[논문]광산란 측정장치에 따른 대중교통차량 미세먼지 측정 특성

권순박; 정우태; 박덕신

doi:10.11629/jpaar.2015.11.1.001

광산란 측정장치에 따른 대중교통차량 미세먼지 측정 특성
Characteristics of PM10 Measured by Different Light-Scattering Instruments in Public Transport Vehicles 원문보기

Particle and aerosol research = 한국입자에어로졸학회지, v.11 no.1, 2015년, pp.1 - 8

권순박 (한국철도기술연구원 교통환경연구팀) , 정우태 (한국철도기술연구원 교통환경연구팀) , 박덕신 (한국철도기술연구원 교통환경연구팀)

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, indoor $PM_{10}$ concentration was measured by different type of real-time instruments in public transport vehicles. Light-scattering method is widely used in measuring the size of particulate matters and there is two types of light-scattering methods; one is the nephelometer type which measures the light-scattering degree by aerosol cloud, the other is the spectrometer type which measures light-scattering degree by individual particle. We observed the variation of $PM_{10}$ in KTX, subway and express bus carriages by 1-minute resolution and found that there is similar tendency in pattern among 4 light-scattering devices but difference in absolute concentrations. By comparing gravimetric result in a subway cabin, the spectrometer type device, C, was chosen as a reference device. The conversion factors of nephelometer device A-1, A-2, and B were 1.666, 1.463 and 2.125 respectively.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 광산란 측정장치 중 국내에서 주로 사용되고 있는 네펠로미터 방식 광산란 측정장치와 스펙트로미터 방식 측정장치를 대중교통차량인 KTX, 지하철, 고속버스내에 동시에 적용하여 운행 중 객실 미세먼지 농도의 변화특성을 살펴보았다. 동일기종의 네펠로미터 방식 광산란 장치 A-1, A-2와 타 기종의 네펠로미터 방식 측정장치 B 및 스펙트로미터 방식의 측정장치 C를 활용하였으며, 지하철 구간에서는 중량법 분석을 함께 수행하였다.
본 연구에서는 광산란 측정장치 중 국내에서 주로 사용되고 있는 세 대의 네펠로미터 방식 광산란 측정장치와 1대의 스펙트로미터 방식 측정장치를 KTX, 지하철, 고속버스내에 적용하여 운행 중 실내 미세먼지를 동시에 측정함으로써 광산란 측정장치 간 결과를 비교분석하고자 한다.

제안 방법

본 연구에서는 광산란 측정장치 중 국내에서 주로 사용되고 있는 네펠로미터 방식 광산란 측정장치와 스펙트로미터 방식 측정장치를 대중교통차량인 KTX, 지하철, 고속버스내에 동시에 적용하여 운행 중 객실 미세먼지 농도의 변화특성을 살펴보았다. 동일기종의 네펠로미터 방식 광산란 장치 A-1, A-2와 타 기종의 네펠로미터 방식 측정장치 B 및 스펙트로미터 방식의 측정장치 C를 활용하였으며, 지하철 구간에서는 중량법 분석을 함께 수행하였다. 대중교통차량의 운행에 따른 객실 미세먼지 농도 분포양상을 살펴보았으며, 장치간 평균농도값의 차이가 발생하고 있으나, 변화양상은 유사한 것으로 나타났다.
모든 광산란 장치는 1분 간격으로 PM₁₀ 데이터를 수집하도록 설정하였으며 장치별 고유의 변환 계수(혹은 밀도 값)는 모두 1 (unit mode)로 설정하였다. 중량법 측정결과를 활용하여 광산란법에 의한 측정결과를 비교하기 위한 중량법 시험의 경우 차량 내 소음발생 및 이에 따른 민원발생 우려로 인하여 운행 중 소음이 상대적으로 높은 지하철 측정시에만 소용량 에어샘플러(Mini-volume air sampler)를 설치하여 필터 포집후 중량법 분석을 실시하였다.

대상 데이터

대중교통차량 중 KTX와 지하철, 고속버스를 대상으로 평상 시간대(KTX와 고속버스의 경우 평일, 지하철의 경우 비혼잡 시간대)에 4대의 광산란 측정장치를 동시에 활용하여 객실내 PM₁₀ 농도를 연속 측정하였다. 적용된 장치는 네펠로미터 방식 광산란법 장치인 LD-3B(Sibata사) 2대(A-1, A-2)와 Dustmate (Turnkey사) 1대(B), 그리고 스펙트로미터 방식 광산란장치인 Optical Particle Sizer (OPS; TSI사) 1대(C)이다.

성능/효과

동일기종의 네펠로미터 방식 광산란 장치 A-1, A-2와 타 기종의 네펠로미터 방식 측정장치 B 및 스펙트로미터 방식의 측정장치 C를 활용하였으며, 지하철 구간에서는 중량법 분석을 함께 수행하였다. 대중교통차량의 운행에 따른 객실 미세먼지 농도 분포양상을 살펴보았으며, 장치간 평균농도값의 차이가 발생하고 있으나, 변화양상은 유사한 것으로 나타났다. 대중교통차량의 운행특성에 따른 각 측정장치의 특성을 파악하기에는 데이터가 충분하지 못하였으나, 중량법 측정결과와 가장 유사한 측정값을 나타낸 스펙트로미터 방식의 측정장치 C를 기준으로 네펠로미터 방식의 측정장치를 비교하였을 때, A-1 과 A-2장치의 변환상수는 1.
대중교통차량의 운행에 따른 객실 미세먼지 농도 분포양상을 살펴보았으며, 장치간 평균농도값의 차이가 발생하고 있으나, 변화양상은 유사한 것으로 나타났다. 대중교통차량의 운행특성에 따른 각 측정장치의 특성을 파악하기에는 데이터가 충분하지 못하였으나, 중량법 측정결과와 가장 유사한 측정값을 나타낸 스펙트로미터 방식의 측정장치 C를 기준으로 네펠로미터 방식의 측정장치를 비교하였을 때, A-1 과 A-2장치의 변환상수는 1.666과 1.463으로 나타났으며, B장치의 경우 2.125로 다소 높게 나타났다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	네펠로미터 방식과 스펙트로미터 방식는 측정한 값들을 어떻게 보정해주는가?	네펠로미터 방식과 스펙트로미터 방식 모두 입자의 광산란 정도를 측정하여 입자의 개수 또는 크기를 결정한다는 점에서 공통점이 있지만, 유입된 입자들을 동시에 측정하느냐 혹은 단일입자에 대해 측정하느냐에 큰 차이점이 있다. 또한, 두 가지 광산란 측정장치 모두 미세먼지의 중량농도를 직접적으로 측정하는 것이 아니기 때문에 광산란 정도에 의해 파악된 입자의 크기 및 개수에 따른 전체 체적과 자체적으로 산정한 입자의 밀도 보정값 혹은 변환상수(conversion factor) 등을 사용하여, 중량농도를 결정해야 한다. 다양한 측정장치간 미세먼지 농도 측정 결과값에 대한 비교는 주로 특정 직경의 입자를 발생시키는 방식으로 진행되었으며, 김두용 등(2012)은 두 대의 광산란 장치와 공기역학입경을 측정하는 Aerodynamic particle sizer (APS; TSI사) 장치간 측정결과 비교시험을 수행하였고, 임경수와 박현설(2009)은 APS와 광산란 장치인 Dust Monitor와의 비교시험을 수행한 바 있다.
	네펠로미터 방식의 장치는 어떤 원리로 광산란을 측정하는가?	광산란 측정장치는 입자의 광산란도를 측정하는 방식에 따라 네펠로미터(nephelometer)방식과 스펙트로미터(spectrometer) 방식으로 구분될 수 있다. 네펠로미터 방식의 장치는 측정기로 유입되는 모든 입자(total dust)의 광산란량을 동시에 측정(통상 90° light scattering 적용)하여 광학챔버에 유입된 전체 입자의 광산란도를 측정하여 입자의 농도를 결정하는 방식이다. 반면, 스펙트로미터 방식의 광산란 측정장치는 유입되는 미세먼지를 정렬시켜 광학챔버에 입자가 개별적으로 유입되도록 유도함으로써 단일입자의 광산란 정도를 연속적으로 측정하는 방식으로 입자의 농도를 결정하는 방식이다.
	광산란 측정장치는 어떻게 구분될 수 있는가?	광산란 측정장치는 입자의 광산란도를 측정하는 방식에 따라 네펠로미터(nephelometer)방식과 스펙트로미터(spectrometer) 방식으로 구분될 수 있다. 네펠로미터 방식의 장치는 측정기로 유입되는 모든 입자(total dust)의 광산란량을 동시에 측정(통상 90° light scattering 적용)하여 광학챔버에 유입된 전체 입자의 광산란도를 측정하여 입자의 농도를 결정하는 방식이다.

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