1호선빌런조

프로젝트 개요

기술개발 과제

국문 : 지하철 전동차 내 공기질 개선(이산화탄소, 초미세먼지, 바이러스) 에어커튼 설계

영문 : Aircurtain for improving air quality(CO2, PM2.5, Virus) in subway

과제 팀명

1호선 빌런

지도교수

서명원 교수님

개발기간

2022년 9월 ~ 2022년 12월 (총 4개월)

구성원 소개

서울시립대학교 환경공학부 2019890031 안효빈(팀장)

서울시립대학교 환경공학부 2019890026 박예원

서울시립대학교 환경공학부 2019890048 이주원

서울시립대학교 환경공학부 2019890062 조문선

서론

개발 과제의 개요

개발 과제 요약

대중교통에서 지하철이 차지하는 비중 및 지하철 이용 승객은 지속적으로 증가하는 추세이다. 이는 시민들이 지하환경에 노출되는 시간이 늘어난다는 것을 의미한다. 이에 따라 효율적인 지하철 공기질 관리를 위한 공기정화시스템 개선에 대한 검토가 필요하다. 현재 지하철은 지상의 공기가 환기구를 통해 유입되어 필터로 걸러진 후 지하로 공급된다. 하지만 이 필터는 일산화탄소, 이산화탄소, 바이러스와 같은 오염물질을 모두 걸러내지 못하여 지상의 대기질이 악화되면 이에 비례해 지하의 공기도 악화된다는 특징이 있다. 실내공기의 경우 폐쇄성으로 인해 확산할 수 있는 공간이 크지 않아 한번 오염이 되면 정화가 어려운 특성을 가지기 때문이다. 오염물질의 지속적인 유입과 누적이 계속되면 다양한 질환을 유발하게 된다. 서울 교통공사는 열차 출입문 개폐 시 객실로 유입되는 미세먼지 저감을 위해 열차 내부에 공기 질 개선장치를 새로 설치하였지만, 해당 장치는 미세먼지만을 대상으로 하여 다른 오염물질은 정화하지 못한다. 또한, 전동차 출입문에 장착한 에어커튼은 객실 내부와 외부의 공기를 차단해 전동차 내의 이산화탄소가 확산하지 못하고 누적되고 있음을 예상할 수 있다. 이 외에도 최근 코로나 19와 같은 전염성 질병의 유행 사례가 증가하여 실내 바이러스에 대한 시민들의 두려움이 커지고 있다. 그러므로 본 과제는 지하철 전동차 내 에어커튼 사용으로 인해 축적된 CO2 정화와 UV를 이용한 공기 살균이 가능한 공기 질 개선장치를 설계하는 것을 목표로 한다.

개발 과제의 배경 및 효과

◇ 개발 배경
 현대인들은 많은 시간을 교통수단에서 보낸다. 통계개발원의 ‘국민 삶의 질 2021’ 보고서에 따르면, 2020년 전국 평균 출퇴근 시간은 61.6 분이었으며, 국토교통부와 한국교통안전공단의 2020년 ‘수도권 대중교통 이용실태’ 데이터에 따르면 수도권 평균 출퇴근 시간은 1시간 27분으로 나타났다. 이는 OECD 평균인 28분에 비해 굉장히 높은 수치이다. 같은 자료에 의하면 경기도-서울 방면으로 출근하는 사람은 버스와 광역·도시철도를 환승해서 이용(39.3%)하는 경우가 많았고, 인천-서울 출근자의 경우 광역·도시철도(54.3%)가 주된 교통수단이었다. 서울-인천 출근은 버스+광역·도시철도 환승(56.5%) 이용이 많았다. 이 자료를 토대로 많은 시민들이 대중교통을 이용하며 그 중에서도 도시철도 이용 비율이 매우 높다는 것을 알 수 있다. 실제로 교통카드 빅데이터 통합정보시스템에서 2021년 도시철도의 이용 건수가(2,168,228,164 회)이 시내버스(2,078,592,329)에 비해 높다는 것을 확인할 수 있다. 이 자료들을 토대로 한국인은 지하철 내에서 소요하는 시간이 길다는 것을 예측할 수 있으며 지하철에서의 대기질은 시민들의 건강에 적지 않은 영향을 끼칠 것이라고 간주된다.

◇ 기존 제도의 문제점
 현재 지하철 객차 내에서는 초미세먼지, 이산화탄소가 측정되고 있으며 혼잡시와 비혼잡시 모두 실내공기질 유지기준에 부합하지만 이산화탄소 농도는 혼잡시에는 기준에 근접하고 높은 수치를 보이고 있다. 따라서, 지하철 객차 내 이산화탄소 농도를 관리할 필요성이 있다. 또한, 현재 지하철 차량에는 공기질 개선장치 및 에어커튼이 설치되어 있으나 이는 (초)미세먼지와 부유세균만을 제거할 뿐 다른 오염물질을 제거하지는 못하고 있으며 이산화탄소 센서가 차량 내 설치되어 있으나 이산화탄소 농도 제어는 환기를 통해서만 이루어지고 있다.

 서울교통공사는 2020년부터 일 년간 지하철 7호선 747편성 차량에 에어커튼을 부착하여 시범 운영을 하였으며 전 차량에 에어커튼을 설치할 계획에 있다고 보고하였다. 에어커튼은 지하철 차량 출입문에 설치되어 차량 문이 열릴 때 바람을 일으켜 (초)미세먼지를 차단하는 역할을 한다. 그러나, 에어커튼 작동으로 인해 객차 내의 공기가 밖으로 빠져나가지 못해 이산화탄소가 차량 내부에 머물러 있어 실내 공기질이 악화될 가능성이 있다. 특히, 현재 이산화탄소 농도 제어는 환기를 통해서만 이루어지고 있기 때문에 이를 제거하기 위한 장치를 설치할 필요성이 있다.

◇ 개발 효과
 인체는 이산화탄소에 노출되었을 때 심각한 영향을 받게된다. 높은 농도의 이산화탄소에 노출될 경우, 신체 내 산소의 비중을 낮추어 중독증상(호흡곤란, 어지럼증, 피로 등)이 발생하게 된다. 실제로 Fig 1.1을 통해 볼 수 있듯, 지하철 혼잡시 전동차 내 이산화탄소 농도는 전체 평균 1,373 ppm 인 것을 알 수 있는데, 이는 인체에 피로를 줄 수 있는 농도이다. 따라서 지하철 내에서 인체에 유해한 물질을 감소시킨다면 국민의 건강과 삶의 질 향상에 도움을 줄 것으로 예측된다.

개발 과제의 목표 및 내용

내용

구성원 및 추진체계

내용

설계

설계사양

제품의 요구사항

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설계 사양

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개념설계안

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이론적 계산 및 시뮬레이션

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상세설계 내용

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결과 및 평가

완료 작품의 소개

프로토타입 사진 혹은 작동 장면

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포스터

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완료작품의 평가

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향후계획

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특허 출원 내용

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