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문제 정의
- 그러나 지금까지 우리나라에서는 방출계수의 측정과 실내공간농도 측정에만 연구가 집중되어 실내오염물질 전달과정 및 제거과정을 해석하는데 있어 상당한 부분이 국외 자료만을 인용하고 있다. 본 연구에서는 실내오염물질 확산 및 분배계수산정을 실험적으로 추정 (Cox et al., 2001)함으로써, 전산 유체역학 등을 이용한 접근에 필요한 기초자료를 제공하고, 기존 환기장치 운영등에 필요한 정보를 산출하고자 하였다.
- 확산계수의 경우 농도 감소속도와 밀접한 관련이 있으며, 재료내 최초 VOCs 농도는 방출량/[재료의 부피]로 구할 수 있으나 기존 소형 챔버법으로 측정된 자료만 이용할 경우 직접적으로 구할 수 없다. 본연구에서는 미량저울(microbalance)와 기존 소형챔버법을 이용하여 측정된 자료를 조합하여 回 Co를 구하는 방법을 제시하였다.
제안 방법
- 0.1~0.5 飓까지 칭량할 수 있는 미량저울(microbalance, ModelD200-02, Cahn)를 사용하였으며, 홉착과 탈착과정의 무게를 PC-DAQ(Data Acquisition system)을 이용 질량변화를 측정 기록하였다. 미량저울(microbalance) 진동오차를 최소화하기 위하여 방진고무와 스프링을 이용한 방진시스템을 설치하여 건물진동 및 외부진동을 최소화하였다.
- 또한 건조한 조건에서 발생하기 쉬운 정전기 영향과 급격한 외부온도 변화를 차단하기 위하여 전체 시스템을 표면이 알루미늄으로 처리된 폴리에틸렌(polyethylene)을 사용하여 시스템을 포장하였다. 내부 실험장치에 접지선을 투입하여 정전기 영향을 제거하였다. 측정챔버 내부온도는 온도조절기 (Isotemp, 1O28D, Fisher Scientific)를 이용하여 24.
- 단위면적당 방출량의 개념을 이용하여 초기 VOCs 함유량 및 확산계수를 산정하기 위해서는 시료의 두께 및 크기 측정이 선행되어야 하며, 물리적인 크기가 실제 확산계수 계산시 매우 중요한 영향을 줌으로 본 연구에서는 정교한 버어니아켈리퍼스를 이용하여 5회 측정하여 평균치를 사용하였다. 소형챔법으로 측정한 바닥재의 방출량 자료를 직접 回 K를 산정할 수는 없다.
- 미량저울(microbalance) 진동오차를 최소화하기 위하여 방진고무와 스프링을 이용한 방진시스템을 설치하여 건물진동 및 외부진동을 최소화하였다. 또한 건조한 조건에서 발생하기 쉬운 정전기 영향과 급격한 외부온도 변화를 차단하기 위하여 전체 시스템을 표면이 알루미늄으로 처리된 폴리에틸렌(polyethylene)을 사용하여 시스템을 포장하였다. 내부 실험장치에 접지선을 투입하여 정전기 영향을 제거하였다.
- 3。(3로 유지하였다. 또한 시료를 칭량하는 챔버와 실험실에 온도센서 (RTD, Model 2Ptl00G3050, Omega) 를 설치하여 온도를 연속 측정하였다. Fig.
- 마이크로톰으로 자른 시료에 남아 있는 VOCs (Volatile Organic Compounds)를 제거하기 위하여 클린 챔버 (70±0.2℃)에 고순도 질소(Nitrogen, N2» 공급하며 7일 동안 질량변화를 관찰하였다. 온도조건(70 ±0.
- 모든 가스유로는 스테인레스(3.2 mm O.D 304)와 테프론(Teflon) 튜빙 (tubing)을 사용하였으며, 시료 챔버바닥에는 미세한 유리 구슬 산기장치를 설치하여 챔버내부에 정상류가 흐르도록 하였다. 흡착실험을 위하여 GC(Gas Chromatogram) 교정에 사용되는 확 산식 VOCs 발생장치(Dynacalibrator Modell90, VICI Metronics, Inc.
- 5 飓까지 칭량할 수 있는 미량저울(microbalance, ModelD200-02, Cahn)를 사용하였으며, 홉착과 탈착과정의 무게를 PC-DAQ(Data Acquisition system)을 이용 질량변화를 측정 기록하였다. 미량저울(microbalance) 진동오차를 최소화하기 위하여 방진고무와 스프링을 이용한 방진시스템을 설치하여 건물진동 및 외부진동을 최소화하였다. 또한 건조한 조건에서 발생하기 쉬운 정전기 영향과 급격한 외부온도 변화를 차단하기 위하여 전체 시스템을 표면이 알루미늄으로 처리된 폴리에틸렌(polyethylene)을 사용하여 시스템을 포장하였다.
- 미량저울(microbalance)에 저장된 흡착과 탈착과정의 시료 질량변화 자료를 이용하여 K, D를 산정하였다. VOCs와 시료의 흡착 평형상태는 분배계수(Partition coefficient, K)로 표현할 수 있다.
- 소형챔법으로 측정한 바닥재의 방출량 자료를 직접 回 K를 산정할 수는 없다. 방출량 자료를 이용하여 확산 및 분배계수를 산정하기 위해서는 초기 시료에 포함된 VOCs 농도를 추정하는 과정이 필요하며, 본 연구에서는 식 (4)의 개념을 응용하였으며, 방출량 감쇄곡선을 적분하여 자재에 포함된 초기 VOCs 농도(Co)를 구하였다. 이와 같은 관계를 정리하면 식 (5), (6)과 같이 나타낼 수 있다.
- 따라서 기존소형챔버를 이용하여 측정된 방출량을 이용하여 각종 TVOC의 확산 및 최초 VOCs 함유량 등의 정보를 추정하는 방법이 필요하다. 본 연구에 사용된 방출량 TVOC 농도는 Supelco 사의 표준가스(100 ppb)를 흡착튜브에 50m//min 유량으로 5분, 10분, 15분 주입한 후 분석하여 선형성을 평가하였다. 선형성을 평가한결과 대부분의 물질에서 RJ0.
- 신축 아파트 및 신축대형 건물 바닥에 많이 사용되는 장판 제의 확산 및 최초농도를 실험적인 방법을 통하여 추정하였다. 확산계수의 경우 농도 감소속도와 밀접한 관련이 있으며, 재료내 최초 VOCs 농도는 방출량/[재료의 부피]로 구할 수 있으나 기존 소형 챔버법으로 측정된 자료만 이용할 경우 직접적으로 구할 수 없다.
- 마찬가지로 무게의 변동이 1% 이하의 변동 값을 나타낼 경우 충분한 평형조건에 도달한 것으로 간주하였다. 평형 도달 후 유로를 변경하여 탈착과정을 시작하였다. 탈착 과정의 경우 확산 셀(cell)을 통과하지 않은 순수 질소만 측정챔버로 유입시켜 시료에 홉착되있던 VOCs를 탈착시키게 하였다.
대상 데이터
- 시중에서 판매되는 바닥재를 구입하여 사용하였으며, 주거용 및 사무실용으로 가장 많이 사용되는 3 mm의 탄성층을 가진 장판 재를 사용하였다. 또한 바닥재를 마이크로톰(Model 820-n, Reichert-Jung)을 이용하여 0.28-0.37 mm 두께로 얇게 잘라 실험에 사용하였다(3.65X2.13X0.2 cm). Fig.
- 사무실 및 아파트에 가장 많이 사용되는 장판재 (vinyl flooring)를 실험하였다. 일반적으로 장판재는 50%의 탄산칼슘(calcium carbonate), PVC(polyvinyl chloride), 가소재(plasticizer), 안료(pigment) 그리고 안정화제 (stabilizer) 등으로 구성되어 있다.
- 일반적으로 장판재는 50%의 탄산칼슘(calcium carbonate), PVC(polyvinyl chloride), 가소재(plasticizer), 안료(pigment) 그리고 안정화제 (stabilizer) 등으로 구성되어 있다. 시중에서 판매되는 바닥재를 구입하여 사용하였으며, 주거용 및 사무실용으로 가장 많이 사용되는 3 mm의 탄성층을 가진 장판 재를 사용하였다. 또한 바닥재를 마이크로톰(Model 820-n, Reichert-Jung)을 이용하여 0.
- D 304)와 테프론(Teflon) 튜빙 (tubing)을 사용하였으며, 시료 챔버바닥에는 미세한 유리 구슬 산기장치를 설치하여 챔버내부에 정상류가 흐르도록 하였다. 흡착실험을 위하여 GC(Gas Chromatogram) 교정에 사용되는 확 산식 VOCs 발생장치(Dynacalibrator Modell90, VICI Metronics, Inc.)를 사용하였으며, 일정한 양의 가스공급목적으로 2개의 MFC(Mass Flow Controller, Tylan-GeneralX 사용하였다. 가스상 VOCs 출력농도는 실험 전후 확산 셀(Diffiision CeU) 무게차이를 공급된 가스량으로 나누어 구할 수 있다.
이론/모형
- 65 mg에 수렴하고 있으며, 이 값을 시료부피로 나누어 &를 구할 수 있다. 回 K 는 Cox 둥(2001)이 사용한 방법과 같은 방법을 이용하여 구하였다(Cox et al., 2001).
- C는 초기와 홉착평형상태의 시료무게차이를 시료의 부피로 나누어 구할 수 있다. 확산계수(D)는 홉착/탈착 과정의 시료의 무게를 확산모델에 핏팅(Fitting)시키는 방법을 이용하여 구하였다. 본 연구에서는 얇은 장판재를 사용하였으로 Fick's 확산식을 적용하고 공극을 가진 매질내 확산을 나타내는 Crank 식을 적용할 경우 식 (3)와 같이 표현할 수 있다(Crank, 1995).
성능/효과
- 미량저울을 이용하여 장판의 시간에 따른 질량 변화를 측정하였으며, 실험에 사용된 자재의 크기 및 두께를 고려하여 D 및 Co를 산정한 결과 D 9.5X1042, Co 3.903X 1013 昭前이었다. 위 결과는 기존의 방출량만으로 표현될 경우 가장 좋은 등급의 자재만을 사용하여도 초기 2~3개월 동안 충분한 수준의 실내 공기질을 확보할 수 없는 문제를 설명할 수 있을 뿐 아니라, 장기 예측 및 CFD 등을 이용한 정교한 모델링에도 기초적인 정보를 제공하여 실내공기질 개선에 크게 기여할 수 있을 것이다.
- 본 연구에서는 질량 변동 값 5개의 이동 평균 값이 1% 미만으로 수렴할 경우 수분이 완전히 제거되어 시료가 안정한 평형상태에 도달한 것으로 간주하였다. 본 시스템의 경우 시료 장치 후 4~6시간 안에 평형에 도달하였다.
- 7은 분자량과 확산계수와의 관계를 나타낸 것이다. 본 연구에서 측정된 VOCs의 경우 R2 값이 모두 0.90 이상으로 매우 큰 상관성을 보여 주고있다. 이런특징은 개별 물질에 대한 특성임으로 실내오염 현상의 경우 각각의 물질이 혼합되어 있는 경우가 우세함으로 혼합물질에 대한 정량적인 평가도 추가적으로 진행되어야 할 것이다.
- 본 연구에서는 질량 변동 값 5개의 이동 평균 값이 1% 미만으로 수렴할 경우 수분이 완전히 제거되어 시료가 안정한 평형상태에 도달한 것으로 간주하였다. 본 시스템의 경우 시료 장치 후 4~6시간 안에 평형에 도달하였다.
- 5。(2)은 신속한 시간안에 시료의 물리화학적 변화가없이 시료내 VOCs를 제거하기 위하여 5WC부터 2℃ 씩 온도를 올려가며 12시간 방치 후 시료 이상유무를 검사하여 찾아낸 값이다. 시료무게를 12시간 간격으로 측정하였으며, 5.1 일까지 질량 감소율이 비교적 크게 나타났으나, 6일 경과후 질량 감소율은 초기 시료무게 0.1% 미만의 감소를 나타내는 것으로 분석되었다. 이와 같이 시료를 순수한 질소가스에 노출시킬 경우 표면에 흡착된 수분량의 감소가 예상되며 실제 미량저울 실험에 사용된 시료는 185.
- 시간적으로 흡착과 탈착은 높은 대칭성을 보여주었다. 이러한 결과는 흡착과 탈착과정이 가역적인 것을 의미하며, 가스상 농도와 시료내에 남아 있는 고상(solid phase) 농도가 선형적으로 연관되어 있다(Cox et al., 2001)는 연구결과와 일치하며, 본 연구에서 얻어진 확산계수(D)와 분배계수 (K)가 충분히 실제 실내공간 해석에도 적용 가능함을 보여 주고 있다.
후속연구
- 903X 1013 昭前이었다. 위 결과는 기존의 방출량만으로 표현될 경우 가장 좋은 등급의 자재만을 사용하여도 초기 2~3개월 동안 충분한 수준의 실내 공기질을 확보할 수 없는 문제를 설명할 수 있을 뿐 아니라, 장기 예측 및 CFD 등을 이용한 정교한 모델링에도 기초적인 정보를 제공하여 실내공기질 개선에 크게 기여할 수 있을 것이다.
- 90 이상으로 매우 큰 상관성을 보여 주고있다. 이런특징은 개별 물질에 대한 특성임으로 실내오염 현상의 경우 각각의 물질이 혼합되어 있는 경우가 우세함으로 혼합물질에 대한 정량적인 평가도 추가적으로 진행되어야 할 것이다.
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