[생기 칼럼] 과학 보고서 참고 예시 자료 _ 건물 생체 기후도

여러분 안녕하세요 스누노트 멘토 입니다.

이제 슬슬 개학 하고 있는 시즌이죠 -

고삼 친구들은 이제는 내신보다는 남은 비교과 정리와 생기부를 차근히 정리하고 있는 시즌이라고 생각이 들어요.

그래서 제가 했던 탐구 활동을 공유하려고 합니다.

요즘은 고교학점제가 도입되면서, 전공선택의 자유도가 높아지고 -

조합의 다양성이 커졌기 때문에 생활기록부에 해당 과목의 관심과 심화탐구를 잘 녹여내는 것이 더 중요하다고 판단됩니다.

해서 - 멘토는 고등학교 때 어떤 과학탐구를 진행했는지, 탐구 내용에서 차별점을 만들기 위해 어떤 식으로 자신의 관심사를 비교과에 녹였는지 간략하게 파악하는 용도로 이 칼럼을 읽어주면 좋을 것 같아요.

우선 지구과학 과목에서 심화탐구한 보고서이고,

[ 건물 생체 기후도를 이용한 쾌적도 데이터 추출 및 건물 내 에너지 절감을 위한 냉방시스템의 최적 운행 ]

을 주제로 보고서를 작성했습니다. 교과융합형 프로젝트였기 때문에, 지구과학에 대한 관심을 저의 최대 관심 과목이었던 수학과목과 어떻게 융합할 수 있을지, 또한 허상 속의 문제가 아닌 현재 제가 직면하고 있던 실생활 속 문제를 해결하기 위해 노력했습니다.

저는 건축과 건물, 애너지와 환경에 관심이 있었기 때문에 이 건물 에너지 문제를 수학과 데이터 분석의 관점에서 바라보고, 실제 학교 공간에 적용해보고자 했습니다.

< 주제 선정하기 >

주제를 잡을 때, 제 고삼 여름이 정말 더웠거든요. 해서 요즘도 그렇지만 정말 온 건물이 에어컨을 엄청나게 소비했어요.

이 건물에서 사용하는 에너지를 조금이라도 효율적으로 사용할 수는 없을까 ? - 하는 단순한 질문에서 시작해서 자료를 조사하기 시작했죠. 조사과정에서 건물에서 소비되는 에너지가 전체 에너지 소비에서 상당한 비중을 차지하며, 특히 냉난방과 공조시스템에서 많은 에너지가 사용되는 사실을 알게 되었고, 이를 현실적으로 개선시킬 수 있는 방법을 생각해보기 시작했어요.

당시에는 제가 매일 생활하는 학교라는 공간에서 직접 적용해볼 수 있는 방법을 찾아보자고 생각했고,

건물의 냉방을 무조건 강하게 가동하는 대신, 외부 기후 조건과 실내의 쾌적도를 함께 고려해 냉방시스템을 효율적으로 운영하는 방법을 탐구하게 되었습니다.

< 기후데이터를 '쾌적함' 이라는 정보로 바꾸기 >

먼저 첫번째 단계에서는 건물 생체 기후도와 기후설계도우미 프로그램의 사용법을 공부했습니다.

아예 처음 사용해보는 분석 도구여서, 프로그램을 이해하고 적용하는데 초반에 애를 먹었던 것 같아요.

여기서 건물 생체 기후도란, 온도와 습도 등의 기후조건을 바탕으로 사람이 어느 환경에서 쾌적함을 느낄 수 있는지를 시각적으로 파악하고 냉방, 난방등의 전략이 필요한 조건을 판단하는 데 사용할 수 있어요.

프로그램을 설치한 뒤, 서울지역과 그 중에서도 저의 고등학교가 위치한 지역의 기후조건을 입력하고 최근 몇년간의 기후데이터를 분석했습니다. 프로그램을 돌려보니, 특정한 시기에 제 고등학교가 어떤 냉방이 필요한지, 자연환기로 보강할 수 있는 부분은 무엇인지, 제습은 얼만큼 필요한지 등을 판단할 수 있다는 점이 매우 흥미로웠습니다.

교과서에서만 보았던 각각의 그래프와 데이터가, 실제 건물의 설계와 운영에서 의사결정을 위한 정보로 사용될 수 있다는 점이 흥미로웠던 것 같습니다.

< 데이터를 냉방 시스템의 '운영기준' 으로 연결하기 >

기후 데이터를 분석만 한다면, 실제 에너지를 절감할 수 있는 솔루션으로 이어지지 않겠죠.

다음 단계에서는 추출한 데이터를 냉방 시스템의 운전 방식에 어떻게 반영할 수 있을까 ? - 라는 질문으로 탐구를 확장하기 시작했습니다. 해서 이 단계에서는 관련 논문을 많이 읽어보았어요.

고등학생이 논문을 어떻게 읽어요 "어려워요" 라고 생각할 수 있지만,

우선 논문의 초록이라도 읽어보면 해당 논문이 어떤 관심과 주제를 가지고 해결하려고 했는지,

그리고 이 논문이 가진 결론과 시사점은 무엇인지 알 수 있으니 간략하게 읽어보면 좋을 것 같아요.

혹은 pdf로 저장하고 Gpt 에게 고등학생의 관점으로 이해하기 쉽게 설명해달라고 부탁하는 것도 방법 중 하나라고 생각합니다.

이 과정에서 인상적이었던 점은, 수학이 단순히 답을 계산하기 위한 과목이 아닌, 실제 시스템의 의사결정을 표현하는 언어가 될 수 있다는 사실 이었어요. 특정 시간에 냉방을 얼마나 가동할 것인지, 외부 기후조건이 달라질 때 운전 방식을 어떻게 변경할 것인지 등을 함수와 조건으로 나타내는 과정이 인상적이라고 생각했죠.

< 단순한 데이터 분석, 으로 끝내지 말고 내 실생활과 연결해보자 ! >

탐구의 마지막 단계는 ' 어떻게 나에게 유용하게 적용되는 연구인가 ? ' 라는 점입니다.

분석만 하고 - 이론만 공부하는 것이 아니라 -

내가 다니는, 나의 고등학교라는 실제 공간에 적용하는 것을 목표로 했어요.

온도 센서와 건물 생체기후도의 쾌적 범위를 바탕으로 실내 환경이 쾌적한 범위를 벗어났을 때

냉방 시스템이 작동하도록 하는 간단한 제어 알고리즘을 구상했어요.

얘를 들어, 현재 실내 온, 습도가 쾌적 범위 안에 있다면 불필요한 냉방을 줄이고,

쾌적 범위를 벗어났을 경우에만 냉방이나 제습이 이루어지도록 하는 방식을 선정했습니다.

좋은 탐구는 제가 생각했을 때, 특정한, 혹은 어려워 보이는 프로그램을 사용하거나 복잡한 공식을 찾아보았다는 사실 자체가 아닙니다.

현실에서 얻은 데이터를 다시 현실의 문제를 해결하는 데에 사용할 수 있다는 점,학교에서 배우는 수학이나 데이터 분석이 시험 문제 안에서만 존재하는 것이 아니라,우리가 매일 사용하는 교실의 냉방 시스템과 같은 실제 문제에도 적용될 수 있다는 것을 경험했습니다,

자신이 관심을 가지고 있는 작은 문제에서부터 시작해

왜 이런 문제가 발생할지, 어떤 데이터를 이용할 수 있을지, 수업에서 배운 내용을 어떻게 적용할 수 있을지 와 같은

질문들을 연쇄적으로 이어가는 것이 중요하다고 생각합니다.

여러분도 자신 스스로에게 질문에 꼬리와 꼬리를 이으면서, 좋은 탐구를 만들어나가면서

입시에 깊이를 만들면 좋을 것 같아요.

오늘도 화이팅입니다. 다음에 더 좋은 칼럼으로 돌아올게요.