도심형 식물공장과 친환경 공조시스템 논문자료

 

도심형 식물공장과 친환경 공조시스템
Urban plant factory and eco-friendly 
air conditioning system

[연구 주제]

1. 문제 정의

본 연구에서는 최근에 많은 관심을 받고 있는 '식물공장' 의 동향을 소개함과 동시에 식물공장을 도심에 적용할 경우 식물의 정화작용을 통해 인근 건물이나 해당 건물의 실내 공기질 개선에 기여할수 있는 방법을 모색해보고자 한다.

또한, 향후 관련 기술들의 나아갈방향을 제시하여 환경 친화적인 실내 환경이 조성될 수 있는 기초를마련하고자 한다.

사무실 내부에서 발생하는 CO, 를 도심의 식물공장과 공조 시스템을 연계하여 식물의 특성 인 공기 정화 효과를 이용 환경 친환적인 사무실 실내 환경이 조성될 수 있는 기초를 제시하였다.

이에 본 연구에서는 완전 인공광형 식물공장에서 재배될 수 있는 엽채식물인무순(Radish sprouts)과 향신료나 방향제로 많이 사용되며 식용으로 가능한 기능성 식물인 바질(Basil)을 이용하여 CO2 제거능력에 대해 기존연구와 유사한 실험을 실시하였다.

[연구 방법]

1. 제안 방법

공시식물은토양 및 수분으로 인한 스트레스를 예방하기 위해 사용하기 전 포트안의 흙과 황사, 돈분을 적 정비율로 혼합하여 재식하고, 매일 아침 8시에 200 ml씩 관수하여 5일 동안 순화하였다.

두 식물의 엽면적은 각각무순 250 cm, , 바질 268.8 cnf 이며, 이를 C0 변화량에서 나누어 두식물의 단위 옆면적당 일일 CO2 정화량을 산출하였다.

또한, 산출한 측정값을 엽면적으로 나누어 식물의 1 cm, 당 CO, 정화량(흡수량-배출량)을 산출하였다.

투명한 티타늄 코팅이 적용된 유리창은 오염물질을 모으고 빗물의 방울 생김 을 방지 하도록 설계 되었다.

소형 챔버를 이용한 무순과 바질의 일일 COz 변화량과 정화량을 측정해 실내 공기질 개선에 적용시 에너지 비용감소에 따른경제성 분석을 검토하였다.

실험은 실내온도 21.5℃, 습도 20%, 기류 속도 0 m/s, 인공광 조도 1,500 lux 조건에서 아크릴 챔버 (Chamber, 0.6x 0.4 x 0.8 m 0.19 m3X 사용하여 초기 CO, 농도를 1100 ppm으로 맞추고 일정한 시간 간격 (30분)으로 변화량을 측정하였다.

이 건물은 고층 설계로 작물 재배 면적을 증가시켰으며, 상부에 태 양광 패널 (Panel) 과 풍탑(Wkid Spire) 을 적용하였다.

[연구 결과]

1. 성능/효과

(1) 무순이 바질에 비해 약 23% 높은 CO2 흡수량을 나타냈으며, 무순과 바질의 일일 Cd 정화량은 각각 0.51 ppm/cm2, 0.36 ppm/crrV으로분석하였으며, 무순이 약 30% 높은 정화량을 보였다.

(2) 식물공장과사무실의 실내 공기를 치환함으로써 환기 량 증가로 소요되는 비용의 약 30% 비용으로 실내 공기를 개선할 수 있을 것으로 예즉된다.

(3) 실내 공기질과 업무 효율의 상관관계에서검토대상 사무실의 경우 환기 량 증가로 인해 추가되는 에너지 비용 대비 생산성 향상으로 인해 3.6만원/year

실내 공기질 개선방안과 경제성 분석 실내 공기질 개선방안을 모색하기 위해 우선 일반적인 사무실 공간을 대상으로 실내 공기질의 일일 특성을 파악한 결과아침 출근시간 이후와 점심시간 이후 실내 co2 농도가 상대적으로 높게 나타나는 특성을 보였다.

실험에 사용된 두 식물 모두 낮에서 밤으로 변하는 기점(18시)으로 CO, 가흡수에서 배출로 바뀌는 것을 확인할 수 있었다.

일일 변화량을 분석하기 위해 식물의 CO2 흡수량과 배출량을 비교하여 산출한 결과, 무순의 경우 일일 CO2 변화량은 128 ppm 이며, 바질의 일일 CO2 변화량은 99 ppm 으로 C0를 배출하는 것을 확인할 수 있었다.

측정 결과 무순이 바질보다 CO 정화 효과가 높다는 것을 이번 실험 결과로 확인할 수 있었다.

2. 후속 연구

또한, 식물을 이용한 건물 공조에 대하여 많은 관심과 실증연구가 필요하며, 공조시설에 co, 포집 및 저장기술을 접목시켜 효과적으로 실내환경을 개선시킬 수 있는 방안들이 연구되어야 할 것이다.

이러한 수직 농장이 건설되면 연간 50, 000명을 먹 일 수 있는 과일, 채소류, 곡물, 어류, 가금류 및 돼지가 사육 또는 재배될 예정이다.

향후 도심 건물에 식물공장이 설치된다면 사무실 공간과 식물공장의 공기 치환으로 사무실 공기 질을 개선할 수 있을 것으로 생각되며, 이를 위해 식물공장에서 재배되는 다양한 옆 채식 물에 대한 공기정화 특성이 연구되어야 할 것이다.

▼출처 및 바로가기 : 
https://scienceon.kisti.re.kr/srch/selectPORSrchArticle.do?cn=JAKO201218553923095

[논문]도심형 식물공장과 친환경 공조시스템