대형건물 내 실내환경 조절용 Bio-filtration시스템 활용한 에너지 효율 빌딩 구축

대형건물내 실내공기질은 공조시스템에 의한 환기에 의존하고 있으며 공조시스템은 건물에너지의 20~50% 사용하고 있으며, 식물의 공기정화능력과 공조시스템의 융합을 통한 실내공기질 개선 및 에너지 절감할 수 있으며, 식물의 정화기능과 건물의 공조시스템을 결합한 에코빌딩 연구의 필요성 증가하고 있다. 본 연구에서는 건물 공조시스템과 연계 가능한 대형 Bio-filtration 시스템 개발을 목표로 식물의 biofiltration 기능 극대화 기술개발, 식물의 Bio-filtration과 건물 공조시스템연계 기술개발, 식물의 에코시스템 지하생활공간 활용방안 및 적용, 건물 에너지 효율적인 에코시스템 개발을 목표로 수행되되었다.

조립활성탄(PAC), 활성백토(ACL), 제올라이트(ZEO), 규조토(DIA), 부석(Pumice), 세라믹 황토볼(Loess)을 여재로 사용하였을 때 활성백토의 정화능이 가장 우수하였으며, 다음으로 조립활성탄, 규조토, 제올라이트, 부석 순으로 나타났고 활성백토+조립활성탄 혼합은 활성탄 단용과 비슷하거나 떨어져 여재로 사용하기에 부적합하며, 제올라이트+조립활성탄 혼합이 가장 우수한 정화능을 보였으며 제올라이트 단용에 비해 파과현상이 거의 나타나지 않아 여재로 사용하기에 적합하였으며, 수직혼합 방식이 정화능이 가장 우수하였다. 배양토+식물 뿌리+저수부에 따른 Bio-filtration 효과 구명 실험결과는 저수층의 존재만으로도 포름알데히드의 정화능은 향상되지만 저수층의 높이나 통과형태에는 무관한 것으로 판단되었으며, 배지층에 수직형 air path 층을 8% 혼합하였을 때 정화능을 높이면서 압력손실을 줄일 수 있었다. 송풍속도의 경우 속도가 빠를수록 포름알데히드 정화속도와 최종정화량이 높게 나타났으나 10.1cm/s 이상에서는 속도 증가에 따른 정화능의 차이를 보이지 않았으며, 배양토내 수분함량이 일정하게 유지될 경우 송풍속도에 관계없이 생장이 가능하였다. 토양수분이 높을수록 정화능이 좋게 나타났으며, 실내공기질 유지기준까지 ≒0%에서는 3시간, 20%에서는 5시간 정도가 소요되었다. 질산태 질소를 시비하였을 때 질소함량이 증가함에 따라 정화능이 좋아지는 경향성이 지속적으로 나타났으나 NH4-N에 비해서 정화능이 떨어졌다.

바이오필터의 배양토 토심, 토양밀도, 토양수분 및 풍속이 증가함에 따라 비례적으로 압력손실량이 증가하였고, 배양토 대신 통기성 재료(바크, 톱밥, 숯)를 단용으로 처리할 경우는 압력손실이 전혀 나타나지 않았다. 공기가습법을 도입하여 개발한 바이오필터의 경우, 토양수분과 압력손실량은 기액비 조절에 따라 토양 수분의 안정성을 나타내었고, 고흡수성 폴리머의 함량을 조절하여 토양수분 안정화를 조절할 수 있었으며, 바이오필터의 식물 유· 따른 입자의 수에 따른 제거율은 미세먼지의 경우 토양만 있는 바이오필터는 30% 이상, 식물이 식재된 경우에는 40% 이상의 제거율을 나타내었고 미세먼지 입자 무게의 경우, 토양만 있는 경우 4% 이상, 식물이 식재된 경우 20% 이상으로 두 평균간의 통계적 유의성이 나타내었다. 식물 유‧에 따른 휘발성 유기 화합물 제거율을 보면 TVOC, xylene, ethylbenzene, toluene는 식물 식재시 10% 높았으며, benzene과 포름알데히드는 식물 식재시 16% 높게 나타났다. 신형 벽면바이오필터의 근무인원 투입 후 실내공기질을 분석한 결과, 바이오필터 작동시 포름알데히드, TVOC, CO2 농도가 감소하였고, 바이오필터 작동 중지시 증가하였으며, 가동 전후의 근무자 실내공기질 만족도를 조사한 결과, 바이오필터 작동시 실내 공기의 습도, 청량감, 냄새, 먼지, 소음에 대한 만족도는 각각 42, 44, 44, 44, 27점으로 “만족”"매우 만족” 대부분이었고, 작동 중지시에는 각각 24, 25, 28, 27, 37점으로 실내공기질에 대해 “보통” 대부분으로 나타났다.

지하상업공간은 출퇴근 시간등과 연관되어 유동인구에 따른 편차가 컸다. 가스상 오염물질의 농도는 확산에 의해 감소하나 입자상 오염물질은 소멸되지 않고 침강하였다가 다시 유동인구가 많아지면 재부유하는 현상이 발생하였으나 지하운동공간에서는 운동 종류에 따라 오염물질의 차이가 있었다. 식물을 고정하는 배지의 수분이 높을수록 미세먼지 제거 효과가 높았으나, 배지의 유기물 등은 식물의 광합성작용이 없을 때 이산화탄소를 높이는 경향을 보였다. 나비란, 디펜바키아, 스킨답서스, 스파티필럼, 산호수, 쿠루시아, 팔손이, 붓순나무 등은 저광도에서 생육이 좋은 것으로 나타났으나, 디펜바키아, 산호수, 팔손이는 120umol m-2s-1에서 과도한 성장으로 실내조경면에서 잦은 유지관리가 필요한 것으로 판단되었다.