1. 서 론

한국의 대중교통 이용률 분석 결과, 지하철 이용률 은 2013년부터 2020년까지 꾸준히 총 대중교통의 50% 수준을 차지하고 있다(Seoul Metropolitan Government, 2021). Lee et al. (2018)은 서울시 지하철 터널 내의 오 염도를 평가하였고 2호선과 8호선에서는 초미세먼지 농도가 하루 평균 대기환경기준을 약 95% 초과하였 다. 초미세먼지는 2.5 μm 이하의 직경을 가지는 먼지 로, 직경이 매우 작아 코에서 걸러지지 않고 폐까지 침투하여 인체에 악영향을 끼친다(Stanek et al., 2011).

따라서 지하 역사 내의 초미세먼지를 저감할 필요 가 있으며 마이크로 입자를 제거하는 기술에는 전기 집진이 있다. 전기집진방식은 코로나 방전을 이용하 여 입자를 하전 시킨 뒤 정전기력으로 제거하는 방식 이며 전기집진기는 1단 전기집진기와 2단 전기집진 기로 분류 된다(Afshari et al., 2020). 전기집진 방식은 나노 및 마이크로 입자에 대해 높은 제거 효율을 보 이며 집진판이 개방형이기 때문에 낮은 압력손실을 일으킨다. 하지만 코로나 방전 시 부산물인 오존을 불 가피하게 발생시킨다는 단점이 있으며, 인가전압이 증가할수록 코로나 방전 전류와 오존 발생량이 함께 증가한다(Noh et al., 2003). 2단 전기집진기는 1단 전 기집진기에 비해 사용 인가전압이 낮아 오존 발생량 또한 낮다는 특징을 가지지만 실내에 적용하기 위해 서는 공기청정기 오존 발생량 규제치(KS C 9314)인 50 ppb를 초과하지 않아야 한다. 최근에는 실내 공기 질 개선에 적용하기 위해 2단 전기집진기의 오존 발생 량 저감에 관한 연구가 수행되었고 Kim et al. (2017) 은 2단 전기집진기의 이온 발생량과 오존 발생량 측 면에서 얇은 섬유 다발 형태의 이오나이저가 기존의 와이어 형태의 이오나이저를 대체할 수 있음을 고찰 하였다. 따라서 본 연구에서는 지하 역사에 2단 전기 집진기를 적용하기 위하여 브러쉬 형태의 탄소 섬유 다발을 이오나이저로 활용하였다.

2단 전기집진기를 지하 역사 초미세먼지 저감 방안 으로 활용하기 위해서 일반적인 지하철 공조시스템 의 개략도(Fig. 1A)를 보면 지하 역사 내부의 오염 공 기는 공기조화기(Air handling unit, AHU)로 환기되며 공기조화기에서 깨끗해진 공기가 다시 실내 공간으 로 급기된다. 이러한 과정이 반복되며 공기가 순환되 므로 공조 덕트 내에서 입자 제거 장치의 위치는 한 정되지 않는다. Fig. 1B는 일반적인 공기 조화기의 내 부로, 환기 및 급기 댐퍼와 열 교환기 사이 공간에 입 자 제거 장치가 위치하는 구조이다. 입자 제거 장치 를 설치할 수 있는 유로는 약 2~3 m로, 해당 공간에 기 존 입자 제거 장치로 사용되던 필터를 탈착하고 2단 전기집진기를 설치할 수 있다. 특히, 2단 전기집진기 는 하전부와 집진부의 이격이 가능하다는 특징을 가 지며, Kim et al. (2020)에 따르면 하전부와 집진부를 1 m 이격시켰음에도 불구하고 2단 전기집진기의 0.3 μm 입자 집진 효율은 90% 이상으로 높았다. 따라서 2단 전기집진기는 이격되어도 높은 집진 효율을 보 임에 따라 공기조화기 내부 공간의 활용도를 높일 것 이라고 예측하였다.

이러한 이유로 본 연구에서는, 2단 전기집진기의 이 오나이저를 브러쉬 형태의 탄소 섬유로 구성하였고 2단 전기집진기의 하전부와 집진부 사이에 2 m의 거 리를 두었다. 기존 브러쉬 형태의 섬유 이오나이저를 사용한 2단 전기집진기는 0.1~40 m³/min으로 실험실 규모의 유량에서 연구되었으며, 지하 역사의 초미세 먼지 저감에 적용되기에 처리 유량이 낮다고 판단된 다(Kim et al., 2010;Kim et al., 2011;Kim et al., 2012;Kim et al., 2013;Katatani et al., 2016;Kim et al., 2020). 본 연구에서는 지하 역사의 초미세먼지 저 감을 위해 실제 공조기 1/2 스케일의 대풍동 시험 덕 트에서 170 m³/min의 유량으로 스케일 업 2단 전기집 진기의 집진 효율을 측정하였다.

또한 전기집진기는 장치의 교체 없이 반영구적인 사용이 가능하지만 집진판에 먼지가 축적됨에 따라 성능이 저하될 수 있어 유지보수를 필요로 한다. 본 연구에서는 전기집진기의 세정 방안으로 연구된 바 없는 자동 건식 세정을 개발하였다. 기존 전기집진기 를 세정하는 방식에는 수 세정(Kim and Weon, 2008;Lee et al., 2020)이 있지만 세척수의 동파 및 폐수 발생 의 문제가 있고 전기를 소모하는 장치의 특성 상 수 세정 후의 장치 건조를 필요로 하기 때문에 효율적이 지 않다. 또한 Kim et al. (2020)은 2단 전기집진기가 지 하 역사 공기조화기의 입자 제거 장치로 사용되는 필 터를 대체할 수 있음을 고찰하였다. 하지만, 기존에 사 용되던 필터는 2단 전기집진기와 달리 반영구적 사 용이 불가하며 수 세정 혹은 필터의 교체 비용을 초 래한다.

본 연구에서는 물을 사용하지 않아 폐수가 발생하 지 않고, 교체비용 없이 반영구적으로 2단 전기집진 기를 사용할 수 있는 자동 건식 세정 기술을 고안하 였다. 건식 세정 기술은 압축 공기를 사용하여 집진 부의 오염 먼지를 탈착시키고, 탈착된 먼지를 동시에 진공 흡입기로 포집하여 탈착 먼지의 재비산을 최소 화하는 기술이다. 또한 건식 세정 장치의 상용화를 고 려하여 먼지 탈착부와 흡입부가 함께 이동하면서 먼 지 탈착과 포집이 동시에 이루어지는 자동 건식 세정 장치를 개발하였다.

2. 연구방법

2.1 Scale-up 2단 전기집진기의 집진 효율 시험 setup

본 연구에서는 2단 전기집진기의 집진 효율 특성과 집진부의 자동 세정 방안에 대해 연구하였다. 2단 전 기집진기의 집진 효율 실험은 폭 2 m ×높이 1.6 m × 길이 54 m의 현장 모사 대풍동 시험 덕트에서 실행하 였다(Fig. 2). 덕트 입구로부터 18 m 후단에 하전부가 위치하고 하전부와 집진부는 2 m 떨어져 있다. 집진 효율 실험에서 집진기 통과 유속은 2 m/s, 풍량은 170 m³/min이며 덕트 내부 유속은 vane 타입의 유속계 (TESTO 480, TESTO, Germany)로 측정하였다.

초미세먼지 포집 장치로는 브러쉬 형태의 탄소 섬 유 이오나이저로 구성된 하전부와 평판형 집진부의 2단 전기집진기를 사용하였다(Fig. 3). 하전부 단일 모 듈은 가로 0.6 m ×세로 0.1 m ×높이 0.6 m의 크기를 가지며 36개의 탄소 브러쉬 방전극이 6 × 6 채널로 이 루어진 사각 접지극의 중간에 배치되어있다(Fig. 3A). 하전부 접지판은 알루미늄이며 접지판의 폭은 0.09 m 이다. 또한 접지판과 이오나이저와의 간격은 0.05 m 이며 접지 면적은 1.3m²이다. 하전부 단일 모듈 4대를 병렬로 연결하여 가로 1.2m×세로 0.1m×높이 1.2 m 크기로 스케일 업 하전 장치를 구성하였다(Fig. 3B).

평판형 집진부 단일 모듈은 가로 0.6 m × 세로 0.12 m ×높이 0.6 m의 크기를 가진다(Fig. 3C). 내부에 0.5 m × 0.1m의 크기를 가지는 탄소 필름과 알루미늄 판이 각각 고전압 전극과 접지 전극으로 구성되어있으며 간격은 5 mm이다. 탄소 필름은 51개, 알루미늄 판은 52개로 약 5.2 m²의 집진판 유효면적을 가진다. 집진 부 단일 모듈 4대를 병렬로 연결하였고 가로 1.3 m × 세로 0.12 m ×높이 1.3 m 크기의 스케일 업 집진 장치 를 구성하였다(Fig. 3D).

2.2 집진 효율 측정 방법

입자 측정 위치는 시험 덕트 입구로부터 22 m 떨어 져 있으며 입자의 농도는 광산란 입자계수기(Aerosol Spectrometer Model 1.109, Grimm, Germany)로 계측 하였다. 시험 입자인 향 입자(제품명 여래향, 제조사 만복당)를 지정된 장치 전단의 유입부에서 연소하여 발생시켰고, 유입된 입자를 전기집진기의 후단에서 측정하였다. 본 2단 전기집진기의 집진 효율 실험에 서 다뤄진 입경 크기는 극초미세먼지에 해당하는 0.3 μm이다. 집진 효율은 전기집진기의 후단에서 집진기 가 작동되지 않을 때와 작동할 때의 입자농도를 계측 한 뒤 다음 식으로 산출하였다.

η는 전기집진기의 집진 효율(%), n₁은 집진기 작동 전 향 입자의 질량 농도(μg/m³), n₂는 집진기 작동 후 향 입자의 질량 농도(μg/m³)이다. 또한 집진 효율 실 험에서 하전부 인가전압은 -10, -13, -15 kV이며 집진 부 인가전압은 -5, -8 kV이다.

2.3 자동 건식 세정 장치 set-up

2단 전기집진기의 자동 세정의 방안으로는 압축 공 기를 이용한 건식 세정을 고안하였다. 실험 입자인 JIS 분진(Z8901 Classes 8, Powder Technology Inc, USA) 을 0.6 m × 0.6 m의 단면적을 가지는 시험 덕트 내에 서 분사시키고 하전부에 -6 kV, 집진부에 -5 kV를 인 가하여 집진부 단일 모듈에 실험 입자를 부착하였다. 실험 입자 부착 전, 부착 후와 세정 후의 집진부 무게 를 측정하였고 부착된 실험 입자의 무게와 세정 된 실 험 입자의 무게의 비율로 세정 효율을 도출하였다. Fig. 4는 본 연구에서 제작한 자동 세정 장치이며 자동 집 진부를 결합 및 해체하기 용이한 형태로 제작되었다. 집진부의 전면에 압축공기 분사부가 위치하며 압축 공기 분사 노즐은 Stainless steel 파이프가 압착된 형태 로 분사 면적은 24.6 mm² 이다. 분사되는 압축공기의 유량은 압축공기유량계(TESTO 6441, TESTO, Germany) 로 측정되었고 압력은 2 bar로 고정하였으며, 압력계 (PR2-02BP, TPC MECHATRONICS, Korea)로 조절하 였다. 사용된 압축공기유량계는 공기의 표준 상태(압 력 1 atm, 온도 15°C, 공기 밀도 1.2 kg/m³)에서의 유량 단위인 NL/min (NLPM, Normal liter per minute)을 나타낸다.

집진부의 후면에는 탈착 먼지 흡입부가 위치하며 압축 공기로 탈착된 먼지는 산업용 흡입기(CM- 1000WD, Chun Ma star, Korea)를 사용하여 0.08 m × 0.08 m의 단면적을 가지는 아크릴 호퍼를 통해 흡입 된다. 자동 세정 장치의 압축 공기 분사 노즐 및 흡입 호퍼는 0.09 m/s의 동일한 유속으로 좌우 이동하며 0.05 m/s의 동일한 유속으로 상하 이동한다. 따라서 압축 공기 분사 노즐과 흡입 호퍼는 동일 선상에 위치하며 실험 입자는 압축 공기로 탈착되는 동시에 후면의 흡 입 호퍼를 통해 제거된다.

3. 결과 및 고찰

3.1 2단 전기집진기의 집진 효율 측정

Fig. 5는 본 연구의 단일 하전부와 스케일 업 하전 장 치의 전기장 세기에 따른 전류 밀도를 비교한 결과이 다. 단일 하전부와 스케일 업 하전 장치의 개시 전압 은 각각 -1.6, -1.8 kV로 이 때 전기장 세기는 각각 -31.9, -35.9 kV/m 이다. 또한 최대 인가 전압은 -18 kV로 이 때 전기장 세기는 -360 kV/m이며 전류 밀도는 단일 하 전부와 스케일 업 하전 장치 모두 1.6 mA/m²이었다. 비교 결과로, 단일 하전부와 스케일 업 하전부의 전 기장 세기에 따른 전류 밀도가 일치함을 확인하였다.

E_p는 하전부의 전기장 세기(V/m), V는 하전부 인가 전압(kV), m은 이오나이저와 접지판 사이의 간격(m) 이다. 단일 하전부와 스케일 업 하전부는 동일한 이 오나이저와 접지판 사이의 간격을 가지기 때문에 동 일 인가전압에서 동일한 전기장 세기를 띈다.

J는 전류 밀도(A/m²), I는 전류(A), S는 접지부의 표 면적(m²)이다. 스케일 업 하전부는 단일 하전부에 비 해 동일한 전기장 세기에서 4배 높은 방전 전류를 보 였다. 또한 스케일 업 하전부는 단일 하전부에 비해 4배 높은 접지 면적을 가진다. 따라서 단일 하전부와 병렬로 4대 연결된 스케일 업 하전부의 전기장 세기 에 따른 전류 밀도는 일치함을 알 수 있다.

Fig. 6은 본 연구의 집진 효율 실험에서 향 입자의 분 포를 나타낸 결과이다. 총 부유분진(TSP, Total suspended particles)은 400 μg/m³이었고 2 m/s의 유속에서 광산란 입자계수기를 이용해 입자의 개수 농도 및 질량 농도 를 측정하였다. 측정 결과, 계측기에서 측정 가능한 최 소 입경인 0.27 μm에서 개수 농도 및 질량 농도가 가 장 많았고 각각 5 × 10⁹ #/m³, 81 μg/m³이었다. 이에 따 라 실험 입자로 사용된 향 입자에서 극초미세먼지에 해당하는 0.27 μm 크기의 입자가 다량 발생함을 확인 하였다. Kim et al. (2020)에 따르면, 지하철 역사 내 미 세먼지는 대부분 1 μm 이하로 특히 0.3 μm 이하의 입 자들이 주로 구성되어 있다. 본 연구에서 사용된 향 입자 또한 0.3 μm 이하의 입자들을 주로 발생시키기 때문에 이러한 지하 역사 내 미세먼지와 유사한 분포 를 가진다고 판단된다.

Fig. 7은 본 연구의 스케일 업 2단 전기집진기의 집 진 효율 측정 결과이다. 실험 유속은 2 m/s, 유량은 170 m³/min이었고 다뤄진 입경 크기는 0.3 μm이다. 집진 효율 측정 실험에서 향 입자의 유입 농도를 1분 간격 으로 측정하였고 모든 집진 효율 실험에서 유입 농도 는 2×10⁸ #/m³이었다. 실험 중 향 입자의 농도 증감은 약 2×10⁷ #/m³로 유입 농도 대비 10% 이내였다. 집진 효율 실험은 총 2회 진행되었고 평균값을 구하여 나 타내었다. 실험에서 하전부 인가전압은 -10, -13, -15 kV이며 집진부 인가전압은 -5, -8 kV이었다. 하전부 최 대 인가전압에서 집진부 인가전압이 -5 kV 일 때 집 진 효율은 88%이었으며 -8 kV일 때는 96.9%로 증가하 였다.

3.2 2단 전기집진기의 건식 자동 세정 연구

Fig. 8은 본 연구에서 제작한 자동 세정 장치를 이용 하여 집진부를 건식 세정한 결과로 집진부에 부착된 시험 입자 JIS 분진의 양(g) 별로 세정 유량에 따른 세 정 효율을 비교 결과이다. 단일 집진부에 JIS 분진은 최소 4 g에서 최대 56 g까지 부착되었으며, 부착된 양 을 10 g과 30 g을 기준으로 세 구간으로 나누었다. 세 정 압력을 2 bar로 고정하고 세정 효율을 90% 이상으 로 높이기 위해 필요한 세정 유량을 확인한 결과, JIS 분진 부착양이 10 g 미만일 때 115 NL/min 이상, 10 g 이상 30 g 이하일 때 150 NL/min 이상, 30 g 이상일 때 는 250 NL/min 이상 필요했다. 또한 세정 효율 100% 를 달성하기 위해서 JIS 분진 부착량이 10 g 미만일 때 는 120 NL/min의 유량이 필요하였지만 그 이상의 부 착량에서는 2.5배 높은 유량인 300 NL/min이 필요함 을 확인하였다. 이에 따라 동일한 세정 효율을 보이 기 위해서는 먼지 부착량이 증가할수록 더 높은 세정 유량이 필요함을 확인하였다. 세정 공기의 분사압이 증가하면 세정 효율도 증가할 것으로 예측되나, 본 연 구에서는 세정 유량에 대한 파라미터 실험만을 수행 하였다. 따라서 세정 효율 증가에 대해, 세정 공기의 유량과 분사압 중 어떤 것이 더 주요한 인자인지 판 단하는 연구가 추후 수행되어야 한다.

Fig. 9는 본 연구의 2단 전기집진기를 단일 하전부 및 집진부로 구성하여 시험 입자 부착량에 따른 집진 효율을 측정한 결과이다. 집진부에 부착된 시험입자 는 JIS 분진이며 집진 효율 측정 시 사용된 입자는 향 입자이다. 부착량에 따른 집진 효율 측정은 0.6 m × 0.6 m의 단면적을 가지는 시험 덕트에서 수행되었으며 유량은 43 m³/min이었고, 하전부 및 집진부 인가전압 은 각각 -17, -5 kV이다. 유속 조건, 유입 농도 조건 및 측정 방식은 스케일 업 2단 전기집진기의 집진 효율 측정 실험과 동일했다. 집진 효율 측정 결과로, 입자 가 부착되지 않은 초기 상태의 집진 효율은 88%이었 다. 입자 부착량을 증가시킬수록 집진 효율은 감소하 였으며 먼지를 20 g 부착했을 때는 84.7%, 37 g 부착했 을 때는 73%로 초기 집진 효율에 비해 각각 3.3%, 14% 감소함을 확인하였다. 이에 따라 식 (4)와 같이 먼지 부착량에 따른 집진 효율의 감소를 선형으로 나타내었다.

η는 전기 집진기의 집진 효율(%)이며 L은 먼지 부 착량(g)이다. 또한 37 g의 먼지가 부착된 단일 집진부 를 자동 세정 장치를 이용하여 건식 세정 한 뒤 집진 효율을 측정하였다. 그 결과, 87.3%의 집진 효율을 보 이며 초기 성능으로 복구됨을 확인하였다.

Fig. 10은 세정 실험에 사용된 단일 집진부의 먼지 부착 전의 모습(Fig. 10A), 먼지 부착 후의 모습(Fig. 10B), 자동 세정 후의 모습(Fig. 10C)를 나타낸다. 먼지 부착 후에는 실험 입자인 JIS 분진이 주황색을 띔에 따 라 집진부 탄소 필름 및 접지판이 오염되어있음을 쉽 게 확인하였고 세정 후에는 부착된 먼지가 제거되어 초기 상태와 같이 깨끗함을 확인하였다. 이에 따라 Fig. 9, Fig. 10과 같이 부착 된 먼지의 세정 후에 전기집진 기의 집진 효율 및 집진부의 오염 상태가 초기로 복 구된다고 판단된다. 하지만 집진부의 무게는 그램(g) 단위로 측정되기 때문에 수 마이크로 그램(μg) 단위 의 잔여 분진은 측정되지 않았을 수 있고, 이에 따라 Fig. 10과 같이 미미하게 주황색 빛을 띄는 집진판의 표면을 관찰할 수 있다. 따라서 세정 후의 집진 효율 측정을 반복적으로 수행하여 무게로 측정되지 않는 극소량의 잔여 분진이 집진 효율에 끼치는 영향을 분 석하는 추가 연구가 필요하다.

Table 1은 식 (4)와 같이 먼지 부착량에 따른 집진 효 율 결과에서 도출된 집진 효율 감소식을 이용하여 집 진기 가동 조건 별로 예측되는 집진 효율을 계산한 결 과이다. Number of collection units는 분진이 축적된 집 진부의 개수, Flow rate은 처리 유량(m³/min), Inlet concentration은 유입 농도(μg/m³), Initial collection efficiency of ESP는 전기 집진기의 초기 효율(%), ESP operating time per day는 하루 동안의 장치 가동 시간 (hour), ESP operating time은 총 장치 가동 일수(day), Particle loading amount per unit은 해당 조건에서 집진 부 개당 부착될 분진의 무게(g)이며 Collection efficiency after particle loading은 부착될 분진의 양에 따라 감소 된 집진 효율(%)을 나타낸다. Table 1에서 집진부의 개 수와 유량은 가정되었으며 본 연구의 세정 실험(43 m³/ min에서 집진부 1대 구성) 및 대풍동 모사 실험(집진 부 4대 구성), 그리고 공기조화기의 실제 처리 유량(380 m³/min)에 근거하여 선정하였다. 유입 농도는 미세먼 지 나쁨 수준을 가정하였고 전기집진기의 하루 가동 시간은 공기조화기 운영시간을 고려하여 선정하였다. 식 (4)의 효율 감소식에서 먼지 부착량 L (g)는 다음과 같이 계산할 수 있다.

L은 먼지 부착량(g), Q는 유량(m³/min), C는 먼지 유 입 농도(g/m³), Δt는 전기집진기 가동 시간(min), η는 전기집진기의 초기 효율(%)이다. 식 (5)로 도출된 먼 지 부착량과 식 (4)의 집진 효율 감소식을 이용하여 먼 지 부착량에 따른 집진 효율 감소를 예측할 수 있으 며 집진 효율 목표치에 따른 세정 주기 또한 예측할 수 있다. 예를 들면, 본 연구의 자동 세정 실험에서 단 일 집진부에 시험 입자 부착 시 유량은 43 m³/min이 었고 초기 집진 효율은 약 90%이었다. 이 때 먼지 유 입 농도가 50 μg/m³ 이며 집진기를 하루에 6시간, 총 33일 가동했다고 가정할 때 먼지 부착량은 12 g, 집진 효율은 80%로 예측된다. 따라서 해당 조건은 전기집 진기의 목표 집진 효율을 80% 이상으로 할 때, 약 33 일마다 집진부의 세정이 이루어져야 함을 의미하며 세정 효율 목표치가 90% 이상이라면 2 bar의 압력에 서 약 150 NL/min의 세정 유량이 필요함을 알 수 있다.

Table 2는 본 연구의 자동 건식 세정 방식과 기존의 수 세정 방식의 경제성을 비교한 표로, Cleaning method 는 수 세정 또는 건식 세정 방식을 나타내며 Cleaning agent는 세정원의 종류로 물 또는 공기이다. 또한 Supplied mass flow rate는 동일한 양의 분진으로 오염 된 집진부 1대를 초기 상태, 즉 초기 무게로 복구시키 기 위해 사용된 세정원의 공급량(g/min)이다. Cleaning time은 세정에 소요된 시간(min)이며, Drying method 는 집진부를 건조시키는데 사용된 방법, Drying time for collector는 집진부 건조 시간(hour), Total electrical energy는 세정 과정 동안 소모된 전력량(Wh)이다. 단 일 집진부에 시험 입자를 20 g 부착시켜 건식 세정과 수 세정을 진행하였으며 세정에 필요한 총 전력량(Wh) 을 계산하였다. 수 세정시 물의 총 공급량은 80 L, 질 량 유량은 245 g/min이었으며 100W의 전력을 소비하 는 물 펌프를 8 L/min으로 10분 가동했을 때 전력량은 16.6Wh이다. 또한 수 세정을 거친 집진부를 건조시 키기 위하여 55 W의 송풍기를 2대 사용하여 6시간동 안 가동시켰다. 이 때 전력량은 660 Wh이었고 수 세 정 시 집진부 세정 및 건조에 필요한 총 전력량은 677 Wh이다. 건식 세정 시 사용한 압축 공기는 표준 상태 (압력 1 atm, 온도 15°C, 공기 밀도 1.2 kg/m³)에서 200 NL/min이었고 질량 유량은 720 g/min이며 세정 시간 은 10분이었다. 세정에 사용되는 압축 공기를 컴프레 셔로 공급할 때, 컴프레셔는 압축 공기를 충전할 때 에만 전력을 소모하며 배출할 때에는 전력 소모가 없 다. 단일 집진부에 대한 세정이 한 번 이루어지기 위 해서 1.1 kW의 전력을 소비하는 압축 공기 컴프레셔 는 7분 30초의 충전을 필요로 하며 이 때 전력량은 135 Wh이다. 건식 세정에서는 집진부의 건조가 불필요하 므로 총 전력량 또한 135Wh이다.

수 세정과 건식 세정을 경제성 측면에서 비교하였 을 때, 세정 시간은 10분으로 동일하다. 하지만 건식 세정은 집진부 세정 시간만 필요로 하는 반면에 수 세 정은 세정 시간 이외에 6시간의 집진부 건조시간을 필요로 한다. 세정 시 사용되는 총 전력량은 수 세정 에서 677Wh, 건식 세정에서 135Wh로, 수 세정은 본 연구의 자동 건식 세정에 비해 5배 높은 전력량을 요 구하였다.

4. 결 론

본 연구의 지하 역사 내 초미세먼지 저감을 위한 스 케일 업 2단 전기집진기는 170 m³/min의 대풍량에서 높은 집진 효율을 보인다. 또한 개발한 자동 건식 세 정 장치는 90~100%의 높은 세정 효율과 함께 이를 위 해 요구되는 최소 세정 유량 조건을 제공한다. 2단 전 기집진기를 지하 역사에 적용할 때 본 연구에서 도출 된 집진 효율 감소식을 이용하여 가동 조건에 따른 먼 지 부착량, 집진 효율 및 세정 주기를 예측하여 가동 효율성을 높일 수 있다. 또한 건식 세정은 기존의 수 세정 대비 전력량 측면에서 5배 높은 경제성을 가짐 에 따라 지하 역사 공기조화기의 2단 전기집진기 적 용은 획기적인 방안으로 사료된다. 하지만 본 연구의 스케일 업 2단 전기집진기를 지하 역사에 적용하기 위해서는 자동 건식 세정 장치의 크기가 그에 맞게 증 대되어야 한다. 또한 본 연구의 스케일 업 2단 전기집 진기의 성능 시험은 현장을 모사한 대풍동 시험 덕트 에서 수행되었기 때문에 향후 실제 현장에 2단 전기 집진기를 설치 후 추가적으로 성능 평가가 이루어져 야 한다.