저승조

프로젝트 개요

기술개발 과제

국문 : 지하역사 승강장 내 미세먼지 킬체인(Fine Dust Kill-Chain)시스템 개발 및 구축

영문 : Research and development of fine dust Kill-Chain system for citizen-friendly subway platform

과제 팀명

저승조

지도교수

동종인 교수님

개발기간

2019년 9월 ~ 2019년 12월 (총 4개월)

구성원 소개

서울시립대학교 환경공학부 2014890033 박동완(팀장)

서울시립대학교 환경공학부 2014890010 김기현

서울시립대학교 환경공학부 2014890028 도영진

서울시립대학교 환경공학부 2014890038 박태현

서론

1) 과제 요약

● 지하철 승강장내 미세먼지 오염원의 기원을 두 가지로 나누어서 생각했으며 ‘외기 유입’과 ‘선로 유입’이 있음을 인지함.

● ‘외기 유입’ 중 승강장 미세먼지 농도에 영향을 주는 요인은 2가지로 식별되었고 ‘출/입구에서 유입되는 미세먼지’와 ‘급/배기구에서 유입되는 미세먼지’로 나눌 수 있음.

● ‘선로 유입’ 승강장 미세먼지 농도와 중금속 농도에 영향을 주는 요인은 선로 마모로 주로 급정차 시, 지하철이 가속되는 승강장의 선로에서 주로 일어났음.

● ‘외기 유입’의 경우 미세먼지의 제거를 위해 여러 가지 기술이 검토 되었으며(예) 싸이클론 집진기, 전동 집진기 등) 그 결과 역사 외부에 유리문이 없는 경우 유리문을 설치하고, 급기구에 여과 집진기를 추가적으로 설치하여 ‘외기 유입’으로 인한 승강장 미세먼지 농도 악화를 방지하고자 하였음.

● ‘선로 유입’의 경우 미세먼지의 제거를 위해 여러 가지 기술(여과막, 물을 이용한 일시적 농도 제거)이 검토 되었으나 중금속을 효율적이고 경제적으로 제거 할 수 있는 방법은 자성체를 이용하는 것임을 알았음.

● 그 결과 만약 한 시스템만 사용되게 된다면 ‘외기 유입’의 경우 미세먼지 농도 중 95%를 저감 할 것으로 기대되고, ‘자성집진장치’ 또한 경우 미세먼지 농도 중 95% 중금속 성분 50%를 제거 할 것으로 예상됨.

2) 과제 설계 범위

● 본 설계에서는 체계적으로 설계 범위를 설정하고 다양한 참고 문헌 및 기술 현황들을 조사하며 구체적인 연구 추진 순서 및 방법으로 합리적인 설계 목표를 설정하고 수행하였음.

① 공간적 범위

● 지하역사 내 시민들이 지하철을 기다리는 승강장

② 내용적 범위

● 미세먼지 저감 관련 연구 및 기술 개발 현황 조사

● 관련 기술 특징 및 제품 구매처의 경제성 분석 제시

③ 기술적 범위

● 기존 기술 개선과 문제점 보완을 통한 기술 연구 및 개발

● 입체적이고 요약적인 최종 설계 모형(Prototype) 제작[]

개발 과제의 목표와 내용

1) 지하역사 외부 공기의 승강장 유입

● 지하철 공기의 유입은 지하역사 외부 공기가 승강장으로 유입되는 경로(급기, 외기 오염물질 유입)와 지하철 터널 공기의 승강장 유입(터널 미세먼지 유입)으로 크게 나누어 볼 수 있음.

● 이번 과업에 있어 지하역사 내 승강장에서의 미세먼지 저감의 목적에 부합하는 구체적인 설계목표는 외기로부터 유입되는 총 미세먼지의 95%를 저감하고 선로로부터 유입되는 미세먼지 중 VOC는 95% 퍼센트 저감, 자성을 띄는 중금속 성분을 50% 퍼센트 저감 하는 것임.

● 지하 역사 내 승강장으로 유입되는 미세먼지 중 상당 부분을 차지 하는 것이 외부로부터 들어오는 공기의 유입임.

● 외기의 유입원은 크게 두 가지로 다시 나누어 볼 수 있는데 ‘출입구에서 지하역사 내로 들어오는 공기’와 ‘외부에서 강제로 내부로 공기를 순환시키는 급기’가 있음.

● 특히 외부에서 들어오는 공기 양의 상당량이 출입구에서 지하역사 내로 들어오면서 오염된 공기를 유입시키고 있으며, 외부에서 강제로 내부로 공기를 순환시키는 급기, 자연적으로 공기를 급기해주는 자연급기가 있음.

● 대부분의 지하철 역사의 출입구는 미세먼지 유입에 대한 대책이 없으며, 미세먼지가 많은 날의 경우 오염물들이 무방비로 유입되어 지하역사의 공기질이 악화됨.

● 미세먼지의 농도가 낮은 날이라도 보도 근처에 설치되어 있는 환기구의 위치가 충분히 높지 않은 경우(1.5m이하)는 다량의 이물질들로부터 VOC의 유입이 지속적으로 일어나고 있음.

● 따라서, 유입 시 미세먼지에 대한 차단이나 미세먼지가 저감되어 개선된 공기를 승강장으로 유입시킬 필요가 있음.

1) 지하역사 내부 터널 공기의 승강장 유입

● 지하역사 내 미세먼지 중 상당 부분이 철 및 기타 중금속(Fe, Ni, Cr)이 주요 구성 성분을 차지하고 있음.

● 선로 및 브레이크로부터 기원한 미세먼지가 승강장으로 다량 유입될 것으로 생각되는데 특히 승강장 구간에서 브레이크 및 가속 빈도가 가장 높음.

● 터널로부터 유입되는 공기의 성분은 외기로부터 유입되는 공기의 성분과 확연한 차이가 있으며, 외기의 대부분은 공기성분이 TVOC인 경우가 많은데 터널공기의 경우 중금속을 포함한 공기, 특히 Fe를 다량으로 포함하고 있는 것으로 식별되었음.

● 터널과 승강장 사이의 미세먼지 중 선로에서 발생하는 철이 차지하는 구성비율과 외부에서 유입된 TVOC의 구성 비율이 <표 2>와 같이 유사한 경향을 보이는 것을 통해 터널 공기가 승강장으로 유입되어 상당한 상관관계가 있는 것으로 보임.

● 실제로, 지하역사의 대합실은 외기 미세먼지 농도기준으로 대합실은 최소 1.1배에서 최고 2배, 승강장은 최소 1.7배에서 최고 2.6배까지 차이가 났고, 이는 지하역사의 미세먼지는 외기의 미세먼지에 의한 영향보다 철도 운행에 따른 미세먼지 발생에 의한 영향을 많이 받고 있다는 것을 알 수 있음.

● 스크린도어가 닫혀 있을 경우 미세먼지의 일차적인 차단 효과는 있을 것으로 보이나 스크린도어의 개방 시 승강장 내 대기질은 매우 악화될 것으로 보임.

● 환기팬을 이용하여 미세먼지를 순환시키는 기술은 비산먼지의 재부유의 가능성이 높고 이미 경제성 측면에서 그 효율이 매우 떨어지는 것으로 식별 되었음.

● 지하철 터널 공기의 지속적인 승강장 유입은 시민의 건강 및 보호에 우려할 만한 유해성을 지니고 있을 가능성이 높기 때문에 이에 대한 개선이 필요한 실정임.

3) 미세먼지 킬 체인 시스템(Kill-Chain System) 구축

● 본 설계에서는 지하역사 내 승강장 시민 밀착형 미세먼지 킬 체인(Fine Dust Kill-Chain)시스템을 구축하고자 함

● 지하철 외기의 경우 출입구에 유리문을 설치하여 일차적인 유입경로를 차단하고 외기의 유입경로를 통일시키고, 환풍구에 집진 장치를 설치함으로써 외기로부터 미세먼지를 감소시킬 것임.

● 지하철 터널로부터 유입되는 미세먼지의 경우 지하 선로에 자성집진을 사용하여 Fe등 시민들에게 유해한 중금속의 유입들을 감소시킬 것임.

개발과제의 기대효과

기술적 기대효과

내용

경제적 및 사회적 파급효과

내용

구성원 및 추진체계

내용

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

저승조

목차