[첨단 헬로티]

주변 환경을 감지하는 능력

우리를 둘러싼 환경을 정확하게 감지할 수 있다면 환경을 조정하거나 안전하지 않은 상황을 미리 경고할 수 있다. 여기에는 상상할 수 있는 많은 가능한 애플리케이션들이 있다. 집안의 공기질을 정확하게 모니터링하고, 사람의 코로 탐지할 수 없는 유해한 가스 냄새를 맡을 수 있는 스마트 홈 장치를 상상해 볼 수 있다. 스마트 홈 조절 시스템은 예를 들어 CO2 수준이 높아지면, 이를 탐지해 환기 시스템을 조절할 수 있다. 공기질에 따라 HVAC(Heating, Ventilation and Air-Conditioning)를 조절하면 HVAC 장비에 필요한 전력량을 최대 50%까지 절약할 수 있고, 건물의 전체 에너지 소비를 25% 줄이는 효과를 얻을 수 있다.

다른 가능한 경우는 가로등에 공기질 모니터링 시스템을 설치하여 공기 오염을 검사하고 해당 데이터를 중앙 모니터링 센터에 보고하는 것이다. 이러한 데이터는 분석을 거쳐 다른 루트로 교통을 유도하여 교통 흐름을 조정하는 데 사용될 수 있다. 그 결과 해당 지역의 공기질 저하의 원인이 되는 자동차 수를 줄일 수 있다.

모바일 및 피트니스 기기는 효과적인 공기질 감지를 사용하여 환경을 모니터링하고 공기질 상태가 나쁘면 사용자에게 이를 알려줄 수 있다. 이러한 센서는 집안의 공기를 모니터링할 뿐 아니라 출퇴근 시 자동차 실내 공기를 감지하는 데에도 사용할 수 있다. 사실상 수 많은 적용사례와 응용분야에 대한 가능성이 있을 것으로 기대된다.

▲ CO2 감지 애플리케이션의 무한한 가능성

현재의 CO2 감지 기술

CO2 검출에 사용되는 여러 방법들이 있다. 가장 비싸고, 현재 가장 정확한 방법은 비분산 적외선(NDIR) 센서에 기반한 것으로, 예를 들어 빌딩 자동화 애플리케이션에서 가스를 검출하는 데 사용되는 단순한 분광 센서가 있다. 전형적인 NDIR은 IR 소스, 샘플 체임버, 스펙트럼 필터, 레퍼런스 및 흡수 IR 검출기로 구성되는 다소 부피가 큰 센서이다.

현재 시중에 나와 있는 비용 효율적이면서 정확한 CO2 센서는 없다. 일부 업체에서 개발한 센서는 실내 환경에서 다양한 오염물질을 검출한 다음 알고리즘을 사용하여 등가 CO2 (일명 eCO2)를 계산한다. 이 솔루션은 CO2의 주 오염원이, 존재하는 사람으로부터 발생한다고 가정하므로, 다양한 가정에 근거한 최선의 추측을 결과로 제공할 뿐이다. eCO2 판독은 추정에 지나지 않기 때문에, 이와 같이 잠재적으로 부정확한 정보에 기초한 실내 공기질 조절은 불필요한 환기에 에너지를 낭비하거나, 필요할 때 적절한 환기를 못할 수 있다. 그 결과 제품에 대한 소비자들의 신뢰를 잃고 공기질 변화에 따른 유용한 애플리케이션을 만들 수 없다.

실생활 실험을 통한 실제 CO2 센서와 eCO2 센서 비교

인피니언은 자체적인 일부 환경 테스트를 수행하여 실제 생활 조건에서 실내 CO2 농도를 측정했다. 정확한 실제 CO2 측정은 산업용 센서 기준에 맞춰 진행되었으며, 이는 흔히 소비자용 등급 MOX 기반 센서를 사용하여 예측하는 eCO2와는 확연히 다른 부분이다. 측정은 난로에서 나무를 태운 다음 석탄을 태우고, 주전자에 물을 끓이고, 창문을 열고 닫으면서, 요리를 하는 등 다양한 상황에서 수행되었다. 그림 3은 측정 결과를 보여준다.

▲ 건물 내 공기질 측정

측정된 eCO2 값은 산업용 등급 센서로 측정한 실제 CO2 농도와 정확성에 차이를 보인다. VOC와 eCO2 간에는 일부 상관관계가 존재하지만, 이는 실내 환경에 존재하는 실제 CO2를 실질적으로 나타내지 않으므로 거의 유용하지 않다. 위의 그래프에서 볼수 있듯이, 향수를 실내에 뿌렸을 때 향수로 인해 실제로는 CO2가 유입되지 않으므로 CO2 센서는 영향을 받지 않는다. 하지만 VOC기반의 eCO2 센서는 이러한 다른 요소 등에 크게 영향을 받으며, CO2 농도가 실제로 변하지 않았지만 CO2 의 현저한 증가를 보여준다. 창문을 열어 외부 공기가 들어오는 경우, 센서 변화값은 두 센서 모두 영향을 받지만 실제 측정된 CO2와 eCO2 판독값은 여전히 동기화되지 않으며, 그 결과 방안에 존재하는 수준보다 더 높은 CO2 농도를 보여준다.

요약

건강에 대한 관심이 높아지면서 우리가 숨쉬는 공기질이 점점 더 중요해지고 있다. TV 뉴스에서는 도시에 내려앉은 스모그를 보여주지만, 우리들 대부분이 실내에서 훨씬 많은 시간을 보낸다는 사실을 고려하면 실제로 집과 사무실의 공기질이 더 중요하다.

CO2를 검출하는 다양한 방법이 있지만, 이들 방법은 최신 서모스탯이나 모바일 기기에 설치할 수 있는 센서의 요구를 충분히 만족하지 못한다. MOX 센서는 선택적으로 사용할 수 없으며, 습도와 온도의 영향을 받는다. eCO2 솔루션은 VOC 측정에 기반해 가정하지만, CO2 농도에 대한 추정을 제공할 뿐이다. NDIR 센서는 이와 같은 문제가 없지만, 부피가 크고 매우 비싸며 대량생산 애플리케이션에는 적합하지 않다.

실내 공기질을 모니터링하고 향상시킬 수 있는 CO2 측정은 현대의 삶의 과제 중 드물게 아직 실행 가능한 기술적 솔루션이 눈에 띄지 않는 분야인 듯하다. 저비용, 저전력의, 정확하고 안정적인 솔루션이 개발된다면, 업계는 공기질 모니터링과 관리에 극적인 향상을 이루고, 인간의 건강과 수명에도 커다란 진전을 이루게 될 것이다.

글 / 히샴 리피(Hicham Riffi), 비즈니스 개발 매니저, 인피니언 테크놀로지스