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Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering

ISO Journal TitleKorean J. Air-Cond. Refrig. Eng.

Open Access, Monthly

Open Access Monthly

ISSN : 1229-6422 (Print)
ISSN : 2465-7611 (Online)

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2018-09 (Vol.30 No.09)
10.6110/KJACR.2018309.425

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Research article

]

Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering

Korean J. Air-Cond. Refrig. Eng. Vol. 30, No. 9, p.425-434

ISSN (print) :

1229-6422

ISSN (online) :

2465-7611

Received : 17 May 2018Revised : 2 July 2018Accepted : 3 July 2018

DOI :

https://doi.org/10.6110/KJACR.2018309.425

어린이 실내 테마파크의 이산화탄소 농도 저감에 관한 연구

A Study on the Reduction of Carbon Dioxide Concentration in Indoor Theme Park for Children

정기덕 (Gi Duk Jung) ¹박종준 (Jong Jun Park) ²김영일 (Young Il Kim) ³^†김선혜 (Sean Hay Kim) ³

서울과학기술대학교 주택도시대학원 (Graduate School of Housing and Urban Planning, Seoul National University of Science and Technology, Seoul, 01811, Korea)
서울과학기술대학교 일반대학원 (Graduate School, Seoul National University of Science and Technology, Seoul, 01811, Korea)
서울과학기술대학교 건축학부 (School of Architecture, Seoul National University of Science and Technology, Seoul, 01811, Korea)

^†Corresponding author, E-mail: yikim@seoultech.ac.kr

License :

No part of this publication may be reproduced or distributed in any form or any means, or stored in a data base or retrieval system, without the prior permission of the publisher(www.sarek.or.kr).

Abstract

Air pollution resulting from recent rapid industrialization has been the main cause of deterioration in children's health. This paper aims to analyze the importance of air quality and ventilation in children's indoor theme park where the children enjoy the most. Experiments were conducted to analyze the changes in the concentration of indoor carbon dioxide level based on 3 natural (dome open, side window open, both dome and side window open) and 1 mechanical ventilation methods. Among the 4 cases tested, the case with both the dome and the side window open was observed to be the most effective in maintaining low indoor carbon dioxide concentration. The results show that when designing a ventilation system for children's theme park where users are mostly young children who are vulnerable to poor indoor air quality, ventilation methods considering proper air supply, exhaust locations and mechanical air flow rates are important.

Key words

이산화탄소(CO₂), 자연환기(Natural ventilation), 기계환기(Mechanical ventilation), 어린이 테마파크(Children theme park), 실내 공기질(Indoor air quality)

기호설명

C_f:실험 후 이산화탄소 농도 [ppm]

C_i:실험 전 이산화탄소 농도 [ppm]

C_o:외기의 이산화탄소 농도 [ppm]

I:공기질 개선지표 [-]

1. 서론

1.1 연구의 배경 및 목적

2016년 WHO⁽¹⁾에 의하면, 전 세계 환경오염으로 인해 매년 5세 미만 아동이 170만 명이 사망하고 있다고 전하고 있으며, 이 중 60만 명이 공기오염으로 사망하여 가장 큰 원인으로 나타났다. Anna Oudin et al.⁽²⁾은 50만 명의 스웨덴 어린이들의 공기 오염에 대한 노출을 살피고 노출정도와 처방 받은 의약품 기록을 대조하면서 공기오염과 어린이 정신 질환과 인과관계가 있는 것을 밝혀냈다. 이와 같이 공기오염이 심각화 되면서, 어린이들이 외부환경에서 자유롭게 활동할 수 있는 공간이 협소화 되고 그 대안으로 실내에서 활동하고 즐길 수 있는 실내 테마파크에 대한 관심이 높아지고 있다. KT경제경영연구소 디지에코⁽³⁾에 의하면 키즈카페, 키즈 테마파크, VR 테마파크 등 다양한 유형의 어린이 관련 테마파크가 연 13% 이상 급성장세를 보이고 있다. 그러나 현재 어린이 활동 공간(어린이집, 유치원, 초등학교 등)의 경우 ‘환경보건법’⁽⁴⁾과 ‘실내 공기질 관리법’⁽⁵⁾에 따라 관리되지만, 키즈카페와 같은 실내 어린이시설은 ‘실내 공기질 관리법’에 따른 공기질 관리대상에는 포함되지 않아 그 동안 방치되어 왔다. 환경부에 의하면 실내 어린이시설이 3,039곳에 달하고 있는 상황에서 미세먼지 등 실내 공기질에 대한 관리.감독이 실시되지 않고 있다고 보고되고 있다. 이와 같이 실내 주요 환경오염 물질 중 하나인 이산화탄소는 3,000 ppm이 되게 되면 어깨 걸림이나 두통을 느끼는 사람이 발생할 수 있다. 또한 3,000 ppm 이상이 되면 두통, 현기증 등의 증상이 나타나고 장시간에 노출될 경우 건강을 해치는 수준이다. 특히 아동은 더욱 심각한 현상이 발생될 수 있다. 따라서 이산화탄소의 오염원을 제거하거나 환기를 통해 외부의 신선공기를 유입하거나 또는 공기정화 등의 시설 등을 통하여 이산화탄소의 양을 적정 수준 이하로 제어하는 방법을 강구할 필요가 있다. 본 연구는 어린이 실내 테마파크 시설의 이산화탄소 농도 현황을 측정하고 자연적 환기 및 기계적 환기 방법을 통하여 실내 이산화탄소의 농도를 저감할 수 있는 효율적인 방안을 찾아보고자 한다. 또한 본 연구를 통하여 실내 테마파크 환기 방법의 효과성에 따른 결과를 토대로 신축·기존 어린이 테마파크 시설의 실내 환기 기준 및 방안을 모색하는데 정책적 기초자료로 활용하고자 한다.

1.2 연구의 방법과 범위

1.2.1 연구의 방법

본 연구에서는 어린이 실내 테마파크의 이산화탄소 농도 저감을 위한 실내 공기 환기를 위하여 1 돔 개방, 2 측면 창 개방, 3 돔과 측면 창 동시 개방, 4 공조기 이용 외기도입(댐퍼 개방)의 4가지 방법을 적용하였다. 각 방법에 대하여 실내 공기 중 이산화탄소의 시간에 따른 변화량을 측정하였고, 그 결과를 토대로 이산화탄소 저감 성능을 비교분석하였다.

1.2.2 연구의 범위

(1) 테마파크 정상 운영 시 입장객 수가 유사한 3일을 선정하여 실내 이산화탄소의 농도를 측정하여 최대 평균값을 확인 후 실험 조건을 제시하였다. (2) 자연환기로는 Fig. 1과 같이 1 돔 개방, 2 측면 창 개방, 3 돔과 측면 창 동시 개방의 3가지 방식을 적용하였다.

Fig. 1. Natural ventilation.

../../Resources/sarek/KJACR.2018309.425/fig1.png

(3) 기계환기로는 Fig. 2와 같이 공조기를 통한 외기도입(댐퍼 개방)을 실시하였다.

Fig. 2. Mechanical ventilation.

../../Resources/sarek/KJACR.2018309.425/fig2.png

(4) 구역 및 높이별 이산화탄소 측정값을 실험 전, 실험 중, 실험 후로 구분하여 분석하였다.

2. 이론적 고찰

2.1 국내 실내 공기질 관련 기준

국내의 실내 공기질은 환경부, 국토부, 교육부, 보건복지부, 노동부 등의 5개 부처에서 분산.관리하고 있다. Table 1은 여러 부처로 분산되어 관리되고 있는 국내의 실내 공기질 관리체계를 나타낸 것이다. 환경부는 2003년 ‘지하생활공간공기질관리법’을 ‘다중이용시설등의실내공기질관리법’으로 전면 개정하고,⁽⁶⁾ 대상시설을 기존의 관리대상인 지하역사, 지하도 상가에서 병원, 도서관, 대규모점포 등 다중이용시설로 확대하여 실내 오염물질에 대한 유지기준을 설정하였다. 국토부는 터널, 지하선로, 지하연결통로 등에 대해 적절한 조명 및 환기시설에 관한 사항을, 교육부는 학교의 환기, 채광, 조명, 온도, 습도 등의 조절 및 유지, 관리 등을 하고 있다. 그리고 노동부는 근로자의 건강과 안정을 위하여 작업장에서의 환기, 채광, 조도, 온도 등에 대한 적당한 조절을, 보건복지부는 학원, 공연장, 업무시설 등을 대상으로 관리하고 있다. 이와 같이 실내 공기질 관리업무가 환경부, 보건복지부, 국토부, 교육부, 노동부 등 여러 부처에서 분산관리 되고 있어 체계적인 관리가 어려운 상황이다.⁽⁷⁾

Table 1. Status of indoor air quality management by departments

Department Criteria	Ministry of Environment	Ministry of Health and Welfare	Ministry of Labor	Ministry of Education & Human Resources Development	Ministry of Construction and Transportation
Subject of application	Multi-use facility (17 facilities including underground station)	Public facilities (Academy, concert hall, business facilities etc)	Office, work place	School	Parking lot (below 2,000 m²)
PM10	100~20 μg/m3	150 μg/m³	150 μg/m³	100 μg/m³
CO	10~25 ppm	25 ppm	10 ppm	10 ppm	25 ppm
CO₂	1,000 ppm	1,000 ppm	1,000 ppm	1,000 ppm
NO₂	0.05~0.3 ppm	-	-	0.05 ppm
HCHO	120 μg/m³	120 μg/m³	0.1 ppm	100 μg/m³
Total culturable bacteria	800 CFU/m³	-	-	800 CFU/m³
Rn	4 pCi/L	-	-	4.0 pCi/L
VOCS	400~1,000 μg/m³	-	-	400 μg/m³
Asbestos	0.01 EA/cc	-	-	0.01 EA/cc
O₃	0.06~0.08 ppm	-	-	0.06 ppm
Mite	-	-	-	100 mites per m³
Falling bacteria	-	-	-	10 CFU/per room

2.2 관련 선행연구

어린이시설을 대상으로 실내 공기질을 조사한 선행 연구를 살펴보면 다음과 같다. 먼저 국내의 연구로, 학교 건물에서 김태우⁽⁸⁾는 초등학교 2개소, 중학교 1개소를 대상으로 TVOC, HCHO 측정을 통하여 기준치를 초과하는 것으로 파악하였고, 이정재 등⁽⁹⁾은 부산지역의 초중고를 대상으로 이산화탄소, 미세먼지를 측정하여 기준치를 초과하는 것으로 밝혔다. 또한 김윤덕⁽¹⁰⁾은 인천지역의 1개 보육시설에서 실내 공기질을 측정하여 TVOC, HCHO, 부유세균, 이산화탄소가 기준치를 초과하고 있다고 보고하였다. 한편, 국외의 연구는 측정대상 수는 많지만 측정항목이 대부분 온도, 습도, 이산화탄소로 한정하여 진행 되었다. 반면 연구가 수행된 국가의 기후가 다르기 때문에 대상 시설의 측정 범위도 다양하게 나타났다.⁽¹¹⁾ 국내외에서 어린이 대상시설에 대한 실내 공기질에 관한 연구는 이전부터 진행이 되어 왔지만, 측정대상 수가 많으나 다양한 실내 공기 오염물질을 측정한 것이 아니며, 특히 최근에 어린이들이 실내에서 많이 이용하고 있는 테마파크 등의 시설에 대한 연구는 매우 미진한 상황으로 이에 대한 연구가 필요하다. 따라서 본 연구는 어린이 테마파크 시설의 실내오염 대표적인 물질인 이산화탄소 현황에 대해 조사하고 공기질의 대표성을 가질 수 있는 결과를 얻기 위해 측정대상을 엄밀히 선정하여 객관적이고 타당한 방법으로 분석하였다. 또한 시설현황에 따른 실내 공기질을 위한 관리방법 및 방안을 제시하고, 추후 연구에 테마파크 공기질에 대한 기초데이터를 제공할 수 있을 것이다.

3. 실험

3.1 실험개요

공기질 측정을 위해 연간 약 120만 명(주 고객 어린이)이 이용하는 서울시 송파구에 위치한 국내 대표적인 어린이 실내 테마파크를 선정하였으며, 실내 공기오염의 대표적인 물질인 이산화탄소의 농도를 측정하였다. 측정대상 테마파크의 건물개요는 Table 2와 같고, Fig. 3은 테마파크 내부 모습이다.

Table 2. Overview of theme park

Category	Contents
Business name	Children's vocational experience theme park
Purpose	Culture and assembly facilities-exhibition
Structure of building	Reinforced concrete structure
Total floor area	13,948.77 m² (4 floors above, 5 basement floors)
HVAC facility	AHU(Air Handling Unit) 2 set/ OHU(Outdoor Handling Unit) 2 set)/ FCU(Fan Coil Unit)

Fig. 3. Inside view of the theme park.

../../Resources/sarek/KJACR.2018309.425/fig3.png

또한 Table 3은 기계환기인 공조기 외기도입에 대한 공조 시스템 현황 및 설계 풍량을 나타낸 것이다.

Table 3. Specification of air conditioning system

Category	Equipment number	Zoning	Capacity (CMH)	Static pressure (mmAq)	Flow rate of outdoor air (CMH)
Air handling unit (AHU)	AHU-03	4F (Office)	36,000(SF)/33,000(RF)	105(SF)/49(RF)	7,600(303people ×ばつ 25 CMH/people)
	AHU-01	2~3F (Public area)	37,000(SF)/33,000(RF)	108(SF)/42(RF)	12,500(500people ×ばつ 25 CMH/people)
	AHU-02	2~3F (Public area)	37,000(SF)/33,000(RF)	108(SF)/42(RF)	12,500(500people ×ばつ 25 CMH/people)
Outdoor handling Unit (OHU)	OHU-02	2~3F (Pavilion)	28,000(SF)/23,000(RF)	134(SF)/68(RF)	-
Outdoor handling Unit (OHU)	OHU-01	1F	6,800(SF)/4,300(RF)	122(SF)/61(RF)	-

3.2 실험방법

3.2.1 측정 장비 현황

현장측정 실험장비는 측정시와 측정결과 분석에 중요한 영향을 미치므로 실내 테마파크의 이산화탄소 농도 측정을 위해 정확도가 높은 비분산적외선분석기를 사용하였다. 측정 장비 제원은 Table 4와 같다.

Table 4. Specification of measurement devices

Model

CD-100ML-HT

../../Resources/sarek/KJACR.2018309.425/tb4a.png

Model

8550/8551 Q-TRAK IAQ

../../Resources/sarek/KJACR.2018309.425/tb4b.png

CO₂

Detection method

Measurement range

CO₂

Detection method

Measurement range

NDIR

0~2,000 ppm

NDIR

0~5,000 ppm

Input(mA)

24VAC/DC ±20%, 50/60Hz

Accuracy

3% of the measuring range, ±50 ppm

Accuracy

5% of the measuring range, ±30 ppm

0~50°C, 5~95% RH of the measuring range

±4% RH, ±0.4°C

±3% RH, ±0.6°C

3.2.2 측정 시스템 설치

Fig. 4와 같이 측정 위치를 A구역과 B구역으로 나누어 높이 2.4, 4.5, 7.2 m에 이산화탄소 센서를 설치하였다. 실험 조건은 돔 개방, 측면 창 개방, 돔과 측면 창 동시 개방, 공조기 외기도입 등 4가지 방식에 대하여 시간에 따른 이산화탄소 농도 변화량을 측정하였다. 유사한 조건을 적용하기 위하여 테마파크의 입장객 수가 가장 많은 성수기 동안 동일한 시간대에 측정을 수행하였다. 외기도입량을 확인하기 위하여 덕트 내 피토관을 삽입하여 Fig. 5와 같이 댐퍼 개도율(0%, 100%)의 외기도입량을 측정하였다.

Fig. 4. Locations of CO2 sensor.

../../Resources/sarek/KJACR.2018309.425/fig4.png

Fig. 5. Installation of air flow sensor.

../../Resources/sarek/KJACR.2018309.425/fig5.png

3.3 실험 결과 및 분석

3.3.1 정상 운영 시 이산화탄소 농도 측정

Table 5는 정상 운영 시 이산화탄소 농도의 최대 평균값을 확인하여 실험 조건으로 제시하기 위해 입장객 수가 유사한 때 3회에 걸쳐 10 sec 간격으로 이산화탄소 농도 측정 결과를 나타낸 것이다. 최대 평균값은 A구역 1,277.6 ppm, B구역 1,305.8 ppm으로 나타났으며, 최솟값은 A구역 390.5 ppm, B구역 407.9 ppm으로 나타났다. 측정 결과 입장객 수가 많은 16시~19시 사이에 최대치를 기록했으며, 이때 이산화탄소 농도 최대 평균값은 Fig. 6과 같이 1,200~1,250 ppm 유지하였고, 해당 농도 값을 기준으로 실험 조건을 선정하여 진행하였다.

Table 5. Measurement of CO2concentration during normal operation

[PPM]

Category	A_zone				B_zone				Total average
Measurement date	Day 1	Day 2	Day 3	Average	Day 1	Day 2	Day 3	Average	Total average
Maximum value	1,282.2	1,260.1	1,290.4	1,277.6	1,263.0	1,324.7	1,329.7	1,305.8	1,291.7
Minimum value	371.1	402.3	398.0	390.5	373.0	424.3	426.3	407.9	399.2
Number of visitors	2,038	2,282	2,228	2,183	2,038	2,282	2,228	2,183	2183

Fig. 6. Measurement of total average CO2 concentration during normal operation.

../../Resources/sarek/KJACR.2018309.425/fig6.png

3.3.2 돔 개방 시 이산화탄소 농도 측정

Table 6은 돔 개방을 하기 2분 전, 개방 60분, 다시 돔을 폐쇄한 후 2분간의 이산화탄소 농도 평균 변화량을 나타낸 결과이다. 먼저 돔 개방을 하기 전 평균은 A구역에서는 높이에 따라 1,152~1,177 ppm으로 나타났으며 그 평균은 1,161 ppm이었다. B구역에서는 이산화탄소 농도 측정량은 1,140~1,163 ppm이었으며, 평균은 1,154 ppm이었다.

Table 6. Measurement of CO2with dome open

[PPM]

Height (m)	Before experiment		During experiment		After experiment
Height (m)	Zone A	Zone B	Zone A	Zone B	Zone A	Zone B
7.2	1,152	1,163	1,082(↓ 95)	1,075(↓ 86)	1,080(↓ 72)	1,063(↓ 98)
4.8	1,161	1,163	1,082(↓ 95)	1,111(↓ 52)	1,054(↓ 123)	1,099(↓ 64)
2.4	1,161	1,140	1,007(↓ 146)	1,042(↓ 98)	968(↓ 185)	1,028(↓ 112)
Average	1,161	1,154	1,057(↓ 104)	1,082(↓ 95)	1,034(↓ 127)	1,064(↓ 90)
Outside(CO₂)	553

돔 개방 이후 60분간의 이산화탄소 농도 측정량은 A구역에서는 1,007~1,083 ppm으로 나타났고, 평균은 1,057 ppm으로 실험 전 평균에 비해 104 ppm(9.0%)이 낮아졌다. B구역에서는 이산화탄소 농도 측정량이 1,042~1,111 ppm으로 높이별로 다르게 나타났고, 평균은 1,076 ppm으로 실험 전 평균에 비해 78 ppm(6.8%)이 낮아졌다. 실험 후에도 실험 구간과 비교하였을 때 저감된 이산화탄소 농도가 유지되었다. 실험 결과를 통하여 실내외 압력차(온도와 밀도와의 관계)와 외부 공기 흐름으로 자연환기가 되는 돔 개방은 이산화탄소 농도를 감소시키는데 효과가 있는 것으로 나타났다.

3.3.3 측면 창 개방 시 이산화탄소 농도 측정

Table 7은 측면 창 개방을 하기 2분전, 개방 60분, 다시 측면 창을 폐쇄한 후 2분간의 이산화탄소 농도 평균 변화량을 나타낸 결과이다. 먼저 측면 창 개방을 하기 전의 평균은 A구역에서는 높이에 따라 1,134~1,219 ppm으로 나타났으며 그 평균은 1,175 ppm이었다. B구역에서는 이산화탄소 농도 측정량은 1,157~1,267 ppm이었으며, 평균은 1,209 ppm이었다.

Table 7. Measurement of CO2with side window open

[PPM]

Height (m)	Before experiment		During experiment		After experiment
Height (m)	Zone A	Zone B	Zone A	Zone B	Zone A	Zone B
7.2	1,172	1,157	1,147(↓ 25)	886(↓ 271)	1,159(↓ 13)	1,121(↓ 36)
4.8	1,219	1,267	1,171(↓ 48)	1,017(↓ 250)	1,191(↓ 28)	1,186(↓ 81)
2.4	1,134	1,202	1,080(↓ 54)	1,031(↓ 171)	1,124(↓ 10)	1,114(↓ 88)
Average	1,175	1,209	1,132(↓ 43)	978(↓ 231)	1,158(↓ 17)	1,140(↓ 69)
Outside(CO₂)	493

측면 창 개방을 한 이후 60분간의 이산화탄소 농도 측정량은 A구역에서는 1,080~1,171 ppm으로 나타났고, 평균은 1,132 ppm으로 실험 전 평균에 비해 43 ppm(3.7%)이 낮아졌다. B구역에서는 이산화탄소 농도 측정량이 886~1,031 ppm으로 높이별로 다르게 나타났고, 평균은 978 ppm으로 실험 전 평균에 비해 231 ppm(19.1%)이 낮아졌다. 실험 후에는 실험 구간과 비교하였을 때 이산화탄소 농도가 큰 폭으로 상승하였다. 그 원인은 측면 창 폐쇄에 따른 외부 공기 유입 차단과 동시에 풍량 감소가 주된 원인으로 판단된다. 다만 돔 개방과의 차이를 비교해 볼 때, 돔 개방 시에는 온도와 밀도와의 관계가 있어 수직으로 실내의 공기가 빠져나간다는 점에서 차이를 보인다.

3.3.4 돔과 측면 창 동시 개방 시 이산화탄소 농도 측정

Table 8은 돔과 측면 창을 동시에 개방하기 2분전, 개방 60분, 다시 돔과 측면 창을 동시에 폐쇄한 후 2분간의 이산화탄소 농도 평균 변화량을 나타낸 결과이다. 먼저 돔과 측면 창을 동시에 개방하기 전의 평균은 A구역에서는 높이에 따라 1,172~1,262 ppm으로 나타났으며 그 평균은 1,217 ppm이었다. B구역에서는 이산화탄소 농도 측정량은 1,216~1,245 ppm이었으며, 평균은 1,232 ppm이었다.

Table 8. Measurement data of CO2when the dome and the side window is open

[PPM]

Height (m)	Before experiment		During experiment		After experiment
Height (m)	Zone A	Zone B	Zone A	Zone B	Zone A	Zone B
7.2	1,217	1,234	1,055(↓ 162)	839(↓ 395)	1,069(↓ 148)	791(↓ 443)
4.8	1,262	1,245	1,105(↓ 157)	894(↓ 351)	1,133(↓ 129)	870(↓ 375)
2.4	1,172	1,216	1,043(↓ 129)	950(↓ 266)	1,071(↓ 101)	966(↓ 250)
Average	1,217	1,232	1,068(↓ 149)	894(↓ 338)	1,091(↓ 126)	876(↓ 356)
Outside(CO₂)	670

돔과 측면 창을 동시에 개방 한 이후 60분간의 이산화탄소 농도 측정량은 A구역에서는 1,043~1,105 ppm으로 나타났고, 평균은 1,068 ppm으로 실험 전 평균에 비해 149 ppm(12.2%)으로 크게 낮아졌다. B구역에서는 이산화탄소 농도 측정량이 839~950 ppm으로 높이별로 다르게 나타났고, 평균은 894 ppm이고 실험 전 평균에 비해 338 ppm(27.4%)으로 크게 낮아졌다. 실험 후에는 실험 구간과 비교하였을 때 A구역에서는 이산화탄소 농도가 다소 상승하였다. 결과적으로 자연환기가 복합적으로 작용하는 돔과 측면 창 개방은 이산화탄소 농도 감소에 매우 효과적임이 증명되었다.

3.3.5 공조기 외기도입 시 이산화탄소 농도 측정

Table 9는 공조기 외기도입을 하기 2분전(댐퍼 0%), 외기도입 60분(댐퍼 100%), 다시 공조기 외기도입을 차단한 후 2분간(댐퍼 0%)의 이산화탄소 농도 평균 변화량을 나타낸 결과이다. 먼저 공조기 외기도입을 하기 전의 평균은 A구역에서는 높이에 따라 1,142~1,246 ppm으로 나타났으며 그 평균은 1,197 ppm이었다. B구역에서는 이산화탄소 농도 측정량은 1,172~1,219 ppm으로 평균은 1,203 ppm이었다. Table 10은 공조기 댐퍼 조정(0%, 100%)에 따른 외기 풍량 측정값을 나타낸 것이다.

Table 9. Measurement data of CO2concentration with damper open

[PPM]

Height (m)	Before experiment		During experiment		After experiment
Height (m)	Zone A	Zone B	Zone A	Zone B	Zone A	Zone B
7.2	1,203	1,172	1,061(↓ 142)	1,052(↓ 120)	983(↓ 220)	978(↓ 194)
4.8	1,246	1,219	1,094(↓ 152)	1,114(↓ 105)	984(↓ 262)	1,012(↓ 207)
2.4	1,142	1,219	1,007(↓ 135)	1,103(↓ 116)	892(↓ 250)	1,041(↓ 178)
Average	1,197	1,203	1,054(↓ 143)	1,090(↓ 113)	953(↓ 244)	1,011(↓ 192)
Outside(CO₂)	605

Table 10. Measurement data of outdoor air flow rate

HVAC	Before experiment	During experiment	Volume	ACH (Air change per hour)
HVAC	Damper(0%)	Damper(100%)	Volume	ACH (Air change per hour)
AHU-1	0 CMH	29,110 CMH	14,996 m³	1.94 times/hr
AHU-2	0 CMH	23,771 CMH	14,996 m³	1.59 times/hr
Total	0 CMH	52,881 CMH	29,992 m³	1.76 times/hr

공조기 외기도입(댐퍼 개방)을 한 이후 60분간의 이산화탄소 측정량은 A구역에서는 1,007~1,094 ppm으로 나타났고, 평균은 1,054 ppm으로 실험 전 평균에 비해 143 ppm(12.0%)이 낮아졌다. B구역에서는 이산화탄소 농도 측정량이 1,052~1,114 ppm으로 높이별로 다르게 나타났고, 평균은 1,090 ppm으로 실험 전 평균에 비해 113 ppm(9.4%)이 낮아졌다. 실험 후도 실험 구간과 비교하였을 때 이산화탄소 농도는 모두 크게 감소하여 큰 효율을 보였다. 이때 외기도입량은 실험 전과 비교하여 실험 구간(댐퍼 100% 개방)에서 풍량이 52,881 CMH로 측정되었으며, 환기 횟수는 1.76회/hr로 나타났다. 따라서 공조기 댐퍼 조정을 통한 외기도입은 환기 개선에 도움을 주며, 이산화탄소 농도 감소에 크게 영향을 준 것으로 사료된다.

3.3.6 나나나

Table 11과 같이 실험 별 분석결과 실험 구간 및 실험 후에서 모두 타 실험과 비교하여 돔과 측면 창 동시 개방이 가장 많은 이산화탄소 농도 감소를 보였고, 그 다음으로는 공조기에 의한 외기도입이 가장 큰 감소를 나타냈다. 반면 본 연구의 경우 현장실험으로 진행되어 실험마다 외기 및 현장 조건이 각기 다르다는 점이 있어 보다 객관적인 평가를 위하여 공기질 개선지표 를 식(1)과 같이 제안하였다.

Table 11. Average CO2concentration of Zone A and B

[PPM]

Case	Method	Outside (CO₂)	Before experiment	During experiment	After experiment	I
1	Dome open	553	1,158	1,067(↓91)	1,049(↓109)	0.18
2	Side window open	493	1,192	1,055(↓137)	1,149(↓43)	0.06
3	Both dome and side window open	670	1,224	981(↓243)	983(↓241)	0.43
4	AHU operation with outdoor air damper open	605	1,200	1,072(↓128)	982(↓218)	0.37

(1)

I = \frac{C_{i} - C_{f}}{C_{i} - C_{o}}

외기 및 현장조건이 반영된 공기질개선지표에서는 Fig. 7과 같이 자연환기 복합인 돔과 측면 창 개방이 가장 높은 0.43으로 나타났다. 실험결과에서 측면 창 개방은 일시적으로 이산화탄소가 저감되는 것에는 효과적이었으나 외부의 바람 환경에 영향을 받으므로 지속성은 불리하였다. 그러나 신선한 공기가 유입될 수 있는 유입구와 오염된 공기가 유출될 수 있는 배출구를 가진 Case 3이 이산화탄소 저감에 가장 효과적인 것으로 나타났다. Case 4 기계환기는 Case 3과 비교하여 환기량이 적어 상대적으로 효과가 작게 나온 것으로 사료된다.

Fig. 7. CO2concentration measurement before and after operation.

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4. 결 론

본 연구에서는 최근 어린이 테마파크가 증가하면서 실내 공기질이 어린이 건강에 상당한 영향을 미칠 수 있다는 사실에 근거하여, 공기 오염의 대표적인 물질인 이산화탄소의 농도가 각 환기 방식에 따라 어떻게 변화 하는지 알아보고, 향후 어린이 테마파크를 신축 또는 개축 할 경우 실내 공기질을 향상시키기 위한 환기 방식 제안 시 기초자료로 활용하고자 하는 목적이다. 본 연구를 통해 각 환기 방식에 따른 실험 결과를 요약하면 다음과 같다. (1) 정상 운영 시 이산화탄소 농도의 최대 평균값을 사전 확인한 결과, A구역 1,277.6 ppm, B구역 1,305.8 ppm으로 나타났으며, 최솟값은 A구역 390.5 ppm, B구역 407.9 ppm으로 나타났다. 측정 결과 입장객 수가 많은 시간대 인 16시~19시 사이에 최대치를 기록했으며, 이때 이산화탄소 농도 평균 피크 값은 1,200~1,250 ppm을 유지하였다. (2) 이산화탄소 농도가 최대 평균값 도달 시 자연환기 방식(돔 개방, 측면 창 개방, 돔과 측면 창 동시 개방)과 기계환기 방식(공조기 외기도입) 등 4가지 실험을 실시한 결과 실험 전, 후를 비교하였을 때, 이산화탄소 농도는 1 돔과 측면 창 동시 개방, 2 공조기 외기도입, 3 돔 개방, 4 측면 창 개방 순으로 농도 감소폭이 나타났다. (3) 결과적으로 외기 및 현장조건이 반영된 공기오염도를 나타내는 공기질 개선지표가 0.43으로 가장 큰 돔과 측면 창 동시 개방이 이산화탄소 농도 저감에 가장 효과적이었다. 실험결과를 통하여 얻을 수 있는 시사점은 다음과 같다. 먼저 자연환기 및 기계환기를 최대한 활용하여 이산화탄소 농도를 감축할 수 있는 방안을 모색한다. 위치에 따라 환기의 결과가 다르게 나타나고 있으므로, 테마파크 건물의 특성을 반영하여 환기 시스템을 구축할 필요성이 있다. 테마파크 등을 포함한 어린이 이용시설에서 가장 이용이 많은 시간대에 간헐적인 환기만으로도 실내 공기질 개선에 도움을 줄 수 있다는 연구결과를 바탕으로 주기적, 정기적 환기 실시를 통해 실내 공기질을 개선하는 방안도 모색되어야 할 것이다. 향후에는 본 연구가 테마시설에 한정되어 진행되었기 때문에 어린이들이 이용하는 다중이용시설에 전반적으로 확대하기는 어려운 점이 있다. 그에 따라 테마파크 이외의 다중이용시설에 대한 실내 공기질의 정확한 역학 조사가 필요할 것으로 생각되며, 본 연구에서 제외된 다양한 실내 공기 오염물질에 대한 조사도 동시에 마련되어야 할 것으로 보인다.

References

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Article Information (continued)

[

Research article

]

Key words :

Key words

Keyword :

이산화탄소(CO₂)

Keyword :

자연환기(Natural ventilation)

Keyword :

기계환기(Mechanical ventilation)

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어린이 테마파크(Children theme park)

Keyword :

실내 공기질(Indoor air quality)

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A Study on the Reduction of Carbon Dioxide Concentration in Indoor Theme Park for Children

Abstract

Key words

기호설명

1. 서론

1.1 연구의 배경 및 목적

1.2 연구의 방법과 범위

1.2.1 연구의 방법

1.2.2 연구의 범위

Fig. 1. Natural ventilation.

Fig. 2. Mechanical ventilation.

2. 이론적 고찰

2.1 국내 실내 공기질 관련 기준

Table 1. Status of indoor air quality management by departments

2.2 관련 선행연구

3. 실험

3.1 실험개요

Table 2. Overview of theme park

Fig. 3. Inside view of the theme park.

Table 3. Specification of air conditioning system

3.2 실험방법

3.2.1 측정 장비 현황

Table 4. Specification of measurement devices

3.2.2 측정 시스템 설치

Fig. 4. Locations of CO2 sensor.

Fig. 5. Installation of air flow sensor.

3.3 실험 결과 및 분석

3.3.1 정상 운영 시 이산화탄소 농도 측정

Table 5. Measurement of CO2concentration during normal operation

Fig. 6. Measurement of total average CO2 concentration during normal operation.

3.3.2 돔 개방 시 이산화탄소 농도 측정

Table 6. Measurement of CO2with dome open

3.3.3 측면 창 개방 시 이산화탄소 농도 측정

Table 7. Measurement of CO2with side window open

3.3.4 돔과 측면 창 동시 개방 시 이산화탄소 농도 측정

Table 8. Measurement data of CO2when the dome and the side window is open

3.3.5 공조기 외기도입 시 이산화탄소 농도 측정

Table 9. Measurement data of CO2concentration with damper open

Table 10. Measurement data of outdoor air flow rate

3.3.6 나나나

Table 11. Average CO2concentration of Zone A and B

(1)

Fig. 7. CO2concentration measurement before and after operation.

4. 결 론

References

Article Information (continued)

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