KR102131598B1 - 집진필터의 최적 위치 선정 방법 및 이를 이용한 미세먼지의 제거 방법 - Google Patents
집진필터의 최적 위치 선정 방법 및 이를 이용한 미세먼지의 제거 방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명에 따른 집진필터의 최적 위치 선정 방법 및 이를 이용한 미세먼지의 제거 방법은 미세먼지관측 단계, 기상관측 단계, 지형지물관측 단계, 모델링 단계 및 집진필터 위치선정 단계를 포함함으로써, 미세먼지가 인체에 실질적으로 큰 영향을 미치는 목적 지형 공간 내 유효 공간을 표적하여 선택적으로 이 유효 공간 내의 미세먼지를 효과적으로 저감함에 따라, 미세먼지 제거에 소요되는 에너지 및 비용을 최소화할 수 있으면서 높은 효율로 목적 지형 공간 내 유효 공간 내 미세먼지를 저감할 수 있는 효과가 있다.
Description
본 발명은 집진필터의 최적 위치 선정 방법 및 이를 이용한 미세먼지의 제거 방법에 관한 것이다.
미세먼지는 대기 중에 포함된 미세한 크기의 입자상 물질을 의미하며, 화석연료의 연소, 자동차의 매연, 공장의 배출가스 등에서 배출되는 경우가 대부분이다. 통상적으로 지름이 10 ㎛ 이하인 경우 미세먼지, 2.5 ㎛ 이하인 경우 초미세먼지로 분류한다.
구체적으로, 대한민국 환경부에서는, 미세먼지의 발생원 중에서 국외 영향이 30~50%, 고농도일 경우 60~80%, 나머지 국내배출의 경우 수도권은 경유차가 29%, 전국적으로는 공장 등의 사업장이 41%로 가장 높은 비중을 차지하는 것으로 분석하였다.
국외에서는 베이징을 중심으로 발생된 미세먼지 오염이 한반도까지 영향을 미치고 있어 한중일간 국제협력 또한 한층 강화되고 있는 추세이며, 미세먼지가 사회적 이슈로 크게 부각되면서 다양한 측면에서 오염 현상과 원인, 대책 등에 대하여 연구되고 있다.
이러한 미세먼지에 의한 대기 오염을 저감하기 위한 방법으로 통상적으로 미세먼지의 배출 자체를 억제하거나, 실내에서 미세먼지를 정화함으로써 미세먼지가 제거된 실내 환경을 조성하는 방법이 주로 이용되고 있다. 그러나 미세먼지의 배출 자체를 억제하기 위한 내연기관의 후처리 장치나, 실내 공기를 정화하는 방법으로는 한계가 있다. 특히 주변국으로부터 유입되는 초미세먼지 등은 국내 대기 중 미세먼지의 상당량을 차지하고, 현재 대기 중 미세먼지를 직접적으로 저감하여 대기질 개선을 위한 대량 보급기술은 전무한 실정이다.
본 발명의 목적은 미세먼지가 인체에 실질적으로 큰 영향을 미치는 목적 지형 공간 내 유효 공간을 표적하여 선택적으로 이 유효 공간 내의 미세먼지를 효율적으로 저감할 수 있는 집진필터의 최적 위치를 선정 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 목적 지형 공간 내 유효 공간내에서 미세먼지 제거에 소요되는 에너지 및 비용을 최소화하면서 높은 효율로 유효 공간 내 미세먼지를 저감할 수 있는 집진필터의 최적 위치를 선정 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 최적 위치로 선정된 집진펄터를 이용한 미세먼지의 제거 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 집진필터의 최적 위치 선정 방법은, 복수의 구조물을 포함하는 목적 지형 공간에서 집진필터의 최적 위치를 선정하는 방법에 관한 것으로, 상기 목적 지형 공간의 미세먼지의 입자 크기 및 농도에 대한 미세먼지 정보를 수집하는 미세먼지관측 단계(S100); 목적 지형 공간 내 임의의 위치에서의 풍향 및 속도에 대한 기상관측 정보를 수집하는 기상관측 단계(S200); 목적 지형 공간 내 구조물 위치에 대한 지형지물 정보를 수집하는 지형지물관측 단계(S300); 상기 미세먼지 정보, 상기 기상관측 정보 및 상기 지형지물 정보를 입력받은 후, 상기 목적 지형 공간 내 위치에 따른 미세먼지의 농도를 예측하는 모델링 단계(S400); 및 상기 모델링 단계에서 예측된 위치에 따른 미세먼지의 농도 및 방향에 대한 정보로부터 설치하고자 하는 집진필터의 위치를 선정하는 집진필터 위치선정 단계(S500);를 포함한다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 미세먼지관측 단계(S100), 상기 기상관측 단계(S200), 상기 지형지물관측 단계(S300), 상기 모델링 단계(S400) 및 상기 집진필터 위치선정 단계(S500)를 단위 시뮬레이션으로 정의하여 이를 반복 수행할 수 있으며, 상기 집진필터 위치선정 단계(S500)는, 상기 단위 시뮬레이션을 반복 수행하여 2 개 이상의 집진필터의 최적 위치를 순차적으로 선정하되, 최적 위치에 선정되어 최초 설치된 집진필터에 의해 보정된 정보를 반영하여 다음의 집진필터의 최적 위치를 선정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 보정된 정보는 상기 미세먼지 정보, 상기 기상관측 정보 및 상기 지형지물 정보 중에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함하는 정보에 대한 보정된 값일 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 보정된 미세먼지 정보는 이전에 선정되어 설치된 집진필터에 의해 감소된 미세먼지의 농도로서 보정된 값일 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 보정된 기상관측 정보는 이전에 선정되어 설치된 집진필터에 의해 변형된 풍향 및 변형된 속도로서 보정된 값일 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 보정된 지형지물 정보는 이전에 선정되어 설치된 집진필터에 의해 변형된 지형지물 정보로서 보정된 값일 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 기상관측 정보는 외부로부터 수신된 목적 지형 공간의 누적 기간에 따른 통계학적 기상관측 정보일 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 모델링 단계(S400)의 예측은 전산유체역학(Computational Fluid Dynamics, CFD)을 이용하여 분산입자이상유동모델(Discrete Phase Model, DPM)로서 수행될 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 집진필터 위치선정 단계(S500)에서, 집진필터의 설치 방향은 미세먼지의 방향과 대향하는 방향일 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 목적 지형 공간은, 다수의 구조물이 서로 이격하여 행 및 열을 이루어 위치하되, 서로 이웃하는 행 및 서로 이웃하는 열이 모두 어긋나지 않도록 서로 대향하여 위치하는 구조를 포함하는 제1 구조; 다수의 구조물이 서로 이격하여 행 및 열을 이루어 위치하되, 서로 이웃하는 행이 어긋나도록 위치하는 구조를 포함하는 제2 구조; 다수의 구조물이 서로 이격하여 행 및 열을 이루어 위치하되, 서로 이웃하는 열이 어긋나도록 위치하는 구조를 포함하는 제3 구조; 및 다수의 구조물이 서로 이격하여 행 및 열을 이루어 위치하되, 서로 이웃하는 행 및 서로 이웃하는 열이 모두 어긋나도록 위치하는 구조를 포함하는 제4 구조; 중에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 구조를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 미세먼지의 제거 방법은 상기 집진필터의 최적 위치 선정 방법으로 설치되는 집진필터를 이용한 미세먼지의 제거 방법일 수 있으며, 상기 미세먼지의 제거 방법은, a) 상기 집진필터 위치선정 단계(S500)에서 선정된 위치에 집진필터를 설치하는 단계; b) 상기 미세먼지 정보 및 상기 기상관측 정보를 포함하는 데이터를 서버에 전송하는 단계; 및 c) 상기 서버에서, 상기 데이터에 기초하여 목적 지형 공간 내의 미세먼지 농도가 기 설정된 임계 농도를 초과할 때 집진필터가 가동되도록 제어하는 단계;를 포함할 수 있으며, 상기 a) 단계에서, 집진필터는 하나 이상의 구조물의 외면부에 설치되되, 상기 구조물의 바닥면으로부터 임계 높이 이상의 위치에 설치될 수 있다.
본 발명에 따른 집진필터의 최적 위치 선정 방법 및 이를 이용한 미세먼지의 제거 방법은 미세먼지가 인체에 실질적으로 큰 영향을 미치는 목적 지형 공간 내 유효 공간을 표적하여 선택적으로 이 유효 공간 내의 미세먼지를 효과적으로 저감함으로써, 미세먼지 제거에 소요되는 에너지 및 비용을 최소화할 수 있으면서 높은 효율로 목적 지형 공간 내 유효 공간 내 미세먼지를 저감할 수 있는 효과가 있다.
본 발명에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 명세서에서 기재된 효과 및 그 내재적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급된다.
도 1은 본 발명의 일 예에 따른 집진필터의 최적 위치 선정 방법을 모식화하여 나타낸 개념도이다.
도 2 내지 도 3은 본 발명의 일 예에 따른 집진필터의 최적 위치 선정 방법을 이용한 미세먼지의 제거 방법을 모식화하여 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 예에 따른 제1 구조 내지 제4 구조를 모식화하여 나타낸 개념도이다.
도 5는 전산유체역학(Computational Fluid Dynamics, CFD)을 이용하여 분산입자이상유동모델(Discrete Phase Model, DPM)로서 모델링 단계(S400)의 예측을 수행하여, 위치에 따른 미세먼지의 농도에 대한 결과를 나타낸 것이다. 이때 도 5의 (a)는 구조물이 없는 경우이고, (b)는 구조물이 있는 경우이며, 적색에서 청색으로 갈수록 미세먼지 입자의 농도가 감소한다.
도 6은 도 4의 제1 구조를 대상으로 확산 시나리오를 구성한 것으로, 풍향과 집진필터 및 구조물 내에서 유출되는 입자상 물질 데이터 추출 위치를 도식화한 개념도이다.
도 7은 도 6의 확산 시나리오에 따른 모델링 결과로, 전산유체역학(Computational Fluid Dynamics, CFD)을 이용하여 분산입자이상유동모델(Discrete Phase Model, DPM)로서 모델링 단계(S400)의 예측을 수행하여 나타낸 것이다. 이때 도 7의 (a)는 집진필터가 없는 경우이고, (b)는 13 개의 집진필터가 설치되어 있는 경우이며, 적색에서 청색으로 갈수록 미세먼지 입자의 농도가 감소한다.
도 8은 도 7의 모델링 결과에서 구조물 내로 유입되어 유출되는 입자 개수를 나타낸 것이다.
도 2 내지 도 3은 본 발명의 일 예에 따른 집진필터의 최적 위치 선정 방법을 이용한 미세먼지의 제거 방법을 모식화하여 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 예에 따른 제1 구조 내지 제4 구조를 모식화하여 나타낸 개념도이다.
도 5는 전산유체역학(Computational Fluid Dynamics, CFD)을 이용하여 분산입자이상유동모델(Discrete Phase Model, DPM)로서 모델링 단계(S400)의 예측을 수행하여, 위치에 따른 미세먼지의 농도에 대한 결과를 나타낸 것이다. 이때 도 5의 (a)는 구조물이 없는 경우이고, (b)는 구조물이 있는 경우이며, 적색에서 청색으로 갈수록 미세먼지 입자의 농도가 감소한다.
도 6은 도 4의 제1 구조를 대상으로 확산 시나리오를 구성한 것으로, 풍향과 집진필터 및 구조물 내에서 유출되는 입자상 물질 데이터 추출 위치를 도식화한 개념도이다.
도 7은 도 6의 확산 시나리오에 따른 모델링 결과로, 전산유체역학(Computational Fluid Dynamics, CFD)을 이용하여 분산입자이상유동모델(Discrete Phase Model, DPM)로서 모델링 단계(S400)의 예측을 수행하여 나타낸 것이다. 이때 도 7의 (a)는 집진필터가 없는 경우이고, (b)는 13 개의 집진필터가 설치되어 있는 경우이며, 적색에서 청색으로 갈수록 미세먼지 입자의 농도가 감소한다.
도 8은 도 7의 모델링 결과에서 구조물 내로 유입되어 유출되는 입자 개수를 나타낸 것이다.
이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 집진필터의 최적 위치 선정 방법 및 이를 이용한 미세먼지의 제거 방법을 상세히 설명한다.
본 명세서에 기재되어 있는 도면은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서 본 발명은 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있으며, 상기 도면들은 본 발명의 사상을 명확히 하기 위해 과장되어 도시될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.
본 명세서에서 사용되는 용어의 단수 형태는 특별한 지시가 없는 한 복수 형태도 포함하는 것으로 해석될 수 있다.
본 발명에 따른 집진필터의 최적 위치 선정 방법은, 목적 지형 공간 중 미세먼지의 실질적 저감을 필요로 하는 유효 공간 내의 미세먼지를 효율적으로 감소시키기 위한 것으로, 복수의 구조물을 포함하는 목적 지형 공간에서 집진필터의 최적 위치를 선정하는 방법에 관한 것이다.
가능하다면, 모든 공간 내의 미세먼지를 저감하는 것이 좋으나, 현실적으로 미세먼지를 저감하는 데에 소요되는 비용 및 시간은 매우 제한적임에 따라, 실제 미세먼지의 저감을 필요로 하는 유효 공간, 예를 들어 인구 밀집 공간 등의 목적 지형 공간 내 유효 공간의 미세먼지를 저감하는 것이 에너지적인 측면에서 매우 바람직하다.
따라서 본 발명에 따른 집진필터의 최적 위치 선정 방법에서는, 목적 지형 공간 내에 집진필터가 설치되되, 상기 목적 지형 공간 내의 일부 공간인 유효 공간 내의 미세먼지 농도를 저감함으로써, 적은 에너지 및 비용으로도 높은 효율로 미세먼지를 저감할 수 있도록 하는 집진필터의 최적 위치를 선정할 수 있다. 나아가 본 발명에서는 상기 집진필터의 최적 위치 선정 방법을 이용한 미세먼지의 제거 방법을 제공할 수 있다.
본 명세서에서 언급되는 ‘목적 지형 공간’은 공간의 하면(지상)에 수직 방향 또는 수직 방향에 가까운 방향으로 형성된 하나 또는 둘 이상의 구조물을 포함하며, 미세먼지 농도의 저감이 실질적으로 필요한 유효 공간을 포함한다.
본 명세서에서 언급되는 ‘구조물’은 통상적으로 상가, 아파트, 오피스텔 등의 건물을 주로 의미할 수 있으나, 이 외에도 가로등, 전봇대, 신호등, 가드레일, 광고판, 안내판 등 미세먼지를 포함하는 바람의 풍향 또는 속도에 영향을 줄 수 있는 장애물이라면 제한되지 않는다. 일 예로, 구조물이 아파트일 경우 목적 지형 공간은 복수 개의 아파트를 포함하는 지역일 수 있으며, 복수 개의 아파트가 군집하여 배열되어 일정한 경계를 형성하여 구획되는 지역을 의미할 수 있다. 이에 따라 상기 목적 지형 공간 내의 유효 공간은 아파트와 아파트 사이의 생활 공간을 포함하여 해석될 수 있다. 비제한적인 예로, 상기 생활 공간은 사람의 폐에 미세먼지가 유입될 수 있는 실질적 확률이 존재하는 공간을 의미할 수 있다.
이하 본 발명에 따른 집진필터의 최적 위치를 선정하는 방법을 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 집진필터의 최적 위치를 선정하는 방법은, 목적 지형 공간의 미세먼지의 입자 크기 및 농도에 대한 미세먼지 정보를 수집하는 미세먼지관측 단계(S100); 목적 지형 공간 내 임의의 위치에서의 풍향 및 속도에 대한 기상관측 정보를 수집하는 기상관측 단계(S200); 목적 지형 공간 내 구조물 위치에 대한 지형지물 정보를 수집하는 지형지물관측 단계(S300); 상기 미세먼지 정보, 상기 기상관측 정보 및 상기 지형지물 정보를 입력받은 후, 상기 목적 지형 공간 내 위치에 따른 미세먼지의 농도를 예측하는 모델링 단계(S400); 및 상기 모델링 단계에서 예측된 위치에 따른 미세먼지의 농도 및 방향에 대한 정보로부터 설치하고자 하는 집진필터의 위치를 선정하는 집진필터 위치선정 단계(S500);를 포함한다.
상기 미세먼지관측 단계(S100)는 미세먼지 자체에 대한 정보 및 이들이 단위 부피당 존재하는 함량, 즉, 미세먼지 농도에 대한 정보를 포함하는 미세먼지 정보를 수집하는 단계이다. 상기 미세먼지 자체에 대한 정보로, 미세먼지의 입자 크기, 미제먼지의 종류 등에 대한 정보를 포함할 수 있다. 따라서 상기 미세먼지관측 단계(S100)를 통해 미세먼지로 정의되는 물질의 농도, 즉, 미세먼지 농도에 대한 정보를 얻을 수 있다. 상기 미세먼지 정보를 측정하는 구체적 수단 및 방법은 널리 공지되어 있으므로 이를 참고할 수 있다.
본 명세서에서 언급되는 ‘미세먼지’는 10 ㎛ 이하의 입경을 가지는 미세입자로 정의할 수 있으나, 미세먼지는 환경, 요구 목적 등에 따라 그 입경이 적절히 조절되어 정의될 수 있으므로, 미세먼지에 대한 정의에 대하여 특별히 제한하지는 않는다. 구체적인 일 예로, 통상적으로 일컫는 미세먼지는 10 ㎛ 이하, 구체적으로 2.5 내지 10 ㎛의 입경을 가지는 미세입자를 의미할 수 있으며, 2.5 ㎛ 이하의 미세입자는 초미세먼지로 불릴 수 있다.
상기 기상관측 단계(S200)는 목적 지형 공간 내 단위 영역에서 바람의 풍향 및 속도에 대한 기상관측 정보를 수집하는 단계이다. 미세먼지를 포함하는 바람이 목적 지형 공간 내로 진입할 경우, 목적 지형 공간 내 단위 영역에서의 바람의 풍향 및 풍속에 의해 상기 미세먼지를 포함하는 바람은 영향을 받게 된다. 이에 따라 각 위치에서 부는 바람의 풍향 및 풍속에 대한 기상관측 정보를 수집함으로써, 이후 모델링 단계(S400)에서 목적 지형 공간 내 위치에 따른 미세먼지의 농도를 보다 정확히 예측할 수 있다. 기상관측 정보를 수집하는 구체적 수단 및 방법은 널리 공지되어 있으므로 이를 참고할 수 있다.
상기 지형지물관측 단계(S300)는 목적 지형 공간 내 단위 영역에서 구조물에 대한 지형지물 정보를 수집하는 단계이다. 목적 지형 공간 내 단위 영역으로 진입하는 바람은 장애물 역할을 하는 주위 구조물에 영향을 받아 풍향 및 풍속이 변화하게 된다. 따라서 각 위치의 지형지물 정보를 수집함으로써, 이후 모델링 단계(S400)에서 목적 지형 공간 내 위치에 따른 미세먼지의 농도를 보다 정확히 예측할 수 있다. 지형지물 정보를 수집하는 구체적 수단 및 방법은 널리 공지되어 있으므로 이를 참고할 수 있다.
상기 모델링 단계(S400)는 상기 각 단계로부터 수집된 미세먼지 정보, 기상관측 정보 및 지형지물 정보를 기반으로 하여, 목적 지형 공간 내의 단위 위치에 대한 미세먼지의 농도를 예측하는 단계이다. 상기 모델링 단계(S400)의 예측은 다양한 예측 알고리즘을 통해 상기 미세먼지 정보, 상기 기상관측 정보 및 상기 지형지물 정보를 기반으로 수행될 수 있다. 바람직한 일 예로는, 전산유체역학(Computational Fluid Dynamics, CFD)을 이용하여 분산입자이상유동모델(Discrete Phase Model, DPM)로서 수행될 수 있다. 하지만 이 외에도 입자의 농도를 예측하는 공지된 다양한 알고리즘이 있으므로 이를 참고할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 상기 미세먼지관측 단계(S100), 상기 기상관측 단계(S200) 및 상기 지형지물관측 단계(S300)로부터 수집한 미세먼지 정보, 기상관측 정보 및 지형지물 정보를 기반으로, 상기 모델링 단계(S400)를 거쳐 상기 집진필터 위치선정 단계(S500)에서 집진필터의 최적 위치를 선정한다. 이때 상기 정보들을 기반으로, 목적 지형 공간 내의 단위 위치에 대한 미세먼지의 농도를 예측한 결과를 바탕으로, 가장 효율적으로 미세먼지를 집진할 수 있는 집진필터의 위치, 즉, 미세먼지의 농도가 가장 높을 것으로 예상되는 위치로서 선정될 수 있다.
2 개 이상의 집진필터가 상기 목적 지형 공간에 설치될 경우, 미세먼지를 포함하는 바람이 불어오는 방향을 기준으로, 후방에 설치된 집진필터로 불어오는 미세먼지를 포함하는 바람의 풍향 및 속도가 전방에 설치된 집진필터에 의해 변할 수 있다. 구체적으로, 전방에 설치된 집진필터는 집진필터 자체가 장애물 역할을 하여 바람의 풍향 및 속도에 영향을 주는 것은 물론, 집진필터가 미세먼지를 집진함에 따라 미세먼지 농도 또한 영향을 주게 되어, 최초 모델링 단계(S400)에서 예측된 결과의 신뢰성은 떨어지게 된다. 이러한 변화는 집진필터의 개수가 증가할수록 더 커지게 된다. 이는 최초 최적 위치선정 단계(S500)에서 얻은 정보가 후방의 집진필터에 대해서 실질적으로 최적 위치가 아닌 확률을 증가시키는 요인이 된다.
따라서 다수의 집진필터가 설치됨에 따라, 집진필터에 의해 변화하는 미세먼지 정보, 기상관측 정보 및/또는 지형지물 정보를 포함하는 정보를 실시간으로 보정 및 반영하는 후술하는 수단을 통해, 후방에 설치되는 집진필터의 최적 위치를 선정할 수 있다.
상기 집진필터에 의해 변화하는 미세먼지 정보를 실시간으로 보정 및 반영하는 수단으로, 상기 미세먼지관측 단계(S100), 상기 기상관측 단계(S200), 상기 지형지물관측 단계(S300), 상기 모델링 단계(S400) 및 상기 집진필터 위치선정 단계(S500)를 단위 시뮬레이션으로 정의하여 이를 반복 수행할 수 있다. 상기 집진필터 위치선정 단계(S500)는, 상기 단위 시뮬레이션을 반복 수행하여 2 개 이상의 집진필터의 최적 위치를 순차적으로 선정하되, 최적 위치에 선정되어 최초 설치된 집진필터에 의해 보정된 정보를 반영하여 다음의 집진필터의 최적 위치를 선정하는 단계를 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 다음에 설치해야할 집진필터의 최적 위치를, 그 전에 설치된 집진필터에 의해 보정된 정보로서 반영하여 이 반영된 결과를 바탕으로 재선정함으로써, 집진필터에 의해 상기 정보가 변화함에 따른 문제를 극복할 수 있다.
즉, 상기 보정된 정보는 상기 미세먼지 정보, 상기 기상관측 정보 및 상기 지형지물 정보 중에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함하는 정보에 대한 보정된 값일 수 있다. 구체적으로, 상기 보정된 미세먼지 정보는 이전에 선정되어 설치된 집진필터에 의해 감소된 미세먼지의 농도로서 보정된 값일 수 있고, 이전에 선정되어 설치된 집진필터에 의해 변형된 풍향 및 변형된 속도로서 보정된 값일 수 있으며, 상기 보정된 지형지물 정보는 이전에 선정되어 설치된 집진필터에 의해 변형된 지형지물 정보로서 보정된 값일 수 있다.
상기 집진필터에 의해 변화하는 미세먼지 정보를 실시간으로 보정 및 반영하는 수단을 구체적으로 일 실시예로서 설명하면 다음과 같다. 상기 단위 시뮬레이션을 1 회째 수행하여 목적 지형 공간 내 제1 집진필터의 최적 위치를 선정함으로써, 미세먼지를 포함하는 바람이 불어오는 방향을 기준으로 전방에 제1 집진필터를 상기 최적 위치에 설치한다. 구체적으로, 상기 1회째 단위 시뮬레이션을 통해, 즉, 상기 미세먼지관측 단계(S100)로부터 제1 미세먼지 정보를, 상기 기상관측 단계(S200)로부터 제1 기상관측 정보를, 그리고 상기 지형지물관측 단계(S300)로부터 제1 지형지물 정보를 포함하는 제1 정보가 수집된다. 이 제1 정보를 기반으로 상기 모델링 단계(S400)를 통해 목적 지형 공간 내 위치에 따른 미세먼지의 농도를 예측하고, 집진필터 위치선정 단계(S500)를 통해 제1 집진필터의 최적 위치가 선정된다. 그리고 상기 선정된 최적 위치에 제1 집진필터를 설치할 수 있으며, 제1 집진필터는 하나 또는 둘 이상일 수 있다. 구체적으로, 제1 집진필터는 1 회째 단위 시뮬레이션으로 산출된 최적 위치에 설치되는 집진필터를 의미하는 것이므로, 복수 개의 구조물 각각에 설치되는 필터를 포괄하여 의미하는 것으로 해석될 수 있으며, 하나의 구조물에 수직 방향으로 설치되는 복수 개의 집진필터로도 해석될 수 있다.
상기 제1 집진필터가 설치된 이후에 상기 단위 시뮬레이션을 2 회째 수행하여 제2 집진필터의 최적 위치를 선정함으로써, 제2 집진필터를 상기 최적 위치에 설치한다. 이때 상기 제2 집진필터는 미세먼지를 포함하는 바람이 불어오는 방향을 기준으로 상기 제1 집진필터의 후방에 위치한다. 상기 제2 집진필터가 설치된 이후에 상기 단위 시뮬레이션을 n 회째 수행하여 제n 집진필터의 최적 위치를 선정함으로써, 제n 집진필터를 상기 최적 위치에 설치한다. 이때 상기 제n 집진필터는 미세먼지를 포함하는 바람이 불어오는 방향을 기준으로 상기 제2 집진필터의 후방에 위치한다. 이러한 방법으로 제1 내지 제n 집진필터를 포함하는 총 n 개의 집진필터의 최적 설치 위치를 예측 및 선정할 수 있으며, 전방에 설치되는 집진필터에 의한 변화를 반영하여 후방에 설치해야할 집진필터의 위치의 최적 위치를 보다 정밀하게 선정할 수 있다. 상기 n은 2 이상의 자연수이다.
상기 목적 지형 공간은 하나 이상의 구조물이 설치된 공간을 의미하며, 후술하는 제1 구조 내지 제4 구조의 어느 하나로서 설명될 수 있으나, 이 외에도 다양한 변형된 구조를 가질 수 있으므로, 목적 지형 공간 내의 구조물의 배열 구조는 크게 제한되지 않는다. 일 예로, 도 2는 상기 제1 구조를 예로 도시한 것이다.
본 발명에 따른 일 예에 있어서, 상기 목적 지형 공간은 도 4에 도시된 바와 같이, 다수의 구조물이 서로 이격하여 행 및 열을 이루어 위치하되, 서로 이웃하는 행 및 서로 이웃하는 열이 모두 어긋나지 않도록 서로 대향하여 위치하는 구조를 포함하는 제1 구조; 다수의 구조물이 서로 이격하여 행 및 열을 이루어 위치하되, 서로 이웃하는 행이 어긋나도록 위치하는 구조를 포함하는 제2 구조; 다수의 구조물이 서로 이격하여 행 및 열을 이루어 위치하되, 서로 이웃하는 열이 어긋나도록 위치하는 구조를 포함하는 제3 구조; 및 다수의 구조물이 서로 이격하여 행 및 열을 이루어 위치하되, 서로 이웃하는 행 및 서로 이웃하는 열이 모두 어긋나도록 위치하는 구조를 포함하는 제4 구조; 중에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 구조를 포함할 수 있다.
상기 목적 지형 공간 내에 다수의 구조물이 위치할 경우, 구체적인 일 예로, 도 5의 제1 구조 내지 제4 구조를 포함하여 도 2에 도시된 일 예와 같이, 구조물과 구조물 사이는 난류 현상이 발생할 수 있고, 베르누이 정리에 따라 구조물 사이의 바람의 풍속이 급격히 증가하고 풍향 또한 급변하게 된다.
따라서 상기 집진필터 위치선정 단계(S500)에서 선정되는 집진필터의 최적 위치는 구조물과 구조물 사이의 인근 영역일 수 있으며, 바람직하게, 구조물과 구조물 사이의 통로 영역에 설치될 수 있다. 상기 구조물과 구조물 사이는 미세먼지를 포함하는 바람이 목적 지형 공간 내 유효 공간으로 유입되는 통로 역할을 할 수 있으므로, 이러한 구조물과 구조물 사이의 바람이 유입되는 통로 부근, 구체적으로, 상기 통로를 형성하는 구조물의 외면에 집진필터가 설치될 수 있다.
본 발명에 따른 집진필터의 최적 위치 선정 방법을 구체적인 일 실시예를 통해 설명하면 다음과 같으나, 이는 다양한 환경변수 중에서 특정 변수인 경우에 대하여 실험한 경우로서, 바람직한 일 예에 따른 경우이므로, 이에 본 발명이 제한되어 해석되어서는 안 된다.
본 발명에 따른 집진필터의 최적 위치 선정 방법에 따른 구체적인 제1 실시예로서, 도 2에 도시된 바와 같이, 도 4의 제1 구조일 경우에, 미세먼지를 포함하는 바람이 불어오는 방향을 기준으로, 전방에 집진필터가 설치될 경우, 미세먼지가 집진필터에 의해 흡착되어 제거되더라도 제거되지 못한 미세먼지를 포함하는 바람은 집진필터의 상측을 통해 대부분 통과하게 된다. 이렇게 구조물을 포함하여 집진필터 등의 장애물이 있을 경우, 미세먼지를 포함하는 바람이 상기 장애물의 상측을 통해 대부분 통과하는 것을 도 5를 통해 구체적으로 확인할 수 있다. 도 5는 전산유체역학(Computational Fluid Dynamics, CFD)을 이용하여 분산입자이상유동모델(Discrete Phase Model, DPM)로서 모델링 단계(S400)의 예측을 수행하여, 위치에 따른 미세먼지의 농도에 대한 결과를 나타낸 것으로, 이때 적색에서 청색으로 갈수록 미세먼지 입자의 농도는 감소한다. 도 5의 (a)는 구조물이 없는 경우이고, (b)는 구조물이 있는 경우이며, (b)를 통해 확인할 수 있듯이, 미세먼지를 포함하는 바람의 방향을 기준으로 전방에 장애물이 위치하게 되면 미세먼지는 상기 장애물의 상측으로 통과하여 장애물 후방의 하측에는 상측과 비교하여 미세먼지의 농도가 현저히 감소하게 된다.
본 발명에 따른 집진필터의 최적 위치 선정 방법에 따른 구체적인 제2 실시예로서, 도 6 내지 도 8에서와 같이, 도 4의 제1 구조일 경우에 남서풍으로 바람이 불어오는 경우를 대상으로 한 확산 시나리오의 예를 들 수 있다. 도 6은풍향과 집진필터 및 구조물 내에서 유출되는 입자상물질 데이터 추출 위치를 도식화한 개념도이다. 이 경우, 도 6에 표시된 ① 내지 ⑬의 위치에 집진필터를 설치하는 것이 집진 효율이 우수한 것으로 계산되었으며, 이에 대한 구체적 자료는 도 7로부터 확인할 수 있다.
도 7은 도 6의 확산 시나리오에 따른 모델링 결과로, 전산유체역학(Computational Fluid Dynamics, CFD)을 이용하여 분산입자이상유동모델(Discrete Phase Model, DPM)로서 모델링 단계(S400)의 예측을 수행하여 나타낸 것이다. 이때 도 7의 (a)는 집진필터가 없는 경우이고, (b)는 13 개의 집진필터가 설치되어 있는 경우이며, 적색에서 청색으로 갈수록 미세먼지 입자의 농도가 감소한다.
도 8은 도 7의 모델링 결과에서 구조물 내로 유입되어 유출되는 미세먼지 입자의 개수를 나타낸 것이다. 이로부터 13 개의 집진필터를 위 계산되어 모델링된 위치에 설치함으로써, 집진필터가 장애물 역할을 함에 따른 효율 저하를 최소화할 수 있도록 집진필터의 각 위치가 최적 선정된 것임을 알 수 있다.
따라서 다수의 집진필터가 설치될 경우, 예를 들어 제1 내지 제n 집진필터를 포함하는 총 n 개의 집진필터들의 최적 위치를 선정하고자 할 경우, 상기 모델링 단계(S400)의 결과 값을 바탕으로 집진필터 위치선정 단계(S500)를 통해 집진필터의 최적 위치를 선정할 수 있다. 집진필터 위치선정 단계(S500)를 통한 집진필터의 최적 위치로서, 도 2에 도시된 바와 같이, 바람이 불어오는 방향을 기준으로, 전방에 위치한 제1 집진필터의 하측에 대응되는 높이에 제2 집진필터가 제1 집진필터의 후방에 위치한다. 따라서 목적 지형 공간 내 유효 공간으로 미세먼지가 유입되는 확률을 더욱 감소시킬 수 있으며, 이는 곧 유효 공간 내 미세먼지 농도의 저감을 효율적으로 할 수 있음을 의미한다.
전술한 바와 같이, 전방의 제1 집진필터와 이격하여 후방에 제2 집진필터가 제1 집진필터의 높이보다 낮은 위치에 설치될 수 있으며, 이렇게 단계적으로 전방의 집진필터의 높이보다 낮도록 후방의 집진필터가 설치될 수 있다. 이러한 방식의 집진필터 배치에 의해 보다 제한된 수의 집진필터의 설치로도 높은 효율로 유효 공간 지상부(지면)의 미세먼지 농도를 효율적으로 저감할 수 있으며, 구조물 수직 방향으로 집진필터의 개수가 증가할수록 유효 공간의 지상부의 미세먼지 농도는 대폭 저감될 수 있다.
본 발명에 따른 집진필터의 최적 위치 선정 방법에 따른 구체적인 제3 실시예로서, F(i,j)를 집진필터의 설치 위치라 정의할 때, i는 미세먼지를 포함하는 바람의 방향을 기준으로 구조물의 수평 방향으로 이동되는 위치를 의미하고, j는 구조물의 수직 방향, 즉, 구조물의 높이 방향으로 이동되는 위치를 의미한다. 이때 i는 2 이상의 자연수이며, j는 1 이상의 자연수이다.
집진필터는 F(1,1)부터 F(i,j)까지의 최소 ∑F(i,j) 개의 집진필터를 포함한다. 집진필터는, 바람이 불어오는 방향을 기준으로 전방에 위치하되 구조물의 수직 방향에 위치하는 F(k,k); 상기 구조물의 수직 방향에 위치하되 F(k,k)의 상측에 위치하는 F(k,k+1); 바람이 불어오는 방향을 기준으로 F(k,k) 및 F(k,k+1)의 후방에 위치하되 구조물의 수직 방향에 위치하는 F(k+1,k); 상기 구조물의 수직 방향에 위치하되 F(k+1,k)의 상측에 위치하는 F(k+1,k+1);를 포함한다. 여기서 F(k+1,k+1)는 F(k,k+1)의 높이보다 낮은 위치에 선정되며, 후방에 위치하는 F(k+1,j)의 총 개수는 전방에 위치하는 F(k,j)의 총 개수보다 작다. 상기 i, j, k는 서로 독립적으로 정수이다. 이의 예는 도 3에 도시되어 있으며, 이러한 위치에 집진필터들이 각각 설치될 경우, 상대적으로 적은 수의 집진필터로도 목적 지형 공간 내 유효 공간으로의 미세먼지 유입을 효율적으로 감소시킬 수 있다.
보다 구체적인 일 예로, 바람이 불어오는 방향을 기준으로 최전방에 위치하는 구조물의 수직 방향에 위치하는 집진필터 F(1,1), F(1,2), F(1,3) 및 F(1,4)를 포함할 수 있다. 이때 바람이 불어오는 방향의 수직 방향으로 구조물 4 개가 연속적으로 배치되어 있을 때, 연속적으로 배치된 구조물 사이의 통로는 3 개이며, 통로의 총 외면부의 수는 6 이므로 최전방에 위치하는 구조물의 수직 방향에 위치하는 집진필터의 총 수는 24 개가 필요할 수 있다. 최전방의 후방에 위치하는 구조물의 경우 집진필터 F(2,1), F(2,2), F(2,3) 및 F(2,4) 또는 보다 적은 수의 F(2,1), F(2,2) 및 F(2,3)을 포함할 수 있으며, 각각의 F(2,4) 또는 F(2,3)은 F(1,4)의 높이보다 낮은 위치에 설치된다. 후방에 위치하는 집진필터 F(2,j)의 총 수는 상술한 F(1,j)와 동일한 방식으로 계산될 수 있으므로 생략한다. 이러한 방식으로 바람이 불어오는 방향으로 연속적으로 배치된 구조물의 외면부에 F(i,j)가 설치될 수 있으나, 이는 이해를 돕기 위한 일 예일 뿐이므로 이에 제한받지 않는다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 기상관측 정보는 외부로부터 수신된 목적 지형 공간의 누적 기간에 따른 통계학적 기상관측 정보일 수 있다. 기상관측 정보는 그때그때 실시간으로 측정된 것이라면 좋지만, 경우에 따라서는 외부로부터 수신된 목적 지형 공간의 누적 기간에 따른 통계학적 정보일 수도 있다. 이러한 통계학적 정보로서 기상관측 정보를 사용할 경우, 모델링 단계(S400)에서 예측에 소요되는 시간 및 비용을 줄일 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 집진필터 위치선정 단계(S500)에서, 집진필터의 설치 방향은 미세먼지의 방향과 대향하는 방향으로서 선정될 수 있다. 집진필터 자체의 구조에 따라 달라질 수 있으나, 위치선정 단계(S500)에서 위치 선정 시 집진필터의 설치 방향이 미세먼지의 방향과 대향하는 방향인 것으로 간주함으로써, 상기 위치선정 단계(S500) 및 상기 모델링 단계(S400)를 보다 간소화할 수 있다.
아울러 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 미세먼지관측 단계(S100), 상기 기상관측 단계(S200) 및 상기 지형지물관측 단계(S300)를 포함하는 관측 단계(S100~S300); 상기 모델링 단계(S400); 및 상기 집진필터 위치선정 단계(S500);가 순차적으로 수행되나, 상기 미세먼지관측 단계(S100), 상기 기상관측 단계(S200), 상기 지형지물관측 단계(S300)는 반드시 순차적으로 수행될 필요는 없으며, 이들의 순서에 제한을 두지 않는다.
이하 본 발명에 따른 집진필터의 최적 위치 선정 방법을 이용한 미세먼지의 제거 방법을 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 미세먼지의 제거 방법은 상기 집진필터의 최적 위치 선정 방법으로 설치되는 집진필터를 이용한 미세먼지의 제거 방법일 수 있으며, 상기 미세먼지의 제거 방법은, a) 상기 집진필터 위치선정 단계(S500)에서 선정된 위치에 집진필터를 설치하는 단계; b) 상기 미세먼지 정보 및 상기 기상관측 정보를 포함하는 데이터를 서버에 전송하는 단계; 및 c) 상기 서버에서, 상기 데이터에 기초하여 목적 지형 공간 내의 미세먼지 농도가 기 설정된 임계 농도를 초과할 때 집진필터가 가동되도록 제어하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 집진필터는 상기 서버에 의해 종속적으로 작동될 수 있고, 주위 미세먼지를 감소시킬 수 있는 것이라면 무방하다. 구체적인 일 예로, 집진필터는 통전성 하전망 및 상기 하전망과 대향하여 설치된 포집체를 포함하는 집진부; 및 상기 서버로부터 전압 인가 여부 및/또는 전압 세기 등의 정보를 수신하여 상기 하전망에 전압을 인가하고 조절하는 전압 조절부;를 포함할 수 있다.
상기 a) 단계는 선정된 위치에 집진필터를 설치하는 단계로, 집진필터는 상기 집진필터 위치선정 단계(S500)에서 선정된 위치에 설치되되, 공간 내 수직 좌표는 달라질 수 있으며, 예컨대 목적 지형 공간 내 유효 공간의 상측에 위치할 수 있다. 구체적으로, 집진필터는 하나 이상의 구조물의 외면부에 설치되되, 상기 구조물의 바닥면으로부터 임계 높이 이상의 위치에 설치될 수 있다. 즉, 구조물의 바닥면을 기준으로 임계 높이 이상이 되는 지점에서 바닥 방향으로 형성되는 공간을 유효 공간으로서 정의할 수 있다. 상기 임계 높이는 미세먼지 농도의 저감이 실질적으로 필요한 유효 공간의 높이 이상이면 무방하며, 일 예로 2 m, 구체적으로 2.5 m를 들 수 있다. 하지만 이는 바람직한 일 예로서 설명된 것일 뿐, 본 발명이 이에 제한되지 않음은 물론이다.
상기 b) 단계는 상기 미세먼지 정보 및 상기 기상관측 정보를 포함하는 데이터를 서버에 전송하는 단계이다. 상기 서버는 상기 집진필터의 최적 위치 선정 방법에서 얻은 미세먼지 정보 및 기상관측 정보를 포함하는 데이터를 수신하여 하나 이상의 집진필터가 미세먼지를 흡착할 수 있도록 제어하는 역할을 한다. 즉, 서버는 개별 집진필터의 작동을 제어하는 중앙 제어부로서, 각 집진필터가 설치된 위치에 따른 미세먼지 정보 및 기상관측 정보를 포함하는 데이터를 기반으로 개별 집진필터의 가동 여부 및 집진 세기를 제어할 수 있다. 따라서 목적 지형 공간에서 미세먼지가 인체에 영향을 크게 미치는 유효 공간 내의 미세먼지의 농도를 선택적으로 그리고 효율적으로 저감할 수 있도록 제어한다. 이를 통해 미세먼지 농도의 저감에 따른 실질적 효과가 낮은 유효 공간 외의 미세먼지 농도를 저감함에 따른 에너지 손실 및 경제적 손실을 최소화할 수 있어, 실질적으로 필요한 보다 넓은 영역을 커버할 수 있는 효과가 있다.
상기 c) 단계는 상기 서버를 통해 상기 데이터에 기초하여 목적 지형 공간 내의 미세먼지 농도가 기 설정된 임계 농도를 초과할 때 집진필터가 가동되도록 제어하는 단계이다.
상기 서버는 각 집진필터의 설치 위치에 대한 정보를 기본적으로 가진다. 또한 각 집진필터의 설치 위치에 대한 미세먼지 정보 및 기상관측 정보를 상기 집진필터의 최적 위치 선정 방법의 미세먼지관측 단계(S100) 및 기상관측 단계(S200)로부터 각각 실시간으로 수집할 수도 있다. 따라서 개별 집진필터의 설치 위치에서의 미세먼지 정보 및 기상관측 정보로부터 얻은 미세먼지 농도와 기 설정된 미세먼지의 임계 농도를 비교하여 각 집진필터의 작동 여부, 나아가 집진 세기를 제어함에 따라, 목적 지형 공간의 유효 공간 내에서의 집진필터를 통한 미세먼지 농도의 저감을 효율적으로 수행할 수 있다.
상기 서버는 상기 데이터를 기초하여 기 설정된 미세먼지의 임계 농도보다 높은 경우 상기 전압 조절부가 상기 하전망으로 전압을 인가하도록 제어할 수 있고, 미세먼지 농도가 기 설정된 미세먼지의 임계 농도보다 낮은 경우 상기 전압 조절부가 상기 하전망에 전압 인가를 중단하도록 제어할 수 있다.
또한 상기 서버는 미세먼지 농도에 따라 상기 하전망에 인가되는 전력량을 제어할 수 있으며, 이를 통해 집진필터의 집진 세기를 조절할 수 있다. 구체적으로, 서버가 수신한 미세먼지 농도를 포함하는 미세먼지 정보를 바탕으로, 서버에서 기 설정된 미세먼지 농도 단계에 현재 미세먼지 농도를 대입하여 미세먼지 농도 단계를 결정할 수 있다. 그리고 결정된 농도 단계에 따라, 각 농도 단계에 대응하는 전력량을 하전망에 인가할 수 있음에 따라 집진 세기를 제어할 수 있다. 즉, 미세먼지의 농도가 높을수록 많은 양의 전력이 인가되어 대기 중의 미세먼지를 보다 다량 하전시켜 감소시킴으로써, 미세먼지 제거 효율을 증가시킬 수 있다.
나아가, 상기 서버는 외부로부터 집진필터가 설치된 위치의 강수 확률에 대한 정보를 포함하는 상기 기상관측 정보를 수신할 수 있음에 따라, 집진필터가 설치된 위치의 강수 확률과 서버에 기 설정된 임계 강수 확률을 비교하여, 집진필터가 설치된 위치의 강수 확률이 기 설정된 임계 강수 확률보다 높을 경우, 상기 전압 조절부가 상기 하전망에 전압 인가를 중단하도록 제어할 수 있으며, 집진필터가 설치된 위치의 강수 확률이 기 설정된 임계 강수 확률보다 낮을 경우, 상기 c) 단계가 수행되도록 전압 인가의 유무를 제어할 수 있다. 이러한 강수 확률에 대한 정보를 포함하는 기상관측 정보를 통해, 강수에 의해 하전망에 인가된 전력이 유실되는 문제를 예방할 수 있는 것은 물론, 강수에 의한 미세먼지 농도의 감소에 대한 정보를 미리 반영하여 미세먼지 농도의 저감 효율을 향상시킬 수 있다.
바람직한 일 예에 있어서, 상기 집진필터는 상기 미세먼지관측 단계(S100) 및/또는 상기 기상관측 단계(S200)를 수행할 수 있는 측정부; 및 상기 측정부로부터 수집된 미세먼지 정보 및/또는 기상관측 정보를 상기 서버에 송신하는 송신부;를 더 포함할 수 있다. 따라서 각 집진필터의 설치 위치에 대한 미세먼지 정보 및 기상관측 정보를 상기 집진필터에서 바로 측정하여 서버로 송신할 수 있음에 따라, 상기 집진필터의 최적 위치 선정 방법의 미세먼지관측 단계(S100) 및 기상관측 단계(S200)를 통해 각각 그 정보를 수집하여 서버에 실시간으로 반영함으로써, 보다 효율적으로 미세먼지의 농도를 저감할 수 있다.
즉, 상기 집진필터의 최적 위치 선정 방법은 집진필터의 최저 위치의 선정뿐만 아니라 미세먼지 농도를 실시간으로 측정 또는 예측할 수 있는 기능을 수행함으로써, 집진필터의 설치 후에도 미세먼지의 제거를 위해 지속적으로 이용될 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 하전망은, 통전에 의해 미세먼지 입자를 하전시킬 수 있는 재질인 경우 제한이 없으나, 구체적으로 전도성의 금속 재질일 수 있고, 더욱 구체적으로는 구리계 금속, 철계 금속, 백금계 금속, 금 및 은 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상이거나, 혹은 이들이 혼합된 합금 재질일 수 있다. 좋게는, 실외에 설치되는 본 발명의 미세먼지 제거장치를 고려할 때, 부식성이 낮은 철계 금속, 구리계 금속 및 이들의 합금에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함하는 재질일 수 있으나, 이는 바람직한 일 예로서 설명된 것일 뿐, 본 발명이 이에 제한되지 않음은 물론이다.
본 발명에 따른 집진필터에서, 하전망은 전압이 인가되지 않더라도 자연적 흡착에 의한 집진 특성을 가지며, 전압이 인가됨에 따라 미세먼지의 흡착 효율이 현저히 증가하게 되므로, 장기간 소모되는 전력량을 현저히 감소시킬 수 있으면서 효율적으로 미세먼지를 저감할 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 하전망은 하나 또는 둘 이상일 수 있다. 좋게는, 본 발명의 일 실시예에 의한 집진필터는 둘 이상의 하전망; 및 상기 하전망에 개재된 포집망;을 포함할 수 있다. 이를 만족할 경우, 바람의 방향에 대한 영향을 최소화하여 효율적으로 미세먼지의 포집이 가능한 장점이 있다.
상기 하전망에 인가되는 전력량은 상술한 바와 같이 미세먼지의 농도 및 하전망의 크기 등에 따라 달라질 수 있으나, 구체적으로 하전망 1 m2 당 5 내지 80 W일 수 있다. 아울러 상기 하전망에 인가하는 전압은 상기 하전망을 통과하는 미세먼지를 효율적으로 하전할 수 있는 범위인 경우 제한이 없으나, 구체적으로 1 내지 50 kV일 수 있다. 하지만 이는 바람직한 일 예로서 설명된 것일 뿐, 본 발명이 이에 제한되지 않음은 물론이다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 포집체는 1 내지 50 ㎚의 미세 기공이 형성된 섬유를 포함할 수 있다. 구체적인 일 예로, 상기 포집체는 2 ㎚ 이하의 미세기공(micropore) 및 2 내지 50 ㎚ 크기의 메조세공(mesopore)이 형성된 섬유를 포함하여 형성된 것일 수 있으며, 구체적으로 유/무기 복합 또는 단일소재의 섬유를 포함할 수 있다. 포집체가 상기 범위의 미공 및 메조세공을 포함하는 경우, 실외에 설치되어 미세먼지 뿐만 아니라 휘발성유기화합물(VOC) 및 질소산화물(NOx) 등의 기상의 대기오염물질을 흡착할 수 있는 장점이 있다. 하지만 이는 바람직한 일 예로서 설명된 것일 뿐, 본 발명이 이에 제한되지 않음은 물론이다. 이렇게 섬유상에 형성된 기공에 의해, 상기 포집체는 상기 하전망에 전압이 인가되지 않는 경우에도 미세먼지를 포집할 수 있다. 나아가, 상기 하전망에 전압이 흘러 미세먼지를 하전시키는 경우, 더욱 높은 효율로 미세먼지를 제거할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 상기 포집체는 필름형태 또는 망상의 구조물일 수 있으며, 상기 포집체가 필름 형태인 경우, 공기 순환이 가능한 10 내지 1000 ㎛의 채널을 포함하는 필름일 수 있다. 이를 만족할 경우, 미세먼지 포집 효율이 높은 장점이 있다. 상기 포집체가 망상의 구조물인 경우, 체눈 크기는 10 내지 1000 ㎛일 수 있다. 이를 만족할 경우, 형상의 구현이 용이하며 및 강수 등에 의한 포집체의 세척효율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다. 하지만 이는 바람직한 일 예로서 설명된 것일 뿐, 본 발명이 이에 제한되지 않음은 물론이다.
상기 포집체의 두께는 10 내지 1000 ㎛ 일 수 있으며, 상술한 하전망의 두께 및 포집체의 두께에 의해 집진부의 접힘이 가능하다. 이에 따라 미세먼지 농도가 낮은 경우 집진부를 접어서 보관하고, 미세먼지 농도가 높은 경우 집진부를 펼쳐서 미세먼지 제거를 수행하도록 할 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 집진부가 접히거나 펼쳐질 수 있다. 구체적으로, 상기 집진필터는 구동되지 않을 시 집진부가 접혀 구조물의 외면부에 밀착된 형태로 보관될 수 있으며, 구동 시 집진부가 펼쳐져 구조물의 외면부의 수직 방향으로 전개되어 미세먼지를 포집할 수 있다. 이때 바람의 방향에 대해 집진필터가 면 방향으로 대향될 수 있도록 전개되는 것이 바람직할 수 있다.
보다 상세하게, 미세먼지 농도가 기 설정된 임계 농도보다 낮은 경우, 집진부가 접혀 보관될 수 있으며, 미세먼지 농도가 기 설정된 임계 농도보다 높은 경우, 집진부가 펼쳐져 집진을 촉진시킬 수 있다. 바람직한 일 예에 있어서, 상기 미세먼지관측 단계(S100) 및/또는 상기 기상관측 단계(S200)를 통하거나 상기 모델링 단계(S400)를 통해 측정 또는 예측된 미세먼지 농도를 기준하여 임계 농도를 초과할 경우, 집진필터의 집진부가 펼쳐지고, 초과하지 않을 경우 집진필터의 집진부가 접혀질 수 있다.
100 : 구조물, 210 : 제1 집진필터,
211 : F(1,1), 212 : F(1,2),
213 : F(1,3), 220 : 제2 집진필터,
221 : F(2,1), 222 : F(2,2),
230 : 제3 집진필터, 231 : F(3,1),
D : 미세먼지를 포함하는 바람의 풍향
211 : F(1,1), 212 : F(1,2),
213 : F(1,3), 220 : 제2 집진필터,
221 : F(2,1), 222 : F(2,2),
230 : 제3 집진필터, 231 : F(3,1),
D : 미세먼지를 포함하는 바람의 풍향
Claims (11)
- 복수의 구조물을 포함하는 목적 지형 공간에서 집진필터의 최적 위치를 선정하는 방법에 있어서,
상기 목적 지형 공간의 미세먼지의 입자 크기 및 농도에 대한 미세먼지 정보를 수집하는 미세먼지관측 단계(S100);
목적 지형 공간 내 임의의 위치에서의 풍향 및 속도에 대한 기상관측 정보를 수집하는 기상관측 단계(S200);
목적 지형 공간 내 구조물 위치에 대한 지형지물 정보를 수집하는 지형지물관측 단계(S300);
상기 미세먼지 정보, 상기 기상관측 정보 및 상기 지형지물 정보를 입력받은 후, 상기 목적 지형 공간 내 위치에 따른 미세먼지의 농도를 예측하는 모델링 단계(S400); 및
상기 모델링 단계에서 예측된 위치에 따른 미세먼지의 농도 및 방향에 대한 정보로부터 설치하고자 하는 집진필터의 위치를 선정하는 집진필터 위치선정 단계(S500);를 포함하며,
상기 미세먼지관측 단계(S100), 상기 기상관측 단계(S200), 상기 지형지물관측 단계(S300), 상기 모델링 단계(S400) 및 상기 집진필터 위치선정 단계(S500)를 단위 시뮬레이션으로 정의하여 이를 반복 수행하며,
상기 집진필터 위치선정 단계(S500)는, 상기 단위 시뮬레이션을 반복 수행하여 2 개 이상의 집진필터의 최적 위치를 순차적으로 선정하되, 최적 위치에 선정되어 최초 설치된 집진필터에 의해 보정된 정보를 반영하여 다음의 집진필터의 최적 위치를 선정하는 단계를 포함하는 집진필터의 최적 위치 선정 방법. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 보정된 정보는 상기 미세먼지 정보, 상기 기상관측 정보 및 상기 지형지물 정보 중에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함하는 정보에 대한 보정된 값인 집진필터의 최적 위치 선정 방법. - 제3항에 있어서,
상기 보정된 미세먼지 정보는 이전에 선정되어 설치된 집진필터에 의해 감소된 미세먼지의 농도로서 보정된 값인 집진필터의 최적 위치 선정 방법. - 제3항에 있어서,
상기 보정된 기상관측 정보는 이전에 선정되어 설치된 집진필터에 의해 변형된 풍향 및 변형된 속도로서 보정된 값인 집진필터의 최적 위치 선정 방법. - 제3항에 있어서,
상기 보정된 지형지물 정보는 이전에 선정되어 설치된 집진필터에 의해 변형된 지형지물 정보로서 보정된 값인 집진필터의 최적 위치 선정 방법. - 제1항에 있어서,
상기 기상관측 정보는 외부로부터 수신된 목적 지형 공간의 누적 기간에 따른 통계학적 기상관측 정보인 집진필터의 최적 위치 선정 방법. - 제1항에 있어서,
상기 모델링 단계(S400)의 예측은 전산유체역학(Computational Fluid Dynamics, CFD)을 이용하여 분산입자이상유동모델(Discrete Phase Model, DPM)로서 수행되는 집진필터의 최적 위치 선정 방법. - 제1항에 있어서,
상기 집진필터 위치선정 단계(S500)에서, 집진필터의 설치 방향은 미세먼지의 방향과 대향하는 방향인 집진필터의 최적 위치 선정 방법. - 제1항에 있어서,
상기 목적 지형 공간은,
다수의 구조물이 서로 이격하여 행 및 열을 이루어 위치하되, 서로 이웃하는 행 및 서로 이웃하는 열이 모두 어긋나지 않도록 서로 대향하여 위치하는 구조를 포함하는 제1 구조;
다수의 구조물이 서로 이격하여 행 및 열을 이루어 위치하되, 서로 이웃하는 행이 어긋나도록 위치하는 구조를 포함하는 제2 구조;
다수의 구조물이 서로 이격하여 행 및 열을 이루어 위치하되, 서로 이웃하는 열이 어긋나도록 위치하는 구조를 포함하는 제3 구조; 및
다수의 구조물이 서로 이격하여 행 및 열을 이루어 위치하되, 서로 이웃하는 행 및 서로 이웃하는 열이 모두 어긋나도록 위치하는 구조를 포함하는 제4 구조;
중에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 구조를 포함하는 집진필터의 최적 위치 선정 방법. - 제1항, 제3항 내지 제10항 중 어느 한 항의 집진필터의 최적 위치 선정 방법으로 설치되는 집진필터를 이용한 미세먼지의 제거 방법으로서,
상기 미세먼지의 제거 방법은,
a) 상기 집진필터 위치선정 단계(S500)에서 선정된 위치에 집진필터를 설치하는 단계;
b) 상기 미세먼지 정보 및 상기 기상관측 정보를 포함하는 데이터를 서버에 전송하는 단계; 및
c) 상기 서버에서, 상기 데이터에 기초하여 목적 지형 공간 내의 미세먼지 농도가 기 설정된 임계 농도를 초과할 때 집진필터가 가동되도록 제어하는 단계;를 포함하며,
상기 a) 단계에서, 집진필터는 하나 이상의 구조물의 외면부에 설치되되, 상기 구조물의 바닥면으로부터 임계 높이 이상의 위치에 설치되는 집진필터를 이용한 미세먼지의 제거 방법.
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