실내환경 개선을 위한 공기청정기의 설치 효과와 비용편익 분석 : 시외버스 및 교실 사례 중심으로
Installation Effectiveness and Cost-Benefit Analysis of Air Purifiers for Indoor Environment Improvement: Case Studies of Intercity Buses and Classrooms
- 주제(키워드) 실내공기질 , 공기청정기
- 주제(DDC) 628
- 발행기관 아주대학교 일반대학원
- 지도교수 김순태
- 발행년도 2025
- 학위수여년월 2025. 8
- 학위명 박사
- 학과 및 전공 일반대학원 환경공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/ajou/000000034930
- 본문언어 한국어
- 저작권 아주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
초록/요약
본 연구는 시외버스와 초등학교 교실이라는 두 가지 실내 환경을 대상으로, 공기청정기 설치가 공기질 개선에 미치는 효과 및 그에 따른 경제적 편익을 종합적으로 분석하였다. 현대 도시 환경에서는 산업 활동, 교통량 증가, 생활 오염원 등 다양한 요인으로 인해 실외 대기오염이 지속적으로 악화되고 있으며, 특히 우리나라는 OECD 국가 중 미세먼지 농도가 높은 국가로 평가되고 있다. 국가 차원의 지속적인 미세먼지 저감 정책에도 불구하고 실질적인 개선 효과는 제한하는 상황이다. 대다수 국민이 일상생활의 대부분을 실내에서 보내고 있는 현실을 고려할 때, 실내 공기질의 체계적인 관리와 개선은 건강 보호 차원에서 매우 중요한 과제로 부각되고 있다. 이에 본 연구는 밀폐도가 높은 실내 공간인 시외버스와 초등학교 교실을 대상으로 공기청정기 설치 전후의 공기질 변화를 측정하고 그 효과를 정량적으로 평가하였다. 연구 방법으로는 4개 노선의 8대 시외버스와 2개 초등학교의 교실을 대상으로 공기청정기를 설치하고, PM10, PM2.5, CO2, 총부유세균(Total Airborne Bacteria, TBC) 농도를 측정하였다. 해당 공기청정기는 HEPA 필터 및 UV-LED 기술 이 적용된 장비로, 미세입자 제거 및 세균을 주요 기능으로 갖추고 있다. 실험 결과, 공기청정기 설치군은 비교군에 비해 실내 공기 오염물질의 농도가 전반적으로 유의미하게 감소하였다. 구체적으로, 시외버스 내에서는 PM10 36.9%, PM2.5 34.9%, CO2 44.4%, TBC 32.5% 감소 효과가 나타났으며, 초등학교 교실의 경우 PM10 23.7%, PM2.5 22.8%, CO2 21.1%, TBC 44.8% 감소 효과가 확인되었다. 이는 공기청정기가 밀폐된 환경에서 호흡기 건강 보호를 위한 효과적인 기술임을 시사한다. 또한, 공기청정기 설치의 경제적 타당성을 분석한 결과, 시외버스 및 교실 환경 모두에서 비용편익비율(Benefit-Cost Ratio, B/C Ratio)이 각각 2.54과 1.36으로 나타나 경제성이 있음을 확인할 수 있었다. 이는 동일한 시점에 추진된 전기자동차 보급 사업의 B/C 비율(0.42)에 비해 상대적으로 뛰어난 투자 효율성을 의미하며, 실내 공기질 개선 정책의 우선순위를 재고할 필요성을 제기한다. 본 연구는 실내 공기질 개선을 위한 공기청정기 설치가 환경적·경제적 측면 에서 모두 타당성이 높은 정책 수단임을 실증적으로 입증하였으며, 관련 정책 수립 및 예산 편성 과정에서 과학적 근거를 제공할 수 있다. 연구 결과는 시외 버스, 광역버스, 공항버스, 초·중·고등학교 등 유사 환경 적용 가능성을 제시함으로써, 전국 단위의 실내 공기질 관리 정책 수립에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.
more초록/요약
This study comprehensively examined the effectiveness and economic benefits of installing air purifiers in two distinct indoor environments: intercity buses and elementary school classrooms. In modern urban settings, outdoor air pollution continues to worsen due to industrial activities, increased vehicular traffic, and various sources of anthropogenic emissions. South Korea, in particular, ranks among the lowest OECD countries in terms of fine particulate matter (PM) concentrations, despite significant governmental efforts and investment in air pollution mitigation. Given that the majority of people spend most of their time indoors, managing indoor air quality (IAQ) has become increasingly critical for public health. This research focused on enclosed environments—intercity buses and classrooms—where air quality improvements can have a direct impact on vulnerable populations such as children and commuters. Air purifiers equipped with HEPA filters and UV-LED sterilization were installed in four bus routes (eight vehicles) and two classrooms. The concentrations of PM10, PM2.5, carbon dioxide (CO2), and airborne bacteria were measured before and after installation. The results revealed significant reductions in pollutant levels in the air purifier-installed environments compared to control groups. Specifically, in intercity buses, concentrations of PM10, PM2.5, CO2, and airborne bacteria decreased by 36.9%, 34.9%, 44.4%, and 32.5%, respectively. In classrooms, the respective reductions were 23.7%, 22.8%, 21.1%, and 44.8%. These findings suggest that air purifiers are effective in improving IAQ and can contribute to respiratory health and overall well-being. Furthermore, a cost-benefit analysis was conducted to evaluate the economic feasibility of air purifier installation projects. The benefit–cost ratios (B/C) for buses and classrooms were calculated to be 2.54 and 1.36, respectively—significantly higher than that of other air quality improvement measures such as electric vehicle subsidies (B/C ratio of 0.42). This indicates that indoor air quality improvement projects not only offer environmental advantages but also present a compelling economic rationale. The outcomes of this study provide scientific evidence supporting the implementation of air purifiers as a viable solution for improving IAQ in enclosed public spaces. These results can inform policy development at national and municipal levels and may serve as a reference for broader applications in intercity buses, express buses, airport shuttles, and schools across the country, contributing to the establishment of more systematic and efficient IAQ management policies.
more목차
제1장 서론 1
1.1. 연구 목적 2
1.2. 실내 공기오염 개요 및 선행연구 5
1.2.1. 실내 공기오염 개요 5
1.2.2. 선행연구 8
제2장 연구방법 13
2.1. 실내 공기질 관리 및 분석 이론 14
2.1.1. 실내환경 개선을 위한 공기질 관리 14
2.1.2. 분석 이론 19
2.2. 공기청정기 성능 실험 24
2.2.1. 공기청정기 구성 25
2.2.2. 측정기기 27
2.2.3. 측정 장소 세부 정보 30
2.3. 연구 범위 및 방법 41
2.3.1. 공기청정기 설치 대상 선정 41
2.3.2. 공기청정기 가동 전/후 실내공기질 측정 45
2.3.3. 연구방법 46
2.4. 실내 오염물질 측정 및 분석 48
2.4.1. 시외버스 48
2.4.2. 초등학교 교실 52
제3장 결과 및 고찰 55
3.1. 실내오염물질 분석 56
3.2. 버스형 공기청정기 효과 분석 57
3.2.1. PM2.5 제거 효과 57
3.2.2. PM10 제거 효과 61
3.2.3. TBC 제거 효과 66
3.2.4. CO2 제거 효과 69
3.2.5. Student's t-test 분석 결과 73
3.3. 교실 환기형 공기청정기 효과 분석 74
3.3.1. 실외 및 실내 일평균 농도 비교(PM10, PM2.5, CO2) 74
3.3.2. 실내 시간별 농도 비교(PM10, PM2.5, CO2, TBC) 80
3.3.3. 주중 및 주말 농도 비교(PM10, PM2.5, CO2) 91
3.4. 비용편익분석 94
3.4.1. 미세먼지 정책의 사회적 비용 추정 지표 94
3.4.2. 실내 공기질 개선사업 비용편익분석 96
3.4.3. 실외 대기질 개선사업 비용편익분석 105
3.4.4. 실내외 공기질 개선사업 비용편익 분석 비교 112
3.5. 소결 114
제4장 결론 118
4.1. 결론 119
4.2. 연구의 한계 120
4.3. 후속 연구 제언 120
제5장 참고문헌 122
Abstract 133
