대기와 건축 : 갑자기 등장한 공기청정기

 이 블로그에 '공기청정기'라는 뜬끔없는 주제가 등장한 이유. 바로 이번 학기 설계 주제가 '대기와 건축'이기 때문이다. 대기라고 해서 꼭 대기 오염에 대해서 다룰 필요는 없지만, 뭐랄까 인류가 직면한 문제이기도 하고 대기 오염을 제쳐두고 대기를 이용하는 다른 획기적인 설계 방법을 생각하기엔 도전이라는 이름으로 인간의 욕심을 채우는 방향으로 뻗어나갈 것 같아서 깊게 생각해보지 않았다.

 

 그리고 대기 오염만 하더라도 충분히 광활한 주제가 아닌가. 고체, 액체도 완벽하게 다루기 힘들어 하는 지금 시점에, 대기에 관해서까지 이야기하려면 우리는 할 수 있는 활동이 아무것도 없을 것이다. 그러니까 대기 오염, 정화에 관해서는 모든 국가가 쉬쉬하고 있는 거 겠지. 결국 지금 시점에 대기에 관해 논하면 둘 중 하나라는 거다. 망하거나, 세상을 바꾸거나. 그러니까 망해도 상관없는 학생 때부터 이에 대한 고민을 시작해야 한다. 

 

 그러기 위해서는 먼저 두 가지 측면에서 대략적인 그림을 그려봐야 한다. 그리고 그러려면 나름의 연구가 필요하겠지. 이 두 가지 측면이 무엇이냐, 바로 기술과 철학이다. 철학은 나아가야 할 방향성을, 기술은 방법을 이야기해준다. 철학이라고 말하기엔 너무 거창하니 이제부터는 나름의 논리라고 칭하자. 어쨌든 이 둘 중에 기술에 관해 먼저 이야기 하는 이유가 무어냐 하면, 아직 논리가 완성이 안됐으니까!하하하. 됐다고 생각했는데 아니더라. 뭐 기술과 논리에 대해서는 계속 계속 생각을 뒤집을수록 값진 것들이 나오니 부정적이지만은 않은 상황이다.

 

그래서 본론. 공기청정기의 원리는?

사용되는 기술에 따라 공기청정기의 종류가 나뉘더라. 분류 기준은 사람마다 조금씩 다르긴 하지만, 일단은 크게 두 가지로 나뉜다. 바로 '기계식'과 '전기식'이다. 보통 기계식은 필터식과 습식, 전기식은 음이온과 전기집진식을 이야기하는데 각자 처리할 수 있는 물질의 종류가 달라서 최근 공기청정기에는 많이들 혼합해서 사용된다. 그리고 최근에 추가된 광촉매 방식까지. 

 

여기선 또 다르게 분류했다. 뭘 봐야 하는거야~!

 

 이렇게만 보면 광촉매 방식이 고민할 필요도 없이 가장 완벽한 대안 같지만, 꼭 그런것 만도 아니다. 광촉매 방식은 개발된지 얼마 안된 기술이라 아직 그 효용성에 관해서는 논의되는 지점들이 있었다. 그리고 내 설계에는 좀 더 단순하더라도 확실한 방식이 더 적합할 수도 있다. 일단 공부해보자!

 

 그럼 먼저, 비교적 단순한 원리를 이용하는 기계식부터 알아보자. 먼저 습식은 공기 중에 작은 물방울을 뿌려 오염물질을 제거하는 방식이다. 물방울에 먼지가 달라붙는 원리를 이용한다. 최근에는 많은 회사들이 공기청정기에 가습기의 기능을 더해 제품을 출시하고 있다.

 

 필터식은 말 그대로 필터를 이용하는 방식이다. 그 중에서도 우리나라 대기오염의 최대 이슈인 미세먼지를 해결하는데 가장 효과적인 필터는 바로 '헤파필터(HEPA)'다. 

 

 

해파필터는 불규칙한 섬유 조직인데, 1차적으로 이 섬유 조직과의 충돌을 통해 오염 물질을 걸러내고, 그와 동시에 중력에 의한 입자침강, 입자의 브라운 운동, 정전기력에 의한 흡착 등을 이용하여 입자를 모아 버린다. 

 

 그 다음으로 음이온, 전기 집진 방식은 오존을 발생시키므로 가볍게 패스. 자세한 건 아래의 링크에서 보시길.

"코트렐 박사가 개발한 전기집진기는 화력발전소의 굴뚝에 부착되어 기존의 필터로 잡아내기 힘든 초고열의 미세한 연기입자들을 잡아내며 널리 알려지기 시작했는데, 이 같은 기능을 눈여겨 본 가전제조사들이 공기정화를 위한 제품에 도입하면서 오늘날의 이온화 방식 공기청정기로 발전하게 되었다.

이온화 방식의 경우 높은 전압을 걸어주면 전극 자체에서 전자가 생성되거나, 전극 주위의 기체에서 전자가 만들어져 전극 주위에 플라즈마(plasma)가 형성되는 현상을 이용했다. 플라즈마란 기체 상태의 원자나 분자에서 전자가 분리되어 전자와 이온을 포함하고 있는 상태로서 전기를 잘 전도하는 성질을 갖고 있다.

높은 전압을 통해 만들어진 전자가 공기 중의 입자에 부착되면 입자들이 (-)전하를 띠게 되고, 전하를 띤 먼지 입자는 정전기적 인력에 의해 반대 전하가 걸려 있는 집진판으로 이동하여 들러붙게 된다. 이온화 공기청정기는 이렇게 모아진 먼지 입자들을 제거하면서 공기를 정화하는 것이다. " www.sciencetimes.co.kr/news/%EB%B4%84%EC%9D%98-%EB%B6%88%EC%B2%AD%EA%B0%9D-%EB%AF%B8%EC%84%B8%EB%A8%BC%EC%A7%80-%ED%94%BC%ED%95%98%EB%A0%A4%EB%A9%B4/

봄의 불청객, 미세먼지 피하려면? – Sciencetimes

 

 

 

 마지막으로 광촉매 방식. 광촉매란 촉매의 일종으로 촉매작용이 빛에너지를 받아 일어나는 물질, 즉, 빛을 에너지원으로 촉매반응(산화, 환원반응)을 촉진시키는 작용이나 반응을 의미한다. 이산화티타늄(TiO2)이 코팅된 20만개의 나노 광촉매 구슬에 자외선(UV)을 비추면 오염된 공기가 산화 반응하여, 크고 작은 2만여 종의 불순물과 유해입자 구조를 0.0001µ(미크론) 입자까지 파괴하여, 수증기와 이산화탄소로 배출한다. 

 

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이 광촉매반응을 통하여 형성된 반응성물질(예, 이산화티탄늄(TiO2)에 빛을 조사면 결정표면에 생기는 전자가 이탈한 정공이 물 분자와 반응해서 산화력이 매우 큰 하이드록시 라디컬을 형성한다.)은 수처리 분야에도 적용되고 있어 각종 세균이나 유기성 오염물질을 분해를 유도한다.

광촉매 공기청정기는 이와같은 원리를 기반으로 이산화티타늄(Tio2)와 자외선(UV)의 산화반응에 의해 각종 유기화합물을 분해해주는 이산화탄소와 물로 분해해 주는 공기청정기라고 보면 된다. 대류현상으로 인해 오염된 공기가 유입이 되고, 이산화티타늄(Tio2) 판넬 형태의 광촉매구슬(광촉매필터) 사이에 자외선(UV)이 위치하고 있으며, 오염된 공기는 이산화티타늄과 자외선 사이를 통화하면서 산화반응에 의해 유해물질이 분해되어 외부로 배출되는 형태이다.