01분반 1조 시켜조명예소방관

프로젝트 개요

기술개발 과제

국문 : 소방청사 레드존 내 공기질 개선을 위한 유해물질 통합관리 시스템 구축
영문 : Development of an integrated management system for hazardous substances to improve air quality in the fire station

과제 팀명

시켜조명예소방관

지도교수

서명원 교수님

개발기간

2024년 3월 ~ 2024년 6월 (총 4개월)

구성원 소개

서울시립대학교 환경공학부 202189**** 노**(팀장)

서울시립대학교 환경공학부 202089**** 권**

서울시립대학교 환경공학부 202189**** 방**

서울시립대학교 환경공학부 202189**** 안**

개발 과제의 개요

개발 과제 요약

소방청사 내 공기질 개선을 위한 유해물질 통합관리 시스템을 구축한다.

- 소방청사 내에 발생 및 잔존하는 특정 유해물질만을 감지 및 모니터링

- 특정 유해물질을 제거하는 필터를 설계

- 단계별 환기시스템 설계

개발 과제의 배경 및 효과

• 과제의 배경

- 국제암연구소(IARC)에서 소방관의 발암 위험성을 1급 발암물질(1A)로 규정함에 따라, 소방관들에게 노출되는 유해물질에 대한 관심이 증대됨.

- 화재 진압 후 소방장비 등에 잔류하는 유해물질은 소방청사 내에서 2차 노출로 이어질 수 있음.

- 소방청사에서의 시동점검 시, 다량의 디젤 배기가스가 소방관에게 쉽게 노출됨.

- 많은 소방청사에서 Red Zone의 환기시스템을 자연환기에 의존하고 있음.

• 과제의 효과

- 소방청사 내 유해물질의 만성 노출을 방지함.

- 모니터링 시스템, 단계별 환기시스템 등과 같은 자동화된 시스템을 통해 시설 유지 및 관리 효율이 증대됨.

- 소방관의 직업 환경 개선을 도모하고자 함.

개발 과제의 목표와 내용

• 과제의 목표

- 소방청사 내 공기질 개선을 위한 유해물질 통합관리 시스템을 구축함.

• 과제의 내용

1) 소방청사 내부 유해물질 종류 및 특성 분석

2) 소방청사 Red Zone 내 유해물질 모니터링 시스템 개발

안성소방서 소속의 원곡 119안전센터의 평면도를 기준으로, 소방청사 내 Red Zone을 파악하고 구조를 분석함.

3) 유해물질 저감 필터 설계

미세먼지와 같은 입자상 물질은 헤파필터를 통해 제거하고, 다환방향족탄화수소, VOCs와 같은 유해가스는 제올라이트 필터를 통해 제거하고자 함.

4) 단계별 환기시스템 구축

시동점검 및 소방관 복귀와 같은 상황에 특이적으로 강한 환기가 가동될 수 있도록 단계별 환기시스템을 구축함. 상시 환기인 1단계 환기와 유해물질 고농도 감지 시 가동되는 2단계 환기로 구분함.

기술개발 일정 및 추진체계

개발 일정

구성원 및 추진체계

◇ 설계 추진체계

◇ 공통 분담

1) 모든 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

권혜린: 개념설계 발표, 상세설계 발표, 최종설계 발표, 단계별 환기시스템 설계

노예영: 경쟁력분석 발표, 최종설계 발표, 시연물 전기회로 및 아두이노 코드

방민혜: 과제제안서 발표, 포스터 제작, 단계별 환기시스템 설계

안시열: 개념설계 발표, 상세설계 발표, 포스터 발표, 시연물 전기회로 및 아두이노 코드

관련 기술의 현황

관련기술 현황 및 분석(State of art)

기술 현황

특허 조사 및 특허 전략 분석

(1) 실내 공기질 관리를 위한 지능형 환기 시스템 및 그 실내 공기질 관리방법(10-2022-0169890)

(2) IoT 기반의 유해화학물질 누출 모니터링 시스템(10-2021-0004037)

(3) 유해화학물질 누설통보장치(10-1993467)

기술로드맵

시장 상황에 대한 분석

경쟁제품 조사 비교

(1) 포스코E&C 및 경동나비 - 각 실 제어 청정환기 시스템 [1]

(2) 자이 S&D 및 GS 건설 - SYSCLEIN (시스클라인) [2]

마케팅 전략 제시

- S/O 전략(강점을 살려 기회를 최대화하는 전략): Red Zone 환기 시스템 설치 의무를 만족하며 소방관들의 작업 환경을 개선할 수 있음.

- S/T 전략(강점을 이용한 위협을 극복하는 전략): 소방청사 Red Zone 내 주요 발생 유해물질 데이터베이스를 구축하여 해당 DB를 이용한 연구를 증진하며, 소방청사 내 주로 노출되는 유해물질 특이적인 환기 시스템을 개발해 예산 절감에 효과를 가져올 수 있음

- W/O 전략(약점을 보완하여 기회를 포착하는 전략): 소방청사 내 유해물질 2차 노출을 최소화하여 소방관의 처우 개선에 앞장 섬.

- W/T 전략(약점을 최소화하여 위협에 대처하는 전략): 최소한의 공사로도 기존 구조에 쉽게 적용할 수 있는 환기 시스템 구축으로 소방청사 내 환기 시스템 설치에 대한 거리감을 좁힐 수 있음.

개발과제의 기대 효과

기술적 및 사회적 기대효과

소방관: 소방청사 내 VOCs, CO, PAHs와 같은 주요 발생 유해물질을 효과적으로 저감하여 소방관의 작업 환경 및 보건 복지 개선을 야기할 수 있음.

소방청사: 다양한 유해물질의 농도를 모니터링하여 선제적으로 소방청사 내 유해물질로 인한 오염을 파악할 수 있음. 단계별 환기 시스템을 도입하여 소방청사 내 유해물질 농도를 줄일 수 있음.

ESG: 환기 시스템을 작동하는 전열교환기 또한 다른 환기 시스템 제어부에 비하여 열 손실 낭비가 적으므로 유지관리 또한 편리함. 유해물질을 소방청사 내에서 흡수 및 배출시 유해물질 저감 필터를 거치므로 환경 친화적인 지속 가능한 운영이 가능함.

경제적 기대효과

◇ 편익(Benefit)

• 보건 피해 저감 비용

보건 피해 저감 비용 = 소방관의 직업적 환경으로 인해 발생 위험 가능성이 있는 암(위암, 폐암, 신장암, 방광암, 비호지킨 림프종, 백혈병)을 표적 질환으로 한 의료비

의료비는 특정질병관리된 진료비(외래비 + 약품비 + 입원비)의 총액으로 산출함.

보건 피해 저감 비용은 총 56,367,568원으로 산출됨.

• 자연환기 대비 냉난방 전기요금 감축 비용

환기 시스템 제어부인 전열교환기를 활용해 단계별 환기를 진행할 시 절약되는 냉난방 에너지를 자연환기 대비 10년간 감축 가능한 전기 요금을 편익으로 산출함.

(1) 10년간 환기 시스템으로 발생하는 전기 비용

소방청사의 계약전력을 5kW로 가정하였을 때, 10년간 환기 시스템으로 발생하는 전기 비용은 6,204,000원/10년으로 산출됨.

(2) 10년간 자연환기를 통한 냉난방 전기 비용

전열교환기를 사용하면 자연환기에 비해 냉난방 비용이 약 25% 감소하므로 자연환기를 통한 냉난방 비용은 상시 2단계를 가동하였을 때의 130%가 증가한 비용으로 산출하여, 10년간 자연환기를 통한 냉난방 전기 비용은 15,123,200원/10년으로 산출됨.

(3) 자연환기 대비 냉난방 전기 요금 감축 비용

자연환기 대비 냉난방 전기요금 감축 비용은 총 8,919,200원으로 산출됨.

◇ 비용(Cost)

• 초기 비용

초기 비용으로 = 제품 구매 비용 + 초기 설치 비용

(1) 제품 구매 비용

제품 구매 비용은 총 3,067,960원이 산출됨.

(2) 초기 설치 비용

초기 설치 비용은 소방공사 입찰 비용을 참고하여 산출하였고, 원곡 119안전센터 기준 초기 설치 비용은 38,801,329원이 산출됨

(3) 초기 비용

초기 비용 = 제품 구매 비용 + 초기 설치 비용 = 3,067,960원 + 38,801,329원 = 41,869,289원

• 유지관리 비용

유지관리 비용 = 소모품 교체 비용 + 전기 요금

유지관리 비용 = 소모품 교체 비용 + 전기 요금 = 4,520,000원 + 6,204,000원 = 10,724,000원

◇ B/C Ratio (BCR)

BCR이 1.24로 산출되었으로 긍정적인 경제적 효과를 기대할 수 있음.

설계사양

제품의 요구사항

목적 계통도

QFD (Quality Function Deployment)

개념설계안

모식도

평면 모식도

3D모식도

완료 작품의 소개

프로토타입 사진

전열교환기 프로토타입

유해물질 감지부 작동 사진

단계별 환기시스템 프로토타입

포스터

개발사업비 내역서

완료 작품의 평가

향후 계획

- 타겟 소방청사 내 유해물질 DB 구축을 통해 주요 발생 유해물질 제거를 위한 필터로 교체

- 소방청사 구조에 따라 재설계하여 유동적이고 보편적인 사용 가능

특허 출원 내용

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