STEAM R&E 연구결과보고서
(공중전화가 흡연실 대체한다면?)
2016. 11. 30.
충렬여자고등학교
< 연구 결과요약 >
과 제 명 공중전화 박스가 흡연실을 대처된다면?
연구목표
보건복지부는 국민의 건강증진을 목표로 1995년에 국민건강증진법을 통해 담배를 규제하고 있다. 그럼에도 불구하고 길거리 흡연이 줄어들고 있지 않다.
세계보건기구(WHO)의 조사에 따르면 간접흡연으로 인해 매년 60만명이 사망 하고 있다. 그 중 40%가 어린이다. 또 남성보다 여성의 간접흡연 노출이 50%
가 더 많다. 이러한 결과로 보았을 때 비흡연자들인 어린이나 여성의 피해의 정도가 크다는 것을 알 수 있다. 그래서 특정 구역을 금연구역으로 정하여 비 흡연자의 불편함을 줄이려고 한다. 하지만 서울에서 실시한 간접흡연율 피해 경험 조사 결과 간접흡연의 경험이 줄어드는 모양을 보였지만 다시 증가하고 있다. 그 구역에서만 흡연을 금하여 근본적인 길거리 흡연은 해결되고 있지 않 다. 비흡연자들의 입장은 이러하지만 흡연자들의 경우 원성이 높다. 담배는 우 리나라 기호 식품이고 흡연자는 세금을 더 내는 시민이기에 쾌적하고 자유로 운 환경에서 담배를 필 권리가 있다고 주장한다. 그래서 사용 빈도가 낮아진 공중전화 박스를 재활용한 1인 흡연실로 흡연자들의 사생활 보호를 함과 동시 에 길거리 흡연을 줄이고 더불어 필터를 이용하여 공기 중 해로운 물질들을 줄이고, 비흡연자들의 2차, 3차 흡연을 막을 수 있다.
연구내용
공중전화는 1966년에 처음 설치되어 약 50년 동안 공중전화가 설치되어 사용되어 져왔다. 공중전화 박스를 설치할 당시 사람들의 왕래가 많은 곳이나 필요성이 많은 곳에 설치되었다. 하지만 요즘 공중전화 박스는 사용빈도가 매우 낮아 활용도가 낮으며 본래의 기능을 하지 못하고 방치되어 쓰레기장으로 전략하고 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 공중전화 박스를 재활용하여 실용적이게 활용하고자 한다.
먼저, 환풍기를 통해 나가는 담배연기를 최대한 거르기 위해 필터를 조사했다.
프리필터, 카본필터, 해파필터, 아세테이트필터, 황사마스크, 일반마스크 등에 대한 정보를 찾아보고, 필터 공장과 KIST 김민수 연구원께 자문을 구하여 담배연기 제거 에 효과적인 필터를 선정하였다.
공중전화박스 내부의 공기 순환을 빠르게 하기 위하여 환풍기를 2개를 설치하였 다. 환풍기 앞에는 em발효액을 적신 솜을 설치하고, 환풍기와 환풍기 사이에 프리필 터와 카본필터를 설치하였다. 공기청정기의 카본필터보다 효과를 극대화하기 위해 직접 카본필터를 제작하였다.
em으로 만든 방향제와 시중에서 판매되고 있는 기본방향제 중 담배냄새제거에 무엇이 효과적인지 실험을 했다. 환풍기를 설치한 스티로폼과 일반 스티로폼을 연결 하여 담배연기가 모인 스티로폼에 방향제를 뿌려 고등학생들에게 조사하였다. 이러 한 방법으로 em원액의 농도차이를 둔 방향제 실험과 환풍기 앞에 설치하는 솜을 적시는 용액을 선정하는 실험을 시행했다.
흡연자들이 들어오기 전 흡연실 내부의 정화정도를 알 수 있게 하기 위해 아두이노 를 통해 내부의 해로움의 정도를 시각화했다. 이를 위해 아두이노와 LED를 이용하 여 일산화탄소 양을 표현하였다. 이를 위한 코드는 블로그와 메일을 통한 자문으로 제작하였다.
공중전화박스는 흡연자들이 편안하게 들어가서 흡연을 할 수 있는 분위기를 만들 기 위해 노력하였다.
연구성과 공중전화 박스를 재활용함으로서 사용하지 않는 공중전화 박스를 해체시키는
비용과 더불어 흡연 부스를 설치함으로서 드는 비용을 절약할 수 있다. 현재 설치된
흡연 부스들 중 필터나 환풍기능이 제대로 되어 있지 않은 곳들이 대부분이고 동시에 많은 비용이 들기 때문에 흡연부스 주변에서 비흡연자들이 흡연자들로부터 안전하 지 않다. 환풍기 필터의 효과를 극대화하기 위해 여러 필터( 프리필터, 헤파필터, 카본필터, 아세테이트필터, 황사마스크, 일반마스크 등)의 필터를 조사하여 어느 것이 가장 적합할 지에 대하여 연구하였다. 조사 결과 프리필터, EM을 묻힌 솜, 카본필터, 이중 환풍기 구조를 채택하였다.
또한 공중전화박스 내의 일산화탄소 농도를 흡연자들에게 보여주기 위하여 아두 이노를 사용해 측청값을 보여 질 수 있게 하였다. 일산화 탄소 측정 센서를 사용하여 기기가 일산화 탄소의 농도를 측정해 농도를 LED 보드에 나타나게 하였다. 이를 통해 흡연자들이 흡연실 내의 오염 정도를 가늠할 수 있게 만들었다.
EM 발효액과 원액을 사용한 실험을 통하여 EM이 얼마나 냄새 제거와 있는지에 대한 실험을 통하여 EM이 축축하게 적신 솜에 공기를 통과 시켰을 때 가장 악취제거 에 뛰어 났다는 결과를 얻을 수 있었다. 하지만 축축하게 적신 솜으로 흡연실 내 악취 제거를 하는 데 곤란함을 겪어 시중에 파는 EM 방향제 사용을 결정하였다.
시중에 파는 EM방향제에 담배에 있는 폼알데이드 제거 효과 있어 악취제거는 물론 유해 물질 제거에도 효과가 있을 것이라고 예상 된다.
흡연실 내의 인테리어를 아늑하게 꾸밈으로서 흡연자들이 길거리에서 흡연을 하는 것보다 좀 더 존중받는 느낌을 들 수 있게 하였다. 기존 붉은 색이였던 공중전화 박스의 색깔을 친근한 색으로 바꿈으로 초기 도입 단계에 존재할 수 있는 거부 반응을 최소화하고자 하였다. 단열효과와 사생활 보호를 위하여 공중전화부스 윗부 분을 사생활보호 필름을 붙여 마무리 하였다.
공중전화 흡연실을 만듦으로써 길거리에서 자주 발생하는 흡연자들과 비흡연자 들의 갈등 해소에 기여할 수 있을 것이다. 1인 흡연실은 비흡연자들이 흡연자들로부 터의 간접흡연을 막음과 동시에, 흡연자 자기 자신간의 2차 흡연을 막아줄 수 있다.
사람들의 이용 수의 증가로 공중전화 박스 주위에 있는 쓰레기 문제가 해결되므로 쓰레기에서 나는 악취와 벌레를 없애고 길거리 환경에도 기여할 것이다.
주요어 (Key words)
간접흡연, 길거리 흡연율, 공중전화 박스 재활용, 필터, 환풍 기능, 아두이노, 일산화 탄소, EM
< 연구 결과보고서 >
1. 연구개요
□ 연구목적
○ 길거리 흡연 줄이기
- 실내 흡연 장소의 감소와 흡연시설의 부재로 인한 길거리 흡연의 증가로 비흡연자 들의 간접흡연을 접하는 빈도가 증가하고 있다. 그래서 우리는 길거리 흡연을 줄여 간접흡연으로 인해 생기는 질병 등 을 예방하고 줄이기 위해 연구하게 되었다.
○ 흡연자들의 인권 보호
- 흡연은 흡연자들이 선택할 수 있는 권리이다. 그런데 정부에서 아무런 대책 없이 흡연자들이 흡연을 할 수 있는 공간을 줄여가는 것은 흡연자들의 권리를 침해하는 것이라고 생각했다. 흡연자들의 권리가 보장되려면 흡연부스나 흡연실이 증가해야 된다고 생각했다.
○ 담배 연기를 필터링하여 공기 오염 줄이기
- 필터를 연구하고 그것을 흡연부스에 설치하여 담배 연기의 구성성분인 아세트알데히 드를 비롯한 니코틴, 타르 등을 필터링하여 흡연실에서 배출되는 공기의 오염도를 줄이 고자 했다.
○ EM미생물을 이용하여 담배냄새 제거하기
- 효모균, 누룩균, 광합성 세균 등 80여 종의 유용한 미생물을 모아 배양한 것으로 친환경농법에 이용되고 우리의 실생활에서는 공기의 악취를 제거하고 수질을 정화시키 며 산화방지 효과가 있다. 그렇기 때문에 EM미생물을 이용하여 만든 방향제가 담배냄새 제거에 효과가 있을 것이라고 생각했다.
□ 연구범위 ○ 필터
- 여러 필터의 장단점을 조사한 후 우리의 목적에 맞는 필터를 몇 개 선정하여 이를 이용하여 필터를 제작하였다.
- 각각의 필터의 효능에 대해서는 실험해보지 못하였지만 완성작의 효능에 대해서는 실험해 보았다.
- 필터를 설치한 후 아두이노를 이용한 일산화탄소 측정기를 사용하여 얼마나 오염되고 정화가 되는지 측정하였다.
○ EM
- EM의 정확한 효능을 몰라 EM방향제와 기존 방향제를 비교하여 EM이 냄새제거에 효과
가 있는지 알아보았다.
- EM이 냄새제거에 효과있다는 결론을 내려 실생활에 사용되는 EM 활용법을 알아보았다.
가정에서 사용되는 EM방향제 만드는 방법으로 농도 차이를 둔 방향제를 만들어 실험하였 다.
2. 연구 수행 내용
□ 이론적 배경 및 선행 연구 ○ 담배연기 정화구 – 특허실용
http://academic.naver.com/view.nhn?doc_id=1434540&applicationNumber=10200 30063553&dir_id=0&ndsCategoryId=30100&page=0&query=%EB%8B%B4%EB%B0%B 0%EC%97%B0%EA%B8%B0%20%EC%A4%91%ED%99%94
○ 탈염의 수용성키토산으로 처리한 담배필터의 제조 방법 – 특허실용
http://academic.naver.com/view.nhn?doc_id=14011449&applicationNumber=1020 070047941&dir_id=0&ndsCategoryId=30100&page=0&query=%EB%8B%B4%EB%B0%
B0%EC%97%B0%EA%B8%B0%20%EC%A4%91%ED%99%94 ○ 음이온에 의한 유해물질제거 담배 필터 – 특허실용
http://academic.naver.com/view.nhn?doc_id=1306096&applicationNumber=20200 20021702&dir_id=0&field=0&unFold=false&gk_adt=0&sort=0&qvt=1&query=%EB%8B
%B4%EB%B0%B0%EC%97%B0%EA%B8%B0%20%EC%A4%91%ED%99%94&gk_qvt=0&
citedSearch=false&page.page=1&ndsCategoryId=30100 ○담배냄새 배지 않는 신개념 흡연부스
http://news.naver.com/main/read.nhn?mode=LSD&mid=sec&sid1=102&oid=003&a id=0005666814
□ 연구주제의 선정
○ 흡연실로 공중전화 부스를 선정한 이유
- 작년 흡연예방실천학교로 선정되어 실시한 콩나물 실험을 통하여 흡연을 통한 간접흡연과 공기오염의 심각성에 대해 다시 한 번 깨달았다. 우리는 흡연을 하지 않지만 주로 길거리에서 간접흡연을 하게 된다. 그래서 이를 어떻게 해결하면 좋을까 생각을 하던 중 ‘길거리에도 흡연 부스가 있으면 좋을 텐데’라는 생각을 하게 되었고 길거리에 거의 사용하지 않는 공중전 화 박스를 보고 ‘이를 이용하여 길거리에 흡연 부스를 만들면 어떨까?’라는 생각까지 하게 되었다.
○ 필터를 제작한 이유
- 흡연실에 대해 알아보면서 대부분의 우리 주변의 흡연실에는 정화 장치가 되어있지 않고 단순 공간 분리용이라는 것을 알게 되었다. 하지만 우리의 목표 중 하나인 간접흡연을 줄이기 위해서는 공간 분리 뿐 만 아니라 방출되는 연기도 정화가 되어야 간접흡연을 줄일 수 있을 것 같아 환풍기 앞에 설치할 필터를 제작하게 되었다.
○ EM 미생물을 이용한 이유
- 초기 자료조사를 통해 EM 미생물이 니코틴을 제거하는 효능이 있다는 것을 알게 되었지만 이에 대한 확실한 정보가 없어 실험을 해보기로 하였다. 하지만 니코틴 양을 수치화 시키는 것이 어려워 실험을 진행하지 못하였다. 그러던 중 혹시나 EM 미생물이 냄새제거에도 효과가 있을까? 라는 생각을 하게 되었고 그에 대해 실험하고 사용하게 되었다.
○ 아두이노를 이용한 일산화탄소 양 표현을 한 이유
- 흡연자가 흡연을 할 경우 그 담배 연기가 완전히 정화되기까지는 일정 시간이 걸릴 것이다.
그 정화의 정도를 나타낼 수 있는 것이 필요하였고 이를 우리가 실현시키기에 아두이노가 가장 적합하다고 생각하였다. 많은 기체 중 일산화탄소를 선정한 이유도 담배연기 속 기체 중 가장 많고 일반화하기 쉽다고 생각했기 때문이다.
□ 연구 방법 및 절차
○ 쾌적한 내부 공기를 위한 방향제
- 환풍기를 설치한 ⓐ 스티로폼박스와 환풍기를 설치하지 않은 ⓑ 스티로폼박스를 연결한다. ⓐ 스티로폼박스에 담배를 피운 후 환풍기를 통해 ⓑ스티로폼박스에 담배연 기를 모은다. ⓑ스티로폼박스에 방향제를 뿌려 학생들에게 냄새를 조사한다.
a,b 스티로폼 박스의 모습
○ 간접흡연을 막기 위한 자체 환풍기 제작
- 자료조사를 통해 필터의 특성을 파악하고 예비 설계도를 만든 뒤 연구원과 필터관련 전문가에게 자문을 구했다. 자문을 통해 수정, 보완함으로써 설계도를 완성하고, 환풍기 를 제작하였다.
○ 아두이노
- 일산화탄소를 측정하기 위한 코드를 인터넷과 자문을 통해 완성하였다. 일산화탄소 센서를 통해 수집된 데이터를 아두이노를 이용해 LED 매트릭스의 불빛 양을 조절한다.
공중전화박스에 설치한 후 흡연자가 흡연을 했을 때 일산화탄소 발생량을 수집해 자체 제작한 환풍기의 성능을 알아보았다.
□ 연구 활동 및 과정 ○ em방향제와 ‘p사 방향제’
- em미생물은 효모균, 유산균, 누룩균, 광합성균 등 수십 종의 미생물이 들어가 있는 물질이다. 이 미생물들이 항산화 작용을 하거나 폴리페놀과 같은 유효성 있는 항산화 물질을 생성함으로써 서로 공생하며 악취를 제거한다. 그래서 “em에 담배냄새 제거 효과가 있을 것이다.”라고 가설을 설정했다. 한 스티로폼박스에 환풍기를 설치한 뒤 다른 스티로폼 박스와 연결시킨다. 환풍기가 설치된 스티로폼박스에 담배를 피운 뒤 환풍기가 담배연기를 다른 스티로폼박스에 모이게 한 뒤 em방향제와 ‘p’사 방향제를 뿌린다. 방향제를 뿌린 직후와 1시간 뒤 담배냄새의 변화를 충렬여자고 학생 100명을 대상으로 조사하였다. 그 결과 직후에는 em방향제보다 ‘p’사방향제가 더 냄새제거에 효과가 있다는 결과가 나왔고, 1시간 후에는 em방향제가 ‘p’사 방향제가 더 효과 있다는 결과가 나왔다.
EM방향제 ‘P’사 방향제
직후 43 57
1시간 직후 62 38
30 40 50 60 70
직후 1시간 후
EM방향제 'P'사 방향제
em방향제와 ‘p’사 방향제를 뿌린 담배냄새 맡고 있는 모습
em방향제 투표 결과 ‘p’사 방향제 투표 결과
○ em방향제 만들기
- 위 실험에서 em방향제가 담배냄새 제거에 효과가 있으나 담배냄새 제거까지 걸리는 시간이 오래 걸린다는 한계점이 있었다. 그래서 “em의 농도가 커지면 담배냄새 제거에 효과가 있을 것이다”라는 가설을 설정하였다. 보통 가정에서는 em발효액과 물을 희석해 서 사용하기 때문에 em원액과 em발효액을 비교실험을 설계했다. 방향제는 1:1비율로 사용하기 때문에 50~90%까지 10%단위로 농도 차이를 두고 em방향제를 만들었다.
스티로폼박스에 담배를 피운 후 1시간 뒤에 담배를 꺼내 만들어 논 em원액 방향제를 뿌렸다. 실험 결과 담배냄새 제거에 효과가 없다고 나왔다. 또한 em자체의 색 때문에 스티로폼이 누렇게 변했다.
50% 60% 70% 80% 90%
매우 심함 44 44 33 21 23
심함 6 7 17 29 20
보통 4 4 8 3 7
적음 8 3 1 1 5
매우 적음 1 1 1 2 0
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
매우 심함 심함 보통 적음 매우 적음
50%
60%
70%
80%
90%
EM원액 농도 차이를 둔 냄새 제거
냄새 맡고 있는 모습 em원액 농도 50% 투표결과
em원액 농도 60% 투표결과 em원액 농도 70% 투표결과
em원액 농도 80% 투표결과 em원액 농도 90% 투표결과
○ 환풍기 앞에 설치하기
- em방향제를 만들어 실내 공기 정화에 중점을 두었지만 시중에 나와 있는 방향제를 사용하는 것이 더 경제적이라고 판단하였다. 그러하여 외부로 나가는 담배냄새 제거에 중점을 두기로 하였다. 환풍기 앞에 em용액을 적신 솜을 설치함으로 . em용액이 적셔진 솜이 담배연기를 흡착하여 환풍기로 나가는 담배냄새가 없어질 것이라고 생각하였다.
em원액과 em발효액을 사용하였다. 스티로폼 2개를 준비하여 하나의 스티로폼에는 환풍기를 설치하고, 그 앞에 em용액을 적신 솜을 설치한다. 그런 뒤 담배연기를 피운 후 다른 스티로폼 박스에 담배연기가 모이게 한다. 충렬여자고 학생들 80여명을 대상으 로 0~100까지 10단계로 나누어 담배냄새 제거 효과를 투표했다.(매우 심함:
100~90/89~80, 심함 : 79~70/69~60, 보통 : 59~50/49~40, 적음: 39~30/29~20, 매우 적음 : 19~10/9~0) 그 결과 em발효액이 효과가 있다고 결과가 나타났다.
EM원액 EM발효액
매우 심함
100 - 90 26 1
89 - 80 26 12
심함 79 - 70 3 21
69 - 60 6 22
보통 59-50 0 1
49 - 40 0 8
적음 39 - 30 2 12
29 - 20 3 4
매우 적음 19 - 10 3 3
9 -0 1 2
0 5 10 15 20 25 30
매우 심함
심함 보통 적음 매우
적음
EM원액 EM발효액
환풍기에 사용되는 E M
냄새 맡고 있는 모습 투표하는 모습
em원액 투표 결과 em발효액 투표 결과
○ 1인 흡연실 내 환풍기 설치
현재 간이 흡연실 내에 설치되어 있는 대부분의 환풍기는 단순히 흡연실 내부의 공기를 밖으로 배출하기 위해 설치되어있다. 이는 담배연기가 밖으로 새어나오는 것을 막지 못 할 뿐더러 효과가 냄새 제거 효과가 거의 없다. 이러한 문제를 해결하기 위해서 환풍기 내에 공기를 정화시킬 수 있는 필터들을 넣어 설치하기로 함.
○ 필터 소개 & 필터의 선정 이유 1)프리필터
이 필터는 동물의 털, 보푸라기, 머리카락, 큰 먼지등을 먼저 걸러주는 필터입니다.
가장 바깥쪽에 위치한 필터로서, HEPA/탈취 필터 등의 고성능 필터를 보호하고 수명 을 늘려주는 역할을 합니다. 물세척이 가능하며, 오랜 시간 사용해도 성능 저하가 없 어 반영구적으로 쓸 수 있습니다.
· 물 세척 교체주기: 1~2개월
· 채택O: 담배 재나, 부스러진 낙엽 등 큰 먼지들을 1차적으로 제거해 공기를 환풍 기 내에서 좀 더 정확히 정화시키기 위해서
2)헤파필터:
미세한 입자를 제거할 수 있는 필터로 가습기나 공기청정기외에도 청소기, 무균실 등 많은 용도로 사용되는 필터이다. 미세입자나 세균을 99.7% 이상 제거할 수 있어 세 균이나 먼지에 의해 오염되는 것을 방지해준다.
· 채택X: 필터의 두께가 너무 크고 담배연기일 경우 일반 공기의 오염도보다 몇 십 만배 높아서 채택하지 않음
3)아세테이트 필터:
토우(TOW)라는 물질에 트리아세틴(가소제)을 이용하여 흡착능력을 강화시킨 필터이 다. 필터가 분해되는 기간은 조건에 따라 차이가 있겠지만 연구원 자료에 의하면 토 양 매립 시 약 9개월 정도 소요되는 것으로 나타났다. 담배 필터의 성분은 섬유소이 다. 니코틴이나 타르 등이 섬유소(담배필터)에 묻어나게 되는 원리이다. 섬유소가 필 터의 역할을 하는 것이다. 단순 솜 등에 비해 섬유소끼리 응집을 하는 정도가 강해 담배연기의 니코틴이랑 타르를 걸러주는 역할을 함.(※ TOW : Flake + 초산)
4)탈취필터: 화장실, 음식 냄새 등 생활 중 발생하는 냄새를 없애주는 필터입니다.
활성탄 필터 또는 카본 필터로 부르기도 합니다. 탈취 필터는 소모품이며, 교체 주기 는 제품에 따라 6개월 ~ 1년
· 채택O: 교체주기가 길고, 활성탄의 양에 따라서 냄새를 탈취할 수 있는 양이 많아 진다. 환풍기에 적용 시킬 때 활성탄의 양을 많게 한다면 보다 좋은 냄새 탈취 효과 를 얻을 수 있게 될 것이다.
5)EM 발효액 :
최근 주부들 사이들에서 친환경 만능 청소제로 인기를 끌고 있다.
· 채택O: 담배연기가 있는 공간에 EM 발효액을 뿌렸을 때는 많은 효과는 없었지만, 담배연기를 EM발효액을 묻힌 솜을 환풍기 앞에 대고 환풍기를 작동시켰을 때는 확연 히 효과가 있었다. 이때 솜이 축축하였을 때가 훨씬 효과가 좋았다. 솜을 꾸준히 축 축하게 유지시키기 위해서 유량 조절기를 사용할 것이다.
○ 설계도 1. 1차 설계도
1)환풍기를 이중 설치함으로써 공기 순환이 일반 간이흡연실보다 잘 되게 한다.
2) 담배 재, 큰 먼지 등 입자가 큰 물질들을 1차적으로 제거하기 위해 프리필터를 배치한다.
3) 중간에 니코틴을 분해할 수 있다고 알려진 EM 발효액을 적신 아세테이트 필터를 재배치한다.
4) 냄새를 제거할 수 있는 카본 필터 좀 더 효과 적으로 사용하기 위해 일반 공기청 정기에 사용되는 활성탄보다 더 많을 활성탄을 넣은 카본필터를 넣는다.(일반 공기청 정기 내에 설치하되 카본 필터는 원가 절감이라는 이유 때문에 활성탄을 많이 넣지 않는다.)
2. 2차 설계도 : 1차 설계도를 피드백 받은 것을 통해 수정함.
1) 1차 설계도에서 em발효액을 아세테이트 필터에 적셔서 사용하고자 하였지만
‘EM발효액을 묻혀서 하는 것보다 아세테이트 필터로 한번 유해 불질을 흡착시킨 후 EM 발효액에 의해 물질이 제거 되는지 확인하는 것이 더 나을 것 같다.’라는 피드백 을 받음.
2) EM이 주부들 사이에서 친환경 청소 액체라 불리며, 담배 냄새 제거 곰팡이제거 효과가 있다는 기사나 이용후기는 많지만 아직 EM발효액이 니코틴을 분해한다는 결 과가 논문과 실험을 통해 밝혀지지 않아 증거가 충분하지 않음.
3) 환풍기 안의 필터 간의 간격: 붙여 놓는 것보다는 떨어져 배치하는 데 환풍기 내 공기순환에 도움이 되면서 환풍기 바람의 효과를 더 받을 수 있음.
3. 3차 설계도
1) 환풍기 내 아세테이트 필터를 구매하기 위해서 아세테이트 제조 공장에 전화하여 실험 과정과 이용할 목적을 말씀드렸더니 아세테이트 필터의 밀도가 매우 높아 환풍 기의 풍력으로는 공기가 통하지 못할 것이라고 조언해주심. 이를 바탕으로 아세테이 트 필터 사용을 포기함.
2) 환풍기를 통과한 후 EM발효액을 묻힌 솜을 통과하는 것보다 EM 발효액 솜을 통 과한 후 환풍기를 통과하는 것이 훨씬 담배연기 제거에 효과가 있다는 것을 실험을 통해 알아냄. 3차 설계도를 참고하여 공중전화 박스에 설치할 환풍기를 제작함
1차 설계도 2차 설계도
3차 설계도 방충망에 활성탄을 넣은 모습
환풍기 만드는 과정(예비) 완성된 환풍기의 모습
○ ‘아두이노와 LED를 이용한 일산화탄소 표현’을 선정한 이유
- 흡연자가 흡연의 해로움을 자각할 수 있는 방법이 무엇이 있을까라는 생각을 하다가 그 해로움의 정도를 시각화 시키면 어떨까라는 생각에 이 연구를 시작하였다. 이를 시각화시 키기 위한 방법으로 생각한 것이 아두이노와 LED를 이용하여 일산화탄소 양을 표현하는 것 이였다. 불빛을 심장으로 생각하여 ‘흡연이 당신의 심장의 불빛을 끄고 있다’라는 메시지 를 주는 것을 목표로 했다. 이를 위한 코드에 대한 것은 관련 블로그를 참고하고 메일을 통해 자문을 받았다. 이를 구현하기 위해 아두이노 키트와 LED 매트릭스 그리고 일산화탄소 센서를 구입하여 연구하였다.
1) 가설 설정
- 일산화탄소 센서를 통해 수집된 데이터를 아두이노를 이용해 LED 매트릭스의 불빛 양을 조절한다. 일산화탄소의 양이 줄어들면 불빛의 양이 늘어나고, 일산화탄소의 양이 늘어나 면 불빛이 양이 줄어든다.
2) 코드 구성
- 코드 실행을 위한 변수 설정 int Max7219_pinCLK = 11;
int Max7219_pinCS = 10;
int Max7219_pinDIN = 12;
int vol;
int val;
- LED 매트릭스 실행을 위한 설정
unsigned char disp1[65][8] = {
{0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF}, //0 {0xFE, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF}, //0 {0xFC, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF}, //0 {0xF8, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF}, //0 {0xF0, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF}, //0 {0xE0, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF}, //0 {0xC0, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF}, //0 {0x80, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF}, //0 {0x00, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF}, //0 {0x00, 0x7F, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF}, //0 {0x00, 0x3F, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF}, //0 {0x00, 0x1F, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF}, //0 {0x00, 0x0F, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF}, //0 {0x00, 0x07, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF}, //0 {0x00, 0x03, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF}, //0 {0x00, 0x01, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF}, //0 {0x00, 0x00, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF}, //0 {0x00, 0x00, 0xFE, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF}, //0 {0x00, 0x00, 0xFC, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF}, //0 {0x00, 0x00, 0xF8, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF}, //0 {0x00, 0x00, 0xF0, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF}, //0 {0x00, 0x00, 0xE0, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF}, //0 {0x00, 0x00, 0xC0, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF}, //0 {0x00, 0x00, 0x80, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF}, //0 {0x00, 0x00, 0x00, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF}, //0 {0x00, 0x00, 0x00, 0x7F, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF}, //0 {0x00, 0x00, 0x00, 0x3F, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF}, //0 {0x00, 0x00, 0x00, 0x1F, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF}, //0 {0x00, 0x00, 0x00, 0x0F, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF}, //0 {0x00, 0x00, 0x00, 0x07, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF}, //0 {0x00, 0x00, 0x00, 0x03, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF}, //0 {0x00, 0x00, 0x00, 0x01, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF}, //0 {0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF}, //0 {0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0xFE, 0xFF, 0xFF, 0xFF}, //0 {0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0xFC, 0xFF, 0xFF, 0xFF}, //0 {0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0xF8, 0xFF, 0xFF, 0xFF}, //0 {0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0xF0, 0xFF, 0xFF, 0xFF}, //0 {0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0xE0, 0xFF, 0xFF, 0xFF}, //0 {0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0xC0, 0xFF, 0xFF, 0xFF}, //0 {0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x80, 0xFF, 0xFF, 0xFF}, //0 {0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0xFF, 0xFF, 0xFF}, //0
{0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x7F, 0xFF, 0xFF}, //0 {0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x3F, 0xFF, 0xFF}, //0 {0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x1F, 0xFF, 0xFF}, //0 {0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x0F, 0xFF, 0xFF}, //0 {0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x07, 0xFF, 0xFF}, //0 {0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x03, 0xFF, 0xFF}, //0 {0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x01, 0xFF, 0xFF}, //0 {0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0xFF, 0xFF}, //0 {0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0xFE, 0xFF}, //0 {0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0xFC, 0xFF}, //0 {0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0xF8, 0xFF}, //0 {0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0xF0, 0xFF}, //0 {0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0xE0, 0xFF}, //0 {0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0xC0, 0xFF}, //0 {0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x80, 0xFF}, //0 {0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0xFF}, //0 {0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x7F}, //0 {0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x3F}, //0 {0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x1F}, //0 {0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x0F}, //0 {0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x07}, //0 {0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x03}, //0 {0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x01}, //0 {0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00}, //0 };
-일산화탄소 센서의 값에 따라 LED 매트릭스 켜지는 개수 조절 설정 void Write_Max7219_byte(unsigned char DATA)
{
digitalWrite(Max7219_pinCS, LOW);
for (i = 8; i >= 1; i--) {
digitalWrite(Max7219_pinCLK, LOW);
digitalWrite(Max7219_pinDIN, DATA & 0x80); // Extracting a bit data DATA = DATA << 1;
digitalWrite(Max7219_pinCLK, HIGH);
} }
void Write_Max7219(unsigned char address, unsigned char dat) {
digitalWrite(Max7219_pinCS, LOW);
Write_Max7219_byte(address); //address，code of LED
Write_Max7219_byte(dat); //data，figure on LED digitalWrite(Max7219_pinCS, HIGH);
}
void Init_MAX7219(void) {
Write_Max7219(0x09, 0x00); //decoding ：BCD Write_Max7219(0x0a, 0x03); //brightness Write_Max7219(0x0b, 0x07); //scanlimit；8 LEDs
Write_Max7219(0x0c, 0x01); //power-down mode：0，normal mode：1 Write_Max7219(0x0f, 0x00); //test display：1；EOT，display：0 }
void setup() {
Serial.begin(9600);
pinMode(Max7219_pinCLK, OUTPUT) ; pinMode(Max7219_pinCS, OUTPUT);
pinMode(Max7219_pinDIN, OUTPUT) ; delay(50);
for (i = 1; i < 9; i++) {
Write_Max7219(i, disp1[0][i - 1]) ; }
Init_MAX7219();
}
void loop() {
int val = analogRead(A0);
Serial.println(val);
for (i = 1; i < 9; i++) {
Write_Max7219(i, disp1[(val) / 10][i - 1]);
delay(10);
} }
3) 활동 사진
아두이노, 센서, LED 매트릭스를
연결한 모습 벽에 붙이고 꾸민 모습
○ 일산화탄소 측정기를 이용하여 필터의 효능 실험
아두이노를 이용하여 만든 일산화탄소 측정기를 이용하여 실제 공중전화 부스에 제작한 필터를 설치하여 필터를 켰을 때와 껐을 때의 정화 속도를 알아보고 오염도에 대해 실험해 보았다.
1) 1차 실험 : 환풍기를 켠 채로 담배를 3분간 한 대를 다 피셨다. 그 결과 60ppm을 의미하는 6칸이 줄어들었다. 이를 환풍기를 켠 채로 정화되길 기다렸을 때, 처음 상태와 비슷해지기까지 약 15분이 걸렸다.
2) 2차 실험 : 환풍기를 끈 채로 담배를 3분간 한 대를 다 피셨다. 그 결과 30ppm을 의미하는 3칸이 줄어들었다. 이를 환풍기를 끈 채로 정화되길 기다렸을 때, 처음 상태와 비슷해지기까지 약 40분이 걸렸다.
담배 피고 계시는 모습 (초반) 담배 피고 계시는 모습 (후반)
위와 같은 1,2차 실험을 각각 5번씩 실험한 결과이다.
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
첫번째 두번째 세번째 네번째 다섯번째 1차 2차 흡연하고 나서의 일산화탄소 증가량
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
첫번째 두번째 세번째 네번째다섯번째 1차 2차 흡연하고 나서 원상복귀 되기까지 시간
이를 통해 일산화탄소가 환풍기, 필터가 있을 때 훨씬 빨리 정화되는 것을 알 수 있었다.
하지만 이 실험 중 3차 흡연인 벽이나 이런 것들에 의한 간접흡연이 이미 일어나 연달아 한 실험인 경우의 데이터는 조금 부정확할 수도 있다.
○ 공중전화 부스 꾸미기
공중전화 부스를 흡연실로 바꾸기 때문에 이의 외양적인 변화가 필요하다고 느꼈고 이를 통해 흡연자들이 흡연실에서 편하게 흡연을 할 수 있도록 하려고 노력하였다.
1)외부와 내부 페인트칠하기
-이전의 빨간색이 공중전화 부스의 느낌이 강하기 때문에 이를 변화시키기 위해 페인트칠을 진행하였다
페인트칠을 하기 위해 마스킹 테이프를
붙이는 모습 페인트칠을 하는 모습
2) 외부에서 내부가 보이지 않도록 필름을 붙이기
- 내부에서 흡연하는 사람의 프라이버시를 지켜주기 위해 외부에서 내부가 잘 안보이도록 설계하고 싶었다. 하지만 흡연실의 공간이 좁기 때문에 창문을 막아버리면 답답한 느낌이 강할 것 같아 내부에서는 외부가 보일 수 있도록 필름 작업을 하였다.
3) 휴대폰 거치대 설치
- 길거리를 가다가 흡연자들을 보면 가장 많이 하고 있는 행동이 스마트 폰을 사용하는 것이다. 이를 착안하여 흡연실에 앉아서 스마트폰을 편하게 보고 사용할 수 있도록 휴대폰 거치대 설치를 생각하였다.
필름 작업을 하는 모습 외부에서 내부를 볼 때의 모습
내부에서 외부를 볼 때의 모습 휴대폰 거치대의 모습
4)오염도 시각화시키기
- 앞서 말했듯, ‘아두이노를 이용한 일산화탄소 측정하기’를 통해 내부의 오염정도를 가늠할 수 있다. 이를 하트모양으로 디자인하여 심장을 연상시켜 자신의 흡연에 대해 다시 한 번 자각할 수 있도록 한다. 우리의 기본 목표가 흡연자들이 편하게 흡연할 수 있도록 하는 것이지만 흡연자체가 좋은 것은 아니므로 스스로 다시 한 번 생각할 수 있게 해주는 요소를 추가하였다.
- 아두이노와의 연결이 꼭 필요하기 때문에 이질감 없애기 위해 이를 나무 스티커로 위장하였다.
3. 연구 결과 및 시사점
□ 연구 결과
○ 쾌적한 내부공기를 위한 방향제 설정
- 시중에 판매되고 있는 EM방향제와 기본방향제를 비교하였을 때 EM방향제가 담배냄 새제거에 효과가 있다고 생각되어 EM원액을 사용하여 농도를 다르게 하여 만든 방향제를 만들었으나 효과가 없었다. 그러하여 시중에 판매되고 있는 EM방향제를 사용하는 것이 경제적이라는 결론을 내렸다.
○ 흡연 냄새 제거를 위한 환풍기 설치
- 단일 환풍기 구조를 사용했던 기존의 흡연실과 달리 흡연 냄새를 제거할 수 있는 환풍기를 제작하였다. 축축한 EM 발효액을 환풍기 앞에 설치함과 동시에 이중 카본 필터를 활용하여 담배 냄새를 효과적으로 제거해 길거리 흡연의 단점을 보안할 수 있게 되었다.
○ 아두이노를 이용한 흡연실 정화정도 측정
- 일산화탄소 센서를 이용하여 기체의 양을 측정한 후 이를 아두이노를 이용하여 LED 매트릭스에 명령을 내릴 수 있도록 하였다. 이를 통해 흡연실 내부의 정화정도를 가늠할 수 있다. 이 뿐만 아니라 흡연자가 LED 매트릭스를 통해 자신의 흡연의 심각성을 알고 다시 한 번 생각해볼 수 있는 계기가 되었다.
완성된 흡연부스의 모습
□ 시사점
○쾌적한 내부공기를 위한 방향제 설치
- ‘이 방법이면 정보를 확실하게 얻을 수 있겠다.’라고 생각하고 실험 계획서를 작성하면 항상 목표와 멀어져서 실험 방향을 잃어버리곤 했다. 이러한 행동을 반복하면서 첫 실험 에서 EM방향제보다 ‘P’사 방향제가 효과가 더 좋다는 결과가 나와서 당황했었다. 다행히 도 1시간 후에 EM방향제 효과가 더 높아서 놀란 마음을 쓸어 담았다. EM 농도 차이를 둔 방향제를 직접 만들었을 때에도 효과가 좋지 못 해서 많은 고민을 했음에도 불구하고 마땅한 해결책이 나오지 않아 현재 시중에 판매되고 있는 방향제를 사용하기로 했다.
이 실험을 시작할 때 EM에 관련된 정보가 많이 없어 실험을 성공했을 미래를 생각하며 자부심을 가지고 임했다. 하지만 원하는 결과를 얻지 못해 실망했지만 좀 더 지식을 쌓은 뒤 EM에 대해 알아내고 싶다.
○ 흡연 냄새 제거를 위한 환풍기 설치
- 완성품이 나오기까지 많은 시행착오를 겪었다. 뒤집을 때 필터가 밀리고, 연결하려고 하자 전선이 짧은 등 많은 고비가 있었지만, 마지막 실험 결과, 효과 있는 것을 확인했을 때 희열이 들었다. 스스로 자료를 찾아가며 능동적으로 전문가님과 메일을 주고받으며 피드백을 받았던 터라 새로운 경험을 한 것 같다. 또한 자신이 일이 아님에도 큰 도움을 주신 전문가님께 감사한 마음이 든다. 환풍기를 제작하면서 기존에 알지 못했던 분야에 대해 새롭게 공부하는 계기가 되어, 새로운 분야를 부딪쳤을 때 어떻게 대처해야 할지에 대해 배운 것 같다.
○ 아두이노를 이용한 흡연실 정화정도 측정
- 아두이노 소스를 제작할 때 너무 막막했지만, 내가 제작하고 싶은 프로그램과 비슷한 소스를 블로그를 통해 찾았고 이를 변형하려 하였으나 주변에 도움을 받을 수 있는 분이 없어 혼자 해결을 하려하였다. 하지만 이것이 생각보다 쉽지 않아 그냥 그대로 사용하게 되었다. 이 점이 가장 아쉬웠다. 이것을 만들기 전에는 담배연기의 양을 측정할 수 있는 기구가 아무것도 없었기에 이의 양을 알 수 없었지만 이 소스를 이용하여 센서와 연결을 하면서 담배연기의 양을 가늠할 수 있어 이를 이용하여 필터 효능 실험에도 이용할 수 있었다.
4. 홍보 및 사후 활용
□ 1인 흡연실을 현실로
○ 학교 내에 흡연 시설이 없어 많은 곤란을 겪고 계신 흡연자 선생님들을 대상으로 학교에 먼저 1인 흡연실을 개방하여 시연을 할 것이다. 이후 선생님들의 만족도 조사를 참 고 한 후 문제점을 보안할 것이다. 우리가 활동을 통해 얻은 자료와 1인 흡연실의 구조 등을 시청에 보내 동의를 구한 후 프로젝트를 진행해 상용화 시키는 것이 목적이다. 또한 공중전화부스가 유동인구가 많은 곳에 설치되어 있다는 장점을 이용해 광고판을 설치해 광고 수익을 창출할 예정이다. 광고 수익으로 공중전화박스 관리를 위한 인건비, EM방향제, 건전지와 같은 유지비 에 사용될 것이다. 그렇게 된다면 일자리 창출과 길거리 간접흡연 감소, 두 마리 토끼를 다 잡을 것이다.
○ Facebook에 1인 흡연실 페이지를 만들어 공중전화박스의 새로운 변화를 알리고, 흡연자들 이 1인 흡연실을 사용하면서 느낀 불편한 점이나 개선사항을 문의 받을 것이다. 또한 비흡연자들 의 문의사항을 받으면서 소통하는 1인 흡연실이 될 것이다.
5. 참고문헌 □ EM
○ EM원액 방향제 만드는 법
http://blog.naver.com/lej1247/220526322464
○ EM실생활 활용법 및 EM
http://onsiya.com/shop/goods/goods_view.php?goodsno=1&category=028
□ 필터
○ Nano 필름필터 공기청정기
http://academic.naver.com/view.nhn?doc_id=15813409&dir_id=0&page=0&query
=%EA%B3%B5%EA%B8%B0%20%ED%95%84%ED%84%B0%20%ED%9A%A8%EA%B3%
BC%20%EC%A6%9D%EC%A7%84&ndsCategoryId=10704
○ 바이오필터
http://academic.naver.com/view.nhn?dir_id=0&query=%EA%B3%B5%EA%B8%B0+
%ED%95%84%ED%84%B0+%ED%9A%A8%EA%B3%BC+%EC%A6%9D%EC%A7%84&p age=0&doc_id=57483655&ndsCategoryId=207
○ 표본 필터
http://www.interpark.com/product/MallDisplay.do?_method=detail&sc.shopNo=00 00100000&firpg=01&sc.prdNo=4148377450&sc.dispNo=016001&sc.dispNo=016001
○ 카본필터 만들기
http://www.ppomppu.co.kr/zboard/view.php?id=review&no=34418
○ kiss 흡연부스 광촉매 관련 연구
http://kiss.kstudy.com/journal/thesis_name.asp?tname=kiss2002&key=3459721#n one
□ 아두이노 ○ 아두이노 코드
http://blog.naver.com/roboholic84?Redirect=Log&logNo=220124643685&from=pos tView
