A procedure to predict the performance of an air purifier to remove toxic gases has been developed and applied to solve for the time history of the concentration distribution in a typical living-room environment. The rate of toxic gas removal vs. the gas concentration is estimated by continuously monitoring the concentration in the standard test chamber. A set of experiments for three different flow rates shows that the normalized removal rates are independent of the mass flow rates. It is found, however, that the removal characteristics for two toxic gases tested are quite different. The target gases are Ammonia $(NH_3)$ and Toluene $(C_7H_8)$. Once established the relationships between the toxic gas removal rates and the concentration for the two target gases, the equations of continuity, momentum, and species are solved by a finite volume method with the standard k-ε turbulence model. The air purifier acts as the toxic gas sink in the calculation as the air passes through the purifier filter. The time history of the toxic-gas concentration is then obtained for two purifier locations in a typical living-room of $82.5 m^3$ and the results are presented in the thesis.
It is confirmed that an adequate purifier location is essential in improving the filtration effects as a more adequate location enhances the total toxic gas removal and reduces the maximum local concentration.
최근 환경문제는 그 중요성이 크게 대두되고 있으며 특히 사람들이 많은 시간을 보내는 실내공간의 오염된 공기를 제어하는 것은 중요한 이슈로 떠오르고 있다. 주된 오염원인 자동차 배기가스 및 황사 등에 의한 공기의 오염이 심해지고, 주택의 대량공급에 따라 건축재료가 다양화되면서 건물 마감재 및 가구 등에서 새로운 오염물질이 배출 되어 공기의 오염도가 심해지고 있다. 특히 신축건물에서 많이 발생하는 벤젠(Benzene), 톨루엔(Toluene), 크실렌(Xylene)과 같은 휘발성 유기화합물(Volatile Organic Compounds) Gas는 발암물질인 동시에 호흡기 질환 및 아토피와 같은 피부 질환의 주요 원인으로 밝혀지고 있다. 최근 VOC Gas를 제거하기 위한 특수 환기 장치나 VOC 발생을 억제하기 위한 특수 처리를 하고 있으나 비용 및 지속성에서 큰 효과를 얻지 못하고 있다. 이러한 건물의 실내에서 오염된 공기를 효과적으로 제거하기 위해서는 자연환기(Natural Ventilation)를 시켜 주는 것이 좋은 방법이다. 그러나 계절적인 요인과 날씨 요인, 대기 오염으로 인한 실외 공기 질의 악화로 자연환기는 제한적일 수 밖에 없다. 따라서 자연환기 외에 실내에서 오염된 공기를 제어하기 위해서는 공기청정기를 사용하는 것이 가장 효과적인 대안으로 떠오르고 있다.
일반적으로 유체가 사용되는 장치의 성능 측정 및 평가는 실험에 의해서 이루어진다. 그러나 실험을 통해 장치의 성능을 평가하는 과정은 시간, 공간, 측정 그리고 비용의 제한을 받게 된다. 따라서 본 연구는 Test chamber에서의 최소 실험 결과를 가지고 수치 해석 조건을 결정하여, 실공간(아파트 거실)에서의 공기청정기의 유해 Gas제거 성능을 설치 위치와 풍량에 따라 전산 예측하였다.
