배터리로 공기청정기를 가동하는 것은 정전과 생물학적 또는 핵 위협이 겹친 비상 상황에서 정말 유용할 수 있다. 12V DC로 동작하는 제품을 하나 구해 LiFePO4 배터리에 연결하면 약 188달러(청정기 가격 164달러 별도)로 일주일이 넘게 141 CFM을 얻을 수 있다.

나는 주로 환경-인간 간 위협으로 인한 위험을 줄이기 위해 DIY 바이오 하드닝에 대해 고민해 왔다. 그런데 기존에 나와 있는 정보들은 대부분 전력망이 유지된다는 것을 전제로 한다. 이는 좋은 가정으로 보이지 않는다. 사회가 필수 인력을 훌륭하게 보호하고 전력망 유지에 우선순위를 둔다 해도, 나는 지금보다 훨씬 더 빈번하고 오래 지속되는 정전이 발생할 것이라 예상한다. 정전 때문에 양압을 잃고 감염된다면 정말 끔찍한 일이다!

오늘 당장 DIY 클린룸을 만들어야 한다면 나는 AirFanta 3Pro부터 시작할 것이다. 이미 공간 안에 있는 공기를 정화하는 용도로는 HEPA가 과하다고 할 수 있지만, 공간으로 들어오는 공기를 정화하는 것이 목적이라면 훌륭하다.

가장 간단한 방법은 휴대용 파워 스테이션을 사는 것이다. 나는 1,056Wh짜리 Anker SOLIX C1000을 가지고 있는데 아마존에서 450달러이니 Wh당 0.43달러 꼴이다. 알리익스프레스를 믿는다면 322달러(Wh당 0.31달러)에 구할 수도 있다. 휴대용 파워 스테이션으로는 꽤 전형적인 가격으로 보이고, SOLIX가 태양광 충전을 지원한다는 점이 마음에 든다.

다른 선택지는 딥사이클 AGM 납축전지다. 2018년에는 내가 이 방식을 택했다(2018년에). 지금 다시 찾아보니 이제는 거의 가성비가 나오지 않는 것 같다. 100Ah AGM은 실제로는 50Ah 정도만 쓰는 것이 좋은데 160달러이고, 80~100%까지 방전할 수 있는 100Ah LiFePO4는 147달러다. 게다가 LiFePO4는 무게가 절반도 안 된다. 57파운드 대 24파운드다.

휴대용 파워 스테이션과 달리, 이 방식은 몇 가지 부품을 직접 조립해야 한다:

• 쿨롱 카운터 션트, 얼마나 전력을 썼는지 알려줘서 남은 용량과 거의 다 썼는지 알 수 있게 해준다. ($16.19)

• 퓨즈 홀더와 퓨즈, 단락이 발생해도 화재가 나거나 배터리가 망가지지 않도록 해준다. ($1.70)

• 커넥터, 극성을 헷갈려 뭔가를 망가뜨릴 걱정 없이 쉽게 연결하고 분리할 수 있게 해준다. ($4.66)

• 충전기, 전원을 다시 사용할 수 있게 되었을 때 배터리를 완충할 수 있게 해준다. ($18.99)

나는 이전 인버터 프로젝트 때부터 퓨즈(인버터에 통합되어 있음)와 AirFanta용 커넥터(5.5mm x 2.5mm 센터 플러스 배럴 잭을 사용한다) 외에는 이 모든 것을 이미 가지고 있었다. 모두 연결하니 AirFanta를 오프그리드로 가동할 수 있다:

만약 이 부품들을 이미 가지고 있지 않았다면 1,280Wh에 188달러, 즉 Wh당 0.15달러를 썼을 것이다. 휴대용 파워 스테이션보다 훨씬 저렴하지만, 제공하는 기능도 훨씬 적다. 12V DC 기기에만 전원을 공급할 수 있다.

이제 누군가 배터리를 감싸고 이런 부가 기능을 제공하는 박스를 팔아 DIY할 필요가 없게 만들 것 같지만, 내가 알기로 그런 제품은 딱히 존재하지 않는다. 보트용으로 “battery box power centers”를 파는 곳이 있긴 하지만, 얼마나 전력을 썼는지 측정해 주지 않는다. 최신 LiFePO4 배터리에서는 전압으로 잔량을 가늠하기 어렵기 때문에 이는 큰 문제다. 이런 박스는 충전 기능도 제공하지 않는다. 보트에서는 굳이 필요 없는 기능이기 때문이다. 그래서 제대로 된 기능을 갖춘 휴대용 파워 스테이션과 DIY 구성이 두 가지 주요 선택지라고 생각한다.

개인적으로는 두 시스템을 모두 갖추고 있어 다행이라고 생각한다:

• Anker SOLIX 휴대용 파워 스테이션은 훨씬 유연하다. AC로 기기에 전원을 공급하고, USB 포트를 제공하며, 전력이 있을 때는 콘센트에서 아주 빠르게 충전되고 태양광으로도 충전할 수 있다.

• DIY 12V 시스템은 더 단순하고 고장 날 가능성이 적으며, 모듈식이라 수리하기 쉽고 더 저렴하다. 더 큰 용량이 필요하면 Wh당 0.11달러에 배터리를 추가로 구매하는 것만으로 전체 용량을 늘릴 수 있다.

필요에 따라 유연성이나 용량을 활용하기 위해 두 시스템 간에 비교적 적은 손실로 전력을 옮길 수도 있다.

이게 전력을 얼마나 끌어쓰고 얼마나 오래 가동할 수 있을지 정말 알고 싶지만, 실제로 만들어서 측정해 보지 않고서는 추정할 수밖에 없다. 큰 의문은 유의미한 수준의 가압에 도달할 수 있는가 하는 점이다. +75Pa에 가깝게 도달하지는 못할 것 같지만, 기존 건물 내부의 무언가를 가압해 바람을 피할 수 있다면 +10Pa 정도는 가능하고 충분할지도 모른다. 일단 그 문제는 제쳐두고, 내가 다루기 쉬운 경우, 즉 공기청정기를 설계된 대로 가동하는 경우만 살펴보겠다.

그래서 AirFanta를 얼마나 오래 돌릴 수 있을까? 청정 공기 공급률(CADR)을 최대화하려면 어떤 설정을 써야 할까?

제조사가 전력과 풍량 수치를 제공하지만, DC로 직접 구동하면 전력 소모가 조금 더 낮을 것으로 예상한다. 제조사는 최고 설정에서 33.2W라고 하는데 내가 측정해 보니 29.2W였으니, 약 14% 차이로 예상했던 수준과 거의 일치한다. 그 비율만큼 낮춰서 와트당 CFM을 계산하면 다음과 같다:

설정 2가 가장 효율적이지만 풍량은 더 적다는 것을 알 수 있다. 청정기를 무제한으로 가지고 있다면 모두 설정 2로 돌리는 것이 좋겠지만, 더 많은 풍량이 필요하다면 충분한 CADR을 얻기 위해 더 높게 설정해야 할 수도 있다.

다른 속도에서 얼마나 오래 가동할 수 있는지도 추정해 볼 수 있다. 12V DIY 시스템은 100Ah LiFePO4 12.8V 셀(1,280Wh)로, Anker C1000은 1,056Wh로 모델링하겠다. [1] C1000은 그냥 켜두기만 해도 2.5W를 소모하고, 인버터를 가동해야 하면 추가로 7W를 소모하며, DC-DC 변환(12V 포트)에서 7%, DC-AC 변환(AC 콘센트)에서 14% 손실이 발생한다고 추정한다. 그래서 12V DIY 시스템, 12V 포트를 통한 C1000, 그리고 AC 포트를 통한 C1000(여기서는 AC-DC 변환에서 다시 14%를 잃는다) 세 가지를 모델링하겠다:

오버헤드가 가동 시간에 미치는 영향은 상당하며, 특히 낮은 전력 소모에서 두드러진다. 141 CFM을 내는 설정 2에서는 DIY 시스템이 13일 바로 못 미치게, C1000을 DC로 연결했을 때는 6일 조금 넘게, C1000을 AC로 연결했을 때는 3일보다 조금 짧게 가동할 수 있어야 한다. 더 높은 전력 소모에서는 팬이 29W를 필요로 할 때 2.5W(혹은 9.5W까지)를 오버헤드로 잃는 것이 상대적으로 덜 중요하므로 이 문제가 덜하다.

이는 특히 낮은 풍량으로 충분하다면 분석을 DIY 시스템 쪽으로 훨씬 더 기울게 한다.

[1] LiFePO4 셀에는 충전 제한 회로가 내장되어 있어 0%까지 방전해도 괜찮다. 그냥 꺼질 뿐이다. 완전히 방전된 상태로 보관해서는 안 되지만, 여기서는 곧바로 재충전한다고 가정한다. 즉 두 배터리 모두 전체 용량을 사용할 수 있다는 뜻이다.