요리조리조

프로젝트 개요

기술개발 과제

국문 : 조리사의 폐암 발병률 저하를 위한 조리실 내 조리흄 저감 시스템 설계
영문 : Design of Cooking Fume Reduction System in the Kitchen to Reduce the Morbidity of Lung Cancer of Cooks

과제 팀명

요리조리조

지도교수

박승부 교수님

개발기간

2023년 3월 ~ 2023년 6월 (총 4개월)

구성원 소개

서울시립대학교 환경공학부 201989**** 임*원(팀장)

서울시립대학교 환경공학부 201989**** 류*은

서울시립대학교 환경공학부 201989**** 박*우

서론

개발 과제의 개요

개발 과제 요약

조리사의 폐암 발병률 저하를 위한 조리실 내 조리흄 저감 시스템 설계.

개발 과제의 배경 및 효과

2021년 2월 폐암으로 사망한 급식노동자의 조리흄 장기 노출로 인한 산재 인정.
조리흄이란 기름을 사용한 요리 시 배출되는 물질로, 미세입자, 이산화탄소, 일산화탄소, 다환방향족탄화수소(PAHs), 벤젠, 알데하이드류 등의 발암물질로 구성.
세계보건기구(WHO) 산하 국제암연구소(IARC)에 따라 조리흄은 Group 2A(인체 발암 추정물질)로 분류.
교육부 조사 결과 2만 4,065명의 학교 급식종사자 중 폐암 의심 소견은 139명(0.58%)이었으며 이 중 31명이 폐암 확진 판정됨.
이에 따라 조리사에 대한 조리흄 노출을 저감하는 시스템의 고안 필요.

개발 과제의 목표 및 내용

일시적으로 고농도에 노출될 수 있는 위험요소를 파악하여 이를 방지하기 위한 시스템 도입과 조리실의 공기질을 학교보건법에서 제시하는 실내공기질 유지기준을 만족하도록 조리실 내 요소들을 설계.

총편익과 총비용의 할인된 금액 비율.
B/C ratio가 1보다 크거나 같으면 경제성이 있다고 판단.

편익-비용 분류

안소은 외(2017)와 송한솔(2022)을 참고하여 편익비용 분류체계도 구성.

편익 (Benefit)

직접비

● 의료비용

건강보험심사평가원에서 제시한 2018년 비용에서 연평균 증가율을 대입하여 2023년 기준으로 산정한 값임.
외래진료비 : 420,000원/일·인 × 11 일 = 4,620,000 원/인
입원비 : 527,000원/일·인 × 33.2 일 = 17,500,000 원/인
약제비 : 5,355억 원 / 10만명 = 5,350,000 원/인

● 비의료비용

삼성서울병원 암교육센터에서 제공하는 폐암 치료 기간과 횟수를 사용.
교통비(2023년 기준): 1,200원/회·인 × 2회/일 × 5일/주 × 6주 = 72,000원/인
간병비(㈜코드블라썸): 150,000 원/일·인 × 33.2일 = 4,980,000원/인

● 대상자 수 산정

학교급식종사자 중 폐암 확진자에 대해 모든 항목 적용.
학교급식종사자 중 폐암 이상 소견을 보인 노동자에 대해 외래진료비와 교통비만 적용.

편익(총 재해비용)

총 재해비용 산출 시 하인리히 방식(최윤정, 2022)을 채택.

직접비와 간접비를 합산해 총 재해비용 312,460,192,000 원 도출.

비용(Cost)

● 기기 설치비용

후드 및 덕트 설치 비용의 경우 나라장터의 “오산초 외 1교 조리실 후드교체 및 기타시설 기계설비공사 (2018)” 입찰결과의 추정금액 10,323,500 원을 차용.
에어커튼 설치 비용의 경우 나라장터의 “2017년도 신설학교 급식기구 구매(에어커튼외)”를 차용, 6대 설치비용 2,015,000 원을 계산.

● 연간 유지관리비

급식시설 1 개소 당 필터 교체를 포함한 유지관리비용 4,508,800 원 (송한솔, 2022)을 차용.

● 전체 소요비용 계산

각 비용에 물가상승률 5.5% (통계청, 2022)을 적용하여 2023년 기준 금액으로 계산.

급식시설 개수 11,976개 (교육부, 2021)를 곱하여 총비용 254,959,183,752 원을 도출.

경제성 분석 결과

총편익 312,460,192,000 원, 총비용 254,959,183,752 원을 이용해 B/C ratio 계산.

B/C ratio가 1 이상이므로 경제성이 있다고 판단.

개발과제의 기대효과

기술적 기대효과

● 조리실 내 공기질 개선

조리과정에서의 일산화탄소의 순간 발생량은 최대 295 ppm으로 산업안전보건법상 단시간노출기준 (200 ppm)를 초과 (이유진 외, 2019).
이산화탄소, 미세먼지(PM10, PM2.5)의 순간발생량 또한 마찬가지로 학교보건법상 실내공기질 유지기준을 초과 (이유진 외, 2019).
”요리조리“ 시스템의 도입으로 일산화탄소, 이산화탄소 및 미세먼지의 농도를 저감해 조리실 내 공기질 개선 가능.

● 조리실 내 환기 시스템 개선

현재 조리사의 폐암 발병 원인으로 부실한 환기 시스템이 거론됨.
개선된 후드와 정화된 외부공기를 급기하는 시스템이 탑재된 “요리조리” 시스템의 도입으로 조리실 내 환기시설 개선 가능.

사회적 파급효과

● 조리사의 폐암 발병률 감소

우리나라 조리실의 경우 조리흄이 조리사 폐암의 주요 원인으로 작용함 (이유진 외, 2019).
”요리조리“ 시스템의 도입으로 일산화탄소와 미세먼지 노출량을 저감해 조리사의 폐암 발병률 감소 가능.

추진체계

설계

설계사양

제품 요구사항

● 현 급식실의 문제점

환기의 경우 캐노피 후드에 의한 국소배기, 창문과 출입문을 통한 자연 환기, 벽면 환풍기에 의한 전체환기가 이루어지고 있음.
국소배기 시 캐노피 후드가 작업자의 머리 위에 위치하여 오염물질이 작업자의 호흡영역을 거쳐 배기됨.
캐노피 후드의 개구면과 작업대 사이의 거리가 충분히 가깝지 않으며 후드 유량 및 흡인 속도가 적절하지 않음.
공조시설을 이용한 급기시설은 없었으며 자연 환기의 경우 외기가 유입되면 후드의 방해기류로 작용하여 배기효율을 저하함.
선풍기나 에어컨 등의 냉방기구 사용 시 후드의 방해기류로 작용.

● 요구사항

● 목적계통도

● QFD(Quality Function Deployment)

실제 변수들과 제품요구사항 간 상관관계를 나타냄.

개념설계안

학교 조리실 현황

학교 조리실 기본 현황

경남 지역 공립학교 중 10개교의 조리실을 대상으로 실태를 조사하였음.
보통의 조리실 크기는 가로 16 m, 세로 11 m, 높이 2.9 m이며, 조리 공간은 전처리실과 조리실, 식기세척실로 이루어짐.

조리 시 발생하는 오염물질

조리실 내에서의 조리 형태는 주로 삶기, 볶기, 굽기, 튀기기 등에 의해 이루어짐.
전(계란말이, 스크램블, 삼겹살), 튀김과 같은 기름을 사용하는 요리에서 일산화탄소 발생량이 높았으며 일산화탄소 단시간노출기준 200 ppm을 초과하였음.
미세먼지의 발생량은 수증기가 동반된 볶음요리나 삶기에서 높게 나타났으며, 순간농도 200 μg/m3을 초과하였음.

조리실 내 환기의 흐름

출입문과 창문을 통한 자연 환기량은 없다고 가정함.
요리조리 시스템에서의 배기는 후드(Q1)와 전체환기시스템의 배기장치(Q2)에 의함.
전체환기시스템의 급기장치(Q)로 배기량만큼 급기.

후드

설계 대상 후드의 종류

조리실의 후드는 작업대가 조리실 가운데에 위치하여 모든 면에서 작업할 수 있는 조리대의 후드(그림 7)와 작업대가 벽면에 부착되어 한 면에서 작업할 수 있는 작업대의 후드(그림 8)로 나뉨.
전자의 경우를 후드 A로, 후자의 경우를 후드 B로 명명함.

에어커튼

오염물질의 순간 발생량을 차단함으로써 작업자의 호흡 영역을 확보함과 동시에 외부 방해기류를 차단하여 후드의 포집 효율 향상.
하향 급기 형식의 에어커튼을 후드 아랫단에 부착하여 사용.

후드 A의 경우 네 면에 에어커튼 적용(그림 7).
후드 B의 경우 후드 좌·우측에는 가림판을 설치하고 전면에만 에어커튼 적용(그림 8).

가림판

후드 B의 양 측면에 부착하여 후드에 유입되는 방해기류 차단.
에어커튼 설치 시 전력 소모가 크므로 가림판을 설치하여 소요되는 전력 절감.
후드 B의 경우 한 면에서만 작업하므로 가림판을 설치하여도 작업에 방해되지 않음.
재질은 후드와 동일한 스테인리스강을 사용.

전체환기시스템

조리실 내 전반적인 공기질 개선을 위해 전체환기시스템을 도입.
학교 조리실은 운동장이나 주차장과 인접한 경우가 많으므로 주변에서 발생하는 오염물질이 조리실 내부로 유입될 수 있음.
미세먼지의 제거 효과가 뛰어난 헤파(HEPA) 필터 (권우택 외, 2017)를 사용하여 외부 공기 정화 후 급기 및 배기가스 정화.
한국여과기공업협동조합(2016)에서 제시하는 헤파 셀플리트 필터의 사양 차용.

소요동력

요리조리 시스템을 운영하는 데 필요한 소요동력은 후드와 에어커튼에 필요한 전력과 전체환기시스템 운영에 필요한 전력을 합하여 계산.

송풍기의 수는 후드 하나당 한 개로 고정.
기존 조리실과 비교하였을 때 에어커튼 장착 및 전체환기시스템 가동으로 인해 소요동력 또한 증가.

조리실 설계도

일반적인 학교 내 조리실의 구조(이유진 외, 2019)를 차용.

이론적 계산 및 시뮬레이션

조리실 내 환기유량 계산

실내 오염 발생량(M)

실내 오염 발생량은 수식 4에 의해 계산.

● 후드의 규격

후드의 폭, 길이는 나라장터 종합쇼핑몰에서 ㈜우일이앤지, ㈜화신테크이엔지의 후드 규격을 차용.
설계에 사용한 네 면이 개방된 후드 A는 ㈜화신테크이엔지, 한 면만 개방된 후드 B는 ㈜우일이앤지의 후드 규격을 차용.

● 기존 후드의 흡입량

상부형 후드의 흡입량은 수식 5에 의해 계산됨.

후드의 둘레(P)는 후드의 깊이(a)와 후드의 폭(b)을 더한 값을 두배하여 계산.
조리실 내 후드의 흡입 속도(V)는 0.5 m/s로 측정됨 (이유진 외, 2019).
작업대와 후드의 개구면 이격거리(D)는 약 1.2 m로 나타남 (이유진 외, 2019).
수식 4를 이용, 기존 후드의 흡입량을 계산하여 아래 표에 나타냄.

● 실내 오염 발생량(M) 계산

조리 시 순간적으로 발생하는 일산화탄소(CO)와 미세먼지(PM10)의 농도는 이유진 외(2019)의 측정결과를 차용.
오염물질 순간발생량의 최댓값과 기존 후드의 흡입량을 곱한 값을 더해 실내 오염 발생량을 계산 (아래 표).

개선된 후드의 흡입량(Q1)

수식 6을 이용하여 개선된 후드의 흡입량을 계산.
계산 시 사용한 오염물질별 단시간노출기준을 표에 나타냄.

각 오염물질별로 유량을 계산한 후 최댓값을 채택하여 최종적인 후드의 흡입량으로 선정 (아래 표).
개선된 후드의 흡입량(Q1)은 후드 A의 경우 18.78 m3/s, 후드 B의 경우 27.38 m3/s임.
기존 후드보다 개선된 후드의 흡입량이 후드 A와 후드 B에서 모두 366% 증가함.
기존 후드의 흡입량인 4.03 m3/s(후드 A)와 5.88 m3/s(후드 B)에 비해 많은 유량이 요구됨.

전체 급기량(Q)

수식 7에 따라 목표 공기질을 유지하기 위한 전체 급기량(Q) 산정 후 최댓값을 채택.
초기농도 Co는 정화된 급기를 사용하므로 0으로 계산.
일산화탄소(CO)의 경우 실내공기질관리법 시행규칙 [별표 2]에 따라 10 ppm, 미세먼지(PM10)의 경우 학교보건법 시행규칙 [별표 4의2]에 따라 75 μg/m3을 기준농도로 사용.
전체환기량은 292.80 m3/s임.

전체환기시스템 배기유량(Q2)

수식 8에 따라 전체 급기량(Q)에서 개선된 후드 흡입량(Q1)의 합계를 제하여 전체환기시스템의 배기유량(Q2) 산정.
개선된 후드 A, B의 흡입량(Q1) 합계는 46.16 m3/s임.
전체급기량(Q)이 292.80 m3/s이므로 전체환기시스템의 배기유량(Q2)은 246.64 m3/s임.

에어커튼 및 가림판

요리조리 시스템의 운영

조립도

블록체인의 스마트 컨트랙트에 제품과 사용자의 데이터 구조는 <그림9>와 같다. 사용자의 데이터에는 블록체인의 지갑주소와 사용자의 코드 번호를 저장한다. 사용자 코드는 0, 1, 2, 3 으로 설정했으면 각각 관리자, 소비자, 수거자, 생산자에 대응된다. 각 코드에 따라 웹앱은 다른 기능으로 작동하도록 설계했다. 코드 0번 관리자의 경우는 전체적인 프로세스와 모든 제품에 대한 열람 및 사용자 조회가 가능하도록 설계하였고 이는 추후 국가기관이 관리하는 것으로 계획하며 설계하였다. 코드 1번 소비자는 생산과 수거 사이에 있는 모든 대상을 뜻하며, 중고 거래 상점도 이에 포함 될 수 있다. 코드 2번 수거자는 말 그대로 수거를 하는 사람을 말하며, 소비자와 다르게 수거하는 기능을 사용 할 수 있다. 코드 3번 생산자는 물건을 생산한 뒤 제품에 대한 정보를 블록체인에 올릴 수 있는 기능을 가지고 있으며 해당 제품을 추적 가능하도록 설계하였다. 제품은 탐색을 위한 고유번호를 가지며 재활용 유무와 수거 유무의 Boolean 타입을 통해 실시간 트래킹을 가능하도록 설계하였다. 또한 소유기록과 거래시간을 계속 저장하여 무단 투기된 제품의 이력을 추적 가능하다.

블록체인을 바탕으로 한 서비스는 DB를 따로 두지 않고 주소와 개인키를 통한 인증을 지원한다. 그러나 개인 주소와 키는 너무 길고 복잡하기 때문에 다른 지갑 어플리케이션을 활용한다. 위 설계에서는 클레이튼과 연동되는 Klip API 지갑 서비스를 사용하였다. 그렇게 하여 사용자들은 복잡한 개인키를 암기하거나 보관할 필요를 줄인다. 사용자는 EcoTracking 앱을 통해 로그인을 시도하면, 자동으로 카카오톡 앱에 내장되어 있는 Klip 지갑으로 연결되게 되고 이를 통해 블록체인에 인증되게 된다. 이후에는 앱 서비스를 블록체인에 있는 본인의 개정으로 이용 할 수 있게된다. 위 과정에서 블록체인 네트워크 안에서는 익명성의 보안을 유지하게 되고, 만일 무단 투기로 인한 개인 신분 조회가 필요한 경우에는, Klip API와 카카오톡의 개인정보를 바탕으로 신분 조회를 가능하도록 한다.

생산자가 앱에 로그인을 하여 인증을 마친 뒤에는 제품 생산과 동시에 데이터를 입력하여 블록체인상에 제품을 등록 할 수 있게 된다. 위 앱은 임시로 보여주기 위해 직접 하나하나 입력하는 방식으로 설계 되었지만, 당연하게도 자동화를 할 수 있으며, 이는 대량 생산에도 충분히 적용 가능하다. 입력된 제품 데이터는 바로 블록체인상에 올라가며 모든 사용자는 해당 데이터를 조회가능하다. 이후 제품을 구매하는 소비자는 생산자로부터 제품을 양도 받으며, 동시에 제품의 고유번호를 통해 해당 제품을 소비자 본인의 블록체인 제품으로 등록하게 되면서 거래가 이루어지게 된다. 해당 거래는 블록체인 상에 기록되어 영구적으로 조회 가능하다. 또한 이 거래는 실시간으로 업데이트 되기 때문에 실시간 트래킹이 가능하다.

소비자는 다 사용한 제품을 수거 요청 할 수 있다. 수거 요청된 제품은 수거자에게 알림이 가고 이를 통해 수거를 진행하게 된다. 앱을 통한 수거 요청 과정은 기존 제도보다 절차를 단순화하는 장점과 실시간 반영되는 장점이 있다. 이를 통해 불필요한 인력 소모를 줄일 수 있으며 조금 더 발전시킨다면 수거 요청된 데이터를 바탕으로 수거 경로를 설정 할 수 도 있을 것이라 기대한다. 수거된 제품은 재활용 센터로 이동되는데, 재활용 센터에서는 해당 제품을 처리하면서 블록체인 상에 재활용 처리 가능하다. 이 과정도 QR코드와 카메라 센서등을 통해 자동화 한다면 많은 인력이 들지 않을것이라 생각하며 재활용 여부는 즉시 사용자와 생산자 등에게 전달되어, 모든 참여자가 해당 제품의 생산부터 소비, 재활용까지의 모든 과정에 참여하여 책임의식을 가질 수 있다.

결과 및 평가

완료 작품의 소개

프로토타입 사진 혹은 작동 장면

프로토타입 사진

포스터

개발사업비 내역서

완료작품의 평가

향후계획

본 설계에서 제거 대상 물질로 선정한 CO와 미세먼지 외에 기름 연기(oil smoke)와 악취를 대상으로 연구 진행.
전체환기시스템을 통해 유입되는 공기가 조리실 내부에서 순환된 후 유출되도록 시스템 설계.
본 설계에서는 조리대가 2개인 조리실을 설계하였으나 실제 조리실에는 더 많은 조리대를 사용하므로 더 큰 규모의 조리실을 대상으로 설계.

참고문헌

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나라장터 종합쇼핑몰. 상업용주방후드, 우일이앤지, WOW-2000ST, 이중박스형/필터/방습등, 2000×1500×600mm
나라장터 종합쇼핑몰. 상업용주방후드, 화신테크이엔지, HSHS1212, 박스형, 1200×1200×600mm
나라장터. 입찰공고번호 20161134052-00. 2017년도 신설학교 급식기구 구매(에어커튼외)
나라장터. 입찰공고번호 20180632780–00. 오산초 외 1교 조리실 후드교체 및 기타시설 기계설비공사.
경동나비엔, “키친플러스” <https://www.kdnavien.co.kr/product/detail/3207?pdLgMuSeq=881&pdSmMuSeq=883>
삼성서울병원 암교육센터. <http://www.samsunghospital.com/dept/medical/checkupSub02View.do?content_id=1273&cPage=2&DP_CODE=CIC&MENU_ID=004027018&ds_code=D0003490&main_content_id=1776>
서지영, 선예랑. 확인된 ‘조리흄’ 위협…급식조리실 등장한 필터마스크. 국민일보. 2023.03.19. <https://news.kmib.co.kr/article/view.asp?arcid=0018067031&code=61121411&cp=nv>
㈜코드블라썸. <https://www.careday.me/>

요리조리조

목차

프로젝트 개요

기술개발 과제

과제 팀명

지도교수

개발기간

구성원 소개

서론

개발 과제의 개요

개발 과제 요약

개발 과제의 배경 및 효과

개발 과제의 목표 및 내용

관련 기술의 현황

국내 기술 현황

특허조사

관련 시장에 대한 분석

경제성 분석

편익비용비(B/C ratio)

편익-비용 분류

편익 (Benefit)

직접비

편익(총 재해비용)

비용(Cost)

경제성 분석 결과

개발과제의 기대효과

기술적 기대효과

사회적 파급효과

추진체계

설계

설계사양

제품 요구사항

개념설계안

학교 조리실 현황

조리실 내 환기의 흐름

후드

전체환기시스템

소요동력

조리실 설계도

이론적 계산 및 시뮬레이션

조리실 내 환기유량 계산

에어커튼 및 가림판

요리조리 시스템의 운영

조립도

결과 및 평가

완료 작품의 소개

프로토타입 사진 혹은 작동 장면

포스터

개발사업비 내역서

완료작품의 평가

향후계획

참고문헌

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