한국기술교육대학교 기계공학과에 재학 중인 박서연 발표자는 한국실내환경학회 제20회 연차학술대회에서 ‘실내공기질(IAQ) 모델링을 통한 재실자의 영향 분석’에 대한 결과를 소개했다.

현대인은 대부분 실내에서 거주하며 IAQ는 건강과 밀접하기 때문에 이를 모델링해 효과적인 시스템을 개발하는 연구가 활발하다. 외부 기상변수, 실외 유입, 실내 침착, 환기, 공기청정기 등의 영향을 이용한 IAQ 모델이 개발됐으나 실내 오염물질의 주 발생원인 재실자의 수와 활동은 고려되지 않았다.

어린이는 활발한 실내 활동과 성인에 비해 많은 호흡량과 미발달된 신체로 오염물질 노출가능성이 높으며 건강에 더 유해하다. 이 연구에 따르면 노출에 취약한 어린이 대상 활동 시설에서 실측공기질 데이터를 기반으로 환기, 침기, 침착, 공기청정기 등 효과에 재실자 수나 활동 등 특성을 반영한 IAQ 모델을 개발했다.

박서연 발표자는 “개발된 모델을 통해 재실자가 IAQ에 미치는 영향을 분석하며 노출량을 수치화했다”라며 “또한 공기청정기의 오염물질 저감효과를 분석해 IAQ를 개선하며 재실자의 노출을 최소화할 수 있는 전략을 수립하는데 집중했다”고 강조했다.

개인 CO₂ 발생량‧호흡량 중심 노출량 추정 가능
먼저 천안에 위치한 키즈카페와 태권도장을 선정해 IAQ를 실측하며 공간 특성, 재실자 수와 연령, 활동수준 등을 파악했다.

오염물질의 생성과 소멸은 다양한 변수에 의해 복합적으로 일어나기 때문에 각 요인별 생성과 소멸량을 추정할 수 없어 MATLAB의 유전알고리즘(GA)을 이용해 농도 실측값과 계산값의 오차를 최소화하는 각 변수의 최적값과 재실자 수, 환기량, 공기청정기 유량, 환기량, 침기 및 침착률 등 변수의 범위를 제한했다.

박서연 발표자는 “GA로 산출한 실내 오염물질 농도는 실측값과 1% 미만의 오차를 보였다"라며 "실내 CO₂ 농도는 재실자 수에 따라 뚜렷한 증가와 감소 경향을 보였으며 PM2.5는 대상 공간에 사함이 들어올 때 급격히 증가했다”고 분석했다.

이어 “키즈카페는 PM2.5 농도가 증가했다가 급격히 낮아졌는데 이는 공기청정기 2대가 효과적으로 미세먼지를 제어하고 있었기 때문”이라고 설명했다.

재실자의 행동에 따른 PM2.5와 CO₂ 발생량을 계산한 결과 상대적으로 움직임이 많은 태권도장이 더 높은 PM2.5를 배출하고 있으나 활동 중 환기를 하며 건물의 노후화로 침기율이 높아 CO₂ 발생량은 적게 나타난다. 개인별 평균 CO₂ 발생량과 호흡량이 비례한다는 가정에 따라 노출량을 추정할 수 있었다.