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ISSN : 2288-9167(Print)
ISSN : 2288-923X(Online)
Journal of Odor and Indoor Environment Vol.23 No.4 pp.331-340
DOI : https://doi.org/10.15250/joie.2024.23.4.331

Evaluation of indoor air quality improvement in youth centers through the application of electronic fertilizers in garden balls

Ho-Hyeong Yang1, Hyung-Joo Kim2, Sung-Won Bang3, Heun-Woo Cho4, Hyun-Kyu Park5, Ho-Hyun Kim1,6*
1Research Institute for Living and Industrial Environment in Seokyeong University
2Department of Biological Engineering, Konkuk University
3Garden4u Co., Ltd.
4Aircok Co., Ltd.
5Gyeonggi Environmental Energy Agency
6Department of Nano-chemical, Biological and Environmental Engineering, Seokyeong University
* Corresponding Author: Tel: +82-2-940-7414 E-mail: ho04sh@skuniv.ac.kr
06/12/2024 18/12/2024 20/12/2024

Abstract


Indoor air quality is a critical factor affecting health and quality of life, especially in spaces frequently used by sensitive populations such as adolescents. This study assessed the impact of garden ball installations and electrochemical fertilizer applications on indoor air quality in two youth centers, Center S and Center W, located in Bucheon, South Korea. PM2.5, PM10, and CO2 concentrations were monitored and analyzed based on the presence of garden balls and the use of electrochemical fertilizers. The results showed that spaces with garden balls (w/ G.B.) had significantly lower PM2.5 and PM10 concentrations compared to offices and spaces without garden balls (w/o G.B.). In Center W, the presence of garden balls alone improved air quality, highlighting the potential of vertical greening as a sustainable solution. In Center S, the application of electrochemical fertilizers during the “after + period” (when both garden balls and electrochemical fertilizers were applied) further enhanced particulate matter reduction, demonstrating the fertilizers’ ability to amplify plants’ air-purifying effects. This study provides empirical evidence that garden balls are an eco-friendly option for indoor air quality management. Combining electrochemical fertilizers with garden balls shows promise for enhancing air quality, offering a practical model for multi-use facilities such as youth centers.


Electrochemical fertilizer , Garden-ball , Indoor air quality , Internet of things (IoT) , Youth center

가든볼의 전자비료 적용을 통한 청소년센터 실내공기질 개선 평가

양호형1, 김형주2, 방성원3, 조흔우4, 박현규5, 김호현1,6*
1서경대학교 생활 및 산업환경 연구소
2건국대학교 생물공학과
3(주)가든포유
4(주)에어콕
5경기환경에너지진흥원
6서경대학교 나노화학생명공학과

초록

    © Korean Society of Odor Research and Engineering & Korean Society for Indoor Environment. All rights reserved.

    1. 서 론

    현대 사회에서 실내공기질은 건강과 삶의 질에 직결되는 중요한 환경 요인으로 자리 잡았다. 세계보건기구 (World Health Organization; WHO)는 대기오염과 실내 공기오염으로 인해 2019년 전 세계적으로 약 670만 명이 사망한 것으로 추산하였다(WHO, 2024). 많은 오염 물질의 실내 농도가 일반적으로 실외에서 발생하는 농도보다 높은 경우가 많기 때문에 건강에 더 해로운 영향을 미칠 수 있다(Jones, 1999;Lee and Chang, 2000).

    실내 공간 가운데 청소년들이 이용하는 시설은 실내 공기질이 중요하게 관리되어야 하는 공간이다. 청소년들은 성인보다 활동량과 단위 체중당 호흡량이 많고, 신장이 작아 오염물질 노출에 대한 위험성이 더 높다 (Landrigan, 1998). 학생에 대한 여러 역학 연구에서 오염물질 노출이 건강 영향과 학업 성취도에 영향을 미친다는 결과가 보고되었다. 이산화탄소 농도 증가는 결석률 증가(Shendell et al., 2004), 졸음 유발(Myhrvold et al., 1996), 집중력 저하(Bakó-Biró et al., 2012) 등을 유발한다. 미세먼지 농도 증가는 신경행동 기능 저하(Shunqin et al., 2009), 인지 기능 장애 검사 점수 감소 (Calderón-Garcidueñas et al., 2008), 학업 성취도 감소 (Mohai et al., 2011) 등을 야기한다.

    실내공기질 관리를 위해 일반적으로 공기청정기와 같은 기계적 장치를 활용하고 있다. 그러나 선행 연구에서는 공기청정기가 설치된 교실 내에서 PM2.5 저감 효과가 확인된 반면, 환기 부족으로 인해 CO2 농도가 증가하였음을 지적하며, 공기정화장치에 의존한 편향적인 관리가 아닌 개선 대책 마련을 주장하였다. 또한, 사용 공기청정기 적용에 따른 단가상승과 유지관리 어려움을 지적하였다. 이와 같은 문제를 해결하기 위해 친환경적이고 지속가능한 대안으로 식물을 활용한 실내공기 개선 방법에 대한 연구가 이루어지고 있다(Brilli et al., 2018;Yang et al., 2023). 식물을 단독으로 활용하여 독립적인 공기청정 방법으로 활용하는 것은 현장 효율성이 낮다는 점이 한계점으로 지적되었으나(Llewellyn and Dixon, 2011), 이를 극복하기 위한 방법으로 전자비료(electrochemical fertilizer)와 같은 방안이 제안되고 있다. 전자비료 기술은 식물에 전기적 접지를 통해 식물의 생육과 활성을 향상시켜 오염물질의 제거 효과를 증대 시키는 기술이다(Song et al., 2023;Lee et al., 2024). 실내 화분에서 자라는 식물의 토양과 지면을 전기적으로 연결하는 접지(electrical grounding)를 통해 실내 식물의 생육환경을 자연환경에서의 토양과 전기적으로 유사한 상태로 조성하여 실내 식물의 생육 활성도를 일반적인 토양에서와 유사한 수준으로 향상시킨다(Lee et al., 2024). 이러한 기술적 보완은 식물을 활용한 벽면녹화를 통한 실내공기질 개선 효과 향상에 기여할 수 있다.

    본 연구에서는 개방된 공간이 아닌 한정된 공간에 능동형 벽면녹화를 적용한 것을 가든볼로 정의하였으며, 가든볼의 전자비료 적용 여부에 따라 청소년센터에서의 실내공기질 개선 효과를 평가하고자 하였다.

    2. 연구 방법

    2.1 연구대상 및 기간

    본 연구는 2022년 7월부터 2024년 10월까지 약 2년 4개월 간 경기도 부천시에 위치한 청소년센터 S와 W 두 곳을 대상으로 수행되었다. 각 센터별로 사무실과 가든볼이 설치된 장소 및 설치되지 않은 장소 등 세 가지 공간을 대상 공간으로 선정하였다.

    두 청소년센터의 일반적인 근무시간은 오전 9시부터 오후 6시까지이나, 동아리 활동, 교육 프로그램 운영, 상시 이용공간 등으로 인해 오후 6시 이후 및 공휴일에도 시설을 이용하는 인원이 있다는 특징이 있다. 또한, 센터 내 공기청정기 사용대수가 센터 S에 비해 W가 많았으며, 가든볼 적용 효과 평가를 위해 센터와의 협의를 통해 가든볼이 설치된 공간에서는 공기청정기를 사용하지 않도록 하였다.

    2.2 실내공기질 모니터링

    각 공간별로 근로자와 이용자의 활동에 방해가 되지 않으며, 주변 시설로 인한 측정 장애 등의 영향을 최소화할 수 있는 위치에 IoT 기반 실내공기질 모니터링 장비를 각각 1대씩 설치하였다. 측정 대상 물질은 PM2.5, PM10, CO2로 설정하였으며, 5분 간격으로 연속적으로 데이터를 수집하였다. 데이터 수집 기간은 Table 1에 명시하였다.

    본 연구에 사용된 장비(Smart aircok, Aircok Inc.)는 미세먼지 간이측정 성능인증 평가에서 1등급을 받은 장비로(Table 2), 국가 공인 시험기관 인증을 받은 기준 장비와 Grimm사의 장비를 활용하여 동일 공간에서 측정된 데이터를 비교, 교정한 후 설치되었다. 장기간 설치되어 지속적인 측정을 수행하므로, 데이터 신뢰성 확보를 위해 1년에 한 번 Grimm사의 장비 및 기준 장비와 동일 공간에서 데이터를 비교하였다. 교정 과정에서 측정 데이터의 오차를 점검하여, R2 값이 0.98 이상이 되도록 교정한 후 지속적으로 모니터링을 수행하였다.

    2.3 가든볼 설치 및 전자비료 적용

    가든볼(Garden ball)은 능동형 벽면녹화를 실내공간에 설치하여 식물을 이용한 환경 개선 및 휴식 공간을 제공할 수 있는 실내용 정원이다. 기존 벽면녹화 방식의 경우 개방된 공간에 주로 설치되어 외부에서 유입되는 공기와 식물을 통해 정화된 공기가 희석될 가능성이 높았다. 가든볼은 온실처럼 제한된 공간에 벽면녹화를 설치하여 식물의 공기정화 효과를 극대화하고자 하는 식물 적용 방식이다. 가든볼에는 스킨답서스, 스노우 사파이어, 맛상게아나, 스파티필름, 홍콩야자, 만냥금, 테이블 야자 등 목본 및 초본 식물을 혼합하여 약 500개 이상의 식물이 식재되었다. 생육에 대한 모니터링은 별도 센서가 설치되지 않았으며, 이용자의 사생활을 보호할 수 있는 범위에서 CCTV 설치를 통해 관찰하였다.

    실내공기질의 배경 농도를 측정하기 위해 일정 기간 동안 데이터를 수집한 후, 각 청소년센터에 가든볼이 설치되었다(Fig. 1). 청소년센터 S의 경우 가든볼 설치 예정 공간의 배경농도 수집 이후, 유리 벽과 문을 설치하여 구역을 나누어 가든볼 설치 공간(w/ G.B)과 미설치 공간(w/o G.B)으로 구분하였다.

    청소년센터 S에 설치된 가든볼은 초기에는 전자비료가 적용되지 않은 상태로 운영되었으며, 이후 실내공기 질 저감 효과를 극대화하기 위한 전자비료를 적용하였다. 반면, 청소년센터 W에 설치된 가든볼은 연구 기간 동안 전자비료를 적용하지 않고 운영되었다.

    연구기간동안 가든볼이 설치되지 않은 기간을 before, 전자비료가 적용되지 않은 가든볼이 설치된 기간을 after, 전자비료가 적용된 가든볼이 적용된 기간을 after+로 구분하였다.

    2.4 통계 분석

    통계 분석은 Python(버전 3.12)을 사용하여 수행하였으며, 데이터 처리와 시각화를 위해 NumPy, Pandas, SciPy, Seaborn, Matplotlib 등의 라이브러리를 활용하였다. 본 연구의 데이터는 실시간으로 장기간 측정되어 대용량 데이터임을 고려하여, 정규성 검정의 신뢰도를 높이기 위해 Shapiro-Wilk 검정과 Kolmogorov- Smirnov (KS) 검정을 모두 수행하였다. 두 검정 결과 모두 p-value가 0.05 미만으로 나타나(Table 3), 데이터가 정규성을 만족하지 않는 것으로 나타났다. 이에 따라, 기간별 데이터 간 차이를 분석하기 위해 비모수적 검정인 Kruskal-Wallis H 검정을 적용하였다. 사후 분석으로는 Dunn’s 검정을 사용하였으며, 다중 비교로 인한 오류 가능성을 줄이기 위해 Bonferroni 보정을 적용하였다. 모든 통계적 유의성은 p-value < 0.05 기준에 따라 평가되었으며, 모든 공간별 및 기간별 실내공기질 은 유의한 차이가 있는 것으로 나타났다.

    3. 결과 및 고찰

    3.1 시간에 따른 실내공기질 변화

    청소년센터의 각 공간별 수집 데이터 중 PM2.5와 CO2 농도를 시간대별 평균을 오차범위와 함께 나타내었다 (Fig. 2, 3).

    국내 실내공기질관리법에서는 PM2.5에 대한 유지기준을 일반 다중이용시설은 50 μg/m3, 민감계층 이용시설은 35 μg/m3로 규정하고 있다. 청소년센터 S와 W의 모든 공간에서 PM2.5 평균 농도는 기준치를 초과하지 않았으나, 오차범위까지 범위를 넓혀보았을 때에는 센터 S에서 일부 공간 및 기간에 기준치를 초과하는 경우도 있는 것으로 나타났다.

    청소년센터 S와 W 모두 오전 7시 30분 이후 PM2.5 농도가 증가했다가 오전 9시 이전에 다시 감소하는 것으로 나타났다. 이후 오전 9시부터 오후 6시까지는 일정 수준을 유지했다가 저녁시간대는 기간과 공간에 따라서 더 증가하거나 감소하는 모습을 보였다. 이는 청소년센터 S와 W의 업무시간이 오전 9시부터 오후 6시까지로, 근무자들의 출퇴근으로 인한 영향과, 오후 6시 이 후로도 개방되는 청소년센터의 시설 특성상 이용자들의 활동(동아리 활동, 교육 프로그램, 공간 대여 등)으로 인한 영향이 반영되었기 때문으로 보인다. 센터 S에 비해 W의 농도가 전반적으로 낮은 것으로 나타났는데, 동일 지역에 위치한 두 센터 간 직선거리는 약 5 km로, 지역 차이로 인한 외부 대기질의 영향보다는 센터 S에서는 자연환기를 선호하고 센터 W에서 공기청정기를 적극 활용하고 있는 시설 운영 형태의 차이로 인한 영향으로 판단된다.

    CO2 농도는 두 센터 모두 오전 9시 이후 점차 증가하기 시작하였으며, 점심시간인 오후 12시~1시 사이에 잠시 감소했다 다시 증가하여 오후 6시까지 누적되는 양상을 보였다. 특히 근무자가 상시 재실하고 있는 사무실(Office)에서 높은 농도 범위 분포를 확인할 수 있었다. 또한, 가든볼이 설치된 공간(w/ G.B)에 비해 설치 되지 않은 공간(w/o G.B)에서 CO2 농도가 더 높았으며 이는 근무자 및 이용자가 가든볼 내에 머무르며 휴식 또는 시간을 보내는 등 가든볼이 설치되지 않은 공간에 비해 이용률이 높았던 영향으로 볼 수 있다.

    반면, PM2.5 농도와 달리 CO2 농도는 센터 W가 센터 S보다 높은 농도 범위를 보였다. 실내공기질관리법상 CO2 유지기준인 1,000 ppm을 센터 W의 가든볼 설치 전(before) 기간에 평균 농도가 일부 초과하는 사례가 있었으며, 오차범위로 넓혀보았을 때는 센터 W에서 모든 공간 및 기간에 기준치를 초과하는 것으로 나타났다. 이는 PM2.5 농도 차이와 마찬가지로 공기청정기를 적극 사용하는 센터 W와 자연환기를 선호하는 센터 S의 시설 운영 형태의 차이로 인한 것으로, 기계적 실내 공기 개선 방법 사용 시 미세먼지 저감은 효과적이나 환기 불량으로 CO2 농도가 축적됨을 지적하였던 선행 연구결과와 동일한 결과이다(Yang et al., 2020;Noh et al., 2021).

    3.2 가든볼 설치 여부에 따른 분석

    청소년센터 S와 W에서 가든볼 설치 및 전자비료 적용 여부에 따른 PM2.5, PM10 및 CO2 농도의 변화를 분석하였다(Table 4, Fig. 4). 상대적 농도 차이는 동일 센터 내에서 가든볼 설치 이후 기간동안 가든볼이 설치된 공간(w/ G.B)과 설치되지 않은 공간(w/o G.B) 및 사무실(office) 간의 농도 차이를 백분율로 산출하였으며, 값이 양수(+)일 경우 기준 위치(예: Office)에 비해 농도가 낮음을 의미하고, 음수(–)일 경우 농도가 높음을 의미한다. 이를 통해 가든볼 설치 및 전자비료 적용의 공기질 개선 효과를 정량적으로 평가하고자 하였다(Table 5). 데이터는 공간별로 분류되었으며, 가든볼 설치 전(before), 설치 후(after), 전자비료 적용 후(after+)로 기간을 구분하였다. 본 연구에서는 청소년센터 S의 w/ G.B는 가든볼 설치를 위해 유리 벽과 출입문을 만들어 공간을 구분하였기 때문에 설치 전 농도는 w/o G.B와 동일하게 간주해야한다.

    청소년센터 S에서 w/ G.B의 PM2.5 농도는 Office와 비교했을 때 after 기간 동안 34.5% 낮았으며(Office: 23.5±17.4 μg/m3, w/ G.B: 15.4±12.9 μg/m3), after+ 기 간에는 23.2% 낮은 농도였다(Office: 17.7±13.1 μg/m3, w/ G.B: 13.6±10.2 μg/m3). w/o G.B와의 after와 after+ 기간 차이는 각각 18.5% (w/ G.B: 18.9±15.1μg/m3) 와 16.0% (w/ G.B: 16.2±12.0 μg/m3) 낮았다. PM10 역시 Office와 w/ G.B 간의 농도 차이는 after 기간 34.2% (Office: 35.7±24.2 μg/m3, w/ G.B: 23.5±18.8 μg/m3), after+ 기간에는 23.2% (Office: 27.1±19.5 μg/m3, w/ G.B: 20.8±15.6 μg/m3) 낮은 것으로 나타났다. w/o G.B 와의 차이는 after와 after+ 기간 각각 23.0% (w/ G.B: 30.5±22.5 μg/m3)와 17.8 (w/ G.B: 25.3±18.3 μg/m3)% 로 나타났다.

    청소년센터 S에서 w/ G.B 공간의 PM2.5 및 PM10 농도가 Office와 w/o G.B 공간보다 낮게 나타난 것은 식물이 잎 표면과 기공을 통해 입자를 흡착하고 공기를 정화하는 작용(Llewellyn and Dixon, 2011)과 벽면녹화 기술이 실내 미세먼지 농도를 감소시키는 효과(Yang et al., 2023)에 기인한 것으로 보인다. 특히, after+ 기간 동안 전자비료가 적용된 후 미세먼지 농도의 추가적인 감소폭은 전자비료가 식물의 생리활성을 강화하여 오염물질 제거 능력을 증진시켰다는 기존 연구(Song et al., 2023)와 부합한다. 또한, 주변 외부 공기질 변화가 미세먼지 농도에 영향을 미쳤을 가능성(Ghazalli et al., 2018)도 배제할 수 없다.

    w/ G.B에서의 CO2의 경우 Office와 비교했을 때 after 기간 동안 10.7% 낮았으며(Office: 548.0±137.6 ppm, w/ G.B: 489.5±138.6 ppm), after+ 기간에는 12.1% 낮은 농도였다(Office: 545.9±153.9 ppm, w/ G.B: 479.6± 124.9 ppm). 반면 w/o G.B와 비교했을 때에는 after 기간에는 –5.6% 높았으며(w/o G.B: 463.5±65.6 ppm), after+ 기간에는 4.7% 높은(w/o G.B: 458.0±70.0 ppm) 것으로 나타났다. 이러한 결과는 상시 재실자가 있는 Office의 특성과 가든볼 이용 형태를 함께 고려해야한다. 학교나 지하역사 같이 다수의 인원이 머무르는 공간은 사람의 활동 패턴이 실내공기질에 영향을 줄 수 있다(Choi, 2008;Yim et al., 2014;Yang et al., 2021). 가든볼 이용 형태를 별도로 조사한 결과, 가든볼 내부 에서 근무자들의 회의 또는 휴식이 이루어지고 센터 이용자들이 센터 내 활동 전/후 휴식이나 대기를 위해 머무는 것으로 확인되었다. w/o G.B의 CO2 농도가 더 낮은 것은 근무자 및 이용자들이 가든볼 내에 더 많이 머무는 것으로 인한 영향으로 Office와 비교하였을 때 w/ G.B의 CO2 농도가 더 낮은 것으로 보아 가든볼의 CO2 저감 효과가 있음을 시사한다. 이는 (Taemthong, 2021) 의 연구에서 보고된 식물이 공기 중 CO2를 효과적으로 흡수한다는 결과와도 일치한다.

    청소년센터 W에서는 PM2.5와 PM10 농도가 w/ G.B 에서 Office 공간 대비 after 기간 동안 각각 21.0% 및 27.5% 높게 나타났다(Office: PM2.5 6.2±8.1 μg/m3, PM10 10.2±13.5 μg/m3; w/ G.B: PM2.5 7.5±7.9 μg/m3, PM10 13.0±13.8 μg/m3). 반면 w/o G.B 공간 대비 PM2.5 와 PM10 농도가 각각 10.7% 및 5.8% 낮게 나타났다(w/ o G.B: PM2.5 8.4±8.5 μg/m3, PM10 13.8±13.9 μg/m3). 이는 센터 W의 시설 운영 특성상 시설 내부에서의 적극적인 공기청정기 사용에 대한 고려가 필요하다. 센터와의 협의를 통해 연구기간동안 w/ G.B와 w/o G.B에서의 공기청정기 사용을 자제하도록 하였으나 Office 내에서는 별도 자제 권고를 하지 않음에 따라 공기청정기 사용으로 Office 내 미세먼지 농도가 낮았던 영향으로 w/ G.B에 비해 Office 농도가 낮고, 공기청정기를 사용하지 않은 w/o G.B에 비해 가든볼의 미세먼지 저감 효과로 w/G.B의 농도가 낮았던 것으로 사료된다. 이는 식물을 통한 입자상 물질의 농도 감소 효과를 확인한 선행연구(Pettit et al., 2017;Torpy and Zavattaro, 2018) 와 마찬가지로, 식물의 공기정화 기능에 기인한 것임을 시사한다(Llewellyn and Dixon, 2011).

    CO2 농도의 경우, Office와 w/ G.B 간 비교에서 after 기간 동안 26.4% 낮게 나타났으며(Office: 794.0±246.5 ppm, w/ G.B: 584.0±292.3 ppm), w/o G.B와의 차이는 15.9%로 나타났다(w/o G.B: 694.3±231.3 ppm). PM2.5 및 PM10과 상반되는 결과로, 공기청정기 사용과 함께 환기 불량으로 인해 Office 내 CO2 농도가 높고 가든볼 내 식물의 CO2 저감 효과로 인한 것으로 판단된다. 이는 가든볼이 CO2 감소에 효과적임을 보여주며, 식물 배치가 실내공기질 개선에 긍정적 영향을 미친다는 (Cetin and Sevik, 2016)의 연구와 일치한다.

    가든볼의 전자비료 적용에 따른 비교를 위해 센터 S의 after+ 기간과 센터 W의 after 기간을 비교하였다. Office 및 w/ G.B간 농도 차이는 센터 S에서 PM2.5 및 PM10가 각각 23.2%, CO2가 12.1%였으며, 센터 W에서 PM2.5 –21.0%, PM10가 –27.5%, CO2 26.4%였다. w/o G.B 및 w/ G.B간 농도 차이는 센터 S에서 PM2.5 16.0%, PM10 17.8%, CO2 –4.7%이었고, 센터 W에서 PM2.5 10.7%, PM10가 5.8%, CO2 15.9%였다. 이는 실내 수직 정원 시스템 설치에 따른 PM2.5, PM10 및 CO2 농도의 통계적으로 유의미한 차이가 있음을 보고한 (Shao et al., 2021)의 연구와 마찬가지로 가든볼의 실내공기 개선 효과가 있음을 의미한다. 또한, 전자비료가 적용된 가든볼에서의 저감효과가 높음을 시사하며, Song et al. (2023)의 연구에서 전자비료가 식물의 생육과 오염 물질 흡수 능력을 증가시킬 수 있음을 제시한 결과와 부합하며, 식물 기반 공기질 개선 방법의 효율성을 증대시킬 가능성을 보여준다.

    4. 결 론

    본 연구는 청소년센터 내 가든볼 설치와 전자비료 적용 여부에 따른 실내공기질 개선 효과를 평가하고, 전자비료가 실내공기질 개선에 미치는 영향을 분석하였다. 이를 위해 청소년센터 S와 W에서 PM2.5, PM10, CO2 농도의 변화를 비교 분석하였으며, 가든볼 설치 공간 (w/ G.B)과 설치되지 않은 공간(w/o G.B, Office) 간의 상대적 농도 차이를 백분율로 수치화하여 평가하였다.

    연구 결과, 가든볼이 설치된 공간(w/ G.B)은 설치되지 않은 공간(w/o G.B)과 대비하여 PM2.5가 약 11~23%, PM10이 약 6~23% 낮은 것으로 나타났다. 센터 W의 경우 전자비료가 적용되지 않았음에도 가든볼 설치만으로도 미세먼지 및 이산화탄소 농도의 감소 효과가 관찰되어 벽면녹화가 실내공기질 개선에 효과적인 대안임을 시사한다. 특히 전자비료가 적용된 센터 S의 after+ 기간에서는 PM2.5와 PM10의 농도가 w/o G.B 에 비해 w/ G.B에서 각각 26.0% 및 17.8% 낮은 것으로 나타나, 전자비료가 적용되지 않은 센터 W의 w/o G.B대비 w/ G.B에서의 PM2.5와 PM10의 농도가 각각 10.7%, 5.8% 낮았던 것에 비해 미세먼지 저감율이 두드러져 전자비료가 식물의 공기정화 효과를 10% 이상 증대시킬 가능성이 확인되었다.

    결론적으로, 본 연구는 가든볼과 전자비료가 실내공기질 개선에 미치는 영향을 실증적으로 검토하며, 가든 볼 설치 공간에서의 실내공기질 개선 효과를 입증하였다. 가든볼은 실내공기질 관리에 있어 지속 가능한 친환경적 대안으로 활용될 수 있으며, 특히 전자비료 기술의 활용은 식물의 실내공기질 개선 효과를 극대화 시킬 수 있는 잠재력을 보여주었다. 그러나 본 연구에서는 실제 운영이 이루어지고 있는 두 시설을 대상으로 하여, 두 시설 간의 시설 운영 형태(환기, 공기청정기 사용, 활동 패턴 등)과 각 공간별 재실자 수를 동일하게 유지하지 못했다는 한계점이 있다. 이로 인해 외부 공기질 변화와 재실자 활동 패턴 등 환경 요인이 실내공 기질 개선에 미친 영향을 분석하는 데 제한이 있었다. 향후 연구에서는 외부 요인을 통제한 추가 실험과 장기적인 전자비료 적용 효과 평가가 필요하다.

    본 연구 결과는 청소년센터와 같은 다수가 이용하는 공간에서의 실내공기질 개선을 위한 실용적 모델을 제시함과 동시에, 벽면녹화와 전자비료 기술을 결합한 가든볼의 실내공기질 관리 방안으로의 활용 가능성을 확인하는 데 기여하였다.

    감사의 글

    본 연구는 산림청(한국임업진흥원) 산림과학기술 연구개발사업(RS-2022-KF002028)의 지원에 의해 이루어진 것이며, 이에 감사드립니다.

    <저자정보>

    양호형(주임연구원), 김형주(교수), 방성원(대표), 조흔우(대표), 박현규(대리), 김호현(교수)

    Figure

    JOIE-23-4-331_F1.gif

    Garden-ball in youth center: (a) center S; (b) center W.

    JOIE-23-4-331_F2.gif

    Time-series of PM2.5 before and after garden ball installation.

    JOIE-23-4-331_F3.gif

    Time-series of CO2 before and after garden ball installation.

    JOIE-23-4-331_F4.gif

    Comparison of PM2.5, PM10, and CO2 before and after garden ball installation.

    Table

    Data collection details by youth center

    * w/o G.B: without garden ball; w/ G.B: with garden ball

    Detailed specifications of IoT-based IAQ monitoring devices

    Results of Shapiro-Wilk and Kolmogorov-Smirnov tests for normality

    * p<0.001

    Average concentrations before and after garden ball installation

    * w/o G.B: without garden ball; w/ G.B: with garden ball
    †: Statistical significance at p < 0.001 for overall group comparisons using the Kruskal-Wallis H test.
    a, b, c, d, e, f, g, h, i, j, k: Groups with different letters are significantly different (p < 0.001) based on Dunn’s post-hoc test with Bonferroni correction.

    Concentration comparison ratio

    Note: The percentage values show the relative difference in concentrations. Positive values indicate lower concentrations compared to the reference location (e.g., Office), while negative values indicate higher concentrations.

    Reference

    1. Bakó-Biró, Z., Clements-Croome, D. J., Kochhar, N., Awbi, H. B., Williams, M. J., 2012. Ventilation rates in schools and pupils’ performance. Building and Environment 48, 215- 223.
    2. Brilli, F., Fares, S., Ghirardo, A., de Visser, P., Calatayud, V., Muñoz, A., Annesi-Maesano, I., Sebastiani, F., Alivernini, A., Varriale, V., Menghini, F., 2018. Plants for sustainable improvement of indoor air quality. Trends in Plant Science 23(6), 507-512.
    3. Calderón-Garcidueñas, L., Mora-Tiscareño, A., Ontiveros, E., Gómez-Garza, G., Barragán-Mejía, G., Broadway, J., Chapman, S., Valencia-Salazar, G., Jewells, V., … Engle, R. W., 2008. Air pollution, cognitive deficits and brain abnormalities: A pilot study with children and dogs. Brain and Cognition 68(2), 117-127.
    4. Cetin, M., Sevik, H., 2016. Measuring the impact of selected plants on indoor CO2 concentrations. Polish Journal of Environmental Studies 25(3), 973-979.
    5. Ghazalli, A. J., Brack, C., Bai, X., Said, I., 2018. Alterations in use of space, air quality, temperature and humidity by the presence of vertical greenery system in a building corridor. Urban Forestry & Urban Greening 32, 177-184.
    6. Choi, S., 2008. The effect of outdoor air and indoor human activity on mass concentrations of size-selective particulate in classrooms. Journal of Environmental Health Sciences 34(2), 137-147.
    7. Jones, A. P., 1999. Indoor air quality and health. Atmospheric Environment 33(28), 4535-4564.
    8. Landrigan, P. J., 1998. Environmental hazards for children in USA. International Journal of Occupational Medicine and Environmental Health 11(2), 189-194.
    9. Lee, G. W., Kim, B. G., Kim, Y. J., Jo, J. W., Kim, J. H., Yang, S. W., Kim, S. J., Kim, Y. R., Son, D. H., Kim, H. J., 2024. Removal of cadmium from public smoking area soil using indoor plants and electrical grounding. Journal of Korean Society Environtal Engineers 46(3), 90-100.
    10. Lee, S. C., Chang, M., 2000. Indoor and outdoor air quality investigation at schools in Hong Kong. Chemosphere 41(1), 109-113.
    11. Llewellyn, D., Dixon, M., 2011. Can plants really improve indoor air quality? Academic Press: Burlington, MA, USA 331-338.
    12. Mohai, P., Kweon, B., Lee, S., Ard, K., 2011. Air pollution around schools is linked to poorer student health and academic performance. Health Affairs 30(5), 852-862.
    13. Myhrvold, A. N., Olsen, E., Lauridsen, O., 1996. Indoor environment in schools-pupils health and performance in regard to CO2 concentrations. Indoor Air 96(4), 369-371.
    14. Noh, S. J., Yoon, S. H., Hwang, E. Y., Lee, S. Y., Lee, S. S., Kim, J. B., 2021. Proposal for improvement and management status of indoor air quality in School. Journal of Odor and Indoor Environment 20(2), 166-177.
    15. Pettit, T., Irga, P. J., Abdo, P., Torpy, F. R., 2017. Do the plants in functional green walls contribute to their ability to filter particulate matter? Building and Environment 125, 299-307.
    16. Shao, Y., Li, J., Zhou, Z., Zhang, F., Cui, Y., 2021. The impact of indoor living wall system on air quality: A comparative monitoring test in building corridors. Sustainability 13(14), 7884.
    17. Shendell, D. G., Prill, R., Fisk, W. J., Apte, M. G., Blake, D., Faulkner, D., 2004. Associations between classroom CO2 concentrations and student attendance in Washington and Idaho. Indoor Air 14(5), 333-341.
    18. Song, H. J., Yang, S. W., Jo, J. W., Choi, Y., Lee, I., Lee, B. U., Lee, S. H., Kim, H. H., Kim, K. J., Kim, H. J., 2023. Submerged leaves of live indoor foliage plants adsorb H1N1 influenza virus from suspension. Plant Signaling & Behavior 18(1), 2163869.
    19. Taemthong, W., 2021. Air quality improvement using ornamental plants in classrooms. Journal of Green Building 16(2), 201-216.
    20. Torpy, F., Zavattaro, M., 2018. Bench-study of green-wall plants for indoor air pollution reduction. Journal of Living Architecture 5(1), 1-15.
    21. Wang, S., Zhang, J., Zeng, X., Zeng, Y., Wang, S., Chen, S., 2009. Association of traffic-related air pollution with Children’s neurobehavioral functions in quanzhou, China. Environmental Health Perspectives 117(10), 1612-1618.
    22. World Health Organization (WHO), 2024. World health statistics 2024: monitoring health for the SDGs, Sustainable Development Goals.World Health Organization.
    23. Yang, H. H., Kim, H. J., Bang, S.W., Cho, H. W., Kim, H. H., 2021. Analysis of changes and factors influencing IAQ in subway stations using IoT technology after bio-filter system installation. Journal of Environmental Health Sciences 47(5), 410-424.
    24. Yang, H. H., Kwak, M. J., Jeong, N. R., Kim, H. H., 2020. Evaluation of indoor air quality improvement effect by using IoT-based green wall system in classrooms. Journal of Odor and Indoor Environment 19(4), 400-413.
    25. Yang, H. H., Kim, H. J., Bang, S. W., Cho, H. W., Lee, H. S., Han, S. W., Kim, K. J., Kim, H. H., 2023. Changes in air quality through the application of three types of green-wall model within classrooms. Journal of Environmental Health Sciences 49(6), 295-304.
    26. Yim, B. B., Lee, K. S., Kim, J. I., Hong, H. S., Kim, J. W., Jo, K. H., Jung, E. G., Kim, I. K., An, Y. S., 2014. Evaluation on indoor air quality by statistical analysis of indoor air pollutants concentration in a Seoul metropolitan underground railway station. Journal of Korean Society for Atmospheric Environment 30(3), 233-244.