교육ㆍ문화시설 공기질 운영관리 시나리오 및 AI 알고리즘에 따른 공기질 관리 시스템 설계 및 구현 = Design and implementation of air quality management system based on AI algorithm and scenario of air quality management of educational and cultural facilities

국문 초록 (Abstract)

최근 중국에서 발생한 고농도의 황사 및 미세먼지를 포함하여 다양한 대기오염으로 인한 사망질병의 증가 및 전세계적으로 인류의 건강을 위협하는 요소로 공기질에 대한 심각성이 강조 되고있다. 초미세먼지 오염에 대한 불안과 경각심이 증가됨에 따라 일반인을 비롯하여 임산부, 노약자, 어린이 등 호흡기질환 등 민감, 위약군 위험이 증가됨에 따라 지속적인 공기질 관리에 대한 관심과 개선에 대한 노력이 요구되는 상황이다.
교육 시설 및 문화 시설의 경우 실내 공간에 다수의 사람들이 밀집되어 있으며 재실 기간이 긴 시설로 지속적인 환기 및 관리가 되지 않을 경우에는 이산화탄소를 포함하여 다양한 공기질 오염원에 따라 공기 오염에 노출될 위험이 높으며주기적인 환기를 통한 실내 공기질 관리가 필요한 상황이다.
현재 서비스를 진행하거나 적용 중인 공기질 관리 시스템의 경우 주된 적용 대상이 신축건물이며 추가적으로 실별제어, 기타 장치와 연동을 통한 통합화 및 필터 적용 등 효율을 높이는 것을 목적으로 하고 있는 상황으로 시설별 특성에 맞춰서 특화된 공기질 관리 시스템은 부족한 상황이다.
이에 본 연구에서는 각 시설별 빅데이터를 구축하고 구축된 데이터를 활용하여 각 공기질 오염원별 공기질 예측모델을 학습하고, 학습된 모델을 활용하여 실시간으로 들어오는 실내 공기질 데이터로부터 각 오염원별 예측 수치를 도출하며 도출된 수치를 기반으로 실내 공기가 실내 관리 가이드라인을 넘어가기전에 사전에 공기질을 관리 및 개선할 수 있는 교육ㆍ문화시설 공기질 개선을 위한 지능형 기반의 공기질 관리 시스템을 적용하고자 한다.
제안한 시스템을 통하여 교육시설 및 문화시설을 대상으로 각 시설별 실내 공기질 관리 기준에 의한 전열교환기 운영 방식과 지능형 기반의 공기질 관리 시스템 적용 이후의 실내 공기질 데이터 비교를 통하여 교육시설과 문화시설 내부의 공기질 오염원별 오염량 감소 수치를 산출하여 지능형 기반의 공기질 관리 시스템의 성능을 확인해보고자 한다.
이를 통해 각 시설별 실내 공기질 오염원 변동 된 수치에 따라 실내 관리 기준을 넘어가기전 사전에 공기질 관리를 통해 실내 재실자들에게 쾌적한 공기를 제공하고자 한다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The recent increase in death diseases caused by various air pollution, including high concentrations of yellow dust and fine dust in China, and the seriousness of air quality as a threat to human health worldwide have been emphasized. As anxiety and awareness of ultrafine dust pollution increases, the risk of sensitive and placebo groups such as respiratory diseases such as pregnant women, the elderly, and children, as well as the general public, requires attention and efforts to improve air quality.
In the case of educational and cultural facilities, there is a high risk of exposure to air pollution due to various air quality pollutants, including carbon dioxide, and indoor air quality management through periodic ventilation is necessary.
In the case of the air quality management system currently in service, the main application is a new building, and the purpose is to increase efficiency through additional control, integration with other devices, and application of filters.
Therefore, this study aims to apply an intelligent air quality management system to improve the air quality of educational and cultural facilities before indoor air passes the indoor management guidelines based on the learned model to learn the air quality prediction model.
For educational and cultural facilities through the proposed system
By comparing the operation method of the heat exchanger according to the indoor air quality management standard and the indoor air quality data after applying the intelligent air quality management system, the performance of the intelligent air quality management system is determined by calculating the pollution level of the educational and cultural facilities.
Through this, we intend to provide comfortable air to indoor residents through air quality management in advance before exceeding indoor management standards according to the changed levels of indoor air quality pollutants for each facility.

목차 (Table of Contents)

• 1. 서론 1
• 가. 연구의 배경 및 목적 1
• 나. 관련 제품 및 기술, 서비스 현황 15
• 다. 국내ㆍ국외 시장 규모 현황 6
• 라. 기술 개요 11
• 1) 교육시설 연구개요 11
• 2) 문화시설 연구개요 12
• 2. 교육ㆍ문화시설 공기질 운영관리 시나리오 설계 13
• 가. 교육시설 실증사이트 설계 및 구현 13
• 1) 교육시설 설계 및 구현 13
• 2) 교육시설 공기질 오염 원인 및 요소 분석 15
• 3) 교육시설 사용자 맞춤형 AI 기반 공기질 관리 시나리오 15
• 가) 교육시설 사용자 맞춤형 AI 학습모델 구현 17
• 나. 문화시설 실증사이트 설계 및 구현 19
• 1) 문화시설 설계 및 구현 19
• 2) 문화시설 공기질 오염 원인 및 요소 분석 21
• 3) 문화시설 사용자 맞춤형 AI 기반 공기질 관리 시나리오 21
• 가) 문화시설 사용자 맞춤형 AI 학습모델 구현 22
• 3. 교육ㆍ문화시설 공기질 운영관리 시스템 S/W 구현 26
• 가. 실내 모니터링 설계 및 구현 27
• 나. 실외 모니터링 설계 및 구현 28
• 다. 공기질 운영 현황 기능 설계 및 구현 29
• 라. 설비 제어기능 설계 및 구현 30
• 마. 실내외 이력 화면 설계 및 개발 30
• 4. 교육ㆍ문화시설 공기질 관리 시스템 운영 효율 분석 32
• 가. 교육시설 사용자 맞춤형 AI 공기질 관리 시스템 운영 효율 분석 32
• 나. 문화시설 사용자 맞춤형 AI 공기질 관리 시스템 운영 효율 분석 34
• 5. 결론 37
• 참고 문헌 39
• 영문초록 41