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과제기본정보

도시개발에 따른 여과성 먼지와 2.5 ㎛ 이하 응축성 먼지 배출량 산정 및 대기거동모사 예측기술 개발2년차

사업개요
사업개요에 대한 사업명, 분류코드(기술분류), 과제명, 주관연구기관, 총괄연구 책임자(성명, 소속, 전화번호), 총 연구기간, 당해연도 연구기간 정보제공
사업명 국토교통기술촉진연구사업 과제번호 18CTAP-C130211-02
국가과학표준분류 1순위 건설 교통 | 건설 환경설비 기술 | 건축 도시환경 시스템 정보화기술 적용분야 건설업
2순위 건설 교통 | 국토정책 계획 | 도시계획 실용화대상여부 비실용화
3순위 환경 | 대기질 관리 | 미세먼지오염 개선기술 과제유형 개발
과제명 도시개발에 따른 여과성 먼지와 2.5 ㎛ 이하 응축성 먼지 배출량 산정 및 대기거동모사 예측기술 개발
주관연구기관 청운대학교산학협력단
총괄연구 책임자 성명 최두성
소속 청운대학교 인천캠퍼스 직위 부교수
기관 대표번호 032-770-8114 FAX 032-770-8126
총 연구기간 2017-04-01 ~ 2019-12-31
당해연도 연구기간 2018-01-01 ~ 2018-12-31

(단위:원)

년도별 정부출연금, 기업부담금, 계 정보제공
년도 정부출연금 기업부담금
현금 현물 소계
2차년도 300,000,000 11,000,000 90,000,000 101,000,000 401,000,000
과제기본정보의 연구개발개요, 최종목표, 연구내용 및 범위 정보제공
연구개발개요 ○ 대기측정망에서 측정하는 먼지 분석 자료만으로는 여과성 먼지와 응축성 먼지로 나누기가 어려움. 또한 측정된 먼지가 A 건물에서 배출되었는지, B 공장에서 배출되었는지 C 공사장에서 배출되었는지, D 자동차에서 배출되었는지 규명하기에 무리가 있음
- 최근 우리나라에서는 미세먼지 문제가 사회문제로 대두되고 있어 미세먼지를 저감하고자 하여도 뚜렷하게 원인조차 규명하기 어려워 저감정책을 세우는 것은 원천적으로 수행하기 어려운 실정임. 따라서 사회문제로 대두된 미세먼지 문제를 해결하기 위해서는 배출원에서의 먼지 배출량에 대한 정확한 산정 방법론 수립이 필요함
○ 연료를 연소하는 배출원에서 나오는 먼지는 여과성 먼지와 응축성 먼지로 나눌 수 있음
○ 연소 배출원에서 배출되는 먼지를 여과성 먼지와 응축성 먼지로 나누어 연구하는 것은 미국에서 1980년대부터 이루어졌으며, 현재 EPA-201A/202 측정방법으로 정립되어 있음. 여과성 먼지는 201A 방법으로 포집분석하며, 응축성 먼지는 202 방법으로 측정함
○ 미국 EPA는 현재 연소 배출원에 대해서 여과성 먼지와 응축성 먼지 배출 계수를 공시하고 있으나, 우리나라에서는 응축성 먼지 배출계수는 공시하고 있지 않고, 여과성 먼지 배출계수만을 공시하고 있으며, 국가 미세먼지 정책도 여과성 먼지만을 고려하여 대기질 모델링 수행 및 저감정책을 수행하고 있는 실정임
- 최근 연구에서 여과성 먼지 대비 응축성 먼지 배출계수가 수배~수십 배로 보고하고 있기 때문에 건물의 연료사용량에 분석 자료를 기초로 도출된 에너지 활동도 자료와 이에 근거하여 계산된 응축성 먼지를 고려한 배출량 인벤토리를 입력하여 실외 대기질 농도를 모사할 수 있는 모델링 시스템이 반드시 필요함
최종목표 ○ 최종목표
도시 주요 먼지 배출원 대상 에너지 사용량 예측시스템, 배출량 이력 관리시스템, 대기 거동 모사 시스템

○ 세부목표
- 도시 주요 먼지 배출원(건물, 공사장, 자동차)을 대상으로 한 고체, 액체, 기체 에너지 사용량 및 에너지 사용 활동도를 분석할 수 있는 기술
- 건물, 공사장, 자동차에서 배출된 여과성 먼지 및 2.5 ㎛ 이하 응축성 먼지에 대한 배출량 관리 기술
- 건물, 공사장, 자동차에서 배출된 여과성 먼지 및 2.5 ㎛ 이하 응축성 먼지에 대한 실외 거동 모사 기술
연구내용 및 범위 가. 1차 연도

① 개발 목표
- 주관연구기관(청운대학교): 건물, 공사장, 자동차 에너지 사용량 및 사용 활동도 분석 기술 설계
- 공동연구기관(서울시립대학교): 먼지 배출량 이력 관리 기술 설계
- 공동연구기관((주)주빅스): 먼지 배출량 실외 거동 모사 기술 설계

② 개발 내용 및 범위
㉠ 주관연구기관(청운대학교)
○ 공공 및 상업 건물의 사용 에너지 분석 기능 요구도 분석
○ 주택의 사용 에너지 분석 기능 요구도 분석
○ 공사장 및 자동차의 사용 에너지 분석 기능 요구도 분석
○ 배출원별 에너지 분석 소프트웨어 설계
㉡ 공동연구기관(서울시립대학교)
○ 국내 연료 연소 및 기타 관련 FPM 및 CPM 배출량 관리 환경 분석
○ 먼지 배출원 대상 설정
○ 국외 연료 연소 및 기타 관련 FPM 및 CPM 배출량 관리 환경 분석
○ 목표성능 설정
○ 소프트웨어 설계
㉢ 공동연구기관((주)주빅스)
○ 지형자료 입력 인터페이스 및 통신 모듈 설계
○ 기상자료 입력 인터페이스 및 통신 모듈 설계
○ 모델링 배출량 입력 인터페이스 및 통신 모듈설계
○ Calmet 기상장 모델링 인터페이스 및 구동 모듈 설계
○ Calpuff 오염물질 모델링 인터페이스 및 구동 모듈 설계

나. 2차 연도

① 개발 목표
- 주관연구기관(청운대학교): 건물, 공사장, 자동차 에너지 사용량 및 사용 활동도 분석 소프트웨어 구현
- 공동연구기관(서울시립대학교): 먼지 배출량 이력 관리 소프트웨어 구현
- 공동연구기관((주)주빅스): 먼지 배출량 실외 거동 모사 시스템 구현

② 개발 내용 및 범위
㉠ 주관연구기관(청운대학교)
○ 배출원별 에너지 분석 소프트웨어 개발
○ 공공 및 상업 건물의 사용 에너지 분석 결과 DB 구축
○ 아파트, 단독 및 다가구 주택의 실내 먼지 시뮬레이션 수행 및 결과 DB 구축
○ 공사장 및 자동차의 에너지 사용량 산정 결과 DB 구축
㉡ 공동연구기관(서울시립대학교)
○ 국내 연료 연소 및 기타 관련 FPM 및 CPM 배출량 관리 data 수집
○ 기존 프로그램 및 시스템과의 상호 운영성 및 연동방안 도출
○ 응축성 먼지(CPM) 배출량 산정로직 구현
○ 국외 연료 연소 및 기타 관련 FPM 및 CPM 배출량 관리 data 수집
○ 소프트웨어 시작품 제작
㉢ 공동연구기관((주)주빅스)
○ 배출량 모델링 시스템 구축
○ 기상장 모델링 시스템 구축
○ 기상장 모델링 결과 검증
○ 여과성 및 응축성 먼지 실외 대기질 모델링 수행(1km x 1km)
○ 여과성 및 응축성 먼지 실외 대기질 모델링 수행(30m x 30m )

다. 3차 연도

① 개발 목표
- 주관연구기관(청운대학교): 건물, 공사장, 자동차 에너지 사용량 및 사용 활동도 분석 소프트웨어 현장 적용을 통한 고도화
- 공동연구기관(서울시립대학교): 먼지 배출량 이력관리 소프트웨어 현장 적용을 통한 고도화
- 공동연구기관((주)주빅스): 먼지 배출량 실외 거동 모사 시스템 현장적용을 통한 고도화

② 개발 내용 및 범위
㉠ 주관연구기관(청운대학교)
○ TEST BED선정
○ 시작품 제작 현장 적용
○ 현장 적용 결과 한계점 점 파악 및 수정보완
㉡ 공동연구기관(서울시립대학교)
○ TEST BED선정
○ 시작품 제작 현장 적용
○ 현장 적용 결과 한계점 점 파악 및 수정보완
㉢ 공동연구기관((주)주빅스)
○ TEST BED선정
○ 시작품 제작 현장 적용
○ 현장 적용 결과 한계점 점 파악 및 수정보완
건설기술연구개발사업 주요내용
건설기술연구개발사업 주요내용의 구분, 연구개발목표, 연구개발 내용 및 방법 정보제공
구분 연구개발목표 연구개발 내용 및 방법
2차년도 - 주관연구기관(청운대학교): 건물, 공사장, 자동차 에너지 사용량 및 사용 활동도 분석 기술 설계
- 공동연구기관(서울시립대학교): 먼지 배출량 이력 관리 기술 설계
- 공동연구기관((주)주빅스): 먼지 배출량 실외 거동 모사 기술 설계
㉠ 주관연구기관(청운대학교)
○ 공공 및 상업 건물의 사용 에너지 분석 기능 요구도 분석
ㆍ 공공 및 상업 건물에서의 고체, 액체, 기체 에너지 월간 사용 사례 분석
ㆍ 공공 및 상업 건물에서의 사용 에너지 분석 소프트웨어 기능 요구사항 도출
○ 주택의 사용 에너지 분석 기능 요구도 분석
ㆍ 아파트, 단독 및 다가구 주택에서의 고체, 액체, 기체 에너지 월간 사용 사례 분석
ㆍ 아파트, 단독 및 다가구 주택에서의 사용 에너지 분석 소프트웨어 기능 요구사항 도출
○ 공사장 및 자동차의 사용 에너지 분석 기능 요구도 분석
ㆍ 공사장 및 자동차에서의 고체, 액체, 기체 에너지 사용 사례 분석
ㆍ 공사장 및 자동차에서의 사용 에너지 분석 소프트웨어 기능 요구사항 도출
○ 배출원별 에너지 분석 소프트웨어 설계
ㆍ 월별 에너지 사용량 분석 소프트웨어 입출력 인터페이스 및 구조 설계
ㆍ 배출원 유형별 사용 에너지 분석 소프트웨어 ERD 및 데이터 record 설계
ㆍ 코드 list 작성(배출원 대분류, 여과성 먼지, 응축성 먼지)
㉡ 공동연구기관(서울시립대학교)
○ 국내 연료 연소 및 기타 관련 FPM 및 CPM 배출량 관리 환경 분석
ㆍ 대기환경보전법, 시행령, 시행규칙, 별표(최적방지시설 관련 사항 포함)
ㆍ 수도권 대기환경개선에 관한 특별법, 시행령, 시행규칙, 별표
ㆍ 환경오염시설의 통합관리에 관한 법률, 시행령, 시행규칙, 별표
ㆍ 배출가스 중 미세먼지 측정법 개선 연구(1차, 2차)
ㆍ 지자체별 대기환경 개선목표 달성을 위한 오염물질 저감대책 수립 연구
○ 먼지 배출원 대상 설정
ㆍ 국가 CAPSS (Clean Air Policy Support System) 대분류별 먼지 배출원 분석
- 에너지산업(01) : 발전소 등 연소
- 비산업(02) : 가정, 상업시설의 연소
- 제조업 연소(03) : 제조업 사업장 연소
- 생산공정(04) : 공장의 비연소 배출
- 에너지 수송 및 저장(05) : 주유소 등
- 유기용제 사용(06) : 페인트 도장 등
- 도로(07) : 자동차 운행에 따른 연소
- 비도로(08) : 건설기계, 선박, 항공기 철도 연소
- 폐기물처리(09) : 소각장 연소
- 농업활동(10) : 논, 밭 등의 휘발성 유기화랍물 배출량
- 기타 면오염원(11) : 산불, 화재
ㆍ 국가 CAPSS로부터 건물, 자동차, 공사장의 먼지배출량 배출원 설정
○ 국외 연료 연소 및 기타 관련 FPM 및 CPM 배출량 관리 환경 분석
ㆍ 미국
- 배출시설 인허가 시 CPM 결과 처리 가이드라인
- Clean Air Act 중 인허가 사항 및 EPA 201a / 202 methods
- 주정부의 State Implementation Plan 과 대기질 모델링
ㆍ 일본 및 유럽
- 환경영향평가제도 등에서의 CPM 고려 여부 및 CPM 측정법 현황
○ 목표성능 설정
ㆍ CPM 고려 시 한계점과 보완 방향 도출
ㆍ 배출량 관리 소프트웨어의 기능 요구 사항 분석 및 정립
○ 소프트웨어 설계
ㆍ 배출량 입출력 인터페이스 및 구조 설계
ㆍ 배출량 관리 소프트웨어 ERD 및 데이터 record 설계
ㆍ 코드 list 작성(배출원 대분류, 여과성 먼지, 응축성 먼지)
㉢ 공동연구기관((주)주빅스)
○ 지형자료 입력 인터페이스 및 통신 모듈 설계
ㆍ 모델링 격자 크기별 지형 고도/피복도 설계 및 데이터베이스 구축
ㆍ 모델링 격자 크기별 지형 고도/피복도 모델링 인터페이스 구축
○ 기상자료 입력 인터페이스 및 통신 모듈 설계
ㆍ 실시간 지표/고층 기상의 유관기관 모듈 인터페이스 구축
- 기상청 및 스마트시티 실시간 오픈 API 기상 정보
ㆍ 동네예보 기상 유관기관 모듈 인터페이스 구축
ㆍ 이동식 기상청 AWS 연동 모듈 인터페이스 구축
○ 모델링 배출량 입력 인터페이스 및 통신 모듈설계
ㆍ 건물 유형별 배출량 시간대별 배부 모듈 설계
ㆍ 건물 유형별 배출량 모델링 모듈 인터페이스 설계
ㆍ 이동식 고농도 미세먼지 센서 모듈 인터페이스 모듈 설계
○ Calmet 기상장 모델링 인터페이스 및 구동 모듈 설계
ㆍ 실시간 기상장 모델링 IN/OUTPUT DB 및 인터페이스 모듈 설계
ㆍ 예측 기상장 모델링 IN/OUTPUT DB 및 인터페이스 모듈 설계
ㆍ 실시간/예측 기상장 모델링 구동 모듈 설계
○ Calpuff 오염물질 모델링 인터페이스 및 구동 모듈 설계
ㆍ 실시간 오염물질 모델링 IN/OUTPUT DB 및 인터페이스 모듈 설계
ㆍ 예측 오염물질 모델링 IN/OUTPUT DB 및 인터페이스 모듈 설계
ㆍ 실시간/예측 오염물질 모델링 구동 모듈 설계
연구성과 기술적 기대성과 ○ 현재 먼지 배출원 관리 기술은 여과성 먼지에 국한되어 있으나, 본 연구결과를 시장에 적용하게 되면 향후 응축성 먼지에 대한 저감기술개발의 요구도가 추가 발생하므로 신규 시장 규모의 확장과 활성화가 동시에 이루어질 것으로 판단됨
○ 이에 따라 응축성 먼지 배출원에 대한 방지기술의 시장 또한 동반 발생 및 규모상승으로 이어져 먼지 분야의 시장성은 급속도로 상승할 것으로 판단됨
사회 경제적 파급효과 ○ 현재 우리나라 사업장에 대한 장외영향 평가 수행 툴은 미국의 ISC3 모델을 기반으로 한 범용프로그램을 공급하여 사용하고 있으며 대상 사업장은 2020년까지 약 8,000개소로 추정됨
○ 본 연구결과 시스템을 사용하여 장외영향평가 수행 시 기대효과를 산술적으로 산정하면, 시스템 단가를 1개 사업장 당 1,000만원으로 보았을 때, 8,000개소 × 0.1억 = 800억의 수입대체 효과를 거둘 수 있다고 볼 수 있음
○ 현재 ㈜주빅스는 인도네시아 등 개발도상국에 기상관측 및 통신 시스템을 수출 중에 있으며, 향후 기존의 기상 관측 시스템에 기상 모델과 대기오염모델링 시스템을 추가 탑재하여 수출할 수 있는 비즈니스 모델을 기획하고 있음
○ 본 연구 수행 결과 배출원에 있어서 여과성 먼지와 응축성 먼지의 정량화와 인벤토리가 이루어지면 배출원 규명과 저감에 진일보한 기여를 할 것이므로 현재 심각한 사회문제로 대두되고 있는 미세먼지 문제를 해결하는데 있어서는 분명히 공헌도가 있을 것으로 판단됨
활용방안 ○ 도시개발 계획 전후의 에너지 사용량 분석
○ 국토교통부 전략 환경 계획의 기초 데이터 활용
○ 중앙정부 및 서울, 경기, 인천 등 광역시도 대기질 모델링 시스템
○ 약 230 여개의 기초 자치단체의 배출원 관리 및 대기질 관리 시스템
○ 호텔, 식당, 업무빌딩 등 상업시설
○ 학교, 병원, 경로당, 유치원 등 취약계층이 속한 시설
○ 민원의 발생 소지가 높은 공사현장
○ 현재 경기도 일산 소재 어린이집에 미세먼지 관측 및 모델링 시스템이 구축 중
○ 경기 지역난방공사 광교 지사에 오염물질 모델링 시스템 시범사업 추진 중에 있으며, 본 연구결과를 활용, 향후 전국 지역난방공사 전 지사에 구축 확대(계획)
○ 지자체 배출원 관리 및 대기질 관리 시스템 구축
○ 사업장 장외 영향 평가 및 위해 관리 계획 수립 시스템
○ 병원, 학교, 실버타운, 유치원 등 환경 취약계층 실내 대기 관리 시스템
핵심어
핵심어의 구분, 핵심어, 핵심어1~핵심어5 정보제공
핵심어 핵심어1 핵심어2 핵심어3 핵심어4 핵심어5
국문 도시개발 응축성먼지 여과성먼지 총 먼지 대기거동
영문 Urban Development Condensable Particulate Matter Filterable Particulate Matter Total Particulate Matter(FPM+CPM) Atmospheric Behavior
최종보고서
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최종보고서 국토교통과학기술진흥원 최종보고서(청운대학교).pdf   다운로드
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