립순서

내용

부품도

내용

제어부 및 회로설계

내용

소프트웨어 설계

내용

자재소요서

내용

결과 및 평가

완료작품 소개

프로토타입 사진

내용

포스터

내용

특허출원번호 통지서

내용

개발사업비 내역서

내용

완료 작품의 평가

내용

향후평가

내용

부록

참고문헌 및 참고사이트

내용

소프트웨어 프로그램 소스

내용