공기청정기 CA 규격성능시험 결과 분석 및 가스시험 변별력 향상 방안연구 Analysis of CA Certification Performance Test Results and Improvement of CA Test Method for a Better Differentiation of Gas Removal Performances for Room Air Cleaners원문보기
In this study, we organized the test results obtained from the performance tests for the CA certificated air cleaners which had been commercially available in Korea since 2003, and analyzed the correlation among the test parameters such as flow rate, particle collection efficiency, clean air deliver...
In this study, we organized the test results obtained from the performance tests for the CA certificated air cleaners which had been commercially available in Korea since 2003, and analyzed the correlation among the test parameters such as flow rate, particle collection efficiency, clean air delivery rate (CADR), ozone emission, odor removal efficiency and noise level etc. The noise level of 267 air cleaners were increased as concentrated at the 45, 50, 55 dB, which are the required noise level for CA certification according to flow rate, and ozone emissions from the CA air cleaners were significantly lower than the requirement limit, 50 ppb for 24 hour operation. The average particle collection efficiency and odor removal efficiency were 89.3 and 80.8%, approximately 20% higher than the requirement of CA certification, regardless of flow rates. The particle removal performance of an air cleaner was clearly discriminated by its CADR, and the CADR was obtained with a simple calculation: 0.79 x flow rate. The low differentiation of gas removal performance of air cleaners by the current CA gas test method was improved by 3.2, 751.3, 13.4 times for ammonia, acetic acid, respectively, by adopting the CADR concept and the real time measurement method, FTIR, for gas removal performance test.
In this study, we organized the test results obtained from the performance tests for the CA certificated air cleaners which had been commercially available in Korea since 2003, and analyzed the correlation among the test parameters such as flow rate, particle collection efficiency, clean air delivery rate (CADR), ozone emission, odor removal efficiency and noise level etc. The noise level of 267 air cleaners were increased as concentrated at the 45, 50, 55 dB, which are the required noise level for CA certification according to flow rate, and ozone emissions from the CA air cleaners were significantly lower than the requirement limit, 50 ppb for 24 hour operation. The average particle collection efficiency and odor removal efficiency were 89.3 and 80.8%, approximately 20% higher than the requirement of CA certification, regardless of flow rates. The particle removal performance of an air cleaner was clearly discriminated by its CADR, and the CADR was obtained with a simple calculation: 0.79 x flow rate. The low differentiation of gas removal performance of air cleaners by the current CA gas test method was improved by 3.2, 751.3, 13.4 times for ammonia, acetic acid, respectively, by adopting the CADR concept and the real time measurement method, FTIR, for gas removal performance test.
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문제 정의
또한, 현재 규격의 공기청정기 성능 변별력에 대한 문제점을 분석하고, 성능 변별력을 높이기 위한 효과적인 시험방안을 제시하고자 하였다. 이를 통해 공기청정기 제작 및 판매업체 관계자 및 연구기관의 공기청정기 연구자들에게는 공기청정기 개발 동기를 자극시키고, 대중에게는 성능이 좋은 공기청정기를 선택하는 데 필요한 정보를 제공하고자 하였다.
본 연구에서는 국내외 공기청정기 대상으로 2003 년부터 수행해온 한국공기청정협회 공기청정기 규격 성능 결과를 종합분석하였으며, 본 연구를 통해 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
본 연구에서는 국내외 공기청정기 대상으로 2003 년부터 수행해온 한국공기청정협회 공기청정기 규격 성능 시험 결과를 종합분석하였으며, 특히 풍량, 집진효율 등의 청정기 사양 및 필터 종류 등 공기청정기 운전조건에 따른 성능을 비교분석하여 운전조건이 공기청정기의 주요 성능인 입자상 및 가스상 물질제거 성능, 오존 발생량, 소음 발생치 등에 미치는 영향을 정량적으로 분석하고자 하였다. 또한, 현재 규격의 공기청정기 성능 변별력에 대한 문제점을 분석하고, 성능 변별력을 높이기 위한 효과적인 시험방안을 제시하고자 하였다.
변별할 수 없다는 것을 알 수 있었다. 본 연구에서는 풍량, 탈취 필터 종류, 사양 등이 다른 다양한 공기청정기의 탈취성능을 명확히 변별하기 위한 방안으로 입자청정화능력시험에서 사용되는 청정화능력 개념을 탈취성능시험에 도입하고 자 하였다. 본연구에서는 가스청정화 능력값을 산출하기 위해 기존 CA 인증시험에서 사용되는 검지관이 아닌 NIOSH 와 EPA 에서 사용되는 실시간 가스농도 측정 장치 인 FTIR(Fourier Transform Infrared spectrometer, Model I4000, Midac, USA) 및 CA 인증 입자청정화능력 산출 방식과 유사한 AHAM 의 청정화 능력 계산방식을 적 용하여 공기청정기 가스청정화 능력을 평가하였다(EPA Test method 318, 1999; EPA test method 320, 1998; NIOSH method 3800, 2002).
또한, 현재 규격의 공기청정기 성능 변별력에 대한 문제점을 분석하고, 성능 변별력을 높이기 위한 효과적인 시험방안을 제시하고자 하였다. 이를 통해 공기청정기 제작 및 판매업체 관계자 및 연구기관의 공기청정기 연구자들에게는 공기청정기 개발 동기를 자극시키고, 대중에게는 성능이 좋은 공기청정기를 선택하는 데 필요한 정보를 제공하고자 하였다.
제안 방법
입자청정화 능력 시험은 일정 크기의 챔버에서공기청정기를 가동시킬 때, 일정 시간 동안의 입자농도 감소 빠르기를 측정하는 시험으로, 공기청정기 운전에 의한 입자농도와 자연감소에 의한 입자농도변화를 측정한다. 40±10疝의 시험 챔버 벽면에서 5〜10cm, 바닥에서 75cm 위치에 공기청정기를 설치한 후, 0.3伽 채널의 입자수농도가 108〜1010개/疝에도달할 때까지 시험 입자 공급장치(Atomizer, Model 3076, TSI, USA)로 KCl 입자를 발생시켜 공급한 후 공기청정기를 최대 풍량으로 운전시키면서, 바닥으로부터 120cm에 설치된 샘플링 튜브를 이용해 입자농도를 입자계수기로 계측한다. 시험시간은 0.
나타내었다. 공기청정기 성능시험 항목에는 풍량, 집진효율, 입자청정화능력, 탈취 효율, 오존 발생량 및 소음시험이 있으며, 표의 시험설비 및 조건에서 성능시험을 수행하며, 시험항목 중 집진효율 70% 이상, 탈취 효율 60% 이상, 24시간 기준 최대 오존 발생량 50 ppb 이하, 풍량별 소음발생 치 45-55 dB 이하와 같은 기준치가 있어 이 기준치에 부합하는 공기청정기에 대해 CA 마크를 부여하고 있다. 자세한 성능 시험 방법은 다음과 같다.
본연구에서는 가스청정화 능력값을 산출하기 위해 기존 CA 인증시험에서 사용되는 검지관이 아닌 NIOSH 와 EPA 에서 사용되는 실시간 가스농도 측정 장치 인 FTIR(Fourier Transform Infrared spectrometer, Model I4000, Midac, USA) 및 CA 인증 입자청정화능력 산출 방식과 유사한 AHAM 의 청정화 능력 계산방식을 적 용하여 공기청정기 가스청정화 능력을 평가하였다(EPA Test method 318, 1999; EPA test method 320, 1998; NIOSH method 3800, 2002). 본 시험에 사용된 가스청정화 능력 시험 설비는 Fig.3 과 동일하며, 측정장비를 검지관에서 FTIR 로 대체하였다. Fig.
본 연구에서는 한국기계연구원에서 지난 2003년부터 2010년까지 국내에서 시판되어 온 공기청정기에 대한 성능시험 결과를 종합적으로 분석하였고, Table 2와 Fig.4 에 CA 성능시험 현황을 나타내었다. 황사, 자동차 배기가스와 같은 대기오염물질에 의한 실내 공기질 악화로 인해 국민의 IAQ 에 대한 관심이 증가하면서, 제조사 및 인증대수는 2006년까지 21개사 60대로 급격히 증가하였으나, 그 이후 비 CA 인증 모델 중 전기집진식 공기청정기에서 배출되는 기준치 이상의 오존 발생량에 대한 언론보도로 인해 CA 인증시험 의뢰업체 수는 30~50%, 인증 대수는 50% 이하로 급격히 감소하였다 .
본 연구에서는 풍량, 탈취 필터 종류, 사양 등이 다른 다양한 공기청정기의 탈취성능을 명확히 변별하기 위한 방안으로 입자청정화능력시험에서 사용되는 청정화능력 개념을 탈취성능시험에 도입하고 자 하였다. 본연구에서는 가스청정화 능력값을 산출하기 위해 기존 CA 인증시험에서 사용되는 검지관이 아닌 NIOSH 와 EPA 에서 사용되는 실시간 가스농도 측정 장치 인 FTIR(Fourier Transform Infrared spectrometer, Model I4000, Midac, USA) 및 CA 인증 입자청정화능력 산출 방식과 유사한 AHAM 의 청정화 능력 계산방식을 적 용하여 공기청정기 가스청정화 능력을 평가하였다(EPA Test method 318, 1999; EPA test method 320, 1998; NIOSH method 3800, 2002). 본 시험에 사용된 가스청정화 능력 시험 설비는 Fig.
1은 풍량 및 집진효율 시험설비 구성도를 나타내었다. 풍량 측정 시험은 공기청정기를 0.6X0.6E 단면의 덕트에 장착시켜 정격 주파수, 정격 전압으로 운전시킨 후 덕트 최종단에 장착된 오리피스 또는 노즐형 유량계를 이용하여 최대 풍량을 측정한다. 집진 효율 시험의 경우에는 풍량시험과 동일하게 공기청정기를 덕트에 장착시킨 후 공기청정기 전단에 108〜109개/疝 농도의 염화칼륨입자 (KCl, Potassium Chloride aerosol)를 발생시키고, 공기청정기 전■후단부 덕트로부터 입자 샘플링을 하여 광산란식 입자계수기 (Aerosol Spectrometer, Model 1.
이론/모형
13. CADRs of 18 air cleaners for three gases, calculated using the new gas test method.
12. Gas removal efficiencies of 18 air cleaners for three gases, calculated using the current CA test method.
성능/효과
(1) 2003년 이후 CA 공기청정기 성능 인증 시험을 받은 공기청정기는 총 267모델이며, 대표적인 집진 방식은 공기청정기 오존 발생 문제로 인해 필터식이었고, 연도별로 전체 CA 인증공기청정기의 55~ 84%를 차지하였다.
(2) CA 공기청정기의 소음 발생치는 공기청정기풍량에 따라 해당 기준값 부근에 집중적으로 분포되었으며, 이는 공기청정기 풍량이 공기청정기의 공기정화 기능과 밀접한 관계가 있기 때문에 공기청정기 제조사가 공기청정기 개발 시 풍량을 소음 기준치에 근접하도록 최대한 높이는 것으로 판단된다.
(3) CA 인증을 받은 복합식 및 전기식 공기청정기는 24시간 운전기준의 최대 발생 오존 농도 0.05 ppm 의 1/5 및 1/2 수준으로 거의 오존을 발생시키지 않았다.
(4) CA 인증을 받은 공기청정기의 8년간 평균 집진효율은 89.3%로 CA 기준치 70%를 약 20% 상회하였으며, 공기청정기 풍량과 무관하였고, 평균 입자청정화능력은 4.2M/min(적용면적 33E)으로 풍량에 0.79배의 선형적인 관계가 있었다. 이로써 소비자 및 공기청정기 제조사는 CA 공기청정기의 풍량을 알면 입자청정화능력시험을 하지 않고도 입자청정화능력 값을 예측할 수 있다.
(5) 2004년 이후 CA 인증을 받은 공기청정기의 집진효율 및 입자청정화능력값의 상대표준편차는 7.2%와 58.3%로 소비자가 실내 입자상 물질 제거용으로 공기청정기를 선택할 때는 반드시 입자청정화능력 값이 높은 모델을 선정하는 것이 바람직함을 알 수 있다.
(6) CA 인증을 받은 공기청정기의 평균 탈취효율은 80.8%로 CA 인증사업을 시작하기 전 2003년 12.8 %보다 60% 성능이 향상되어 CA 인증규격 시행이 공기청정화 탈취성능 향상에 매우 긍정적인 영향을 주었음을 알 수 있다. 하지만 CA 공기청정기 탈취 효율의 상 대표준편차는 12.
(7) 본 연구에서는 CA 공기청정기 탈취 성능에 대한 변별력을 높이기 위해 가스 제거시험에 청정화 능력 개념 및 실시간 복합가스 농도 측정장치 인 FTIR 측정법을 적용하여, 18모델 공기청정기에 대하여 기존 가스제거 효율 시험 및 새로운 시험의 결과값의표준편차를 비교한 결과, 새로운 시험법으로 부 터 산출된 CADR값의 표준편차가 기존 가스 제거 효율 표준편차 보다 암모니아3.2배, 초산751배, 아세트알데히드 1.7배 향상되어, 다양한 공기청정기의 가스 제거성능에 대해 높은 변별력을 보였다.
14는 공기청정기 18 모델을 대상으로 암모니아, 초산, 아세트알데히드 가스에 대한 기존 CA 성능시험 가스 제거효율 결과와 새롭게 도입된 가스청정화 능력 결과의 상대표준 편차를 나타내었다. 기존 CA 탈취 성능 시험으로부터 측정된 18모델의 가스제거효율 값의 상대표준 편차는 암모니아9.8%, 초산0.06%, 아세트알데히드 32%이었으며, 가스청정화 능력의 상대표준 편차는 암모니아 31.1%, 초산47.3%, 아세트알데히드 53.2% 이었다. 즉, 가스청정화 능력 시험 방법을 공기청정기의 가스 제거 성능시험방법으로 적용할 경우, 공기청정기 및 가스 종류별 가스 제거 성능 변별력은 암모니아3.
0 M/min 풍량의 공기청정기의 운전시간에 따른 농도/초기농도 (Ct/G)의 로그 값 감쇄선을 비교하였다. 두 공기청정기가 풍량이 다름에도 불구하고, 아세트알데히드를 제외하고 암모니아와 초산 제거효율을 공기청정기 작동 시점과 30분 후 시점의 농도를 이용하여 산출하게 되면, 7.2M/min의 경우 암모니아 98%, 초산99% 이고, 5.0M/min의 경우 암모니아 99%, 초산99%로 두 공기청정기간 효율 차이가 1% 이하인 것을 알 수 있다. 또한, 기존 CA 규격의 탈취효율 산출방식을 적용하면 두 공기청정기의 탈취효율은 7.
11 과 마찬가지로 아세트알데이드를 제외한 두 가스에 대한 공기청정기의 제거효율이 90% 이상으로 매우 높게 나타나 다양한 제조사 및 제품별로 암모니아, 초산제거 성능간 변별력이 거의 없음을 알 수 있다. 따라서 공기청정기의 풍량, 탈취필터 사양 등 운전조건 및 대상가스 종류가 상이하여 가스 제거 성능간 차이가 발생함에도 불구하고 기존 CA 인증 탈취 효율 시험 방법으로 성능 차이를 명확히 변별할 수 없다는 것을 알 수 있다.
6%이었으며, 모든 공기청정기가 풍량에 관계없이 CA 인증 집진효율 기준치인 70%를 약 15〜20% 상회하는 집진 필터를 사용하는 것으로 확인되었다. 또한, CA 인증을 시작한 2004년부터 2010년까지 인증된 공기청정기의 집진효율의 상대 표준편차를 산출한 결과, 7.2%로 매우 낮았다. Fig.
6%이었으며, 한국공기청정협회가 CA 마크 인증사업을 시작한 2004년부터 모든 공기청정기가 풍량에 관계없이 탈취 효율 기준치인 60%를 약 20% 상회하는 탈취 필터를 사용하는 것으로 확인되었다. 또한, CA 인증을 시작한 2004년부터 2010년까지 인증된 공기청정기의 탈취효율의 상대표준 편차를 산출한 결과, 12.4%로 집진 효율에 비해서는 높았으나, 청정화 능력값에 비해서는 1/5 수준으로 낮았다. 따라서, 현재 CA 인증 성능시험의 탈취효율로는 소비자가 공기청정기를 선정할 시 가스 제거 성능 측면에서 공기청정기를 효율적으로 변별할 수 있는 방안이 필요할 것으로 판단된다.
0M/min의 경우 암모니아 99%, 초산99%로 두 공기청정기간 효율 차이가 1% 이하인 것을 알 수 있다. 또한, 기존 CA 규격의 탈취효율 산출방식을 적용하면 두 공기청정기의 탈취효율은 7.2M/min의 경우 79%, 5.0s'/min의 경우 76%로 3% 차이밖에 보이지 않는 것을 알 수 있다. 한편, Fig.
앞서 설명한 것과 같이, CA 공기청정기의 입자상물질 제거 성능은 입자청정화 능력을 통해 쉽게 변별할 수 있지만, 가스상 물질 제거 성능은 기존 탈취효율로 변별할 수 없다는 것을 알 수 있었다. 본 연구에서는 풍량, 탈취 필터 종류, 사양 등이 다른 다양한 공기청정기의 탈취성능을 명확히 변별하기 위한 방안으로 입자청정화능력시험에서 사용되는 청정화능력 개념을 탈취성능시험에 도입하고 자 하였다.
6 은 풍량에 따른 연도별 소음 발생치 변화를 나타내었다. 연도별 공기청정기 평균 소음 발생 치는 2003년부터 2010년까지 45.8, 43.5, 47.2, 46.2, 46.1, 48.0, 46.6, 46.9 dB이었으며, 한국공기청정협회가 CA 마크 인증사업을 시작한 2004년부터 소음 발생치가 공기청정기의 풍량에 따라 계단식으로 증가하는 것을 알 수 있다. 이는 표 1에서 와 같이, CA 인증 획득을 위한 소음 기준치가 0~5 疝 /min 급 소형 공기청정기의 경우 45 dB 이하, 5~10 m3 /min급 중형 공기청정기의 경우 50 dB 이하, 10 m /min이상급 대형 공기청정기의 경우에는 55 db 이하로 기준을 설정되어 있어 공기청정기의 풍량에 따라 해당 기준값 부근에 소음 발생치가 집중적으로 분포되어 있기 때문이다.
10은 공기청정기 267모델에 대한 풍량에 따른 연도별 탈취 효율 변화를 나타내었다. 연도별 집진효율은 2003년부터 2010년까지 12.8, 76.9, 83.4, 81.0, 78.8, 81.1, 81.1, 82.6%이었으며, 한국공기청정협회가 CA 마크 인증사업을 시작한 2004년부터 모든 공기청정기가 풍량에 관계없이 탈취 효율 기준치인 60%를 약 20% 상회하는 탈취 필터를 사용하는 것으로 확인되었다. 또한, CA 인증을 시작한 2004년부터 2010년까지 인증된 공기청정기의 탈취효율의 상대표준 편차를 산출한 결과, 12.
8은 CA 인증공기청정기 267모델에 대한 풍량에 따른 연도별 집진효율 변화를 나타내었다. 연도별 집진효율은 2003년부터 2010년까지 86.6, 85.6, 91.0, 88.8, 90.2, 89.7, 90.1, 92.6%이었으며, 모든 공기청정기가 풍량에 관계없이 CA 인증 집진효율 기준치인 70%를 약 15〜20% 상회하는 집진 필터를 사용하는 것으로 확인되었다. 또한, CA 인증을 시작한 2004년부터 2010년까지 인증된 공기청정기의 집진효율의 상대 표준편차를 산출한 결과, 7.
2% 이었다. 즉, 가스청정화 능력 시험 방법을 공기청정기의 가스 제거 성능시험방법으로 적용할 경우, 공기청정기 및 가스 종류별 가스 제거 성능 변별력은 암모니아3.2배, 초산751배, 아세트알데히드 1.7배 높일 수 있었다. 이로써, 본 연구에서 사용된 새로운 가스 제거 성능시험 방법으로부터 측정된 가스 정화능력 값을 이용하여 공기청정기 제조사는 개발되는 제품에 적용되는 가스 제거 기술 및 사양별 가스 성능 향상 정도를 명확히 평가할 수 있으며, 소비자 입장에서는 가스정화 기능 측면에서 우수한 성능의 공기청정기를 선택할 수 있을 것으로 판단된다.
, 2005). 특히, Fig.9에서 보는 것과 같이, CA 인증 공기청정기의 청정화능력값은 최대 풍량에 0.79 을 곱하여 예측할 수 있으며, 2004년 이후 CA 인증을 받은 공기청정기 청정화능력값의 상대 표준편차를 산출한 결과, 58.3%로 집진효율에 비해 성능 변별력이 우수함을 알 수 있었다. 따라서, 소비자가입자제거성능 측면에서 공기청정기를 선정할 시 청정화능력값을 비교하는 것이 최 선임을 알 수 있다.
8 %보다 60% 성능이 향상되어 CA 인증규격 시행이 공기청정화 탈취성능 향상에 매우 긍정적인 영향을 주었음을 알 수 있다. 하지만 CA 공기청정기 탈취 효율의 상 대표준편차는 12.4%로 입자청정화능력 값에 의한 공기청정기 변별력에 비해 1/5 수준으로 낮았으며, 특히 암모니아 및 초산과 같은 공기청정기에 의해 쉽게 제거되는 가스 제거 성능에 대한 변별력이 거의 없었다.
후속연구
4%로 집진 효율에 비해서는 높았으나, 청정화 능력값에 비해서는 1/5 수준으로 낮았다. 따라서, 현재 CA 인증 성능시험의 탈취효율로는 소비자가 공기청정기를 선정할 시 가스 제거 성능 측면에서 공기청정기를 효율적으로 변별할 수 있는 방안이 필요할 것으로 판단된다.
7배 높일 수 있었다. 이로써, 본 연구에서 사용된 새로운 가스 제거 성능시험 방법으로부터 측정된 가스 정화능력 값을 이용하여 공기청정기 제조사는 개발되는 제품에 적용되는 가스 제거 기술 및 사양별 가스 성능 향상 정도를 명확히 평가할 수 있으며, 소비자 입장에서는 가스정화 기능 측면에서 우수한 성능의 공기청정기를 선택할 수 있을 것으로 판단된다.
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