최근 MTES(대표 김종헌)가 식물의 광합성효과를 빌딩 냉난방에너지, 실내공기질 개선에 이용할 수 있는지를 시험하는 ‘광합성 효과를 이용한 공조’ 논문을 발표해 주목받고 있다.
MTES는 수직정원(Vertical Garden)을 AHU시스템에 포함시키고 일반 AHU시스템과 온도·습도·CO₂·미세먼지(PM2.5·PM10) 등을 비교했다. 이를 토대로 실내정원의 단위면적당 최대 CO₂치환량을 수치로 산출한 결과 식물의 CO₂ 치환효과에 따라 외기도입량을 줄일 수 있어 냉난방 절약이 가능하고 수직정원이 바이오필터 역할을 해 미세먼지 집진효과가 있는 것으로 나타났다.
식물활용 냉방·공기질 개선 검증
최근 기후변화가 심각해지면서 여름·겨울의 극단적 기온변화는 건물 내 쾌적온도를 유지하기 위한 냉난방부하 증가를 유발한다. 이에 따라 지구평균기온과 전력소비량은 동조화현상이 발생한다.
현대 사회에서 빌딩공조시스템은 건축물 소비에너지의 50% 이상을 냉난방부하, 열원 및 이송에 사용한다. 특히 실내 재실인원을 위해 외부공기를 도입해야 하며 이는 필연적으로 에너지손실을 야기한다.
이와 같은 상황에서 도심의 식물이 가진 다양한 장점이 주목받고 있다. 식물은 실내공기를 정화하고 재실자의 스트레스 수준을 감소시킨다. 1989년 NASA의 연구결과에 따르면 식물은 벤젠, 트리클로로에틸렌, 폼알데하이드 등 유해화학물질 제거에 효과가 있는 것으로 나타났다. 또한 2007년 미국 ASHRAE의 연구결과에 따르면 식물을 가습목적으로 이용하는 테스트베드를 설치해 긍정적인 성과를 도출하기도 했다.
그러나 식물을 활용한 건축물 냉난방 및 CO₂ 절감효과는 연구발표가 거의 없다. MTES의 이번 연구는 수직정원의 광합성을 통해 CO₂를 O₂로 재활용함으로써 재실자에게 신선공기를 제공하기 위한 외기도입 부하를 줄이고 잎면적당 O₂ 치환량을 산출하기 위해 수행됐다. 또한 수직정원 공조시스템의 미세먼지 제거효과와 습도조절능력을 검증했다.
광합성으로 CO₂ 감소
이번 시험을 위해 5~6명이 거주하는 1개 사무공간에 직팽식(DX) AHU로 시스템을 구성하고 수직정원 챔버의 입구(오염공기)·출구(신선공기)에 온도·습도·CO₂·미세먼지를 측정하는 센서를 설치했다. 24시간 측정결과 CO₂·미세먼지·기온이 감소했고 습도는 증가하는 결과가 도출됐다.
입·출구사이 CO₂ 측정치는 광합성량을 의미하며 최소 4ppm, 최대 209ppm 차이가 발생했다. 평균적으로 96.6ppm 차이를 나타내 잎면적(㎡)당 CO₂-O₂ 치환량은 약 0.7CMH로 도출됐다. 이는 약 4명이 1시간동안 배출하는 CO₂량으로 그만큼 배출량을 절감시키는 효과가 있었다.
온도는 입구측이 24시간동안 약 20℃에서 21℃로 상승할 때 출구측은 약 15℃에서 16℃로 상승해 5℃ 온도를 낮추는 패시브냉방효과가 있는 것으로 나타났다.
미세먼지는 입구측에서 PM2.5·PM10 농도가 각각 35㎍/㎥로 같은 것으로 나타났지만 출구측에서는 24㎍/㎥, 22㎍/㎥로 감소해 공기중 입자흡착이 가능한 것으로 나타났다. 공기유량비를 증가시키면 고정챔버 내 여과효과가 증가하는 것이 일반적임을 감안하면 시스템구성에 따라 효과가 커질 수 있을 것으로 예상된다.
MTES의 관계자는 “기존 100% 급기·환기되는 시스템에서 외기도입·배출공기가 10%이고 90%를 재활용했다면 수직정원 등 식물챔버를 이용할 경우 동일하게 100% 급기·환기시키더라도 외기도입·배출공기를 1%로 줄이고 99%를 재활용할 수 있어 그만큼 에너지를 절감할 수 있다”고 밝혔다.
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