[논문]공동주택 전열교환기 필터종류 및 두께에 따른 미세먼지 제거율 평가

송용우

doi:10.5804/lhij.2020.11.4.93

공동주택 전열교환기 필터종류 및 두께에 따른 미세먼지 제거율 평가
Evaluation of Particulate Matter Removal Rate according to Filter Type and Thickness of Total Heat Exchanger in Apartment Houses 원문보기

LHI journal of land, housing, and urban affairs, v.11 no.4, 2020년, pp.93 - 98

송용우 (중앙대학교 일반대학원)

Abstract ▼ AI-Helper

This study examined the particulate removal performance of three different types of air filters inside a heat exchanger. Of interest was the ability of each filter type in reducing the transmission of outdoor particulate matter of PM10 from entering an apartment while the heat exchanger was in operation. The study tested one commonly used medium filter (E11 grade) and two HEPA filters (H13 grade) of different thicknesses. Two different concentrations of particulate matter were used in the experiment to address different ambient air quality conditions in Korea, 32.75 ㎍/㎥ and 67.26 ㎍/㎥. Study results indicated that under the particulate matter concentration of 32.75 ㎍/㎥, all three filters were capable of removing more than 95% of the fine dust. However at a particulate matter concentration of 67.26 ㎍/㎥, the medium E11 grade filter was only able to remove about 90% of the particulates whereas the HEPA H13 grade filters were able to remove 95% or more of the particulates. The thicker HEPA filter (40T) was also more effective in removing particulates than the thinner HEPA filter (20T) by about 1.6 to 3 percentage points. Based on the findings of this study, it is recommended that HEPA filters of 20T thickness or greater be used during the high air pollution seasons of winter and spring in Korea while medium filters can be used during the other seasons to reduce outdoor air pollution transmission indoors.

주제어

표/그림 (12)

그림 Fig. 1. Window Type Natural Ventilation System
표 Table 1. Rules on the Standard of Facilities, etc. of Buildings (Revision Related to Ventilation Equipment)
그림 Fig. 2. Mechanical Ventilation System
표 Table 2. Types and Characteristics of Filters Applied to Heat Exchanger
표 Table 3. HEPA Filter Rating within EN 1822 Criteria
그림 Fig. 3. Experimental Schematic Diagram
표 Table 4. Experimental Application Measuring Equipment Types and Overview
표 Table 5. Experimental Application Filter Types and Configurations
그림 Fig. 4. Results of Experiments to Maintain Normal, Bad Levels of Particulate Matter
그림 Fig. 5. Reduction Rate according to Type of Filter in Normal and Bad Condition of Particulate Matter
표 Table 6. Results of Experiments on Maintaining Particulate Matter Concentration
표 Table 7. Results of Particulate Matter Reduction Experiment according to Filter Type

AI 본문요약
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문제 정의

기존 전열교환기 관련 연구의 경우 어린이 침실에서 공기정화, 환기장치를 작동하여 호흡건강을 개선할 수 있는지 평가하였다. 이를 통해 PM10, VOCs, CO 및 CO2 농도가 크게 감소한 것을 확인하였다(Xu et al.
본 연구는 미세먼지의 실내 유입을 방지할 수 있는 방안으로 전열 교환기에 설치되는 필터의 종류 및 두께에 따른 미세먼지 제거율에 대한 평가를 실시하였으며, 그 결과는 다음과 같다.
본 연구는 전열교환기에 사용되는 필터의 종류에 따라 전열교환기의 미세먼지 제거 성능을 장치 전체의 관점에서 실험을 통해 확인한 연구이다.
실험은 일반적인 공동주택에 적용되는 전열교환기의 OA를 통해 미세먼지를 발생시켜 주입하였으며, OA 전단에 필터박스를 설치하여 전열교환기로 유입되는 외부 공기를 정화시켜 발생시킨 미세먼지 이외의 영향을 최소화하고자 하였다.
이에 본 논문은 일반적인 공동주택에서 사용되는 전열교환기와 각종 필터(미디엄, HEPA)를 활용한 미세먼지 저감 성능에 대한 비교를 통해 전열교환기의 공기청정 효과를 확인하고자 하였다. 해당 연구의 결과가 공동주택에 적용되는 전열교환기의 실내 공기청정 효과에 대한 기초자료로 활용되길 기대한다.
해당 필터 종류 구분과 함께 HEPA 필터의 경우 두께를 다르게 하여 두께에 따른 미세먼지 제거율 차이도 함께 확인하고자 하였다.

제안 방법

다만, 본 연구에서는 외기 미세먼지 농도 변화를 가정하여 실시하는 실험으로 실내에 OA구간을 설치하고 미세먼지 농도를 형성시켜 주입하였다. SA 구간은 미세먼지가 제거된 공기를 외부로 배기시킬 수 있도록 설치하였다.
본 연구는 전열교환기와 다양한 필터 결합 시 미세먼지 저감 효과를 확인하기 위하여 필터 종류 및 두께별 제거율 평가 실험을 하였으며, 실험에 사용된 장비는 분진, 풍량, 전력량 측정 장비 등이 있으며, 상세한 내용은 Table 4와 같다.
실험에 사용된 미세먼지 발생원은 일반적인 향초를 이용하였으며, 실험에 적용된 미세먼지 농도는 보통상태(30~40µg/m3 )와 나쁨 상태(60~70µg/m3 )로 나누어 적용하였다 (환경부, 2018; 2020).
필터 종류에 따른 전열교환기 제거율 산정은 OA와 SA 미세먼지 농도 차이를 통하여 도출하였다. 제거율 평가는 KS B 6141(2020) 필터 등급 시험 기준인 0.

대상 데이터

실험에 사용된 필터는 크게 2가지 종류로 구분하였으며, 필터 종류 및 두께에 따른 종류 및 두께는 Table 5와 같다. 일반적으로 사용되는 Medium 필터(E11)와 제거율이 높은 것으로 알려져 있는 HEPA 필터(H13)를 사용하였다.
해당 장비를 이용하여 전열교환기의 미세먼지 제거율 평가를 실시하였으며, 풍량의 경우 공동주택 표준평형인 84m2에 적용되는 150 CMH로 설정하였다. 모든 실험은 실험간 오차를 줄이고자 3회 실시 후 평균을 통해 산정하였다.

데이터처리

해당 장비를 이용하여 전열교환기의 미세먼지 제거율 평가를 실시하였으며, 풍량의 경우 공동주택 표준평형인 84m2에 적용되는 150 CMH로 설정하였다. 모든 실험은 실험간 오차를 줄이고자 3회 실시 후 평균을 통해 산정하였다.

이론/모형

필터 종류에 따른 전열교환기 제거율 산정은 OA와 SA 미세먼지 농도 차이를 통하여 도출하였다. 제거율 평가는 KS B 6141(2020) 필터 등급 시험 기준인 0.3µm를 대상으로 실시하였다. 해당 실험은 Fig.

성능/효과

넷째, 국내의 경우 겨울, 봄에 미세먼지 농도가 나쁨을 나타내어 해당 계절에는 Medium 필터에 비해 HEPA 필터 사용이 적합할 것으로 판단되며, 미세먼지 제거율을 95% 이상 획득하기 위해선 HEPA 필터 두께는 20T 이상을 사용하여야 그 효과를 얻을 수 있을 것으로 판단된다.
미세먼지 보통 상태에 비해 Medium 필터의 효율이 약 6% 감소하는 것으로 나타났으나, HEPA 필터는 두께 및 농도와 관계없이 95% 이상 제거율이 나타난 것으로 확인하였다. 더불어 보통 상태와 같이 필터 두께 증가에 따라 제거율도 함께 증가하 는 추세가 나타났다.
둘째, 미세먼지나 쁨 농도일 경우 전열교환기와 필터 결합을 통한 미세먼지 제거율 평가 결과 Medium 필터의 제거 성능이 크게 낮아져 약 90%의 제거율만 얻을 수 있는 것으로 나타났다. 다만, HEPA 필터의 경우 보통 상태와 유사한 95% 이상 제거율을 획득할 수 있는 것으로 나타났다.
15%의 제거율이 나타나 필터 종류 및 두께에 관계없이 95% 이상 미세먼지 제거율을 얻을 수 있는 것으로 확인되었다. 또한, HEPA 필터의 경우 두께가 증가함에 따라 미세먼지 제거율이 비례하여 상승하는 것으로 나타났다.
미세먼지 농도 유지 실험 결과 평균 농도는 보통 상태의 경우 32.75µg/m3 으로, 나쁨 상태의 경우 67.26µg/m3 으로 유지됨을 확인하였다. 이를 바탕으로 해당 미세먼지 발생 농도를 전열 교환기 내 필터의 제거율 성능 평가에 활용이 가능한 것으로 판단된다.
미세먼지 보통 상태에 비해 Medium 필터의 효율이 약 6% 감소하는 것으로 나타났으나, HEPA 필터는 두께 및 농도와 관계없이 95% 이상 제거율이 나타난 것으로 확인하였다. 더불어 보통 상태와 같이 필터 두께 증가에 따라 제거율도 함께 증가하 는 추세가 나타났다.
미세먼지나쁨 상태(60~70µg/m3 )의 전열교환기 내 필터 제거 성능 평가 결과 나쁨 상태의 필터 종류별 제거율은 Medium 필터에서 최소 90.60%에서 HEPA 40T에서 최대 99.10%의 제거율이 나타났다.
보통 상태(30~40µg/m3 )의 필터 종류별 제거율 평가 결과 Medium 필터에서 최소 96.36%, HEPA 40T에서 최대 98.15%의 제거율이 나타나 필터 종류 및 두께에 관계없이 95% 이상 미세먼지 제거율을 얻을 수 있는 것으로 확인되었다. 또한, HEPA 필터의 경우 두께가 증가함에 따라 미세먼지 제거율이 비례하여 상승하는 것으로 나타났다.
셋째, 본 연구의 실험 결과 농도가 나쁜 환경에서는 Medium 필터의 사용은 외부에서 유입되는 미세먼지 제거에 효과적이지 않은 것으로 나타났으며, HEPA 필터의 경우 미세먼지 농도의 영향이 낮은 것으로 확인되었다.
전열교환기 내 필터의 미세먼지 제거 성능 평가에 앞서 본 실험에서 적용한 미세먼지 보통 상태(30~40µg/m3 )와 나쁨 상태 (60~70µg/m3 )가 유지됨을 확인하였다. 향초를 이용한 미세먼지 농도 발생 및 유지 결과는 Fig.
첫째, 필터 종류에 따른 미세먼지 제거율 실험 중 미세먼지가 보통 농도일 경우 전열교환기와 필터 결합을 통한 미세먼지 제거율 평가 결과 Medium 필터(E11 등급)와 HEPA 필터(H13 등급) 모두 95% 이상 미세먼지 제거 효과를 얻을 수 있는 것으로 확인되었다. 이를 통해 미세먼지 농도가 낮은 상황일 경우 Medium 필터와 HEPA 필터 모두 사용이 가능하며, 정압 및 비용 측면에서 Medium 필터 사용이 유리할 것으로 판단된다.

후속연구

미세먼지 농도를 보통과나 쁨의 상태로 실시하였으나, 추가적으로 다양한 미세먼지 농도와 사용필터의 종류에 대한 변화를 통해 상세한 성능 평가가 필요할 것으로 사료된다
본 연구의 결과가 향후 전열교환기에 사용되는 필터 종류별 교체 주기 및 다양한 필터의 제거 성능 평가에 기초자료로 활용되기를 기대한다.
26µg/m3 으로 유지됨을 확인하였다. 이를 바탕으로 해당 미세먼지 발생 농도를 전열 교환기 내 필터의 제거율 성능 평가에 활용이 가능한 것으로 판단된다.
이에 본 논문은 일반적인 공동주택에서 사용되는 전열교환기와 각종 필터(미디엄, HEPA)를 활용한 미세먼지 저감 성능에 대한 비교를 통해 전열교환기의 공기청정 효과를 확인하고자 하였다. 해당 연구의 결과가 공동주택에 적용되는 전열교환기의 실내 공기청정 효과에 대한 기초자료로 활용되길 기대한다.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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