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모사챔버 실험을 통한 실내공간의 재실자 활동에 따른 미세먼지 비산 특성 연구
조성희(Sunghee Cho),조영민(Yeongmin Cho),박덕신(Duckshin Park),김민정(Minjeong Kim) 한국산학기술학회 2021 한국산학기술학회논문지 Vol.22 No.11
본 연구는 실내공간 중 학교 교실의 특성을 반영한 모사챔버를 활용하여 주요 영향인자를 제어한 조건에서 재실자 활동에 따른 미세먼지 비산을 측정하였다. 이를 위해 67㎥ 크기의 모사챔버를 제작하였으며, 실험자가 모사챔버 내부를 걷기(1 m/s), 빠르게 걷기(2 m/s), 뛰기(3 m/s)로 편도 이동 시 비산되는 미세먼지 농도를 측정하였다. 이때 모사챔버의 바닥 미세먼지 침적량은 0.3 g/㎡, 온도는 20~25 ℃, 습도는 45~50 %를 유지하였다. 또한 바닥에 침적된 미세먼지 질량 대비 공기 중으로 부유하는 미세먼지 질량 비율인 비산계수[㎍/㎍]를 각 활동의 이동 속도별로 산출하였다. 모사챔버 내 PM10 비산농도는 걷기 시 7.3 ㎍/㎥, 빠르게 걷기 시 17.6 ㎍/㎥, 뛰기 시 26.7 ㎍/㎥이며 PM2.5 비산농도는 걷기 시 3.0 ㎍/㎥, 빠르게 걷기 시 4.7 ㎍/㎥, 뛰기 시 5.2 ㎍/㎥로 실험자의 이동속도가 증가함에 따라 선형적으로 증가하였다. 이는 이동속도가 증가함에 따라 실험자 주변 공기의 유동 및 유속이 증가하며, 이에 따라 입자의 비산 속도가 증가하기 때문으로 사료된다. 비산계수의 경우 PM10은 걷기에서 0.0097, 빠르게 걷기에서 0.0254, 뛰기에서 0.0454를 보였으며, PM2.5는 걷기에서 0.0040, 빠르게 걷기에서 0.0062, 뛰기에서 0.0095로 이동속도에 대해 선형적인 증가 경향을 보였다. 또한 이동속도와 비산 농도, 비산계수 간의 선형 회귀식을 도출하여 PM10은 99%, PM2.5는 97~99%의 정확도를 확인하였다. 모사챔버 실험을 통해 도출된 재실자 이동속도와 비산 농도, 비산계수 간의 회귀식을 활용하여 재실자의 여러 이동속도 조건에서의 미세먼지 비산 양 추정이 가능할 것으로 사료된다. This research investigates the properties of a particulate matter (PM) suspension in accordance with occupants" activity through a simulation chamber experiment that reflects the indoor characteristics. Experimenters move across the simulation chamber at a pace of 1 m/s (walking case), 2 m/s (jogging case), and 3 m/s (running case). Then, the PM10 and PM2.5 concentration that increases due to the suspension resulting because of the experimenters" activity is measured. During the experiments, the simulation chamber condition is set at as follows: dust surface mass is 0.3 g/㎡, temperature is 20~25℃, and humidity is 45~50%. Then, the PM suspension factor, the ratio of airborne PM mass above the suspension site to its surface mass, is analyzed at the respective activity conditions. Both the PM suspension concentration and factor tend to show a linear increase as the moving speed of experimenters" increases. At the respective walking, jogging, and running conditions, the PM10 suspension concentration is 7.3 ㎍/㎥, 17.6 ㎍/㎥, and 26.7 ㎍/㎥; the PM2.5 suspension concentration is 3.0 ㎍/㎥, 4.7 ㎍/㎥, and 5.2 ㎍/㎥. Furthermore, the regression equations between (1) experimenters" moving speed and suspension concentration and (2) experimenters" moving speed and suspension factor are suggested. The accuracy of regression equations is 99% for PM10 and 97~99% for PM2.5.