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환기가 불충분한 공간에서 미세먼지 농도 변화 특성

Characteristic of Particle Concentration Variation in Insufficiently Ventilated Spaces

초록 (요약문)

학교 교실 같은 실내에서 외기 오염 및 겨울철 열 손실을 피하고자 환기(Ventilation)가 충분히 이루어지지 못하고 있다. 미세먼지(Fine Dust)는 재실자의 건강을 해칠 수 있음으로 적절한 환기를 해주는 것이 필요하다. 따라서, 본 연구에서는 환기가 불충분하거나 밀폐된 공간에서 미세먼지 농도 변화 특성을 연구하기 위해 서강대학교 열공학 연구실에서 실험을 진행하였다. 학교 교실의 쉬는 시간과 같은 환경을 만들기 위해 15분간의 환기를 통해 실내 미세먼지 분포를 균일하게 만들어 준 후 미세먼지 농도를 관측하였다. 미세먼지 측정 장치는 광 산란 방식(Light Scattering Method)을 사용하였다. 광 산란 방식은 대기 중의 미세먼지를 흡입한 후 입자에 광원을 조사하여 빛이 산란하게 된다. 산란한 빛을 검출기로 측정하여 전기적 신호로 변경하는데 강도(Intensity)에 따라 입자의 크기가 파장의 개수(Frequencies)에 따라 입자 개수가 결정된다. 5개 구간으로 나누어져 측정된 입자 개수를 통해 공간의 질량 농도로 변환하여 분석하였다. 실험 결과, 환기가 불충분한 공간에서 미세먼지는 시간이 흐름에 따라 농도가 감소하게 된다. 재실자의 움직임, 환기 시스템, 공기 청정기 등 미세먼지 농도에 변화를 줄 요인이 없었으나 농도가 감소한 것은 중력에 의한 입자 침강(Settling)이 원인이다. 따라서, 미세먼지 농도를 예측하고 환기 가이드라인을 제시하기 위해 실내 공기질(Indoor Air Quality: IAQ) 예측 프로그램 IAQ-Calculator를 제작하였다. IAQ-Calculator와 실험 결과를 비교하여 시뮬레이션에 대한 정합도 분석을 수행한 결과 대부분 높은 정합도를 보였다. 단, 미세먼지 농도가 맑은 날이나 매우 높은 특수한 경우에는 특정 모델이 오차를 보일 수 있다. 환기가 불충분한 공간에서 미세먼지 농도 감소는 침강에 의한 영향이 주효하다. 따라서 본 연구를 통해 실내 농도 변화를 예측하여 재실자의 건강을 지키는 주요한 정보인 환기 가이드라인과 적절한 측정 장치 위치 선정에 대한 정보를 제시할 것으로 기대된다.

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초록 (요약문)

Indoor spaces, such as school classrooms, are insufficiently ventilated because people want to avoid air pollution from outside and heat loss in winter. Adequate ventilation is necessary since fine dust can harm the health of occupants. In this study, we conducted experiments in the Thermal Engineering Laboratory of Sogang University to examine the characteristics of fine dust concentration changes in a insufficiently ventilated or enclosed space. After uniformly distributing the indoor fine dust through 15 minutes of ventilation to create an environment similar to school classrooms during the break, we monitored the fine dust concentration. The fine dust measuring device used the light scattering method: fine dust in the air was inhaled, and then the particles were irradiated with a light source to scatter light. The scattered light was measured using a detector and changed into electrical signals. The particle size was determined by the signal intensity, and the number of particles was determined by the number of frequencies. The number of particles measured in five sections was converted into the mass concentration of space for analysis. In the experiment, the concentration of fine dust in a insufficiently ventilated space decreased over time. There were no factors—such as movement of occupants, ventilation system, and air purifier—that could have affected the reduction in the fine dust concentration. Nevertheless, the concentration decreased because of the particle settling caused by gravity. We created IAQ-Calculator, an indoor air quality (IAQ) prediction program, to predict the fine dust concentration and provide ventilation guidelines. The IAQ-Calculator’s results and the experimental results were compared to analyze whether the simulation results were consistent with the experimental results, and most of them showed high consistency. Certain models, however, may show errors on clear days or in special cases where the fine dust concentration is very high. In a insufficiently ventilated space, the effect of settling is the major factor affecting the reduction of fine dust concentration. It is expected that indoor concentration changes will be predicted based on this study to provide ventilation guidelines and information for choosing an appropriate measurement position—crucial information required to protect the health of people in the room.

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