| 연구개발개요 |
(1) 기술의 정의* 연구 개발의 최종 목표 및 정의는 다음과 같음.“Living Concrete 패널 활용 수직녹화시스템(VGS)”은 대기중 CO2,및 미세먼지 제로 인프라 구현을 위한 환경대응형 친환경 건설기술로써, CO2 저감, 미세먼지 정화 및 도시 열섬 완화 효과를 통하여 쾌적한 청정도시 설계가 가능한 시민 체감형 녹색 공공기술임.(2) 연구추진배경* 최근 전 세계적으로 산업화의 부산물인 미세먼지 증가로 사람의 건강과 생명이 위협받고 있으며, 국내는 봄과 겨울철에 중국산업의 영향에 따른 미세먼지와 화력발전시설 등에서 발생하는 배기가스로 인하여 많은 문제가 발생되고 있음.* 여름철의 경우 기후변화로 인하여 도시 내 열섬현상까지 가중되어 도시 내 쾌적한 환경의 구현이 갈수록 어려워지고 있는 실정임에 따라 국내외적으로 CO2, 미세먼지 및 도시열섬을 저감시키기 위한 대책 마련에 노력을 기울이고 있음.* CO2, 미세먼지 및 도시열섬을 저감하기 위한 기술은 관엽 식물을 이용한 수직정원이 대표적인 기술이지만 기존의 식물이 가진 고유 기능에만 의존하는 수동적 방식이기 때문에 도시 문제를 해결하기위한 녹화기술에는 한계가 있음.* 녹화기술의 한계를 돌파하기 위해서는 기존의 수동적 방식에서 탈피하여 일부 인위적인 에너지를 투입하더라도 식물이 가진 기능을 최대한 끌어올려 CO2, 미세먼지및 도시열섬을 저감에 대처가능한 새로운 녹화기술이 요구됨.* 녹화기술에 대한 기존 연구에 따르면 식물은 실내의 경우 약 2%의 공간내 식물은 약 50%의 미세먼지 저감효과가 있는 것으로 보고됨에 따라 식물 자체의 정화기능에만 의존하더라도 미세먼지 정화효과는 매우 높은 것으로 판단하고 있음.* 현재 알려진 녹화기술은 기술 고도화가 진행되어 재생에너지기술, IoT 유지관리기술이 접목할 수 있을 경우 식물 자체의 효과와 더불어 액티브 방식의 녹화시스템조성이 가능함.* 1평(3 m2) 기준 식물을 통한 녹화면적은 가로수 약 275수의 기능을 대체할 수 있으며. 독일의 경우 Green Solution GmbH에서 CityTree라는 기술로 구현함.* 국내에서는 2017년 한국건설기술연구원 연구팀이 기존의 식물 녹화에 일부 에너지를 투입하여 재생에너지기술, 미세먼지 저감기술, IoT를 활용한 센싱-유지관리기술 및 광촉매기술 등을 적용한 녹화시스템을 구현하였음.* 따라서 본 연구는 CO2 및 미세먼지 저감을 위하여 기존 패시브형 식물기반 녹화시스템에서 확장된 Living Concrete 패널을 활용하여 액티브형 수직녹화시스템(Vertical Greenery System, VGS)을 개발하고자 함.* CO2 저감효과, 미세먼지 정화효과 및 열섬현상 완화효과 등이 극대화된 식물로써 이끼종(moss)를 활용하고자 함.※ 패널 주변의 CO2 저감효과 50% 이상 저감, 미세먼지 정화효과 50% 이상, 온도 10% 이상 저감 및 식물 고사율 10% 미만* 이끼종은 콘크리트 패널에 착근시킨 Living Concrete 패널을 활용하여 수직면을 녹화할 수 있는 수직녹화시스템을 개발하고자 함.※ 내구성이 우수한 콘크리트를 활용하며, 경량화하여 시공비 30% 이상 향상하고자 함.※ IoT기반 센서 및 유지관리 기술을 융합한 스마트형 수직녹화시스템을 구현하고자 함.※ 빌딩 숲을 이루고 있는 도심지는 수직면의 녹화면적은 수평면과 비교하여 평균 10배에서 최대 20배 이상 크기 때문에 기대효과는 더욱 커질 것으로 판단됨.
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| 최종목표 |
CO2 및 미세먼지 저감을 위하여 기존 패시브형 식물기반 녹화시스템에서 확장된 Living Concrete 패널을 활용하여 액티브형 수직녹화시스템(Vertical GreenerySystem, VGS)을 개발하고자 함.* 본 연구는 CO2 및 미세먼지 저감을 위하여 기존 패시브형 식물기반 녹화시스템에서 확장된 Living Concrete 패널을 활용하여 액티브형 수직녹화시스템(VerticalGreenery System, VGS)을 개발하고자 함.* CO2 저감효과, 미세먼지 정화효과 및 열섬현상 완화효과 등이 극대화된 식물로써 이끼종(moss)를 활용하고자 함.※ 패널 주변의 CO2 저감효과 50% 이상 저감, 미세먼지 정화효과 50% 이상, 온도 10%이상 저감 및 식물 고사율 10% 미만* 이끼종은 콘크리트 패널에 착근시킨 Living Concrete 패널을 활용하여 수직면을 녹화할수 있는 수직녹화시스템을 개발하고자 함.※ 내구성이 우수한 콘크리트를 활용하며, 경량화하여 시공비 30% 이상 향상하고자 함.※ IoT기반 센서 및 유지관리 기술을 융합한 스마트형 수직녹화시스템을 구현하고자 함.※ 빌딩 숲을 이루고 있는 도심지는 수직면의 녹화면적은 수평면과 비교하여 평균 10배에서 최대 20배 이상 크기 때문에 기대효과는 더욱 커질 것으로 판단됨.* 핵심성과는 다음과 같음.- 환경대응형 Living Concrete 패널 제조기술- 스마트 청정녹화 유지관리 및 제어기술- 구조물 일체형 수직녹화시스템 설계기술* 본 연구 비전은 ‘CO2·미세먼지 및 열섬 완화를 통한 스마트 녹화공간 창출 및 도시환경 개선’임.- 이 비전을 바탕으로 연구를 통해 다양한 사례 및 자료조사와 SWOT 분석을 통해 본 연구가 지향하는 정량적 목표를 설정하였음.- Living Concrete 패널 활용 수직녹화시스템(VGS)을 통한 주변 CO2·미세먼지 50% 저감.- Living Concrete 패널 활용 수직녹화시스템(VGS)을 통한 주변 열섬 10℃ 저감.- Living Concrete 패널 활용 수직녹화시스템(VGS)을 통한 극한기 식물고사율 20% 미만.- Living Concrete 패널 활용 수직녹화시스템(VGS)을 통한 여름철 폭염에 대비(열섬 저감효과)하며, 겨울철을 포함한 사계절 도시의 쾌적성 증가 및 청량감을 제공(미세먼지 제어) 하는 도시경관.* 최소 면적으로 최대 대기환경 및 열환경을 개선하는 기술개발로 도시공간에 구애받지 않는 기술개발.[환경대응형 Living Concrete 패널 제조기술]-생물학적 수용성 및 Living Concrete 패널 제조기술 개발- 동절기/폭염기 (녹화 유지)에서 생존하는 특수식물 선태류(Bryophyte) 선정- 관리가 간편한 저비용의 국내형 선태류(Bryophyte)의 특성 검토- 특수구조 및 토양 벤치마킹 평가[스마트 청정녹화 유지관리 및 제어기술]- IoT기반 Living Concrete 패널 활용기술 개발- CO2, 초미세먼지, 온도 영향 검토 및 실용가능성 검토- CO2·미세먼지 및 열섬저감 기능의 액티브 녹화시스템 제어기술/구조 고도화- 일체형 및 독립형 액티브 녹화시스템 운영 및 유지관리 구축[구조물 일체형 및 독립형 수직녹화시스템(VGS) 설계]- Living Concrete 패널 활용 수직녹화시스템 적용기술 개발- Living Concrete 수직녹화시스템 적용을 위한 설계기술 검토- CO2·미세먼지 저감을 위한 시설구조물 설계 및 효과 검증- 일체형 및 독립형 액티브 녹화시스템 설계
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| 연구내용 및 범위 |
* 본 과제의 연구개발 최종목표 달성 및 성공적인 최종성과물 도출을 위하여 단계를 설정하였으며, 단계별 세부 목표는 다음과 같이 구성하였음.- 1단계에서는 9개월간 Living Concrete 패널 원천기술 확보 및 Semi-scale Mock up을 중점으로 연구를 수행할 예정임.- 2단계에서는 12개월간 Living Concrete 패널 시제품과 Living Concrete 패널 활용 수직녹화시스템을 구축하여 현장 Full-scale Mock-up 및 실용화 기반 구축을 중점으로 최종성과물을 달성할 예정임.* 본 신청기관은 본 연구과제를 통하여 실용화 수준인 기술성숙도 TRL 7단계까지 수준을 향상시키는 것으로 목표로 하지만 궁극적으로 사업화 단계인 TRL 9단계 이상을 목표로 지향하고 있음.- 본 연구진은 본 제안기술과 관련된 원천기술을 확보하고 있어 최종성과물 도출시 실용화뿐만 아니라 사업화로의 발판이 가능할 것으로 판단되며, 실용화 측면에 있어서 연구개발단계부터 실용화까지 성공적으로 수행할 수 있는 체계를 확보함.- 본 연구진은 선행연구를 통하여 기초 연구는 완료하였으며, 본 과제를 통하여 현장 적용성 측면에 집중하여 개발 직후 실용화가 가능한 수준의 기술개발을 목표로 하고 있음.* 본 과제의 최종성과물 도출을 위한 핵심 기술 요소(CTE, Critical Technology Element)는 다음과 같음.* CTE-1은 환경대응형 Living Concrete 패널 제조기술에 관한 것으로 적용되는 환경 맞춤형 요소기술임.- 극한환경에서 생존하는 국내형 선태류(Bryophyte)의 적용기술.- 특수구조 및 토양 개발 기술.* CTE-2는 스마트 청정녹화 유지관리 및 제어기술에 관한 것으로 CO2·미세먼지 및 열섬저감 기능의 액티브 녹화시스템 제어기술 구조 고도화(독립형 및 시설물일체형) 기술임.- 구조물 일체형 및 독립형 액티브 녹화시스템 운영 및 유지관리 구축.- 환경부하 저감성 제어기술.* CTE-3는 구조물 일체형 및 독립형 수직녹화시스템(VGS) 설계에 관한 것으로 Living Concrete 수직녹화시스템 적용을 위한 설계기술임.- CO2·미세먼지 저감을 위한 구조물 설계 및 기존 구조물 구조보강 시스템 설계.- 구조물 일체형 및 독립형 액티브 녹화시스템 설계.* 세부목표 및 최종성과물- 본 연구는 최종성과물 달성을 위하여 세부 목표에 대하여 표 2.1와 같이 자체적으로 2단계로 구분하여 연구를 추진할 예정임.※ 1단계에서는 약 9개월간 Living Concrete 패널에 관련된 연구가 주요 포커스로 하여 달성할 예정이며, 2단계에서는 약 12개월간 Living Concrete 패널 활용 수직녹화시스템에 관련된 연구를 주요 포커스로 하여 최종성과물을 달성할 예정임.* 연구개발의 최종 성과물은 다음과 같음.- 환경대응형 Living Concrete 패널 제조기술※ 선태류(Bryophyte)가 군체를 형성한 생물학적 패널.- 스마트 청정녹화 유지관리 및 제어기술※ CO2·미세먼지 및 열섬저감 기능의 액티브 녹화시스템 제어기술 구조 고도화.- 구조물 일체형 및 독립형 수직녹화시스템(VGS) 설계※ 복잡한 구조설계, 생물학적 수용성을 위한 추가 시설물이 필요없는 유지관리 저감형 벽면청정녹화설계.
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