생물학적 혹은 핵 위협과 정전이 겹치는 비상 상황에서는 공기청정기를 배터리로 돌릴 수 있다는 것이 정말 유용할 수 있습니다. 12V DC로 동작하는 제품을 골라 LiFePO4 배터리에 연결하면 공기청정기 가격 164달러에 더해 약 188달러가 들며, 141 CFM 풍량을 일주일 넘게 유지할 수 있습니다.

저는 DIY 바이오 하드닝에 대해 고민해 왔는데, 주로 환경-인간 간 전파 위협으로 인한 위험을 줄이기 위해서입니다. 그런데 기존에 나와 있는 대책들은 대부분 전력망이 유지된다는 전제 위에 있습니다. 이는 좋은 가정으로 보이지 않습니다. 사회가 필수 인력을 훌륭하게 보호하고 전력망 유지에 최우선 순위를 둔다고 해도, 지금보다 훨씬 더 빈번하고 오래 지속되는 정전이 발생할 것으로 예상합니다. 정전 때문에 양압이 사라지고 감염된다면 정말 최악입니다!

오늘 당장 DIY 클린룸을 만들어야 한다면 저는 AirFanta 3Pro로 시작할 것입니다. 이미 공간 안에 있는 공기를 정화하는 용도로는 HEPA가 과한 감이 있지만, 외부에서 들어오는 공기를 정화하는 것이 목적이라면 아주 좋습니다.

가장 간단한 방법은 휴대용 파워스테이션을 사는 것입니다. 저는 1,056Wh 용량의 Anker SOLIX C1000을 가지고 있는데 아마존에서 450달러이니 Wh당 0.43달러꼴입니다. AliExpress를 믿는다면 322달러(Wh당 0.31달러)에 구할 수도 있을 것 같습니다. 휴대용 파워스테이션으로는 꽤 전형적인 가격대이며, SOLIX가 태양광 충전을 지원한다는 점이 마음에 듭니다.

다른 선택지로는 딥사이클 AGM 납산 배터리가 있습니다. 2018년에는 제가 이 방식을 택했습니다. 하지만 지금 다시 찾아보니 이제는 거의 가성비가 나오지 않는 것 같습니다. 실제로는 50Ah 정도만 쓰는 것이 좋은 100Ah AGM이 160달러이고, 80~100%까지 방전할 수 있는 100Ah LiFePO4가 147달러입니다. 게다가 LiFePO4는 무게도 절반 이하로 가볍습니다. 24파운드 대 57파운드입니다.

휴대용 파워스테이션과 달리, 이 방식은 몇 가지 부품을 직접 조립해야 합니다:

• 쿨롱 카운터 션트 — 얼마나 전력을 썼는지 알려줘서 남은 용량이 얼마인지, 방전이 임박했는지 알 수 있습니다. (16.19달러)

• 퓨즈 홀더와 퓨즈 — 단락이 발생해도 화재가 나거나 배터리가 파손되지 않도록 합니다. (1.70달러)

• 커넥터 — 극성을 헷갈려 기기를 망가뜨릴 걱정 없이 쉽게 연결하고 분리할 수 있습니다. (4.66달러)

• 충전기 — 전력을 다시 쓸 수 있게 되었을 때 배터리를 완충할 수 있습니다. (18.99달러)

이 부품들은 퓨즈(인버터에 내장되어 있음)와 AirFanta 연결용 커넥터(5.5mm x 2.5mm 센터 플러스 배럴 잭을 사용합니다)를 제외하면 이전 인버터 프로젝트 때 이미 가지고 있던 것들입니다. 모두 연결하니 AirFanta를 오프그리드로 돌릴 수 있습니다:

만약 이런 부품들을 이미 가지고 있지 않았다면 1,280Wh 용량을 갖추는 데 188달러, 즉 Wh당 0.15달러가 들었을 것입니다. 휴대용 파워스테이션보다 훨씬 저렴하지만, 그만큼 할 수 있는 것도 적습니다. 12V DC로 동작하는 기기만 쓸 수 있습니다.

이제 배터리를 감싸고 이런 부가 기능을 다 넣어 DIY할 필요가 없게 만든 박스를 누군가 팔 것 같지만, 제가 알기로는 그런 제품이 딱히 없습니다. 보트용으로 “배터리 박스 파워 센터”라는 제품이 팔리긴 하지만 얼마나 전력을 썼는지 측정하는 기능이 없습니다. 최신 LiFePO4 배터리의 경우 전압만으로 남은 용량을 가늠하기 어렵기 때문에 이는 큰 문제입니다. 또 이런 박스들은 충전 기능도 제공하지 않습니다. 보트에서는 굳이 필요 없는 기능이기 때문입니다. 그래서 제대로 된 기능을 갖춘 휴대용 파워스테이션과 DIY 구성, 이 두 가지가 주된 선택지라고 생각합니다.

개인적으로는 두 시스템을 다 가지고 있어서 다행이라고 생각합니다:

• Anker SOLIX 휴대용 파워스테이션은 훨씬 유연합니다. AC로 기기를 구동하고, USB 포트를 제공하며, 전력이 들어올 때는 벽면 콘센트에서 매우 빠르게 충전되고, 태양광으로도 재충전할 수 있습니다.

• DIY 12V 시스템은 더 단순하고 고장 날 가능성이 적으며, 모듈식이라 수리가 쉽고 더 저렴합니다. 용량을 늘리고 싶다면 배터리를 추가하는 것만으로 Wh당 0.11달러에 전체 용량을 확장할 수 있습니다.

두 시스템 사이에 전력도 비교적 손실이 적게 옮길 수 있어서 필요에 따라 유연성과 용량을 각각 활용할 수 있습니다.

이 구성이 전력을 얼마나 끌어쓰고 얼마나 오래 돌릴 수 있을지 정말 알고 싶지만, 실제로 만들어서 측정하지 않는 한 추정치만 낼 수 있습니다. 큰 의문 중 하나는 유의미한 수준의 가압이 가능한가 하는 점입니다. +75Pa 근처까지는 절대 못 갈 것 같지만, 기존 건물 내부의 공간을 가압해 바람의 영향을 피할 수 있다면 +10Pa 정도는 가능하고도 충분하지 않을까 싶습니다. 일단 이 문제는 제쳐 두고, 제가 직접 다루기 쉬운 경우, 즉 공기청정기를 설계된 대로 동작시키는 경우만 살펴보겠습니다.

그렇다면 AirFanta를 얼마나 오래 돌릴 수 있을까요? 청정공기공급률(CADR)을 최대로 끌어올리려면 어떤 단계를 써야 할까요?

제조사에서 전력과 풍량 수치를 제공하지만, DC로 직접 구동하면 전력 소모가 조금 더 낮을 것으로 예상합니다. 최고 단계에서 제조사는 33.2W라고 표기하는데 제가 측정한 값은 29.2W였으니 약 14% 차이로 예상 범위 안에 들어갑니다. 이 비율을 반영해 보정하고 와트당 CFM을 계산하면 다음과 같습니다:

2단이 가장 효율은 높지만 풍량은 적습니다. 공기청정기가 무한히 있다면 모두 2단으로 돌리는 것이 좋겠지만, 더 많은 풍량이 필요하다면 충분한 CADR을 확보하기 위해 더 높은 단으로 올려야 할 수도 있습니다.

다른 단계에서의 예상 가동 시간도 추정해 볼 수 있습니다. 12V DIY 시스템은 100Ah 12.8V LiFePO4 셀(1,280Wh), Anker C1000은 1,056Wh로 모델링하겠습니다. [1] C1000은 전원을 켜는 것만으로 2.5W를 소모하고, 인버터를 돌려야 하면 7W가 추가로 들며, DC-DC 변환(12V 포트)에서 7%, DC-AC 변환(AC 콘센트)에서 14%의 손실이 발생한다고 추정합니다. 이를 바탕으로 12V DIY 시스템, 12V 포트를 통한 C1000, AC 포트를 통한 C1000(여기서는 AC-DC 변환에서 14%가 추가로 손실됩니다) 세 가지를 모델링하겠습니다:

오버헤드가 가동 시간에 미치는 영향은 특히 저전력 구간에서 큽니다. 141 CFM을 내는 2단 기준으로 DIY 시스템은 13일보다 조금 짧게, 12V 포트로 연결한 C1000은 6일을 조금 넘게, AC 포트로 연결한 C1000은 3일보다 조금 짧게 가동할 수 있을 것으로 예상됩니다. 전력 소모가 큰 고단에서는 오버헤드의 영향이 덜합니다. 팬이 29W를 쓸 때 2.5W(혹은 9.5W)를 오버헤드로 잃는 것은 상대적으로 부담이 적기 때문입니다.

이 분석은 특히 낮은 풍량으로도 충분하다면 DIY 시스템 쪽으로 훨씬 더 무게를 싣게 합니다.

[1] LiFePO4 셀에는 충전 제한 회로가 내장되어 있어 0%까지 방전해도 괜찮습니다. 그냥 꺼질 뿐입니다. 완전 방전 상태로 보관해서는 안 되지만, 여기서는 바로 재충전한다고 가정합니다. 따라서 두 배터리 모두 전체 용량을 온전히 쓸 수 있습니다.