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ISSN : 2288-9167(Print)
ISSN : 2288-923X(Online)
Journal of Odor and Indoor Environment Vol.18 No.1 pp.76-80
DOI : https://doi.org/10.15250/joie.2019.18.1.76

The assessment of particulate matter (Pm2.5) removal efficiency on air cleaner products through full scale test in Korea

Kichul Kim1, Pil-Ju Park2, Soomi Eo3, Seungmi Kwon3, Kwangrae Kim3, Chaelin Lee1, Yun Gyu Lee1*
1Korea Institute of Civil Engineering and Building Technology
2Korea Environmental Industry & Technology Institute
3Seoul Metropolitan Government Research Institute of Public Health and Environment
Corresponding author Tel : +82-31-910-0351 E-mail : yglee@kict.re.kr
28/02/2019 22/03/2019 27/03/2019

Abstract


This study was performed to assess particulate matter removal efficiency of domestic air cleaner products in a field condition. The assessment also included air cleaners with different air removal mechanisms. The particulate matter (Pm2.5) removal test with a different air removal mechanism using air cleaners showed that the electrostatic precipitation technique showed better performance compared with HEPA filters and other types of systems. Its removal efficiency was almost 95% in one of our operation times in the given test condition. It was assumed that not only the type of removal system but also the individual design, supply and exhaust system, and the automatically controlled air volume are involved in the removal efficiency. With respect to the area of application, tests with air cleaners for 40 m2, 60 m2, and 80 m2 areas revealed that particulate matter removal efficiency increased with the air cleaner that had a broad area of application. However, particulate matter removal efficiency by air cleaners did not correspondingly increase with the increase of the area of application. Moreover, the installation location did not influence particulate matter removal efficiency. Our results are expected to be used as the basic information for indoor air quality improvement and prediction using air cleaners.



실물실험을 통한 국내 공기청정기의 미세먼지(Pm2.5) 제거 효율 평가

김 기철1, 박 필주2, 어 수미3, 권 승미3, 김 광래3, 이 채린1, 이 윤규1*
1한국건설기술연구원 실내공기품질연구단
2한국환경산업기술원
3서울특별시 보건환경연구원

초록


    © Korean Society of Odor Research and Engineering & Korean Society for Indoor Environment. All rights reserved.

    1. 서 론

    현대인은 생활양식, 근무형태 등의 변화에 따라 24 시간 중 90% 이상 실내생활을 하고 있으며, 세계보건 기구(WHO)에 따르면 전 세계적으로 공기오염으로 인 한 사망자 수는 연간 최대 650만명, 실내공기오염에 의한 사망자 수는 280만명으로 추정하고 있다(WHO, 2016).

    최근 계절과 관계없는 국내외 오염원에 따른 미세먼 지 및 황사 등의 영향으로 환경문제에 대한 국민의 관 심이 더욱 높아졌으며(Dockery, 2009, Yamaguchi et al., 2012), 이러한 사회적 분위기로 인하여 미세먼지 역시 주요 관심 대상으로 확대되고 있다(Kim et al., 2018). 이에 따라 실내 미세먼지 저감을 위하여 공기청 정기의 구매가 급증하고 있다.

    이는 공기청정기가 다양한 기능과 방법을 채택하여 미세먼지를 저감시키는 것에 효과적으로 알려져 있기 때문이며(Cha et al., 2017), 국내에서 시판되고 있는 가정용 공기청정기 제품은 필터를 이용하여 먼지를 제 거하는 방식, 고전압으로 먼지를 대전시켜서 제거하는 전기집진 방식, 기체상 물질의 흡착 제거를 위해 활성 탄을 이용하는 방법들이 공기청정기에 적용되고 있다. 이와 같이 관련 업체를 중심으로 미세먼지를 비롯한 각종 오염물질의 농도를 저감하기 위한 공기청정기 개 발이 이루어지고 있으나, 이는 실험실에서의 성능 평가 를 바탕으로 이루어지고 있는 실정이다.

    본 연구에서는 시판되고 있는 공기청정기의 실생활 에서의 미세먼지(PM2.5) 제거 성능을 파악하기 위한 연 구로써 제거 방식별, 적용 면적별 공기청정기의 가동에 따른 미세먼지 농도 변화량을 측정하고, 이를 기반으로 공기청정기의 미세먼지 제거 효율을 알아보고자 한다.

    2. 연구방법

    연구는 국내 공기청정협회의 CA인증을 받은 제품을 기준으로 시중에서 판매되고 있는 제품을 구입하여 시 험 직전 포장을 제거하고 1시간 이내에 제품을 설치하 여 시험을 실시하였다. 사용된 공기청정기의 제거 방식 은 전기집진방식, 헤파 필터 방식, 기타 방식이며, 본 연구의 경우 실물실험을 기반으로 하고 있어, 일반 가 정에서 가장 많이 적용하는 풍량 방식인 자동 운전으 로 시험을 진행하였다. 연구에 사용된 공기청정기는 아 래 Table 1에 나타내었다.

    공기청정기는 거실 중앙에 위치하였으며, 미세먼지 측정은 실시간 측정이 가능한 장비(TSI DustTrack II Aerosol Monitor 8532, USA)를 사용하여 주방과 거실 에서의 농도 변화를 연속 측정하였다. 측정 대상 미세 먼지는 담배 발연기를 이용하여 10분 동안 임의로 발 생시켰으며, 60분 동안 공기청정기 가동 후 전·후 농 도 차이를 이용하여 제거 효율을 산정하였다. 시험 장 소는 한국건설기술연구원(KICT) 내에 있는 제로카본 그린홈 실증주택 7층에서 진행되었으며, 시험 장소 및 장비를 Fig. 1, 2에 나타내었다. 시험 장소인 제로카본 그린홈 실증주택 7층의 기밀 성능 측정을 위하여 ‘KONA Sapporo의 KNS-4000K’를 적용한 결과, 측정 값(ACH50)은 3.1(h-1)이었으며, 이는 평균적인 신축공 동주택 정도의 수준으로 시험 장소로는 적합함을 확인 하였다.

    3. 결과 및 고찰

    3.1 공기청정기의 제거 방식 별 미세먼지 제거 성능 측정

    본 시험은 국내 공기청정협회 CA인증을 받은 제품 중 적용 면적이 같은 공기청정기(40 m2)를 이용하여 시험을 진행하였으며, 미세먼지는 담배 발연기를 이용 하여 담배 10개피를 10분간 발생시킨 후 시험을 진행 하였다. 미세먼지 발생 시 미세먼지(PM2.5) 농도는 외 기 미세먼지 농도에 따라 1,600~2,000 μg/m3으로 상대 적으로 편차가 큼을 확인하였다. Table 2

    시험 결과, 전기집진방식 공기청정기의 미세먼지 (PM2.5) 제거 효율이 약 95%로 공기청정기 1시간 가동 후 초기 농도에 근접함을 확인하였으며, 헤파 필터 방 식 91%, 기타 방식 78%의 미세먼지 제거 효율을 보여 주었다. 해당 시험의 유효성을 판단하기 위해 2~3회 재현성 실험을 진행하였으며, 유사한 제거 효율을 나타 내어 해당 결과값은 평균값을 제시하였다. 제거 효율은 미세먼지의 최대 농도와 공기청정기의 가동 후 농도를 기준으로 계산하였다. Table 3 Fig. 3

    3.2 공기청정기의 적용 면적별 미세먼지 제거 성능 측정

    적용 면적별 미세먼지 제거 성능 측정은 3.1 제거 방 식별 미세먼지 제거 성능 측정 시험에서 가장 낮은 제 거 효율이 나타난 기타 방식을 기준으로 미세먼지 제 거 성능을 측정하였으며, 시험 방법은 동일한 방법을 적용하였다. 적용 면적이 40 m2, 60 m2, 80 m2인 공기 청정기를 사용하였으며, 시험 결과 적용 면적이 큰 공 기청정기일수록 미세먼지 제거 효율이 약 82%, 89%, 94%로 증가함을 확인하였다. Table 4 Fig. 4

    적용 면적이 단계별로 20 m2 차이가 있으나, 적용 면적 증가에 따른 미세먼지 제거 효율은 5~7% 가량 증가하는 것으로 나타났다. 이는 동일 면적의 공간에서 실험한 결과로 판단된다. Fig. 5

    3.3 공기청정기의 위치별 미세먼지 제거 성능 측정

    추가 연구로 실제 가정에서 공기청정기의 위치별 미 세먼지 제거 성능을 측정하였다. 공기청정기 위치는 거 실을 기준으로 중앙, 벽, 모서리 세 가지 경우로 나누어 측정을 진행하였다. 공기청정기 위치는 아래 Fig. 6에 나타내었으며, 해당 공기청정기는 3.2와 마찬가지로 기 타 방식의 공기청정기를 사용하여 시험을 진행하였다.

    시험 결과, 중앙에 위치시켰을 경우 68.51%, 벽 66.54%, 모서리 63.35%로 미세먼지 제거 효율에는 큰 차이를 보이진 않았다. 이는 공기청정기의 설치 위치 간 이격거리가 멀지 않아 발생한 결과로 판단된다.

    4. 결 론

    본 연구에서는 국내에서 판매하고 있는 일부 공기청 정기 제품을 대상으로 미세먼지 제거 성능을 파악하기 위한 시험을 진행하였다. 공기청정기에 적용된 각기 다 른 미세먼지 제거 방식을 비교 검토하였으며, 같은 제 거 방식에서의 적용 면적별 미세먼지 제거 방식 또한 비교하였다. 추가로, 실제 가정에서 공기청정기의 위치 별 미세먼지 제거 성능 파악을 통하여 어느 위치에서 가장 좋은 효율을 보여주는지 파악하였다.

    미세먼지 제거 방식별 시험의 경우, 전기집진방식, 헤파 필터 방식, 기타 방식에 대한 비교 검토를 진행하 였으며 전기집진방식이 다른 방식보다 월등히 좋은 미 세먼지 제거 효율을 보여주었다. 전기집진방식의 경우 최대 미세먼지 농도부터 1시간 가동 후 미세먼지 농도 가 약 95% 제거되는 효율을 나타냈다. 이는 단순히 제 거 방식의 문제뿐만 아니라 개별 공기청정기의 디자인, 급/배기 방식 및 자동 변경되는 풍량에 따른 요인(센서 반응 속도, 모터 유형 등)이 고려된 것으로 사료되며, 향후 디자인, 급/배기 방식, 고정 풍량 및 설치 댓 수가 고려된 시험을 추가로 진행할 예정이다.

    공기청정기 적용 면적별 시험의 경우, 40 m2, 60 m2, 80 m2 적용 면적의 공기청정기를 대상으로 시험을 진 행하였으며, 공기청정기의 적용 면적이 커질수록 미세 먼지 제거 성능도 함께 커짐을 확인하였다. 가장 적용 면적이 넓은 공기청정기가 약 94%의 미세먼지 제거 효율을 보여주었으나, 적용 면적 증가에 따른 미세먼지 제거효율은 비율적으로 커지지 않음을 확인하였다. 이 는 동일한 공간에서의 시험 결과로써 동일한 공간에서 의 적용 면적별 미세먼지 제거 효율은 큰 차이가 없는 것으로 사료된다.

    또한, 추가 시험으로 공기청정기 위치별 미세먼지 제거 성능 측정을 진행하였으며, 그 결과 각 위치에서 큰 차이는 보이지 않았으며, 이는 공기청정기 설치 위 치 간 이격거리가 충분하지 않아 나타나는 결과로 사 료된다.

    감사의 글

    본 연구는 2019년도 국토교통부의재원으로 주거환 경연구사업의 지원을 받아 수행한 연구 과제입니다(과 제번호 : 19RERP-B082752-06-000000).

    Figure

    JOIE-18-1-76_F1.gif

    Research process.

    JOIE-18-1-76_F2.gif

    Configuration of test equipment and location.

    JOIE-18-1-76_F3.gif

    Particulate matter removal efficiency by removal. method.

    JOIE-18-1-76_F4.gif

    Particulate matter removal efficiency by application area.

    JOIE-18-1-76_F5.gif

    Location of air cleaners.

    JOIE-18-1-76_F6.gif

    Particulate matter removal efficiency by installation location.

    Table

    Measurement overview (seasonal)

    Particulate matter removal efficiency by removal method

    Particulate matter removal efficiency by application area

    Particulate matter removal efficiency by installation location

    Reference

    1. Cha, D. W. , Kim, S. H. , Cho, S. Y. , 2017. Radon reduction efficiency of the air cleaner equipped with a Korea carbon filter , Journal of Odor and Indoor Environment16(4), 364- 368. (in Korean with English abstract)
    2. Dockery, D. W. , 2009. Health effects of particulate air pollution , Annals of Epidemiology19(4), 257-263.
    3. Kim, K. C. , Lee, Y. G. , 2018. Measurement on the indoor air quality in the public facility of underground market . Journal of Odor and Indoor Environment17(2), 168-173. (in Korean with English abstract)
    4. World Health Organization (WHO), 2016. Air pollution’s toll on human health. [cited 2018 Jun 15]; Available from: URL: https://www.who.int/news-room/detail/27-09-2016-who-releases-country-estimates-on-air-pollution-exposureand-health-impact
    5. Yamaguchi, N. , Ichijo, T. , Sakotani. A. , Baba, T. , Nasu, M. , 2012. Global dispersion of bacterial cells on Asian dust . Scientific Reports2, 525-529.