Study on PM10, PM2.5 Reduction Effects and Measurement Method of Vegetation Bio-Filters System in Multi-Use Facility

With the issuance of one-week fine dust emergency reduction measures in March 2019, the public's anxiety about fine dust is increasingly growing. In order to assess the application of air purifying plant-based bio-filters to public facilities, this study presented a method for measuring pollutant reduction effects by creating an indoor environment for continuous discharge of particle pollutants and conducted basic studies to verify whether indoor air quality has improved through the system. In this study conducted in a lecture room in spring, the background concentration was created by using mosquito repellent incense as a pollutant one hour before monitoring. Then, according to the schedule, the fine dust reduction capacity was monitored by irrigating for two hours and venting air for one hour. PM₁₀, PM_2.5, and temperature & humidity sensors were installed two meters front of the bio-filters, and velocity probes were installed at the center of the three air vents to conduct time-series monitoring. The average face velocity of three air vents set up in the bio-filter was 0.38±0.16 m/s. Total air-conditioning air volume was calculated at 776.89±320.16㎥/h by applying an air vent area of 0.29m×0.65m after deducing damper area. With the system in operation, average temperature and average relative humidity were maintained at 21.5-22.3℃, and 63.79-73.6%, respectively, which indicates that it satisfies temperature and humidity range of various conditions of preceding studies. When the effects of raising relatively humidity rapidly by operating system's air-conditioning function are used efficiently, it would be possible to reduce indoor fine dust and maintain appropriate relative humidity seasonally. Concentration of fine dust increased the same in all cycles before operating the bio-filter system. After operating the system, in cycle 1 blast section (C-1, β=-3.83, β=-2.45), particulate matters (PM₁₀) were lowered by up to 28.8% or 560.3㎍/㎥ and fine particulate matters (PM_2.5) were reduced by up to 28.0% or 350.0㎍/㎥. Then, the concentration of find dust (PM₁₀, PM_2.5) was reduced by up to 32.6% or 647.0㎍/㎥ and 32.4% or 401.3㎍/㎥ respectively through reduction in cycle 2 blast section (C-2, β=-5.50, β=-3.30) and up to 30.8% or 732.7㎍/㎥ and 31.0% or 459.3㎍/㎥ respectively through reduction in cycle 3 blast section (C-3, β=5.48, β=-3.51). By referring to standards and regulations related to the installation of vegetation bio-filters in public facilities, this study provided plans on how to set up objective performance evaluation environment. By doing so, it was possible to create monitoring infrastructure more objective than a regular lecture room environment and secure relatively reliable data.

다중이용시설 내 식생바이오필터 시스템의 PM10, PM2.5 저감효과 및 측정방법에 대한 연구

2019년 3월 미세먼지 비상저감조치가 일주일 동안 발령되면서, 미세먼지로 인한 국민의 불안감은 점차 가중되고 있다. 본 연구는 공기정화식물이 적용된 바이오필터의 다중이용시설 내 적용성 평가를 위해 입자상 오염원의 실내 연속방출환경을 조성하여 오염원 저감효과에 대한 측정방법을 제안하고, 시스템의 실내공기질 개선 여부를 확인할 수 있는 기초연구를 진행하였다. 강의실을 대상으로 춘절기에 모니터링 1시간 전 모기향을 오염원으로 배경농도를 조성한 후, 스케줄에 따라 2시간 관수, 1시간 송풍하여 미세먼지의 저감능을 확인하였으며, 바이오필터 2m 전방에 PM₁₀, PM_2.5 및 온습도 센서를 설치하고, 3개 송풍구 중 중앙에 풍속 프로브를 설치하여 시계열 모니터링을 수행하였다. 바이오필터에 구비된 총 3개소의 송풍구 평균 면풍속은 0.38±0.16 m/s로 댐퍼 면적이 제외된 송풍구별 면적 0.29m×0.65m을 적용한 총 공조풍량이 776.89±320.16㎥/h로 산출되었다. 시스템 가동으로 평균온도 21.5~22.3℃, 평균상대습도 63.79~73.6%를 유지하여, 선행연구의 다양한 조건별 온습도 범위에 부합하는 것으로 판단된다. 시스템 공조부 구동을 통해 급격하게 상대습도를 상승시키는 효과를 효율적으로 운용할 경우, 계절에 따른 실내 미세먼지 저감과 적정한 상대습도 확보도 가능할 것으로 판단된다. 미세먼지 농도는 바이오필터 시스템 가동 전의 모든 주기에서 상승 현상이 동일하게 집계되었으며, 시스템 가동 후 1주기 송풍구간(B-1, β=-3.83, β=-2.45)에서 미세먼지(PM₁₀)는 최대 28.8% 수준인 560.3㎍/㎥, 초미세 먼지(PM_2.5)는 최대 28.0% 수준인 350.0㎍/㎥까지 저감되었다. 이후 미세먼지(PM₁₀, PM_2.5)의 농도는 2주기 송풍구간 감소(B-2, β=-5.50, β=-3.30)로 각각 최대 32.6% 수준인 647.0㎍/㎥, 32.4% 수준인 401.3㎍/㎥까지 저감되었고, 3주기 송풍구간감소(B-3, β=5.48, β=-3.51)로 최대 30.8% 수준인 732.7㎍/㎥, 31.0% 수준인 459.3㎍/㎥까지 저감된 것으로 확인되었다. 본 연구는 식생 바이오필터의 다중이용시설 내 설치와 유관한 관련 표준 및 규정을 참조하여, 객관적인 성능평가환경의 구축 방안을 제시할 수 있었다. 이를 통해 일반 강의실 환경 내에 보다 객관화된 모니터링 인프라를 조성하여, 상대적으로 신뢰성 있는 데이터 확보가 가능했던 것으로 판단된다.