최근 온실가스저감인증(CERs)과 관련한 $CO_2$ 배출량 감축을 위한 노력은 전생애주기를 통하여 활발하게 연구가 진행되고 있다. 그러나 $CO_2$ 배출량을 줄이기 위한 기술은 아직 초기단계에 있으며, 정확하게 계산하기 위한 기술도 불충분하다. 따라서, 본 연구는 ZigBee 센서를 활용하여 건설장비의 $CO_2$ 배출량을 실시간으로 측정하기 위한 방법을 개발하고자 하였다. 이산화탄소 배출량 산출방법을 검토하기 위하여 IPCC 제시 방법론을 기준으로 $CO_2$ 배출량에 영향을 미치는 영향인자들을 분류하였다. 또한, 무선데이터통신을 활용한 ZigBee 센서의 활용성을 검토하였다. 검토결과, 건설장비의 $CO_2$ 배출량과 RPM 그리고 연료사용량을 주 측정대상으로 하여 측정하고, $CO_2$ 배출량에 영향을 미치는 요소인 장비의 연식, 대기시간, 차량종류, 연료종류도 추가하여 조사할 필요가 있다는 결론을 얻었다.
최근 온실가스저감인증(CERs)과 관련한 $CO_2$ 배출량 감축을 위한 노력은 전생애주기를 통하여 활발하게 연구가 진행되고 있다. 그러나 $CO_2$ 배출량을 줄이기 위한 기술은 아직 초기단계에 있으며, 정확하게 계산하기 위한 기술도 불충분하다. 따라서, 본 연구는 ZigBee 센서를 활용하여 건설장비의 $CO_2$ 배출량을 실시간으로 측정하기 위한 방법을 개발하고자 하였다. 이산화탄소 배출량 산출방법을 검토하기 위하여 IPCC 제시 방법론을 기준으로 $CO_2$ 배출량에 영향을 미치는 영향인자들을 분류하였다. 또한, 무선데이터통신을 활용한 ZigBee 센서의 활용성을 검토하였다. 검토결과, 건설장비의 $CO_2$ 배출량과 RPM 그리고 연료사용량을 주 측정대상으로 하여 측정하고, $CO_2$ 배출량에 영향을 미치는 요소인 장비의 연식, 대기시간, 차량종류, 연료종류도 추가하여 조사할 필요가 있다는 결론을 얻었다.
Recently, the effort to reduce $CO_2$ emission concerning certified emission reductions (CERs) is progressing lively with the institute in the center through lifecycle. However, the technique for reduce $CO_2$ emission is the first stage yet and the technique is insufficient to...
Recently, the effort to reduce $CO_2$ emission concerning certified emission reductions (CERs) is progressing lively with the institute in the center through lifecycle. However, the technique for reduce $CO_2$ emission is the first stage yet and the technique is insufficient to calculate with accuracy it. Therefore, this study tries to develop the method to measure by actual time $CO_2$ emission of construction equipment using Zigbee sensor. To review the method that calculate $CO_2$ emission, have classified the impact factors that affect at $CO_2$ emission by IPCC guideline. It also has review the application of Zigbee sensor that use wireless data communication. The reviewed result get that the measuring objects are the $CO_2$ emssion, RPM and fuel consumption of equipment, there are needs to search the year of equipment, waiting time, kind of vehicle and fuel that affect to $CO_2$ emission.
Recently, the effort to reduce $CO_2$ emission concerning certified emission reductions (CERs) is progressing lively with the institute in the center through lifecycle. However, the technique for reduce $CO_2$ emission is the first stage yet and the technique is insufficient to calculate with accuracy it. Therefore, this study tries to develop the method to measure by actual time $CO_2$ emission of construction equipment using Zigbee sensor. To review the method that calculate $CO_2$ emission, have classified the impact factors that affect at $CO_2$ emission by IPCC guideline. It also has review the application of Zigbee sensor that use wireless data communication. The reviewed result get that the measuring objects are the $CO_2$ emssion, RPM and fuel consumption of equipment, there are needs to search the year of equipment, waiting time, kind of vehicle and fuel that affect to $CO_2$ emission.
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문제 정의
이산화탄소배출량 산출방법을 검토하기 위하여 IPCC 제시 방법론을 기준으로 이산화탄소 배출량에 영향을 미치는 영향인자들을 분류하였다. 건설장비의 가동에 따른 이산화탄소 배출량을 측정할 수 있는 방법론의 고찰 그리고 무선데이터통신을 활용한 ZigBee 활용성 검토와 최종적으로 ZigBee를 활용하여 건설장비의 이산화탄소 배출량을 실시간으로 측정할 수 있는 방법론을 개발하고자 하였다.
이 계산식은 Hydro Carbons(HC), Carbon Monoxide(CO), Oxides Of Nitrogen(NOx), Particulate Matter (PM), Sulfur Dioxide(SO2), 그리고 Carbon Dioxide(CO2)의 배출량을 산출하였다. 또한 사용자가 지역과 시간에 따른 분석을 할 수 있도록 만들어 놓았다. Xinghua et al.
본 연구는 CO2 저감형 토공계획모델연구의 한 부분으로서 토공장비의 CO2 배출량을 측정하기 위한 방법론을 모델링한 것이다. 향후 실제 건설현장에서 구현하여 실시간 정보를 수집 및 분석하여 Database 로 구축하는 것과, CO2 저감형 토공장비조합 및 토공계획모델 개발에 활용할 것이다.
또한 건설 공사 시공공정 중 이산화탄소 발생량이 가장 높은 공정이 토공사이며 토공사는 대부분이 장비로 이루어지므로 토공사용 장비의 이산화탄소 배출량을 분석할 필요가 있다. 본 연구는 ZigBee 센서를 활용하여 건설장비의 CO2 배출량을 측정하기 위한 방법을 개발하고자 한다.
본 연구에서는 건설공사의 기반이 되는 토공사에 사용되는 토공장비를 대상으로 이산화탄소 배출량을 측정하기 위한 방법을 모델링하고자 하였다. 이산화탄소배출량 산출방법을 검토하기 위하여 IPCC 제시 방법론을 기준으로 이산화탄소 배출량에 영향을 미치는 영향인자들을 분류하였다.
가설 설정
1) 설치장소가 특정지역으로 국한되어 있다.
제안 방법
(2008)은 15종류의 공사장비(백호 5종류, 로더 4종류, 그레이더 6종류)에 대하여 Portable Emission Measurement System(PEMS)를 사용하여 연료사용량과 가스배출량을 측정하였다. 각각 15종류의 공사장비는 연식과 엔진스펙이 달랐으며 화석연료를 기반으로 한 디젤과 바이오디젤을 사용하였을 때를 비교하였다. EPA(2004)에서는 건설 및 농업 장비 등에 사용되는 엔진들에 대하여 배기가스기준 등급을 등급 1에서 등급 4로 나누어 놓았다.
배출량이라는 종속변수를 완전하게 표현하는 데는 한계가 있다. 따라서 종속변수에 영향을 미치는 다양한 인자들을 독립변수로 적용하여 새로운 배출계수함수를 도출하는 방법으로 표준배출계수를 설정한다.
배출량과 장비의 RPM 신호 및 연료 사용량을 분석한다. 분석은 다중회귀분석기법을 이용하여 CO2 배출량과 관련된 영향인자들 간의 상관성을 밝히고 궁극적으로 건설장비의 CO2 배출량 회귀식을 구한다. 이렇게 구해진 회귀식은 장비의 규격별, 작업조건별 표준배출계수를 구하는 기초가 된다.
고정식 배출가스 측정 장비는 차대동력계, 정용량 배출가스 시료 채취 장비(Constant Volume Sampler, CVS), 배출가스 분석 장비 및 측정결과 처리 장비로 구성된다. 시험 차량이 차대동력계 상에서 시험용 주행패턴을 주행할 때 배출하는 배출가스를 희석용 공기로 희석한 후 배출 가스 시료 채취 장비를 통해 채취하여 배출가스 분석 장비로 분석한다. 이렇게 분석된 배출가스 시료의 농도결과를 배출가스 시료 채취 장비에서 측정된 배출가스 부피 유량을 이용하여 질량 결과로 최종 환산하였다.
연구의 방법은 이산화탄소 배출량과 관련한 국내외 기존연구를 고찰하였다. 이산화탄소배출량 산출방법을 검토하기 위하여 IPCC(Intergovernmental Panel on Climate Change: 기후변화 정부간협의체) 제시 방법론을 기준으로 이산화탄소 배출량에 영향을 미치는 영향인자들을 분류하였다.
이 모델에서 사용된 연료의 종류는 개솔린, 디젤, CNG(압축천연가스), 액화석유 (LP)를 포함한다. 이 계산식은 Hydro Carbons(HC), Carbon Monoxide(CO), Oxides Of Nitrogen(NOx), Particulate Matter (PM), Sulfur Dioxide(SO2), 그리고 Carbon Dioxide(CO2)의 배출량을 산출하였다. 또한 사용자가 지역과 시간에 따른 분석을 할 수 있도록 만들어 놓았다.
시험 차량이 차대동력계 상에서 시험용 주행패턴을 주행할 때 배출하는 배출가스를 희석용 공기로 희석한 후 배출 가스 시료 채취 장비를 통해 채취하여 배출가스 분석 장비로 분석한다. 이렇게 분석된 배출가스 시료의 농도결과를 배출가스 시료 채취 장비에서 측정된 배출가스 부피 유량을 이용하여 질량 결과로 최종 환산하였다. 연료소비량은 배출 가스 중 탄소 성분의 물질수지를 이용하여 계산한다.
이렇게 수신된 CO2 배출량과 장비의 RPM 신호 및 연료 사용량을 분석한다. 분석은 다중회귀분석기법을 이용하여 CO2 배출량과 관련된 영향인자들 간의 상관성을 밝히고 궁극적으로 건설장비의 CO2 배출량 회귀식을 구한다.
본 연구에서는 건설공사의 기반이 되는 토공사에 사용되는 토공장비를 대상으로 이산화탄소 배출량을 측정하기 위한 방법을 모델링하고자 하였다. 이산화탄소배출량 산출방법을 검토하기 위하여 IPCC 제시 방법론을 기준으로 이산화탄소 배출량에 영향을 미치는 영향인자들을 분류하였다. 건설장비의 가동에 따른 이산화탄소 배출량을 측정할 수 있는 방법론의 고찰 그리고 무선데이터통신을 활용한 ZigBee 활용성 검토와 최종적으로 ZigBee를 활용하여 건설장비의 이산화탄소 배출량을 실시간으로 측정할 수 있는 방법론을 개발하고자 하였다.
토공장비의 이산화탄소 배출량을 실시간으로 측정할 수 있는 방법론 개발을 위해 이동식 측정장비를 활용한 방법을 검토하고, 무선네트워크 센서 중 최근 활용성이 부각되고 있는 ZigBee 센서의 활용성을 검토하였다. 최종적으로 ZigBee를 이용한 이산화탄소 배출량 측정방법을 모델링하였다.
이산화탄소배출량 산출방법을 검토하기 위하여 IPCC(Intergovernmental Panel on Climate Change: 기후변화 정부간협의체) 제시 방법론을 기준으로 이산화탄소 배출량에 영향을 미치는 영향인자들을 분류하였다. 토공장비의 이산화탄소 배출량을 실시간으로 측정할 수 있는 방법론 개발을 위해 이동식 측정장비를 활용한 방법을 검토하고, 무선네트워크 센서 중 최근 활용성이 부각되고 있는 ZigBee 센서의 활용성을 검토하였다. 최종적으로 ZigBee를 이용한 이산화탄소 배출량 측정방법을 모델링하였다.
대상 데이터
본 연구의 범위는 건설공사의 기반이 되는 토공사에 사용 되는 토공장비를 대상으로 하며, 토공장비의 이산화탄소 배출량을 측정하기 위한 방법을 모델링하는 것까지를 범위로 한다. 이산화탄소 배출량 산정과 관련한 연구현황을 분석하고 건설장비의 가동에 따른 이산화탄소 배출량을 측정할 수 있는 방법론의 고찰 그리고 무선데이터통신을 활용한 ZigBee 활용성 검토와 최종적으로 ZigBee를 활용하여 건설장비의 이산화탄소 배출량을 실시간으로 측정할 수 있는 방법론 개발을 연구의 범위로 한정한다.
NONROAD2005에서는 Nonroad 장비들에 대한 배기가스배출 인벤토리를 산출하였다. 이 모델에서 사용된 연료의 종류는 개솔린, 디젤, CNG(압축천연가스), 액화석유 (LP)를 포함한다. 이 계산식은 Hydro Carbons(HC), Carbon Monoxide(CO), Oxides Of Nitrogen(NOx), Particulate Matter (PM), Sulfur Dioxide(SO2), 그리고 Carbon Dioxide(CO2)의 배출량을 산출하였다.
이론/모형
연구의 방법은 이산화탄소 배출량과 관련한 국내외 기존연구를 고찰하였다. 이산화탄소배출량 산출방법을 검토하기 위하여 IPCC(Intergovernmental Panel on Climate Change: 기후변화 정부간협의체) 제시 방법론을 기준으로 이산화탄소 배출량에 영향을 미치는 영향인자들을 분류하였다. 토공장비의 이산화탄소 배출량을 실시간으로 측정할 수 있는 방법론 개발을 위해 이동식 측정장비를 활용한 방법을 검토하고, 무선네트워크 센서 중 최근 활용성이 부각되고 있는 ZigBee 센서의 활용성을 검토하였다.
성능/효과
2) 대형차량인 건설장비를 배출가스 측정실로 이동, 차대동력계에 위치시키고 배기통에서 발생되는 가스를 측정하는 방법은 시간, 노력, 비용의 문제가 발생한다.
4) 이산화탄소는 연료중의 탄소량에 관계되므로 휘발유 1L의 탄소함량을 추정 후 휘발유1L에서 발생되는 이산화탄소량을 산정하여 차종마다의 공인연비와의 연관관계를 통해 이산화탄소 배출량을 추정하고 있다. 그러나, 기존의 방법은 차량을 공회전 상태로 측정하여 전체 주행거리에 대한 평균적인 결과 값을 바탕으로 산정하므로 실제 주행 시 주위환경에 따른 다른 요인(바람, 온도, 습도 등)에 대한 오차의 영향을 전혀 고려하지 않은 상태에서 이산화탄소 배출량을 측정하고 있다.
6) 차량 이동 중에 이산화탄소 배출량 측정하는 방법인 PEMS의 경우 차량용 배터리를 사용하여 측정하고 있지만, 사용 가능 시간은 30~40분 정도의 예열시간 필요하며 예열 완료 후 배터리 완전충전 시 3시간 정도 측정이 가능하여 오랜 시간 사용은 불가능하고 배터리 과부하현상 또한 배제할 수 없다.
7) 개별 차량의 구입 시기, 이산화탄소 발생량, 차량의 상태, 작업상황에 따른 배출량 변화 등 차량의 유지 및 관리에 대한 총괄적인 시스템이 존재하지 않아 차량의 이산화탄소 배출량과 공사관리 연동 측면에서의 효율성이 현격히 떨어진다.
후속연구
Wireless Sensor를 고려할 때 제일 큰 문제점은 매우 많은 Power를 소모하고, 그에 따라 Battery가 매우 커질 수밖에 없다는 것인데, Low-Power Wireless Technology로 ZigBee 가 등장하게 되었으며, USN(Ubiquitous Sensor Network)에서도 Sensor Field 의 초기단계를 ZigBee가 주도할 것으로 예상된다. Sensor Network과 USN의 의미를 구분할 필요가 있으며, 향후 USN환경에서 ZigBee같은 Sensor Network기술이 어떻게 적용되는지 살펴볼 필요가 있다. USN은 Edge Network에 해당하는 Sensor/RFID Field와 IPv6기반의 광대역통합망(BcN)의 결합으로 구성되는 네트워크로 설명되는데, 그림 3의 개략적인 USN 망 구성도를 보면 잘 설명이 된다.
차량의 CO2 배출량을 정확하게 측정하기 위해서는 운전조건을 반영한 차량주행거리(Vehicle Kilometer Traveled: VKT)에 차종별 및 연료종류별 배출계수를 구하여 배출량을 산정하는 Tier 3 방법이 가장 합리적 이라고 판단된다. 그러나 현재까지 Tier 3를 이용하여 개발된 배출계수는 없으며, 운전조건을 다양하게 반영할 수 있는 방법론의 개발이 요구된다.
배출량 측정방법 및 분석계획은 실제 건설현장에서 구현되는 것이 중요하다. 실시간으로 동시에 측정된 CO2 배출량을 비롯한 각종 정보들이 종합적으로 분석되어 Database로 구축된다면 토공계획을 수립할 때 CO2 배출량 측면에서 가장 유리한 장비조합을 선정할 수 있게 하고, 나아가서는 CO2 배출량을 감소시키는데 기여할 수 있을 것이다.
연구의 결과 건설장비의 CO2 배출량과 장비의 RPM 그리고 연료사용량을 주 측정대상으로 하여 측정하고 CO2 배출량에 영향을 미치는 요소인 장비의 연식, 대기시간, 차량종류, 연료종류도 추가하여 조사할 필요가 있다. CO2 배출량은 ZigBee 센서를 이용하여 측정하고 나머지 정보들은 OBD II Scanner를 이용한다.
배출량을 측정하기 위한 방법론을 모델링한 것이다. 향후 실제 건설현장에서 구현하여 실시간 정보를 수집 및 분석하여 Database 로 구축하는 것과, CO2 저감형 토공장비조합 및 토공계획모델 개발에 활용할 것이다.
참고문헌 (14)
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