• 대한자원환경지질학회:학술대회논문집
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• 대한자원환경지질학회 2001년도 제17차 공동학술강연회 및 춘계학술답사
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• pp.42-63
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• 2001

무령왕릉의 보존대책을 수립하기 위하여 누수 현상, 고분구조 벽체거동 상황 및 구조안전점검, 고분 내에 서식하는 조류의 제거, 고분내 습기 및 결로현상 제거를 위한 공기조화시설 등을 포함하는 종합 정밀저사를 1996년 5월 1일 부터 1997년 4월 30일 까지 1년간 수행하였다. 이러한 연구를 수행하기 위하여 기초 지반에 대한 정밀측량, 고분 내외부의 년중 온습도 모니터링, 지반의 내부물성 파악을 위한 지구물리 탐사, 시추 자료에 대한 각종 물성실험, 지반의 투수계수 측정 및 지구화학적 분석을 실시하였다. 고분 내외부에 대한 정밀측량 결과 봉분 중심의 현실 중심보다 북동쪽으로 5m 이격되어 있다. 무령왕릉의 경우는 발굴 당시에도 유사한 분포를 하였으나, 이로 인하여 불균형적인 토압을 발생시키는 원인이 되고 있다. 벽돌깨짐 상황 조사결과 무령왕릉의 조사 대상 벽돌 6025장중 1972년에는 435장 파손되었던 것이 1996년 조사결과 1072장이 파손된 것으로 밝혀져 파손율이 2.5배로 증가하였다. 6호분의 경우는 이보다 더 심하여 벽돌 파손율이 2.9배로 증가하고 있다. 1972년 상황은 약 1450년간 진행된 것이고 1996년의 상황은 불과 24년간 진행된 것임을 감안할 고분이 발굴된 이후 벽돌의 균열은 상당한 가속도로 진행되어 온것이 사실이며 이대로 진행된다면 더욱 더 가속화될 것으로 판단된다. 고분벽체의 거동상태를 계측한 결과 무령왕릉 동측벽의 경우 우기와 건기에 각각 2.95 mm/myr및 1.52 mm/myr의 거동을 보여 우기에 지하수 유입에 의한 지반의 약화로 인하여 건기보다 2배정도 거동하는 양상을 보인다. 한편, 연도 입구의 호벽은 건기에 전실쪽으로 0.43 mm/myr, 연도쪽으로 2.05 mm/myr의 거동을 보여 무령왕릉에서는 가장 심한 거동을 보이고 있다. 6호분의 거동현황은 건기에만 측정된 바, 현실의 동측벽과 서측벽이 각각 벽체 뒤쪽으로 7.44 mm/myr, 현실안쪽으로 3.61 mm/myr의 거동을 보여 조사대상 5호분, 6호분, 7호분, 중 가장 심한 거동을 보이고 있다. 이는 고분 벽돌의 깨짐이 6호분이 가장 심하다는 사실과 무관하지 않은 것으로 판단된다. 봉분내부의 토양층구조에 대한 지오레이다 영상단면을 분석한 결과 무령왕릉 연도상부의 누수지방지층이 심하게 균열되어 있음을 발견하였다. 이 곳은 고분내부로 직접누수가 발생하는 곳이다. 직접누수와 지하수 형태로 유입된 침투수는 고분군 주위의 지반의 함수비를 증가시켜 지반의 지지력을 약화시키고 또한 고분내로 서서히 유입되어 고분내부의 습도를 100%로 유지시키는 주된 원인이다. 이러한 높은 습도는 고분내의 남조류의 번식을 가져왔으며 남조류의 번식은 현재 6호분이 가장 심각하고 7호분이 우려되는 수준이며 5호분은 문제가 없는 것으로 판단된다. 이와 같이 고분군의 발굴후 인위적인 환경변화와 지속적인 강우침투 및 배수 불량의 영향은 고분군의 안정성에 상당한 위험을 초래하였으며, 현 상태는 각 고분에 대한 보강이 불가피한 것으로 판단된다. 고분 벽돌의 깨짐, 고분 벽체의 거동, 조류의 서식등을 포함하여 송산리 고분군에서 발생되고 있는 보존상의 제반 문제점들을 일차적으로 누수 및 침투수에 의한 결과이다. 그러므로 무엇보다도 고분군 내부 및 고분 주변으로의 강우 및 지하수 침투를 막는 차수 대책이 시급한 것으로 판단된다. 또한 이미 발생한 변위가 더 이상 진행되지 않도록 하중을 경감하고 토압의 균형을 이루는 보강대책이 시급한 실정이다. 고분군의 보존대책으로는 고분의 구조안전에 관하여 근본적인 구조변경이 불가피한 직접 보강대책보다 간접적인 보강대책이 바람직한 것으로 판단된다. 간접적 보강대책으로서는 현 봉분규모의 축소, 불균등토압의 조정, 강우침투 방지를 위한 최종복토시스템, 유도배수구의 설치 및 능선 상부로부터의 지하수 차단시설을 포함한다. 이러한 차수대책은 고분군의 제문제를 해결하는 가장 근본적인 대책이라 할 수 있다. 고분내 결로현상 및 습기 제거를 위하여 항온항습장치를 전실에 설치하고 덕트를 통하여 고분내 현실로 순환시키는 방법을 제안하며 외부 온도의 영향을 덜 받게 하기 위하여 전실상부 토양을 현재보다 두껍게 하고 전실의 천정마감재를 열전도도가 낮은 목재로 교체하며 출입문의 이동등을 제안하였다. 금번 조사 연구를 통하여 얻어진 각종 보수 및 보존대책은 고분구조 자체에 가능한 한 최소의 변화를 주면서 가장 시급한 문제점부터 해결하도록 제시되었다. 설계 및 시공단계에서는 보수의 경중을 가려 순서에 입각하여 이루어져야만 하며 설계 및 시공단계에서 고분의 구조안전에 영향을 주지 않도록 각별한 주의가 요망된다. 끝으로, 상기의 보수대책이 실시된 후 이에 대한 평가 및 향후의 영구 보존을 위한 벽체경사 계측, 함수비 및 지하수위 계측, 온습도 측정 등을 포함하는 사후계측시스템은 필수적이라 할 수 있다. 각종 계측자료를 이용한 장기적이고도 세심한 분석을 통하여 완벽한 보존 관리가 이루어져야할 것으로 사료된다.로 사료된다.

• 생물환경조절학회지
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• 제5권2호
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• pp.215-235
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• 1996

본 연구에서 수행한 Model 시뮬레이션에 의한 열환경 분석 기법은 지역별로 다양한 기상여건 하에서 대상온실의 난방 및 냉방부하를 보다 합리적으로 예측할 수 있을 뿐만 아니라 냉방이나 난방용 시스템의 결정을 비롯한 난방대책을 수립하고, 에너지 이용 전략의 수립이나 계절적인 작부계획 수립, 온실산업용 적지선정 등에 유익하게 활용될 수 있을 것이라 판단된다. 본 연구에서는 온실의 적극적인 환경조절 유형을 난방과 냉방의 두 가지로 대별하고, 난방 소요열량 산정을 비롯하여 야간의 보온 커튼효과, Heating Degree-Hour 산정 등 난방과 관련된 시뮬레이션은 동적 모형을 이용하여 시간별, 일별 및 월별로 검토하였으며, 환기를 비롯한 차광, 증발냉각시스템의 효과 분석은 정적모형을 이용하여 검토하였다. 특히 하절기 지하수와 같은 저온수를 직접 이용하거나 Heat Pump를 통하여 확보될 수 있는 저온수를 이용하여 온실의 피복면에 살수함으로서 확보할 수 있는 온실냉방효과를 검토하는 데는 1.2m$\times$2.4m 크기의 모형온실을 제작하여 기초실험을 수행함으로서 동절기의 수막시스템의 보온효과와 마찬가지로 하절기 냉방 효과를 거둘 수 있다는 가능성을 확인하였다. 본 연구에 활용된 온실의 수치 환경모형 중 난방관련 시뮬레이션용 동적 수치모형은 소기의 목적을 달성하는데 충분히 응용될 수 있는 이론모형이다. 이 이론모형이 범용성이 높은 것은 온실 내ㆍ외의 미기상 변화, 특히 난방이나 냉방이 본격적으로 요구되는 기간동안에 온도, 습도, 일사, 풍속 등의 미기상 인자들을 면밀하게 관찰하여 실측된 자료를 바탕으로 개발되었고, 다양한 자료에 의해 충분히 검정되었기 때문이다. 본 연구에서는 경남 진주지역의 어느 특정 기간(1987년)의 시간별 기상자료를 중심으로 온실의 열적 환경변화에 대한 수치모형 시뮬레이션을 실시하였으며, 아직 수치모형에 의한 시뮬레이션이 불가능한 일부 냉방효과를 검토하는 데는 모형 실험을 실시하였으며, 그 결과를 요약하면 다음과 같다. 1. 주간과 야간의 설정온도를 달리하고 다단계 변온조절방식으로 시뮬레이션을 행한 결과 난방 소요열량은 난방 설정온도에 따라 현저한 차이를 보였다. 특히 주간 설정온도에 비하여 야간 설정온도가 난방 소요열량에 예민하게 영향을 미치므로 야간의 설정온도 결정에 신중을 기해야 할 것으로 판단된다. 2. 기존의 Heating Degree-Hour 자료는 평균 외기온을 중심으로 임의의 설정온도에 대하여 산정된 값이므로 난방 소요열량에 대한 상대적인 비교수단은 되나 고려되는 기상인자의 제한과 설정온도의 임의성 때문에 실용성이 부족하다. 따라서 본 연구에서 제시된 것처럼 온실 주변의 제반 미기상 인자나 경계조건이 반영됨은 물론 작물의 생육상태 및 구체적인 설정온도까지도 고려하는 동적 수치모형으로 시시각각으로 예측된 실내기온을 중심으로 재배기간 동안의 난방열량을 적산함이 합리적이라 판단된다. 기존의 MDH 자료로 난방 설계를 할 경우에는 지나치게 과잉설계 될 가능성이 있다. 3. 산정된 난방 소요열량은 물론 커튼의 보온성능도 월별 기상여건에 따라 현저한 차이를 보이며, 시뮬레이션에 이용된 커튼의 경우 높은 보온효과를 보임으로서 년 평균 50% 이상의 난방 에너지를 절감할 수 있으며, 동절기 3-4개월의 집중 난방기에 에너지가 크게 절감됨을 발견할 수 있다. 4. 고온기 환기성능은 온실의 구조, 기상조건, 작물의 생육상태 등에 따라 다소의 차이가 있으나 환기율에 의해 크게 좌우되며, 시뮬레이션에 이용된 두 가지 농가보급형 온실 모두 환기율의 증가에 따른 실내기온의 강하 효과가 환기율이 1회/min 정도를 넘어서면서 급격히 둔화되는 현상을 보인다. 이는 기존에 권장되고 있는 적정 환기율인 1회/min 전후의 환기 시스템을 갖추는 것이 합리적임을 확인해 준다. 5. 작물이 성숙된 유리온실에서 외기의 상대습도가 50%인 쾌청한 주간동안 연속적으로 1회/min로 환기를 시킬 경우 실내기온 36.5$^{\circ}C$의 대조구에 비한 온도강하는 50% 차광만 했을 시 2.6$^{\circ}C$이고 효율 80%의 Pad ＆ Fan 시스템만 작동시 6.1$^{\circ}C$ 정도이며, 차광과 냉각시스템을 동시에 작동시는 약 8.6$^{\circ}C$로서 외기온보다 3.3$^{\circ}C$가 낮은 28$^{\circ}C$까지 실내온도를 낮출 수 있으나, 동일 조건하에서 외기의 상대습도가 80%로 높은 경우에는 Pad ＆ Fan시스템에 의한 온도강하가 2.4$^{\circ}C$에 불과하여 50% 차광하에서도 외기온 이하로 실내온도를 낮출 수 없음을 알 수 있다. 6. 하절기 3개월(6/1-8/31)동안 Pad ＆ Fan 시스템의 냉방효과($\Delta$T)는 설정된 작동 온도에 따라 다소 차이를 보일 것으로 예상되나 본 시뮬레이션에서 설정한 시스템의 작동 온도 27$^{\circ}C$에서 상대습도와의 상관관계는 대략 다음과 같았다: $\Delta$T= -0.077RH＋7.7 7. 전형적인 하절기 주간기상 하에서 경시적 냉방효과를 분석한 결과 환기만으로는 실내기온을 외기온 보다 5$^{\circ}C$ 높게 유지하는 정도가 고작이고, 차광이나 증발식 냉방시스템 만으로는 작물이 성숙한 단계에서조차도 외기온 이하로 떨어뜨리기가 어려우나 차광과 아울러 증발식 냉방을 병행할 경우에는 작물상태에 따라 다소 차이는 있지만 실내기온을 외기온보다 2.0-2.3$^{\circ}C$ 낮게 유지할 수 있음을 발견할 수 있다. 8. 일사가 차단된 27.5-28.5$^{\circ}C$의 외기온하에서 6.5-8.5$^{\circ}C$의 냉수를 온실 바닥면적 1$m^2$당 1.3 liter/min의 유량으로 온실표면에 살수했을 때 실내기온을 외기온보다 1$0^{\circ}C$ 낮은 16.5-18.$0^{\circ}C$ 정도로 낮출 수 있었다. 앞으로 살수 수온(T$_{w}$ )이나 외기온(T$_{o}$ ) 뿐만아니라 살수율(Q)에 따라 온실기온 (T$_{g}$ )에 미치는 상관 관계 T$_{g}$ = f(T$_{w}$ , Q, T$_{o}$ )를 구명하여 지하수 자체 또는 Heat Pump를 이용한 지하수온 이하의 냉수로 온실냉방의 가능성을 구명하는 것이 앞으로의 과제이다.