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문제 정의
- 따라서 본 연구는 실내 환경 개선을 위해 식물을 효율적으로 도입하기 위하여 실내벽면녹화시스템과 식물을 식재한 벽천시스템을 사용하였을 때 실내 온·습도 조절효과 및 입자상 오염물질인 PM1과 PM10의 제거효과를 구명하고자 수행하였다.
- 본 연구는 실내 환경 개선을 위해 식물을 효율적으로 도입하기 위하여 스파티필럼(Spathiphyllum spp.)을 식재한 벽면 녹화시스템 1개(Case 1), 벽면녹화시스템 2개(Case 2), 벽면녹화시스템 2개와 벽천시스템(Case 3)의 3수준으로 설치하였을 때, 실내 온·습도 조절효과 및 입자상 오염물질인 PM1과 PM10 제거효과를 구명하고자 수행하였다.
제안 방법
- 거리 0cm, 높이 120cm의 센서는 하나의 센서를 사용하여 측정하여 총 5개의 온·습도 센서를 설치하였다.
- )을 2포트씩 식재하여 1개의 벽면녹화시스템에 총 80개체를 식재하였다. 관수는 심지관수 방식으로 타이머를 이용하여 자동관수 하였다. 아크릴 소재로 만든 벽천은 아크릴 소재 수조(90×30×30cm : L×W×H)의 물을 펌프로 끌어 올려 벽면을 따라 흐르게 하여 공기 중에 노출되는 물의 단면적을 넓게 하기 위해 사용하였다.
- 수년 동안 많은 국가들이 대기미립자 기준을 총 부유입자(Total Suspended Particles: TSP)의 질량농도에 기반을 두고 있었다. 그러나 호흡기 및 심혈관 질환에 영향을 미치는 미세먼지는 TSP보다 입경이 작은 것에 영향을 받는 것으로 나타나, 좀 더 다양한 입경 크기로 미세먼지를 분류하였다. 미세먼지는 PM1, PM2.
- 그 밖의 시간에는 사무실 출입이 없었 다. 미세먼지는 PM1, PM2.5, PM7, PM10, TSP를 광이 있는 10:00～19:00시 사이에 측정하였다.
- 벽면녹화 및 벽천시스템 설치 후 거리 및 높이에 따른 온·습도는 온·습도측정기(SK- L200TH II, SATO, Japan) 를 사용하여 실험기간 동안 연속적으로 자동 측정하고, 자동 기록하였다.
- 42μmol·m-2·sec -1 PPFD, 광주기는 명기/암기(9h/ 15h)에서 실시하였다. 벽면녹화 및 벽천시스템이 없을 때를 대조구로 하여, 벽면녹화시스템 1개(이하, Case 1이라 함), 벽면녹화시스템 2개(이하, Case 2라 함), 벽면녹화시스템 2개와 벽천시스템(이하, Case 3이라 함) 설치의 4수준으로 실험을 실시하였다(Figure 1 참조).
- 벽면시스템에서의 거리에 따른 온·습도는 높이 120cm 위치에서 0, 60, 120cm 간격으로, 높이에 따른 측정은 바닥면에서부터 60, 120, 180cm 떨어진 위치에서 측정하였다.
- 따라서 2개월의 실험 기간 동안 외기온도가 비교적 일정하고. 비가 오거나, 기타의 이유로 대기온도가 급격히 떨어지는 날을 피하 여, 8월 17~20일, 8월 31일~9월 3일의 데이터에 대해서만 분석하였다. 측정 기간 동안 외기 평균온도는 각각 26.
- , 2015). 실험 진행은 오전 10시에 점등하고, 사무실 중앙부에서 15cm 길이의 모기향에 불을 붙인 후 바로 퇴실하였고, 19:00～ 19:30에 환기 및 실험 장치를 재정비하고, 사무실을 소등하는 과정으로 진행되었다. 그 밖의 시간에는 사무실 출입이 없었 다.
- 아크릴 소재로 만든 벽천은 아크릴 소재 수조(90×30×30cm : L×W×H)의 물을 펌프로 끌어 올려 벽면을 따라 흐르게 하여 공기 중에 노출되는 물의 단면적을 넓게 하기 위해 사용하였다.
- 이동식 벽면녹화시스템과 이동식 벽천(40×70cm : W×H)을 포함한 수조를 제작하였다.
- )을 식재한 벽면 녹화시스템 1개(Case 1), 벽면녹화시스템 2개(Case 2), 벽면녹화시스템 2개와 벽천시스템(Case 3)의 3수준으로 설치하였을 때, 실내 온·습도 조절효과 및 입자상 오염물질인 PM1과 PM10 제거효과를 구명하고자 수행하였다. 이때 아무것도 설 치하지 않은 빈 사무실을 대조구로 하였다. 실내조경 설치에 따른 식물의 용적비는 대조구(0%), Case 1(0.
- 초미세먼지 (PM1), 미세먼지(PM10)는 사무실 중앙 위치의 70cm 높이 책상위에서 미세먼지측정기(GT-531, MET One Instruments, Inc. USA)를 이용하여 질량 농도법(μg·m -3 )으로 자동 측 정하여 컴퓨터에 데이터를 저장하였다.
- 커튼 설치 후, 실내 형광등을 모두 켰을 때, 실내 광량은 바닥면 55cm 위치에서 8.42μmol·m-2·sec -1 PPFD, 광주기는 명기/암기(9h/ 15h)에서 실시하였다.
대상 데이터
- 실내벽면녹화시스템(90×20×180cm : L×W×H)은 목재로 제작된 책장 형태로, 용량 1,600mL의 사각플라스틱 포트(21×11×7cm : L×W×H)를 가로 4개, 세로 10개씩 총 40개를 장착하였다. 각 사각 포트에 원예용 상토(Wonjo Mix, Nongkyung, Korea)를 채우고, 초고 15~20cm의 스파티 필름(Spathiphyllum spp.)을 2포트씩 식재하여 1개의 벽면녹화시스템에 총 80개체를 식재하였다. 관수는 심지관수 방식으로 타이머를 이용하여 자동관수 하였다.
- 벽천은 물을 공급하고, 받을 수 있도록 수조에 벽체를 넣었다. 또한 수조에 수경식물로도 재배가 가능한 3치 포트의 스파티필름 5개, 스킨답서스(Epipremnum aureus) 5개, 아글레오네마(Aglaonema spp.) 2개의 총 12개체를 함께 넣었다. 이들 식물은 구입 시 3치포트에 식재된 식물의 흙을 털고, 흐르는 물에 뿌리를 충분히 수세한 후 다시 3치 포트에 마사토로 다시 식재하였다.
- USA)를 이용하여 질량 농도법(μg·m -3 )으로 자동 측 정하여 컴퓨터에 데이터를 저장하였다. 식물에 의한 미세먼지 제거 효과를 측정하기 위해, 실내공기 오염원으로 모기향(에 프킬라, SC Johnson, Korea)을 사용하였다(Lee et al., 2015). 실험 진행은 오전 10시에 점등하고, 사무실 중앙부에서 15cm 길이의 모기향에 불을 붙인 후 바로 퇴실하였고, 19:00～ 19:30에 환기 및 실험 장치를 재정비하고, 사무실을 소등하는 과정으로 진행되었다.
- 실내벽면녹화시스템(90×20×180cm : L×W×H)은 목재로 제작된 책장 형태로, 용량 1,600mL의 사각플라스틱 포트(21×11×7cm : L×W×H)를 가로 4개, 세로 10개씩 총 40개를 장착하였다.
- 실험은 충북대학교 첨단바이오연구센터 5층에 위치한 사무실(520×380×260cm : L×W×H)에서 2015년 8월부터 9월까지 약 2개월 동안 진행하였다.
- 실험은 충북대학교 첨단바이오연구센터 5층에 위치한 사무실(520×380×260cm : L×W×H)에서 2015년 8월부터 9월까지 약 2개월 동안 진행하였다. 실험을 위해 창문 전체에 차광률 90%의 암막 커튼을 설치하여 외부 광에 의한 영향을 차단하고, 사무실 형광등 조명만을 사용하였다. 커튼 설치 후, 실내 형광등을 모두 켰을 때, 실내 광량은 바닥면 55cm 위치에서 8.
- , 2010), 그 밖의 식물도 벤젠, 포름알데히드 등의 공기오염물질 정화 능력이 우수하여 선정하였다(Wolverton, 1989; Yoon, 2002). 이들 식물들은 청주시 근교의 농원(양촌화 훼, 청주시)에서 구입하였으며, 벽면녹화 및 벽천시스템에 식재한 후 실내 온도 25℃에서 순화하였다.
- 4%)이었다. 측정기간 동안 외기온도가 비교적 일정 했던 2015년 8월 16~20일(실험 1)과 8월 31일~9월 3일(실험 2)의 데이터를 하여 분석하였다. 대조구에 비해 Case 1의 최고 온도는 0.
데이터처리
-
3. 통계처리
통계분석은 SAS프로그램(SAS 9.2, SAS Institute Inc., USA)을 이용하여 분산분석을 하였으며, Duncan의 다중범위검정(5%)에서 평균 간의 유의성을 분석하였다.
성능/효과
- 8%로 나타났다. PM1의 잔존비율이 PM10 잔존 비율보다 높게 나타나, PM1이 감소하는데 더 많은 시간이 소요되는 것으로 나타났다. 오염원이 안정화된 후 PM1과 PM10 초기량을 100%로 하였을 때, 25, 50, 75%로 감소하는데 걸린 시간을 비교한 결과, 대조구 실험에서 가장 오랜 시간이 소요되었다(Table 4 참조).
- 시간대별로 식물식재 수준에 따른 온도 차이를 Duncan의 다중범위 검정 결과 대조구, Case 1, Case 2, Case 3에서 유의적인 차이가 나타났다(Table 2 참조). 관엽식물 파키라의 실내 배치 여부가 실내 온도 환경에 거의 영향을 미치지 않는다(Son et al., 1998)고 하였으나, 본 실험에서는 대조구 보다 식물 설치 시 각 시간대별로 평균 0.3～1.0℃의 저감효과가 나타났다.
- 2개월의 측정과정에서 2015년 9월 5일 비가 온 후부터 2015년 9월 30일까지의 평균기온이 20±1℃ 를 유지하였고, 일별 최고 온도는 26±2℃로 측정되었다. 따라서 2개월의 실험 기간 동안 외기온도가 비교적 일정하고. 비가 오거나, 기타의 이유로 대기온도가 급격히 떨어지는 날을 피하 여, 8월 17~20일, 8월 31일~9월 3일의 데이터에 대해서만 분석하였다.
- 모기향을 이용한 오염원 주입 후 300분이 경과하였을 때, PM1은 반복 실험 1에서는 대조구, Case 1, Case 2, Case 3이각각 25.0, 22.0, 21.2, 17.3%이었으며, 반복 실험 2에서는 각각 42.3, 28.9, 23.1, 30.9%로 나타났다. PM10은 반복 실험 1에서 대조구, Case 1, Case 2, Case 3이 각각 13.
- 8%로 나타났다. 미세먼지로 심각하게 고민하는 중국에서 계절별 PM10 과 PM2.5의 연간농도를 측정한 결과, 습한 여름에 비해 건조한 겨울의 농도가 높게 나타나(Qiu et al., 2015), 상대습도가 미세 먼지 저감에 영향을 주는 것으로 나타났으며, 본 실험에서도 동일한 실내 공간에서 식물 수가 증가함에 따라 식물의 증발산작용과 벽천시스템의 증발작용으로 상대습도가 높아져, 먼지 저감시간 단축에 영향을 미친 것으로 판단된다.
- (1998)은 실험에 이용된 실내공간의 24%에 해당하는 용적의 식물체 배치로 3～5%의 습도조절이 가능하다고 하였다. 본 실험에서는 Case 1, Case 2, Case 3의 용적비가 각각 약 0.6, 1.2, 1.4%였고, 이때 습도 증가율은 6～24%였다. 이는 식물의 특성에 따른 차이일 수도 있으나, 본 실험에 사용된 벽면녹화시스템이 일반 바닥면 에 배치한 화분보다 더 많은 식물을 식재하였기 때문으로 판단된다.
- , 2013), 벽면녹화는 실내 미세 기온 변화에 영향을 주는 것으로 나타났다. 본 실험에서는 높이에 따른 온도 차이는 거의 없는 것으로 나타났다. 이는 측정위치가 모두 식물 전면에서 같은 거리였고, 측정범위가 벽면녹화시스템의 식재범위 내 있었기 때문으로 판단된다.
- 각 수준에서의 온도를 같은 시간대에서 비교 했을 때, 대조구는 식물을 식재한 실험구보다 실내 온도가 높고, 온도 상승 시간이 빨라서 고온을 유지하는 시간이 길었다 (Figure 4 참조). 시간대별로 식물식재 수준에 따른 온도 차이를 Duncan의 다중범위 검정 결과 대조구, Case 1, Case 2, Case 3에서 유의적인 차이가 나타났다(Table 2 참조). 관엽식물 파키라의 실내 배치 여부가 실내 온도 환경에 거의 영향을 미치지 않는다(Son et al.
- 이는 식물의 특성에 따른 차이일 수도 있으나, 본 실험에 사용된 벽면녹화시스템이 일반 바닥면 에 배치한 화분보다 더 많은 식물을 식재하였기 때문으로 판단된다. 식물 식재 상황에 따른 거리에 따른 습도는 식물에 가까울수록 습도가 높았고, 높이에 따른 차이는 벽면녹화시스템의 중심부인 120cm에서 가장 높았고, 벽면녹화시스템의 높이와 같은 180cm, 바닥면에서 가까운 60cm 순으로 나타났다(Table 3 참조). 주변에 식물이 많이 분포할수록 습도가 높은 것으로 나타났다.
- 외기온도가 비교적 일정했던 기간인 2015년 8월 17～20일과 8월 31일～9월 3일 동안 실내조경 설치에 따른 실내 온도가 감소하는 것으로 나타났다(Figure 3 참조). 식물에 가까울수록 온도가 낮았으며, 실내 온도가 높고, 광합성이 가능했던 낮 동안 그 차이가 더 큰 것으로 나타났다. 실외 벽에 벽면을 녹화한 후 벽으로부터 30～60cm 떨어진 위치에서 실내 온도를 측정한 결과, 거리가 좁을수록 냉각효과가 좋은 것으로 나타 나(Chen et al.
- 180cm 위치가 다소 온도가 높게 나타나, 식물에 의한 효과인지에 대한 추가 실험이 필요할 것으로 판단된다. 식물의 수가 늘어나고, 벽천시스템이 추가되었을 때, 평균온도 및 최고온도는 낮아지는 것으로 나타났다 (Table 1 참조).
- 실내 공간에 설치한 센서 5개의 평균온도를 비교하면, 대조 구에 비해 Case 1의 최고온도는 0.7～1.0℃, 평균온도는 0.3～ 0.7℃가 낮아졌으며, Case 2의 최고온도는 0.9～1.0℃, 평균온도는 0.7～0.9℃, Case 3의 최고 온도는 1.4～1.9℃, 평균온도는 1.0℃의 온도 저감 효과가 나타났다. 전체적으로 대조구, Case 1, Case 2, Case 3 순으로 평균온도 및 최고온도가 낮아지는 것으로 나타났다.
- 밀폐된 실내공간에서 측정된 실내 상대습도는 각 실험에서 하루 동안의 변화가 거의 없는 것으로 나타났다. 실험 중 외부 출입이 없고, 식물이 설치되었을 경우, 상대습도가 미소하지만 계속 증가하는 경향을 보였다. 발코니 식물배치를 통한 실내 공기질 개선에 관한 연구를 실시한 선행연구(Lee et al.
- 식물 설치 시 PM1과 PM10 감소가 대조구보다 빠른 것으로 나타났다(Figure 7 참조). 오염원 주입 후 300분이 경과하였을 때, 8월 실험에서는 대조구, Case 1, Case 2, Case 3에서 PM1이 각각 25.0, 22.0, 21.2, 17.3%, PM10은 각각 13.8, 10.8, 12.5, 9.2%로 나타났다. 9월 실험에서는 대조구, Case 1, Case 2, Case 3에서 PM1이 각각 42.
- PM1의 잔존비율이 PM10 잔존 비율보다 높게 나타나, PM1이 감소하는데 더 많은 시간이 소요되는 것으로 나타났다. 오염원이 안정화된 후 PM1과 PM10 초기량을 100%로 하였을 때, 25, 50, 75%로 감소하는데 걸린 시간을 비교한 결과, 대조구 실험에서 가장 오랜 시간이 소요되었다(Table 4 참조). 또한 8월 실험에 비해 9월 실험 에서 더 짧은 시간이 소요되었는데, 이는 평균상대습도가 8월 실험이 9월 실험보다 높았기 때문으로 판단된다.
- 0℃의 온도 저감 효과가 나타났다. 전체적으로 대조구, Case 1, Case 2, Case 3 순으로 평균온도 및 최고온도가 낮아지는 것으로 나타났다. 각 수준에서의 온도를 같은 시간대에서 비교 했을 때, 대조구는 식물을 식재한 실험구보다 실내 온도가 높고, 온도 상승 시간이 빨라서 고온을 유지하는 시간이 길었다 (Figure 4 참조).
후속연구
- 이는 측정위치가 모두 식물 전면에서 같은 거리였고, 측정범위가 벽면녹화시스템의 식재범위 내 있었기 때문으로 판단된다. 180cm 위치가 다소 온도가 높게 나타나, 식물에 의한 효과인지에 대한 추가 실험이 필요할 것으로 판단된다. 식물의 수가 늘어나고, 벽천시스템이 추가되었을 때, 평균온도 및 최고온도는 낮아지는 것으로 나타났다 (Table 1 참조).
- 따라서 실내 조경 시 바닥에 화분을 배치하는 기존의 방법과 더불어 입체적인 방법을 통해 실내 녹화면적을 확대하고, 작업자와 최대한 근접한 거리와 높이에 입체적으로 배치한다면, 식물이 실내공간의 미기후에 영향을 미쳐 작업자에게 더 쾌적한 실내 환경을 제공할 수 있을 것으로 판단된다. 또한 식물의 온·습도 조절과 공기정화 효과는 냉·난방기와 공기정화기의 보조역할을 하여 그 만큼 에너지 사용을 줄일 수 있어, 온실가스 저감에도 기여할 수 있을 것으로 판단된다.
- 또한 식물의 온·습도 조절과 공기정화 효과는 냉·난방기와 공기정화기의 보조역할을 하여 그 만큼 에너지 사용을 줄일 수 있어, 온실가스 저감에도 기여할 수 있을 것으로 판단된다.
- 또한 식물의 온·습도 조절과 공기정화 효과는 냉·난방기와 공기정화기의 보조역할을 하여 그 만큼 에너지 사용을 줄일 수 있어, 온실가스 저감에도 기여할 수 있을 것으로 판단된다. 본 실험에서는 한정된 실험 공간과 측정 장비로 인하여 같은 날 동시에 반복 실험을 실시하는 것이 불가능하였으며, 특히 미세먼지는 온도와 습도 모두에 영향을 받을 수 있으나, 정확하게 온·습도를 제어하지 못한 점은 본 연구의 한계점이라 할 수 있다.
- 본 연구는 사무실 공간에서 실내조경 설치방법 차이가 온·습도 및미세먼지 농도에 미치는 영향을 구명하기 위해 실행하였으나, 한정된 실험 공간과 장비로 인해 동일 조건으로 반복 실험을 하는 것에 한계가 있었다.
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