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문제 정의
- 본 연구에서는 PMV 지표 값에 근거한 쾌적 및 불쾌 실내 환경 구분에 있어 재실자의 안면 피부온도가 재실자 중심의 PMV 지표 보완 방법으로 활용 가능성이 있는지를 살펴보았다. 이를 위해 PMV 지표의 쾌적 범위를 고려하여 각각 쾌적한 실내 환경과 불쾌한 실내 환경을 조성하고, 각각에 실험 참가자들을 무선적으로 할당하여 이들의 안면 피부온도를 측정하였다.
- 그 결과, 쾌적한 실내 환경과 불쾌한 실내 환경 간의 실험 참가자들의 안면 피부온도가 차이를 보이는 것으로 나타났다. 이러한 결과는 PMV 지표 값에 근거하여 쾌적한 환경을 조성할 때, 재실자 중심의 PMV 지표 보완 방법으로 안면 피부온도를 활용할 수 있음을 시사하는 것이다.
- 이에 따라, 본 연구는 PMV 지표 값을 기준으로 쾌적한 실내 환경과 불쾌한 실내 환경으로 각각 구분된 실내 환경에서 재실자의 안면 피부온도를 측정하고 이를 비교하여 PMV 지표 기반 쾌적환경 조성에 있어 안면 피부온도의 활용 타당성을 살펴보고자 하였다.
제안 방법
- 실험에 참가한 모든 참가자들은 실험 시작 전 실험 온열환경 조건에서 약 5분 동안 대기하였다. 그리고 실험 참가자들의 의복과 활동량에 의한 영향을 통제하기 위해서, ISO-7730(2005) Annex C의 의류전형 조합에 근거하여 착의량을 0.7 clo로 고정하였으며, Kim, Min, Min, Kim(2011a)이 사용한 실험과제를 활용하여 1.0 met으로 유지시켰다. G*Power 3.
- 먼저 PMV 지표 값에 기초하여 구성된 쾌적 또는 불쾌 실내 환경 조건이 적절하게 실험 환경 조건으로 구성되었는지, 그리고 phase가 진행됨에 따라서도 동일한 실험 환경 조건으로서 유지되었는지를 확인하고자 PMV 지표 값에 대한 2(쾌적/불쾌 실내 환경 조건)×5(phase)의 혼합분산분석을 실시하였다.
- 이는 Fanger(1970)에 의해 고안되었으며, 현재 ISO-7730으로 제정되어 활용되고 있는 예상 온열감 반응(predicted mean vote; PMV) 지표이다. 이 지표는 앞서 살펴보았던 지표들(ET, CET, ET*, SET*)처럼 온도, 습도, 평균복사온도, 기류속도의 네 가지 대표적 환경요소를 반영함과 동시에, 열적부하의 세부 요소로서 착용하고 있는 의복의 열 저항치(thermal resistance of garments)와 실내 활동에 근거한 대사량(metabolic rate)을 추가적으로 고려하였다. 이를 통해 –3에서 ＋3까지의 지표 값 범위 중, –0.
- 본 연구에서는 PMV 지표 값에 근거한 쾌적 및 불쾌 실내 환경 구분에 있어 재실자의 안면 피부온도가 재실자 중심의 PMV 지표 보완 방법으로 활용 가능성이 있는지를 살펴보았다. 이를 위해 PMV 지표의 쾌적 범위를 고려하여 각각 쾌적한 실내 환경과 불쾌한 실내 환경을 조성하고, 각각에 실험 참가자들을 무선적으로 할당하여 이들의 안면 피부온도를 측정하였다. 그 결과, 쾌적한 실내 환경과 불쾌한 실내 환경 간의 실험 참가자들의 안면 피부온도가 차이를 보이는 것으로 나타났다.
- 그 중 5개의 블록은 과제 수행 없이 편안하게 대기하는 구간이며(base 구간), 나머지 5개의 블록은 실제로 실험 참가자가 주어진 과제를 수행하는 구간이다(task 구간). 이에 따라 실험이 시작되면 2분 간 base 구간에서 실험 참가자들의 안면 피부온도가 측정된 후, 약 2분 정도의 task 구간에서 base 구간과 마찬가지로 실험 참가자들의 안면 피부온도를 측정하였다. 이러한 과정이 5번 반복된다(phase).
- 한 집단은 PMV 지표 값에 기초하여 쾌적 실내 환경 조건에서(-0.5≤PMV 지표 값≤＋0.5), 다른 집단은 불쾌한 실내 환경 조건에서 실험을 진행하였다(PMV 지표 값<-0.5 or ＋0.5or ＋0.5<PMV 지표 값).
대상 데이터
- 중도 탈락한 인원을 제외한 20대 성인 9명(남자 7명, 여자 2명)이 실험에 참가하였으며, 이들의 평균연령은 23.22(±2.73)세였다.
데이터처리
- PMV 지표 값에 기초한 쾌적 실내 환경 조건과 불쾌 실내 환경 조건(2)을 피험자간 변수로, base와 task 구간(2), 그리고 phase 조건(5)을 각각 피험자내 변수로 하는 안면 피부온도에 대한 2×2×5의 혼합 분산분석을 실시하였다(Min & Kim, 2011).
- 다음으로, 안면 피부온도를 종속 측정치로 하고, 쾌적/불쾌 실내 환경 조건(2), base/task 구간(2), 그리고 phase 조건(5)을 독립변수로 하는 2×2×5의 혼합 분산 분석을 실시하였다.
- 실내 실험환경의 PMV 지표 값은 KEM 사의 AM-101을 통해 매 1분 간격으로 지면에서 1.2m의 높이에서 측정되었으며, 분석 시에는 구간 별 평균 PMV 지표 값을 활용하였다. 또한 실험 참가자의 안면 피부온도는 NEC 사의 적외선 열화상 카메라 H2640을 통해 실험 참가자와의 정면으로 1m 거리에서 측정되었다.
- 이에 따라 대상자의 수가 적은 경우에 사용되는 Huynh-Feldt 교정값을 사용하여 혼합 분산분석의 결과를 살펴보았다. 그 결과, 쾌적/불쾌 실내 환경 조건과 phase 조건의 상호작용 효과는 유의하지 않은 것으로 타나났으며[F(1.
이론/모형
- 98로 입력하였다. 감성적 상태 변화 시에 이마의 피부온도 변화가 나타난다는 Mizukami 등(1987)의 연구에 기초하여 관심영역(region of interesting; ROI)을 설정하였으며(Figure 1), 분석 시에는 PMV와 마찬가지로 구간 별 평균 안면 피부온도 값을 활용하였다.
- 한편 Kim 등(2011b)은 PMV 지표 값과 인간의 심리/생리적 반응과의 관계를 살펴봄으로써 인간의 측정된 심리/생리적 반응이 PMV 지표 값을 보완할 수 있을지를 알아보았다. 이들은 인간의 심리적 반응으로서 2차원 정서모델에서 활용되는 Valence와 Arousal 값을 사용하였으며, 인간의 생리적 반응으로는 가장 기본적 생리 측정치인 심박률(heart rate; HR)을 사용하였다. 그러나 이들 역시도 PMV 지표 값의 변화 방향과 일관된 심리/생리적 반응이 나타나지 않음을 확인하였다.
성능/효과
- 구형성 검증 결과, phase 조건과 base/task 구간의 상호작용[Mauchly’s W＝.191, Approx. Chi Square＝8.954, df＝9, p＝.463], 그리고 phase 조건[Mauchly’s W＝.067, Approx. Chi Square＝14.644, df＝9, p＝.116] 모두 유의도가 .05보다 큰 것으로 나타났다.
- 구형성 검증(Mauchly’s test of sphericity) 결과, phase 조건[Mauchly’s W＝.002, Approx. Chi Square＝33.387, df＝9, p < .001]의 유의도가 .05보다 작은 것으로 나타났다.
- Kim, Min과 Kim(2012)은 PMV 지표 값에 근거한 쾌적 실내 환경과 재실자가 쾌적하다고 지각하는 실내 환경간의 물리적 환경 요소들의 차이를 살펴봄으로써 앞선 시사점을 확인해 보고자 하였다. 그 결과, 본 연구에서처럼 공조시스템을 활용한 실내 환경에서조차도 온도, 상대습도, 기류속도의 차이가 존재함을 확인하였다. 이러한 연구 결과들에 비추어 볼 때, 안면 피부온도가 PMV 지표 값에 기반하여 구분된 실내 환경에서 쾌적한 환경보다 불쾌한 환경에서 낮게 나타난 이유는 PMV 지표 값에 근거한 쾌적/불쾌의 구분이 타당하지 않기 때문일 수 있다.
- 그 결과, 쾌적/불쾌 실내 환경 조건과 phase 조건의 상호작용 효과는 유의하지 않은 것으로 타나났으며[F(1.728,12.099)＝0.567, MSe＝0.052, n.s.], 단지 쾌적/불쾌 실내 환경 조건의 주효과만 유의한 것으로 나타났다[F(1,7)＝53.716, MSe＝0.221, p < .001].
- 이를 위해 PMV 지표의 쾌적 범위를 고려하여 각각 쾌적한 실내 환경과 불쾌한 실내 환경을 조성하고, 각각에 실험 참가자들을 무선적으로 할당하여 이들의 안면 피부온도를 측정하였다. 그 결과, 쾌적한 실내 환경과 불쾌한 실내 환경 간의 실험 참가자들의 안면 피부온도가 차이를 보이는 것으로 나타났다. 이러한 결과는 PMV 지표 값에 근거하여 쾌적한 환경을 조성할 때, 재실자 중심의 PMV 지표 보완 방법으로 안면 피부온도를 활용할 수 있음을 시사하는 것이다.
- , 2012). 그러나 본 연구의 결과에서는 PMV 지표 값에 기반하여 불쾌한 실내 환경으로 조성된 공간에서 그에 속한 재실자들의 안면 피부온도는 오히려 쾌적한 실내 환경보다 낮아지는 결과가 나타났다. 이는 인간의 자율 신경계 반응들의 관점과는 정반대의 결과를 보여주는 것이다.
- ]. 또한 각각의 2원 상호작용효과와 base/task 구간 및 phase 조건의 주효과 역시 모두 유의하지 않은 것으로 나타났다. 다만, 쾌적/불쾌 실내 환경 조건의 주효과는 통계적으로 유의한 것으로 나타났다[F(1,7)＝8.
- 이에 따라 혼합 분산분석의 결과를 살펴본 결과, 쾌적/불쾌 실내 환경 조건, base/task 구간, 그리고 phase 조건의 3원 상호작용효과는 유의하지 않은 것으로 나타났다[F(4,28)＝0.630, MSe＝0.673, n.s.].
- 05]. 즉 PMV 지표 값에 따라 구분된 쾌적 실내 환경 조건과 불쾌 실내 환경 조건 간의 안면 피부온도 차이가 존재하는 것으로 나타났다(Figure 3).
- 즉 쾌적 실내 환경 조건에서의 PMV 지표 값은 0.106(SD ＝.094)였으며, 불쾌 실내 환경 조건에서의 PMV 지표 값은 –0.929(SD＝.105)로 phase 조건과 관계없이 적절하게 실험 환경 조건이 구성되었음을 확인하였다(Figure 2).
후속연구
- 그러나 본 연구는 각 환경에 할당된 참여자의 수가 적고, 불쾌한 실내 환경 조건으로 PMV 지표 값이 –0.5 이하의 값, 즉 ‘Slightly Cool’인 상태로 명명(ASHRAE, 2005)되는 조건만을 비교했다는 제한점이 존재한다.
- 그렇지만 한 가지 확실한 것은 PMV 지표 값에 기반하여 구분되는 쾌적/불쾌 실내 환경에서 안면 피부온도의 차이가 존재하므로, PMV 지표 기반의 쾌적환경 조성에 있어 안면 피부온도가 활용될 수 있다는 것이다. 따라서 보다 명확한 해석을 위해서는 PMV 지표에 기반하여 구분된 쾌적 및 불쾌 실내 환경 각각에 할당되는 인원을 증가시킴과 동시에, PMV 지표 값으로 ＋0.5 이상의 값을 갖는 불쾌한 실내 환경도 추가적으로 조성하여 비교하는 추후 연구의 결과를 살펴볼 필요가 있다.
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