시뮬레이션을 통한 어린이집의 주방 조리 시 미세먼지 증가 및 인접실로의 확산 특성, 대책안 적용 효과의 분석 (The Effect of Countermeasures for the Generation and Transport of Particulate Matter to Adjacent Rooms when Cooking in Daycare Center Using Simulation)

서지정보

· 발행기관 : 대한설비공학회
· 수록지 정보 : 설비공학 논문집 / 33권 / 9호 / 435 ~ 446페이지
· 저자명 : 박승환, 박소우, 송두삼

초록

본 연구에서는 어린이집 조리실에서 조리행위와 보육실에서 원생들의 활동으로 인해 실내 미세먼지 농도가 급격히 상승하는 상황에서 환기시스템 및 공기청정기를 가동하여 실내 미세먼지를 제거하는 방안에 대해 분석하였다. 그 결과는 다음과 같다.
Base case는 실내 미세먼지 발생원이 없는 조건이며, 조리실의 미세먼지 농도는 현재 국내 24시간 평균 기준치의 약 20%정도 밖에 되지 않는 수준이었다. 하지만 주방 조리를 하는 조건인 Case 1의 경우 조리실의 미세먼지농도가 Base case 대비 약 364배, 국내 기준치의 약 77배를 상회하였다. 또한, 증가된 미세먼지가 계단실로 이동하여 모든 층의 계단실 미세먼지 농도가 Base case 대비 약 2배 정도 증가하였다. 그러나 데크층 보육실의 경우 외기 → 보육실 → 복도 → 계단실 순으로 미세먼지가 이동되고 조리실의 경우는 조리실 → 복도 → 계단실로 이동되기 때문에 조리 시 발생된 고농도의 미세먼지가 보육실로 유입되지 않아 Base case와 동일한 수준의 미세먼지 농도 분포를 보였다.
Case 2는 주방 조리 시 후드를 가동한 조건이며, 후드의 미세먼지 제거 성능은 약 64.3%로 나타났다. 또한, 후드 가동 시 조리실에 부압이 형성되어 복도에서 조리실로 공기가 유입되는 현상이 발생되었다. 이로 인해 중성대 이하 층에서는 후드의 영향으로 외기 미세먼지가 실내로 유입되어 보육실의 미세먼지 농도가 Case 1 대비 오히려 증가하였다. 하지만 중성대 이상 층에서는 후드의 영향으로 계단실과 보육실의 미세먼지 농도는 Case 1 대비 약 50% 저감되었다.
Case 3은 보육실에서 원생들이 활동과 조리실에서 조리 활동이 동시에 이루어지는 실내 미세먼지 농도가 가장 높은 상황이며, 조리실의 미세먼지 농도는 Case 2와 비교하여 큰 차이가 나타나지 않았다. 하지만, 각 보육실에서 원생들의 활동에 의해 증가된 미세먼지가 후드의 영향으로 인해 복도 및 계단실로 유입되어 Case 2 대비 복도 및 계단실의 농도는 약 31% 증가되었다. 원생들의 활동으로 인해 증가된 미세먼지는 모든 보육실에서 국내 기준을 초과했기 때문에 이를 제거하기 위한 대책이 필요할 것으로 판단된다.
Case 4는 미세먼지 제거 대책 안으로 환기시스템을 가동한 조건이며, 환기시스템 가동 시 보육실 내 미세먼지 농도는 평균적으로 76%의 미세먼지가 제거되는 효과를 보였으며, 1층의 보육실을 제외하고 모든 보육실에서 국내 기준치에 만족하는 결과로 나타났다.
Case 5는 환기시스템 대신 공기청정기를 가동한 조건이며, 공기청정기를 가동 시 평균적으로 56%의 제거성능을 보였다. 옥탑층의 다락방인 보육실를 제외하고 모든 보육실에서 국내 기준치를 높게 상회하는 결과를 보여 공기청정기의 필터효율을 고효율로 유지하거나 현재 적용된 평형 보다 더 큰 평형의 대용량 공기청정기를 가동하여야 할 것으로 판단된다.
Case 6은 환기시스템과 공기청정기를 동시에 병용하여 운전했을 경우이며, 평균적으로 80%의 보육실 내 미세먼지가 감소되는 결과가 나타났고, 모든 보육실에서 국내 기준치 이하로 유지되는 결과를 보였다. 환기시스템만을 가동하여 해결되지 못했던 1층 보육실에 대해 환기시스템를 가동하여 외기 고농도 미세먼지를 필터링시키고 공기청정기를 병용함으로써 상대적으로 감소된 미세먼지 농도의 공기를 순환시켰기 때문에 1층 보육실에 대해 국내 기준치 이하로 유지시킬 수 있었다고 판단된다.
본 연구에서는 사회적으로 이슈가 되고 있는 초미세먼지 PM2.5에 대해 실내 공기질의 가장 취약한 어린이들이 주로 생활하는 어린이집을 대상으로 시뮬레이션 분석을 수행하였다. 또한, 실제로 발생될 수밖에 없는 행위인 조리행위와 보육실에서 원생들의 활동행위 등에 따라 미세먼지 농도의 발생정도를 파악하였고, 인접실로 이동에 대해 분석하여 추후 어린이집의 미세먼지에 대한 운영 가이드라인에 기초자료로써 활용될 수 있을 것이다. 추후 미세먼지 뿐만 아니라 어린이들의 호흡으로 인한 CO2 농도에 대해 보육실에서 어린이들의 활동에 의한 CO2 발생과 인접으로의 이동, 그리고 이를 제거하기 위한 최적 방안에 대해 분석할 예정이다.

영어초록

The purpose of this study is to analyze the increase of PM2.5 concentration generated during cooking in a daycare center and the effect of removing countermeasures was analyzed by simulation method. The concentration of PM2.5 exceeded the upper limit of the relevant guidelines when cooking in the kitchen. The PM2.5 was moved from the cooking room to the staircase through the corridor. When the hood was operated under this condition, about 64.3% of PM2.5 was removed. However, when the hood was operated in the kitchen, negative pressure was generated and air flew into the child-care room, and the concentration of PM2.5 in the child-care room increased due to the influx of high PM2.5 concentration. The PM2.5 concentrations in the child-care rooms at the third floor and rooftop were also reduced by about 50%. In this situation, even if the children were active in the child-care rooms, the PM2.5 concentration in the cooking room was not significantly different. However, since the increased PM2.5 concentration, resulting from children’s activities, exceeded the standard value countermeasures to remove it were necessary. When the ventilation system was operated as a countermeasure to eliminate this, the average removal effect was 76% and all child-care rooms, except the one on the first floor, met the standard value. In addition, when the air cleaner was operated, it showed an average of 56% removal performance and the results were higher than the standard value in all child-care rooms where children were active. Lastly, when the ventilation system and the air cleaner were operated at the same time, the average removal effect was 80% and PM2.5 concentration in the child-care room on the first floor could not be solved by the ventilation system alone, it was maintained below the standard value using an air cleaner.

참고자료

· 없음