KR20030065932A - 도심지 가로상의 대기 흡입장치 및 이를 이용한 대기흡입공법 - Google Patents

도심지 가로상의 대기 흡입장치 및 이를 이용한 대기흡입공법 Download PDF

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Abstract

최근 들어 도시내 교통량이 급증하고 도시 가로 주변에 초고층 건물들이 조밀하게 건설되면서 자동차 배기가스로 인한 대기오염물질(CO, NOx, Pb, HC,Oxidant, dust, SO2, 악취 등)의 확산이 원활히 이루어지지 않아 극심한 대기오염을 유발하여 사회적 문제로 대두되고 있다.
특히 도심지 가로상의 가로변 건물의 평균높이(H)의 1/4지점 이하에서는 가로변 양쪽에 조밀하게 들어선 고층건물들로 인해 대기의 확산이 잘 이루어지지 않는다. 따라서 1/4지점 이하에서는 자동차 배기가스가 정체되어 극심한 대기오염을 유발하여 인체에 나쁜 영향을 끼치게 된다.
본 발명은 상기한 문제를 해소하기 위한 것으로서, 가로변 건물의 평균높이(H)의 1/4지점 이하에 정체되어 있는 자동차 배기가스를 지면에서 강제로 흡입하므로서 1/4지점 이상의 청정 공기를 1/4지점 이하로 확산시키는 한편 흡입된 공기는 공기정화장치를 통하여 정화하여 고층건물 상층부로 분출시킴으로써 가로변 건물의 평균높이(H)의 1/4지점 이하의 대기오염을 저감시킬 수 있는 도심지 가로상의 대기 흡입장치 및 흡입공법에 관한 것이다.
본 발명의 도심지 가로상의 대기 흡입장치는 도심지 가로의 보도 아래에 매설되되 끝 단부가 보도 표면에 맞닿는 흡입덕트, 송풍기, 흡입된 공기를 정화시키는 공기정화장치 및 정화된 공기를 고층건물 상층부로 분출시키는 토출배관으로 구성된다.

Description

도심지 가로상의 대기 흡입장치 및 이를 이용한 대기 흡입공법 {atmospheric inhalation device of downtown street and method of atmospheric inhalation using the device}
본 발명은 도심지 가로상의 대기 흡입장치 및 이를 이용한 대기 흡입공법에 관한 것이다. 더욱 구체적으로 도심지 가로상에 정체되어 있는 자동차 배기가스를 지면에서 강제로 흡입하여 정화시킨 다음 고층건물의 상층부로 배출시킴으로써 가로상에 정체되어 오염된 공기의 확산을 유도하고 대기오염을 저감시킬 수 있는 도심지 가로상의 대기 흡입장치 및 이를 이용한 대기 흡입공법에 관한 것이다.
우리 나라는 급속한 경제성장에 의한 국민의 생활수준 향상과 사회활동의 증가로 인해 자동차 수요가 급증하고 있으며, 도시의 인구집중과 이로 인한 차량의 증가는 대도시의 교통난과 함께 자동차의 배기가스에 의한 대기오염문제를 야기하고 있다.
특히 도심지의 경우 상습적인 교통정체 현상과 도심지 가로변에 건설된 고층건물에 의해 대기확산이 잘 이루어지지 않아 자동자 배기가스에 의한 대기오염이 매우 심각한 수준이다.
이렇게 자동차로부터 배출된 대기오염물질에 장시간 노출될 경우 심장기능 또는 폐기능의 현저한 저하로 질병이 발생될 수 있으며 노년층과 유아 및 허약자의 경우 단시간내에 피해를 끼쳐 사망에까지 이르게 한다.
세계보건기구(WHO)가 최근 프랑스, 스위스, 오스트리아 등 3개국을 대상으로 자동차 배기가스 관련 질병 실태를 조사한 결과 연간 2만 1천 여명의 어린이가 자동차 배기가스로 인한 심폐기능 이상과 천식, 기관지염 등으로 숨진 것으로 나타났다. 이는 같은 기간에 발생한 어린이 교통사고 사망자 수 9천 9백 47명을 2배 이상 넘는 수치이다.
이와 같이 도시내의 자동차 배기가스는 불특정 다수에게 인체상 심각한 피해를 끼칠 뿐만 아니라 건축물 또는 토목구조물의 부식 및 색상의 변화 등을 초래하여 심각한 재산상의 피해를 야기시킨다.
본 발명자는 이에 도심지 가로상의 대기확산현상을 규명하기 위한 연구(관동대학교 박사학위 논문 "대기오염물질의 확산과 풍환경에 관한 특성 및 응용에 관한 연구")를 수행하였는 바, 연구방법 및 결과는 다음과 같다.
시가지 가로에서의 확산현상은 주변 중고층 건물들에 의한 유동장의 흐름이 매우 복잡하여 1차원 Box 모델로 해석하기는 여러가지 어려움이 있는 바, 본 발명자는 테헤란로 일대 직경 1000m를 1/400로 모형화하여 풍동실험을 통하여 시가지 가로의 자동차로부터 배출된 대기오염물질의 확산현상을 규명하였다.
Tracer-gas는 대기와 비중이 유사한 ethylene을 사용하였으며, Tracer-gas의 발생은 도2에 도시된 바와 같이 도로 중심선상의 18개 지점에서 유입부 1지점당 1cc/sec로 발생시켰다. Tracer-gas의 측정은 도로 중심선상과 양측 건물사이의 중심선상에 간격을 10cm씩 18지점, 총 36개 지점에서 측정하였으며, 도3에 도시한 바와 같이 각 측정점마다 지면, 1/4H, 2/4H, 3/4H, H 높이에서 측정하였다. Tracer-gas가스 유입과 측정은 내경 3mm인 알루미늄 파이프를 사용하였다.
실험 풍속(UH)은 도로주변 건물 평균높이(19cm) 상단부에서의 풍속으로 5m/s로 하였다. 풍향은 도로와 평행 방향을 0°로 볼 때 수직 방향(90°, 270°)에 대해서 실시하였으며, 풍상측을 Line A로 풍하측을 Line B로 표시했다.
실험의 결과로 얻어진 농도 C(ppm)는 다음 식에 의하여 무차원화하여 표시하였다.
Cm= C / Co[ppm / ppm]
여기서, C = 측정농도 [ppm]
Co= q / ( UㆍH2) [ppm]
여기서, q : Tracer Gas 발생량, U : 기준풍속, H : 건물높이
환기회수 N은 다음 식으로 표시된다.
N = Q / V
여기서, Q(환기량) = q(cc/sec) / Ca(ppm)
q = 총 가스 발생량
Ca = 평균 측정 농도
V = 가로내 공간의 체적
실험결과를 보면 도4에 도시된 바와 같이 지표면 농도(C/Co)는 3.0 ~ 8.8 정도의 고농도를 보였으며, 측정점의 위치에 따라 변화가 심한 것으로 나타났다. 반면에 가로내 지상 공간의 농도는 확산이 많이 일어나 측정점에 따른 변화가 적게 나타났으며, 0.5 ~ 1.8로 지표면에 비해 저농도를 보였다.
표1과 도5는 각 풍향과 각 Line별로 전 측정점의 농도를 평균하여 측정점의 높이별로 농도를 표시한 것으로서, 지면의 농도는 4.5 ~ 5.8의 고농도를 보이다가 1/4 H지점 이상의 높이에서는 비교적 낮은 0.5 ~ 1.6 정도의 저농도로 측정점의 높이가 높을수록 저농도를 보였다. 또한 농도는 풍상측(Line A) 측정점의 농도가 풍하측(Line B)에 비해서 높게 나타났다. 이것은 가로에서 풍상측 도로변 건물의 후류의 영향으로 풍하측에 비해 확산이 적게 이루어지기 때문으로 사료된다.
가로내 가상 공간(가로변 양쪽 건물사이의 폭과 가로변에 있는 건물 평균 높이 12cm(B)×19cm(H))의 환기량과 환기회수를 각 풍향별로 표2에 표시했다. 가상 공간의 실물환산 환기회수는 건물 평균높이의 풍속이 1m/s일 때, 90°풍향의 경우 10회/hr, 270°풍향의 경우 7회/hr로 나타났다. 같은 가로내에서 90°풍향에 비해 270°풍향의 환기회수가 적게 나타나는 것은 270°풍향의 경우 풍상측에 있는 건물들이 90°의 경우보다 훨씬 조밀하게 들어서 있기 때문에 가로내 환기가 적게 일어나기 때문으로 사료된다.
이상의 연구결과로부터, 도심지 가로상의 가로변 건물의 평균높이(H : 모형높이 약 19cm, 실제높이 약 76m))의 1/4 지점(모형높이 약 4.75cm, 실제높이 약 19m)이상에서는 비교적 대기확산이 잘 이루어지나, 1/4 지점 이하에서는 가로변에 조밀하게 들어선 고층건물들로 인하여 대기확산이 거의 이루어지지 않고 가중됨을 알 수 있다. 더욱이 도5로 미루어 볼 때 보행자의 호흡높이인 1/50 H (실제높이 약 1.5m)에서는 자동차 배기가스로 인한 대기오염물질의 정체가 매우 심각함을 알 수 있다.
따라서 가로변 건물의 평균높이(H)의 1/4 지점 이하부터 지면부까지는 자동차 배기가스가 확산되지 못하고 정체되어 심각한 대기오염을 초래하게 된다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 도심지 가로상의 지면에 정체되어 있는 자동차 배기가스를 지면에서 강제로 흡입하여 정화시킨 다음 고층건물의 상층부로 강제 배출시킴으로써 가로상에 정체되어 있는 자동차 배기가스에 의한 대기오염을 저감시키는 것을 그 목적으로 한다.
도1은 본 발명의 구체적 실시예의 개략도이다.
도2, 3은 도심지 가로상의 대기확산현상을 규명하기 위한 풍동실험방법을 나타내는 개략도이다.
도4, 5는 상기 풍동실험 결과를 나타내는 그래프이다.
< 도면의 주요 부호의 설명 >
1 : 고층건물 2 : 지하실
10 : 흡입덕트 20 : 송풍기
30 : 공기정화장치 40 : 토출배관
첨부한 도면에 의하여 본 발명의 구체적 실시예를 상세히 설명한다.
도1은 본 발명의 구체적 실시예를 나타내는 개략도이다. 도시된 바와 같이 본 발명의 도심지 가로상의 대기 흡입장치는 흡입덕트(10), 송풍기(20), 공기정화장치(30) 및 토출배관(40)으로 구성된다.
상기 흡입덕트(10)는 가로의 보도 하부 지중에 매설되며, 한 쪽 끝단은 보도 표면에 맞닿고, 다른 쪽 끝단은 후술하는 송풍기(20)에 연결된다.
상기 흡입덕트(10)는 가로상에 정체되어 있는 자동차 배기가스를 강제로 흡입하는 통로가 되는 것으로서, 상기 흡입덕트(10)의 보도와 맞닿는 단부에는 스크린이 장착되어 보도의 이물질이 상기 흡입덕트(10)로 유입되는 것을 방지하게 된다.
상기 송풍기(20)는 가로변에 접한 고층건물내의 지하실에 설치되며, 상기 흡입덕트(10) 및 후술하는 공기정화장치(30)와 연결되어 상기 흡입덕트(10)를 통해 가로상에 정체되어 있는 자동차 배기가스를 강제로 흡입하여 상기 공기정화장치(30)로 공급하게 된다.
상기 송풍기(20)는 대기오염 측정장치와 연동되는 자동제어시스템에 의하여 자동으로 조절되는 것이 바람직하다. 즉 도심지 가로상의 대기오염 농도를 상기 대기오염 측정장치가 감지하고, 여기에 연동되는 자동제어시스템에 의하여 상기 송풍기(20)의 가동을 자동으로 조절하는 것이다.
상기 공기정화장치(30)는 상기 고층건물의 지하실에 설치되며, 상기 송풍기(20) 및 후술하는 토출배관(40)과 연결되며, 상기 흡입덕트(10)를 통해 흡입된 가로상의 자동차 배기가스를 정화하여 상기 토출배관(40)으로 토출시키게 된다.
상기 토출배관(40)은 상기 공기정화장치(30)와 연결되며, 상기 고층건물의 지하실 상부에서 수평방향으로 돌출되어 상기 고층건물의 가로에 접한 외부면에 종방향으로 설치된다.
상기 토출배관(40)의 단부에는 토출노즐이 장착되어 상기 공기정화장치(30)에서 정화된 공기를 상기 고층건물 상층부 위쪽으로 분출시킨다.
상기한 바와 같이 본 발명의 도심지 가로상의 대기 흡입장치는 가로변 건물의 평균높이(H)의 1/4지점 이하에 정체되어 있는 자동차 배기가스를 지면에서 강제로 흡입하므로써, 가로변 건물의 평균높이(H)의 1/4지점 이상의 청정 공기를 하부로 유도하여 대기의 확산을 도모하는 한편, 흡입된 자동자 배기가스를 고층건물내에 설치된 공기정화장치(30)에 의하여 정화한 다음 토출배관(40)을 통해 고층건물 상층부 위쪽으로 분출시킴으로써 도심지 가로상의 정체된 자동차 배기가스에 의한 대기오염을 저감시킬 수 있다.
상기 도심지 가로상의 대기 흡입장치는 도심지 가로변 양쪽의 건물에 일정 간격으로 설치된다. 이 때 가로변 양쪽에서 서로 마주 보게 설치할 수도 있지만, 대기확산의 효율상 지그재그 형태로 설치함이 바람직하다.
한편, 본 발명의 도심지 가로상의 대기 흡입장치는 상기한 바와 같이 가로변 양측에 이미 건축되어 있는 고층건물에 설치될 수도 있지만, 가로변에 새로이 신축되는 고층건물에 설치될 수도 있다.
도시하지는 않았지만 이 경우에는 상기 토출배관(40)이 신축되는 고층건물의 내부에 설치되는 것이 미관상 바람직하다. 이 때 상기 토출배관(40)의 상부 끝단은 상기 신축되는 고층건물의 옥상 위쪽으로 일부 돌출되며, 상기 돌출된 끝단에는 토출노즐이 장착된다.
상기 송풍기(20) 및 공기정화장치(30)는 기존의 고층건물에서와 마찬가지로 상기 고층건물의 지하실에 설치되며, 흡입덕트(10)는 가로의 보도 표면 아래에 매설되고, 상기 보도 표면과 접하는 끝단에는 이물질의 유입을 방지하기 위하여 스크린이 설치된다.
본 발명의 도심지 가로상의 대기 흡입장치를 이용한 대기 흡입공법은 다음과 같은 단계로 구성된다.
먼저 도1에 도시된 바와 같이 가로 양쪽의 고층건물에 상기 도심지 가로상의 대기 흡입장치를 일정한 간격으로 설치한다. 이 때 상기 도심지 가로상의 대기 확산장치를 가로 양쪽의 고층건물에 일정 간격으로 설치함에 있어 서로 마주 보게 설치할 수도 있으나, 대기 확산의 효율상 지그재그 형태로 설치함이 바람직하다.
상기 도심지 가로상의 대기 흡입장치가 가로 양쪽의 고층건물에 일정 간격으로 설치되면, 상기 송풍기(20)를 가동하여 가로변 건물의 평균높이(H)의 1/4지점 이하에 정체되어 있는 자동차 배기가스에 의하여 오염된 공기를 상기 흡입덕트(10)로 흡입하게 된다. 이 때 상기 흡입덕트(10)의 단부에는 스크린이 장착되어 상기흡입덕트(10)내로의 이물질의 유입을 방지하게 된다.
상기 흡입덕트(10)로 흡입된 자동자 배기가스에 의하여 오염된 공기는 상기 송풍기(20)에 의하여 상기 공기정화장치(30)로 공급된다.
상기 송풍기(20)의 가동은 대기오염 측정장치와 연동되는 자동제어시스템에 의하여 자동으로 제어되는 것이 바람직하다. 즉 도심지 가로상의 대기오염 농도를 상기 대기오염 측정장치가 감지하고 여기에 연동되는 자동제어시스템에 의하여 상기 송풍기(20)의 가동을 자동으로 조절하는 것이다.
상기 공기정화장치(30)로 공급된 자동차 배기가스에 의하여 오염된 공기는 상기 공기정화장치(30)에서 정화되어 상기 토출배관(40)으로 토출된다.
상기 토출배관(40)으로 토출된 공기는 상기 토출배관(40)의 단부에 장착된 토출노즐에 의하여 상기 고층건물의 상층부 위쪽으로 분출시키게 된다.
한편, 본 발명의 대기 흡입공법은 상기한 바와 같이 가로변에 이미 건축되어 있는 고층건물에 본 발명의 도심지 가로상의 대기 흡입장치를 설치하여 행할 수도 있지만, 가로변에 신축되는 고층건물에 본 발명의 대기 흡입장치를 설치하여 행할 수도 있다.
도시하지는 않았지만, 이 경우 상기 토출배관(40)은 신축되는 고층건물의 내부에 설치되는 것이 미관상 바람직하다. 이 때 상기 토출배관(40)의 상부 끝단은 상기 고층건물의 옥상 위쪽으로 일부 돌출되며, 상기 돌출된 끝단에는 토출노즐이 장착된다.
상기 흡입덕트(10), 송풍기(20) 및 공기정화장치(30)는 기존의 고층건물에설치되는 것과 마찬가지로 설치된다.
이렇게 건물의 평균높이(H)의 1/4지점 이하에 정체되어 있던 자동차 배기가스를 강제로 흡입하게 되면 가로변 건물의 평균높이(H)의 1/4지점 이상의 청정 공기가 아래쪽으로 확산되고, 강제 흡입된 오염된 공기를 공기정화장치를 통행 정화하여 고층건물 상층부 위쪽으로 분출시킴으로써 대기오염이 저감된다.
본 발명의 도심지 가로상의 대기 흡입장치 및 이를 이용한 대기 흡입공법은 도심지 가로변 건물의 평균높이(H)의 1/4지점 이하에 정체되어 극심한 대기오염을 유발하는 자동차 배기가스를 지면에서 강제로 흡입함으로써, 가로변 건물의 평균높이(H)의 1/4지점 이상의 청정 공기를 가로변 건물의 평균높이(H)의 1/4지점 이하로 확산시키고, 상기 흡입된 오염된 공기를 정화하여 고층건물 상층부 위쪽으로 분출시킴으로써 자동차 배기가스에 의한 대기오염을 효율적으로 저감시킬 수 있다.

Claims (11)

  1. 도심지 가로변의 보도 표면에 접하여 상기 보도 지하에 매설되는 흡입덕트;
    가로변에 접한 고층건물의 지하실에 설치되며, 상기 흡입덕트에 연결되는 송풍기;
    상기 고층건물의 지하실에 설치되며, 상기 송풍기에 연결되는 공기정화장치; 및
    상기 공기정화장치에 연결되며, 상기 고층건물의 지하실 밖으로 돌출되어 상기 고층건물의 가로변에 접한 외부면에 설치되고, 끝 단부에 토출노즐이 장착된 토출배관;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 도심지 가로상의 대기 흡입장치.
  2. 도심지 가로변의 보도 표면에 접하여 상기 보도 지하에 매설되는 흡입덕트;
    가로변에 신축되는 고층건물의 지하실에 설치되며, 상기 흡입덕트에 연결되는 송풍기;
    상기 신축되는 고층건물의 지하실에 설치되며, 상기 송풍기에 연결되는 공기정화장치; 및
    상기 공기정화장치에 연결되며, 상기 신축되는 고층건물의 내부에 설치되되, 끝단부가 상기 신축되는 고층건물의 옥상 위쪽으로 일부 돌출되고, 상기 돌출된 끝단에 토출노즐이 장착되는 토출배관;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 도심지 가로상의 대기 흡입장치.
  3. 제1항 또는 제2항에서, 상기 흡입덕트의 보도 표면에 접하는 끝단에는 스크린이 장착되는 것을 특징으로 하는 도심지 가로상의 대기 흡입장치.
  4. 제1항 또는 제2항에서, 상기 송풍기는 대기오염 측정장치와 연동되는 자동제어시스템에 의하여 자동으로 제어되는 것을 특징으로 하는 도심지 가로상의 대기 흡입장치.
  5. 제1항에서, 상기 도심지 가로상의 대기 흡입장치는 도심지 가로변 양쪽 건물에 일정 간격으로 설치되는 것을 특징으로 하는 도심지 가로상의 대기 흡입장치.
  6. 제5항에서, 상기 도심지 가로상의 대기 흡입장치는, 가로변 양쪽의 고층건물에 지그재그 형태로 설치되는 것을 특징으로 하는 도심지 가로상의 대기 흡입장치.
  7. 가로변 양쪽의 고층건물에 도심지 가로상의 대기 흡입장치를 일정 간격으로 설치하는 단계;
    송풍기를 가동하여 가로변 건물의 평균높이(H)의 1/4지점 이하의 정체되어 오염된 공기를 지면에서 흡입덕트로 강제 흡입하는 단계;
    상기 흡입덕트로 흡입된 오염된 공기를 공기정화장치로 공급하여 정화시키는단계; 및
    상기 공기정화장치에 의하여 정화된 공기를 토출배관으로 토출시켜 상기 고층건물의 상층부 위쪽으로 분출시키는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 대기 흡입공법.
  8. 가로변에 신축되는 고층건물에 도심지 가로상의 대기 흡입장치를 설치하는 단계;
    송풍기를 가동하여 가로변 건물의 평균높이(H)의 1/4지점 이하의 정체되어 오염된 공기를 지면에서 흡입덕트로 강제 흡입하는 단계;
    상기 흡입덕트로 흡입된 오염된 공기를 공기정화장치로 공급하여 정화시키는 단계; 및
    상기 공기 정화장치에 의하여 정화된 공기를 토출배관으로 토출시켜 상기 고층건물의 상층부 위쪽으로 분출시키는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 대기 흡입공법.
  9. 제7항 또는 제8항에서, 상기 흡입덕트의 끝단에는 이물질의 유입을 방지하기 위한 스크린이 장착되는 것을 특징으로 하는 대기 흡입공법.
  10. 제7항 또는 제8항에서, 상기 송풍기는 대기오염 측정장치와 연동되는 자동제어시스템에 의하여 자동으로 제어되는 것을 특징으로 하는 대기 흡입공법.
  11. 제7항에서, 상기 도심지 가로상의 대기 흡입장치는 가로변 양쪽 건물에 지그재그 형태로 설치되는 것을 특징으로 하는 대기 흡입공법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR102098872B1 (ko) * 2018-10-11 2020-04-28 주식회사 경호엔지니어링 종합건축사사무소 저속치환 공조방식을 이용한 옥외 정화구역 조성 시스템

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KR102098872B1 (ko) * 2018-10-11 2020-04-28 주식회사 경호엔지니어링 종합건축사사무소 저속치환 공조방식을 이용한 옥외 정화구역 조성 시스템

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