1. 서 론
2. 연구 방법
2.1. 피험자
2.2. 실험의복
2.3. 실험 프로토콜 및 실험과정
2.4. 측정 항목
2.5. 데이터 분석
3. 연구결과
3.1. 직장온과 평균피부온
3.2. 부위별 피부온
3.3. 체내 열 축적량
3.4. 심박수와 총발한량
3.5. 최내층 및 최외층 의복 내 미세 기후
3.6. 정신·심리 반응(한서감, 온열쾌적감, 습윤감)
4. 논 의
4.1. 고온 환경에서 공기순환형 냉각조끼 착용이 인체의 열 축적량을 경감시켰는가?
4.2. 심박수는 공기순환형 냉각조끼 착용에 왜 영향을 받지 않았는가?
4.3. 한서감의 경우, 공기순환형 냉각조끼 착용이 왜 고령층에서 효과가 더 컸는가?
5. 결 론
1. 서 론
지구 평균 기온 상승과 함께 한국의 여름철 폭염 노출도 증가하고 있다. 기상청에 따르면, 국내 폭염 일수는 2024년 24.0일, 2025년 28.1일로 보고되어 최근 여름철 고온 노출 수준이 높게 지속되고 있음을 보여준다(Korea Meteorological Administration [KMA], 2024, 2025). 특히 2025년 폭염 일수는 평년보다 17.5일 많았고, 2018년과 1994년에 이어 역대 3위 수준으로 보고되었다(KMA, 2025). 폭염 피해는 도시보다 농촌 지역이 더 취약한 것으로 알려져 있으며(Kim, Chung, Lee, & Lee, 2014), 고온 다습한 환경은 상대적으로 저온 건조한 환경보다 사망률이 높다는 보고도 있다(Barreca, 2012). 따라서 한국의 여름철 야외 및 비닐하우스 내 농작업자는 높은 서열 부담에 노출될 가능성이 크다(Hwang, Kim, & Chae, 2010). 또한, 통계청의 2024년 농림어업조사에 따르면, 전체 농촌 가구 중 65세 이상 농가비율은 55.8%로 보고되어 농작업자의 고령화가 뚜렷하다(Statistics Korea, 2025).
고령자는 더위 자극에 대한 피부 민감도 및 피부혈관 반응이 둔해지고, 땀샘의 노화 등으로 인해 고온 노출 시 체온 항상성 유지에 취약하다(Kenney et al., 1997). 이에 따라 고령자는 폭염으로 인한 건강피해와 사망 위험이 높으며, 폭염 발생과 고령자 사망률 증가 간의 연관성도 보고되어 왔다(Åström, Forsberg, & Rocklöv, 2011; Stafoggia et al., 2006). 질병관리청의 2025년 ‘온열질환 응급실 감시체계’ 운영 결과에 따르면, 2025년 온열질환자는 총 4,460명으로 전년 3,704명 대비 약 20.4% 증가하였다(Korea Disease Control and Prevention Agency [KDCA], 2025). 이중, 연령별로는 50대 비율이 가장 높고(19.4%), 65세 이상은 전체의 30.1%를 차지하였다. 온열질환 발생 장소는 실외 작업장 32.1%, 논밭 12.2% 순으로 실외가 79.2%로 대부분을 차지하였다(KDCA, 2025). 따라서 여름철 야외 및 농작업에 종사하는 중·고령군, 특히 온열질환에 취약한 고령 농작업자를 대상으로 한 온열질환 예방 및 서열부담 저감 대책이 요구된다.
서열 환경에 노출된 작업자의 온열질환을 예방하고 작업 효율성을 유지하기 위해서는 열지수 또는 WBGT를 활용한 작업–휴식 주기 조절, 작업시간 조정, 수분 섭취 및 그늘 제공 등의 관리 지침이 제안되어 왔다(National Institute for Occupational Safety and Health [NIOSH], 2016; Occupational Safety and Health Administration and National Institute for Occupational Safety and Health [OSHA & NIOSH], 2011). 이와 동시에 작업자의 온열 생리적 서열 부담과 주관적 불쾌감을 완화하는 보조적 수단으로, 인체를 직접 냉각할 수 있는 다양한 개인 냉각 의류가 개발되어 왔다(Chan, Song, & Yang, 2015; Golbabaei et al., 2022). 냉각 의류는 의복에 보조 냉각 시스템을 부가하여 산열과 방열의 균형을 조절하고 체온 상승을 억제하는 실용적 수단이며, 작업 중 서열 및 심혈관계 부담을 완화하는 것으로 보고되어 왔다(Mokhtari Yazdi & Sheikhzadeh, 2014; Chan et al., 2015).
냉각의류는 조끼 형태가 일반적이며, 냉각 방식에 따라 냉각 원리와 효과가 다르다(Lu et al., 2015; Taylor, Lee, Kim, & Notley, 2021). 대표적인 방식으로는 얼음, 겔 또는 PCM과 같은 냉매 삽입 방식, 저온 액체를 내장 튜브로 순환시키는 방식, 공기 순환을 통해 대류 및 증발 열손실을 증가시키는 방식으로 구분된다. 냉매 삽입 방식은 착용 초기의 냉각 효과는 우수하지만 냉각 지속 시간이 짧고, 냉매로 인한 의복 무게 증가와 결로 발생의 문제가 있으며, 액체 순환 방식은 비교적 안정적인 냉각을 유지할 수 있으나 부가 장비와 연결 장치로 인해 착용자의 움직임을 제한할 수 있다(Mokhtari Yazdi & Sheikhzadeh, 2014; Lu et al., 2015; Taylor et al., 2021). 이러한 한계로 인해 야외 작업 환경에서는 냉각 효과 이외에도 착용성, 이동성 및 실제 적용 가능성을 함께 고려할 필요가 있다.
여름철 한국 농작업자의 서열 부담을 줄이기 위한 냉각 의류 및 기능성 작업복의 도입 가능성은 지속적으로 검토되어왔다. Choi, Kim과 Lee (2005)은 여름철 고추 수확 농민을 대상으로 냉각조끼의 서열부담 경감 효과를 평가하였고, Choi, Kim과 Lee (2008)은 냉각조끼를 포함하여 두부와 경부 중심의 냉각 도구의 적용 효과를 비교하였다. 또한 Hwang 등(2010)은 비닐하우스 작업자를 대상으로 기능성 작업복 개발을 검토하여, 국내 농작업 환경에서 착용 가능한 냉각 의류의 필요성을 뒷받침하였다. 그러나 이들 연구는 주로 냉매 삽입형 냉각조끼 또는 기능성 작업복 중심이어서, 팬 방식 공기순환형 냉각조끼에 대한 연구는 상대적으로 부족하다.
공기순환형 냉각조끼는 조끼 내부로 외기 혹은 냉각된 공기를 공급하여 대류 및 땀 증발에 의한 열발산을 촉진함으로써 체온 상승을 억제하는 원리이다. 이 중 팬 방식은 충전식 배터리를 사용할 수 있어 비교적 가볍고 동작 방해가 적어서 야외 농작업 환경에서 적용 가능성이 높다. 그러나, 냉각 장치와 배터리로 인한 의복 무게 증가, 착용 불편감, 높은 전력 소모로 인한 배터리 지속시간 제한, 고온다습 환경에서의 증발 효율 저하 등으로 냉각 효과가 제한될 수 있다. 실제로 일부 선행연구에서는 공기순환형 냉각의류가 피부온, 온열감 및 쾌적감 개선에는 효과를 보였으나, 심부온 상승 억제, 발한량 감소 및 심혈관 부담 완화와 같은 온열생리 지표에서는 연구 조건에 따라 효과가 제한적이거나 일관되지 않게 나타났다(Ando et al., 2015; Barwood, Newton, & Tipton, 2009; Mori et al., 2022; Otani, Fukuda, & Tagawa, 2021). 냉각 방식 간 물리적 성능 비교에서는 Ciuha, Valenčič와 Mekjavic (2021)의 연구가 중요한 참고가 된다. 이 연구는 여러 냉각 개념의 조끼를 8시간 동안 평가한 결과, 능동형 냉각조끼가 331 W·h·m-2의 열을 제거하여 가장 높은 냉각 용량을 보였고, PCM 조끼 164 W·h·m-2, 하이브리드 조끼 146 W·h·m-2, 증발식 조끼 113 W·h·m-2보다 효율적이었다고 보고하였다(Ciuha et al., 2021). 또한 냉각 효과가 충분하지 않거나 냉각이 중단될 경우에는 냉각조끼가 피부로부터의 대류와 증발 열손실을 오히려 방해하여 체온 상승을 유발할 가능성도 있다(Chan, Yi, & Wong, 2016; Ciuha et al., 2021).
최근 공기 순환 장치의 기술 발전과 함께 공기순환형 냉각의류의 효과는 인체착용평가(Barwood et al., 2009; Chinevere et al., 2008; Hadid, Yanovich, Erlich, Khomenok, & Moran, 2008; Mori et al., 2022; Tokizawa, 2023)와 서멀마네킹 기반 평가 및 모델링 연구(del Ferraro et al., 2021; Xu & Gonzalez, 2011; Yang, Wang, Song, Li, & Raj, 2022; Zhao et al., 2013)를 통해 지속적으로 검토되고 있다. 다만 기존 인체착용평가는 주로 건강한 성인 또는 청년 남성을 대상으로 수행되어 왔으며, 고령자를 포함한 연구도 일부 보고되었으나(Tokizawa, 2023), 고온다습한 농작업 환경에서 고령자를 포함하여 생리적·정신심리적 반응을 함께 평가한 연구는 제한적이다. 따라서 여름철 국내 고령 농작업자의 서열부담 경감을 목적으로 새롭게 개발된 공기순환형 냉각조끼의 효과를 판단하기 위해서는 실제 착용 환경과 유사한 고온다습 조건에서 청년군과의 비교를 통한 정량적 검증이 필요하다. 이에 본 연구에서는 여름철 농작업 환경과 유사한 고온다습 조건에서 팬 방식의 공기순환형 냉각조끼가 고령 남성의 온열 생리적·정신 심리적 서열부담을 완화하는지를 청년층과의 비교를 통해 정량적으로 분석하였다. 본 연구는 여름철 고령 농작업자의 서열질환 경감을 위한 냉각중재법 가이드라인 개발의 기초자료로 활용 가능하다.
2. 연구 방법
2.1. 피험자
본 연구는 공기순환형 냉각조끼의 서열부담 경감 효과를 규명하기 위하여 건강한 20대 남성 9인(24.6 ± 3.6세, 신장 172.9 ± 3.3 cm, 체중 67.6 ± 9.3 kg, 체표면적 1.84 ± 0.12 m2)과 건강한 고령 남성 9명(60.4 ± 3.6세, 신장 169.8 ± 7.6 cm, 체중 69.5 ± 9.3 kg, 체표면적 1.80 ± 0.16 m2)이 피험자로 참여하였다. 본 연구에서는 고온다습으로 유지된 인공기후실에서의 인체 실험 안전을 위해 고령자의 연령을 55 ~ 65세로 제한하였다. 피험자는 사전 스크리닝을 통해 과거 열 관련 질환 경험 및 심혈관계 질환이 없는 건강한 남성으로 모집하였다. 모든 피험자는 모집 단계에서 연구 목적, 실험 방법 및 실험 참여에 따른 잠재적 위험성에 대한 설명을 충분히 듣고 이해한 후, 자발적으로 참여 의사를 밝힌 경우에 한하여 본 연구에 참여하였다. 본 연구는 서울대학교 연구윤리위원회의 사전 승인을 받았다(IRB No. P01-202302-01-001).
2.2. 실험의복
실험용 기본 의복은 여름철 농작업자들의 작업복을 참고하여 구성하였다(Choi et al., 2005). 청년군과 고령군 공통 착의 의복은 팬티(면 100%, 74 g), 긴팔 티셔츠(폴리에스테르 98%/폴리우레탄 2%, 158 g), 양말(면 100%, 33 g), 캡 모자(폴리에스테르 100%, 55 g), 코팅 목장갑(면 70%/폴리에스테르 30%/latex 코팅, 37 g) 및 운동화였다. 하의는 연령별로 다르게 적용하여, 청년군은 폴리에스테르 100%에 PVC가 코팅된 긴 바지(211 g, 농약방제용 보호 작업복 하의)를 고령군은 나일론 76%와 폴리우레탄 24% 혼방의 긴 바지(336 g)를 착용하였다. 연령별로 작업복 하의를 다르게 선정한 이유는, 예비실험을 통해 청년군과 동일한 농약방제용 작업복 하의 착용이 고령자에게 과도한 서열부담을 유발하여 정해진 실험 프로토콜을 완료하지 못할 가능성을 줄이기 위함이었다. 두 연령군 모두 기본 실험의복 위에 공기순환형 냉각조끼를 착용하였다.
본 연구에 사용한 공기순환형 냉각 조끼(Figure 1)는 겉감, 중간층 및 안감으로 구성된 삼중 구조로, 겉감은 메타-아라미드 93%, 파라-아라미드 5%, 대전방지 섬유 2%, 중간층은 폴리에스테르 100%, 안감은 폴리아미드 100%로 구성되었다. 본 냉각조끼의 겉감이 아라미드 계열로 구성된 이유는 본래 소방관용으로 개발되었기 때문이다. 특히, 중간층은 폐쇄된 평면 구조가 아니라 지지 구조와 빈 공간을 포함하도록 제작되어, 인체 착용 시 눌리더라도 조끼 내부의 공기층이 지지구조에 의해 유지되도록 설계되었다(Figure 1E and 1F). 냉각 조끼 허리부에는 충전식 리튬 이온 배터리로 작동되는 총 6개의 공기순환 장치(팬)가 전면 허리 부위에 2개, 후면 허리 부위에 4개 배치되었다. 이러한 팬의 분산 배치는 착용자의 의복과 조끼 사이 및 조끼 중간층으로 공기를 유입시켜, 조끼 내부 공기를 평균 0.2‒0.4 m·s-1의 유속으로 순환시키도록 설계되었다. 조끼 내부의 유속은 조끼를 착용한 상태에서 기류계(TSI 9565, TSI, USA) 센서를 가슴 부위와 등 부위에 넣고 일정 시간 이상 연속 측정한 후 그 값을 평균내었다. 피험자는 냉각조끼 세 가지 사이즈(S: 1,282 g, M: 1,338 g, L: 1,360 g) 중에서 본인 체격에 맞는 냉각 조끼를 선택하여 착용하도록 하였다.
Figure 1
Schematic diagrams (A, B), photos (C, D), layer construction (E) and inner layer (F) of the air-ventilated cooling vest used in the present study. E illustrates the three-layer cross-sectional structure of the cooling vest, while F schematically illustrates the airflow distributed uniformly toward the skin through the inner lining. The white lines in the Figure F represent the dispersed airflow over the inner layer in gray. Figures E and F were obtained from the product promotional brochure.
2.3. 실험 프로토콜 및 실험과정
모든 실험은 기온 33°C, 습도 65%RH로 설정된 인공기후실에서 총 90분간 진행되었다. 모든 피험자들은 모든 실험에서 냉각 조끼를 착용하였으며, 실험 조건은 냉각 조끼를 작동시키지 않은 조건(CON: Control)과 냉각조끼를 작동한 조건(ACV: Active-cooling vest)의 두 가지로 구성하였다. ACV 조건에서는 안정기 시작 10분이 경과한 시점부터 실험 종료시까지 냉각조끼의 팬을 작동시켰다. 피험자는 두 조건에 각 1회씩, 임의의 순서로 총 2회 참여하였다. 1회 실험은 안정기(앉은 자세, 20분), 1차 운동기(트레드밀, 20분), 휴식기(앉은 자세, 10분), 2차 운동기(트레드밀, 20분) 및 회복기(앉은 자세, 20분)으로 구성하였다. 1차 운동기의 운동 강도는 두 연령군 모두 6 km·h-1로, 2차 운동기는 청년군 8 km·h-1, 고령군 7 km·h-1로 설정하였다. 2차 운동기의 운동 강도는 고령자 안전의 관점에서 실험 완료를 고려하여 청년군보다 느린 속도인 7 km·h-1로 조정되었다.
피험자는 실험실에 도착한 후 실험 중 탈수 예방을 위해 생수 330 ml를 미리 섭취하였다. 이후 직장온 센서를 삽입하고 팬티와 실험용 가운으로 환복한 상태에서 체중, 신장 및 체성분을 측정하였다. 이어서 실험용 가운을 탈의하고, 실험 준비실에서 피부온 센서, 심박 측정 센서 및 의복내 온습도 센서를 부착한 다음, 실험 의복과 냉각 조끼를 착용하고 인공기후실로 이동하였다. 인공기후실에 입실한 후, 피험자는 안정기 동안 의자에 앉은 자세를 유지하였으며, 안정기 중 혈압을 측정하였다. 이후 1차 운동기, 휴식기(break), 2차 운동기 및 회복기(recovery)를 순차적으로 수행하였다. 혈압은 안정기, 1차 운동기 종료 직후, 2차 운동기 종료 직후 및 2차 운동기 10분 경과 시점에서 측정하였다. 실험이 종료되면 피험자는 인공기후실에서 나와 직장온을 제외한 모든 센서와 의복을 제거하고 팬티와 실험용 가운만 착용한 상태에서 체중을 재측정하였다. 직장온 센서를 제거한 이후 모든 실험은 종료되었다. 각 피험자가 참여한 두 실험 간에는 최소 48시간의 간격을 두었으며, 두 조건 참여 순서는 순서의 영향을 배제하기 위해 랜덤하게 배정되었다.
2.4. 측정 항목
직장온은 전용 센서를 사용하여 피험자 신장에 따라 직장 내 13‒16 cm 깊이에서 5초 간격으로 연속 측정하였다(LT-8A, Gram Ltd, Japan). 피부온은 열 부위(이마, 가슴, 복부, 윗등, 뒤허리, 아래팔, 손등, 넓적다리, 종아리, 발등)에 이마를 제외하고(이마 중앙 부위) 모든 센서를 피험자 왼쪽에 부착하여 5초 간격으로 측정하였다. 직장온과 피부온은 동일한 데이터 로거(LT-8A, Gram Ltd, Japan)를 사용하였다. 심박수는 벨트형 센서를 가슴 부위에 부착한 다음 무선으로 연결된 시계형 기록 장치를 통해 1초 간격으로 자동 측정하였다(RC3 GPS, Polar Electro Oy, Finland). 의복내 온습도는 인체 세 부위의 의복내 최내층(가슴, 등, 허리)과 인체 두 부위 최외층(가슴과 등)에 센서를 부착하여 5초 간격으로 측정하였다(TR-72wf-S, T&D Co., Japan). 혈압은 안정기 중간, 두 번의 운동기 직후와 회복기 중간에 각 3회씩 반복 측정하였다. 총발한량은 인체천칭(F150S, Sartorius, Germany, resolution 1 g)을 이용하여, 실험용 팬티, 실험가운 만을 착용한 상태에서 실험 전후로 체중을 각 3회씩 측정하고 이의 평균을 계산한 후 실험 전후 차이로 계산하였다.
정신·심리 반응으로 한서감, 온열쾌적감 및 습윤감을 10분 간격으로 측정하였다. 한서감은 9점 척도(–4: 매우 춥다, –3: 춥다, –2: 서늘하다, –1: 약간 서늘하다, 0: 춥지도 덥지도 않다, +1: 약간 따뜻하다, +2: 따뜻하다(약간 덥다), +3: 덥다, +4: 매우 덥다), 온열쾌적감은 7점 척도(–3: 매우 불쾌하다, –2: 불쾌하다, –1: 약간 불쾌하다, 0: 보통이다, +1: 약간 쾌적하다, +2: 쾌적하다, +3: 매우 쾌적하다), 습윤감은 7점 척도(–3: 매우 건조하다, –2: 건조하다, –1: 약간 건조하다, 0: 보통이다, +1: 약간 습하다, +2: 습하다, +3: 매우 습하다)를 사용하였다. 모든 응답은 0.5점 단위로도 함께 측정되었다.
2.5. 데이터 분석
평균피부온은 Hardy and DuBois(1938)의 안분비율을 수정 적용하여 다음과 같이 산출하였다: = 0.07Tforehead + 0.35[(Tchest + Tabdomen + Tupperback + Tlower back)/4] + 0.14Tforearm + 0.05Thand + 0.19Tthigh + 0.13Tcalf + 0.07Tfoot. 직장온, 평균피부온, 심박수, 혈압, 의복내 최내층과 최외층 온습도는 안정기, 1차 운동기, 휴식기, 2차 운동기 및 회복기 각각의 마지막 3분 평균값으로 산출하였다. 한서감, 온열쾌적감 및 습윤감은 각 측정시점에서 얻은 응답값의 평균으로 분석하였다. 체내 열 축적량은 회복기와 안정기의 차이를 계산하여 다음과 같이 계산하였다: Body heat storage (W·m-2) = 0.97 (W·kg-1·°C-1)× body weight (kg) × (0.8∆Tre + 0.2)/ BSA (m2). 여기서, 0.97은 인체의 평균 비열, ∆Tre는 회복기 직장온에서 안정기 직장온을 뺀 값이며, 는 회복기 평균피부온에서 안정기 평균피부온을 뺀 값이다.
통계분석은 SPSS V.26을 이용하였으며, 모든 데이터는 평균과 표준편차로 제시하였다. 냉각조끼의 냉각효과 검증을 위해, 청년군과 고령군 각각에서 냉각조끼 미작동 조건(CON)과 작동조건(ACV) 간 온열 생리 반응과 의복내 온습도의 차이를 Paired t-test로 분석하였다. 정신·심리 반응의 조건 간 차이는 Wilcoxon Signed Ranks를 이용하여 분석하였다. 연령 집단 간 비교는 두 집단이 수행한 2단계 운동 강도와 착용 의복 조건(청년: 농약방제용 보호복 바지 vs. 고령자: 일반 작업 바지)이 서로 달랐기 때문에 실시하지 않았다. 모든 통계분석에서 유의수준은 P < 0.05로 설정하였다.
3. 연구결과
3.1. 직장온과 평균피부온
직장온은 청년군과 고령군 모두에서 안정기, 1차 운동기와 휴식기 동안은 공기순환형 냉각조끼의 작동 조건(ACV)과 미작동 조건(CON)간 유의한 차이가 발견되지 않았다. 그러나, 2차 운동기와 회복기 동안 청년군에서 ACV 조건의 직장온이 CON 조건보다 유의하게 낮았으며(P < 0.001), 고령군에서도 ACV 조건의 직장온이 CON 조건보다 유의하게 낮게 나타났다(P < 0.05, Figure 2A). 실험 종료 시점과 안정기 사이의 직장온 변화량을 비교한 결과, 청년군에서는 ACV 조건에서 증가량(1.7 ± 0.4°C)이 CON 조건에서 증가량(1.9 ± 0.4°C)보다 유의하게 적었으며(P < 0.05), 고령군에서도 ACV 조건(1.0 ± 0.4°C)에서의 증가량이 CON 조건에서의 증가량(1.4 ± 0.2°C)보다 유의하게 적었다(P < 0.01). 즉, 공기순환형 냉각조끼의 착용이 청년군과 고령군 모두에서 운동 후반기 직장온 상승을 억제하는데 효과적이었다.
평균피부온은 청년군과 고령군 모두에서 안정기와 1차 운동기 동안에는 두 실험 조건 간 차이가 유의한 차이를 보이지 않았으나, 휴식기, 2차 운동기 및 회복기 동안에는 두 연령군 모두에서 ACV 조건에서 CON 조건보다 유의하게 낮게 유지되었다(P < 0.001, Figure 2B). 실험 종료 시점과 안정기 사이의 평균피부온 변화량을 비교한 결과, 청년군에서는 ACV 조건(2.1 ± 0.5°C)이 CON 조건(2.9 ± 0.6°C)보다 유의하게 낮았으며(P < 0.01), 고령군에서도 ACV 조건(0.7 ± 0.3°C)이 CON 조건(2.0 ± 0.9°C)보다 유의하게 낮았다(P < 0.01).
3.2. 부위별 피부온
청년군과 고령군 모두에서 CON 조건에 비해 ACV 조건일 때 냉각조끼로 덮이는 인체 부위인 가슴, 복부, 윗등, 허리 부위에서의 피부온 모두 유의하게 낮았다(P < 0.01, Figure 3). 고령군에서는 이마온(P < 0.01)과 대퇴온(P < 0.05)에서도 CON 조건보다 ACV 조건에서 유의하게 낮았다. 그 외 다른 피부 부위에서는 두 연령군 모두 두 실험 조건 간 유의한 차이를 보이지 않았다.
3.3. 체내 열 축적량
체내 열 축적량을 계산하여 비교한 결과, 청년군과 고령군 모두 CON 조건보다 ACV 조건에서 체내 열 축적량이 유의하게 낮았다. 청년군은 CON 조건(79.5 ± 7.5 W·m-2)보다 ACV 조건(67.7 ± 8.8 W·m-2)에서 평균 12 W·m-2 유의하게 적었으며(P < 0.01), 고령군의 체내 열 축적량은 CON 조건(55.4 ± 9.5 W·m-2)보다 ACV 조건(36.6 ± 12.7 W·m-2)에서 평균 19 W·m-2 유의하게 적었다(P < 0.001, Table 1).
Table 1
Body heat storage under fan-off (CON) and fan-on (ACV) conditions of an air-ventilated vest by age groups during experiment
(unit: W·m-2)
| Young (N = 9) | Older (N = 9) | |||||
| Condition | CON* | ACV† | P-value | CON* | ACV† | P-value |
| Heat storage‡ | 79.5 ± 7.5 | 67.7 ± 8.8 | < 0.01 | 55.4 ± 9.5 | 36.6 ± 12.7 | < 0.001 |
3.4. 심박수와 총발한량
심박수는 청년군과 고령군 모두, 거의 모든 측정 구간(안정기, 1차 운동기, 휴식기, 2차 운동기, 회복기)에서 CON과 ACV 조건 간 유의한 차이가 발견되지 않았으나, 청년군의 ‘휴식기’(P < 0.05)와 ‘2차 운동기’(P < 0.01)에서는 두 조건 간 유의한 차이가 발견되었다(Figure. 4). 운동 중 최고 심박수는 CON과 ACV 조건에서 청년군 182 ± 18 bpm과 178 ± 17 bpm, 고령군의 경우 136 ± 14 bpm과 136 ± 14 bpm이었다. 총 발한량은 청년군의 경우 CON 조건(770 ± 309 g·h-1)에 비해 ACV 조건(556 ± 163 g·h-1)에서 유의하게 낮았고(P < 0.05), 고령군에서는 CON 조건(533 ± 233 g·h-1)에 비해 ACV 조건(378 ± 137 g·h-1)에서 적었지만, 통계적으로 유의한 차이는 나타나지 않았다.
심박수와 직장온도와의 관련성을 분석한 결과, 청년군과 고령군 모두에서 휴식단계(초기 안정기, 중간 휴식기, 마지막 회복기)와 운동기(1차 운동기, 2차 운동기)에 따라 두 변수 간의 관계가 구분되어 나타났다(Figure 5). 각 단계에서 청년군과 고령군 각각 직장온이 증가할수록 심박수가 증가하는 양의 관계를 보였다.
3.5. 최내층 및 최외층 의복 내 미세 기후
의복 내 최내층 미세기후는 가슴, 등 상부와 등 하부에서 측정한 값을 각각 평균내어 산출하였고, 최외층 미세기후는 조끼 앞면과 뒷면에서 측정한 값을 평균내어 산출하였다(Table 2). 최내층 의복내 온도는 청년군에서 2차 운동기(P < 0.05)와 회복기(P < 0.05)에 ACV 조건이 CON 조건보다 유의하게 낮았으며, 고령군에서는 1차 운동기(P < 0.05), 휴식기(P < 0.05), 2차 운동기(P < 0.05) 및 회복기(P < 0.01)에 ACV 조건에서 유의하게 낮았다. 최내층 의복 내 습도는 청년군에서 1차 운동기(P < 0.05)와 2차 운동기(P < 0.05)에 ACV 조건이 유의하게 낮았고, 고령군에서는 측정 구간 대부분에서 ACV 조건이 유의하게 낮았다(P < 0.05). 그 외 구간에서는 두 조건 간 유의차가 없었다.
Table 2
Micro-climate temperature and humidity inside clothing by layer, age group, and experimental condition
| layer | Period (min) | Age group | |||||
| Young (N = 9) | Older (N = 9) | ||||||
| Condition | |||||||
| CON | ACV | P-value | CON | ACV | P-value | ||
|
Inner-layer micro-climate temperature (°C) | Rest (18–20th) | 35.1 ± 0.5 | 34.5 ± 0.8 | 0.173 | 35.3 ± 0.2 | 34.8 ± 0.2 | 0.093 |
| 1st EXE (38–40th) | 35.5 ± 0.4 | 34.7 ± 1.1 | 0.199 | 36.0 ± 0.1 | 34.7 ± 0.3 | 0.032 | |
| Break (48–50th) | 35.8 ± 0.4 | 34.6 ± 1.0 | 0.111 | 36.4 ± 0.3 | 34.4 ± 0.4 | 0.015 | |
| 2nd EXE (68–70th) | 35.5 ± 0.8 | 34.4 ± 0.9 | 0.013 | 36.3 ± 0.1 | 34.7 ± 0.4 | 0.026 | |
| Recovery (88–90th) | 36.8 ± 0.6 | 34.7 ± 1.1 | 0.023 | 36.7 ± 0.4 | 34.4 ± 0.4 | 0.009 | |
|
Inner-layer micro-climate humidity (%RH) | Rest (18–20th) | 81.7 ± 1.2 | 75.2 ± 1.8 | 0.059 | 76.6 ± 1.5 | 70.8 ± 0.4 | 0.012 |
| 1st EXE (38–40th) | 90.4 ± 3.6 | 80.5 ± 6.0 | 0.034 | 90.8 ± 3.9 | 80.8 ± 2.3 | 0.030 | |
| Break (48–50th) | 92.6 ± 2.9 | 83.7 ± 3.4 | 0.107 | 93.1 ± 1.6 | 82.6 ± 0.9 | 0.012 | |
| 2nd EXE (68–70th) | 94.6 ± 4.2 | 89.4 ± 3.3 | 0.034 | 95.0 ± 3.1 | 84.7 ± 3.0 | 0.042 | |
| Recovery (88–90th) | 97.4 ± 1.6 | 91.4 ± 1.8 | 0.074 | 97.1 ± 1.1 | 86.5 ± 1.2 | 0.008 | |
|
Outer-layer micro-climate temperature (°C) | Rest (18–20th) | 33.7 ± 0.6 | 33.4 ± 0.3 | 0.500 | 35.0 ± 0.4 | 33.9 ± 0.3 | 0.205 |
| 1st EXE (38–40th) | 34.2 ± 0.6 | 33.6 ± 0.2 | 0.374 | 35.6 ± 0.2 | 33.6 ± 0.2 | 0.081 | |
| Break (48–50th) | 34.8 ± 0.8 | 33.3 ± 0.1 | 0.192 | 36.0 ± 0.4 | 33.4 ± 0.1 | 0.097 | |
| 2nd EXE (68–70th) | 33.8 ± 0.6 | 33.4 ± 0.4 | 0.500 | 35.2 ± 0.2 | 33.2 ± 0.1 | 0.049 | |
| Recovery (88–90th) | 35.6 ± 0.5 | 33.1 ± 0.2 | 0.159 | 36.0 ± 0.4 | 32.9 ± 0.2 | 0.061 | |
|
Outer-layer micro-climate humidity (%RH) | Rest (18–20th) | 71.6 ± 1.4 | 67.3 ± 0.8 | 0.276 | 70.3 ± 0.7 | 69.2 ± 2.3 | 0.500 |
| 1st EXE (38–40th) | 71.1 ± 0.8 | 67.6 ± 0.1 | 0.083 | 83.5 ± 7.1 | 72.6 ± 4.3 | 0.112 | |
| Break (48–50th) | 82.3 ± 2.3 | 67.4 ± 0.4 | 0.081 | 87.1 ± 4.0 | 73.6 ± 4.5 | 0.017 | |
| 2nd EXE (68–70th) | 80.2 ± 0.5 | 68.5 ± 1.6 | 0.041 | 90.1 ± 5.0 | 75.1 ± 6.5 | 0.053 | |
| Recovery (88–90th) | 92.0 ± 0.7 | 69.5 ± 0.6 | 0.003 | 93.3 ± 3.2 | 76.1 ± 5.4 | 0.059 | |
최외층 의복 내 온도는 청년군에서는 CON 조건과 ACV 조건간 유의한 차이를 보이지 않았으나, 고령군에서는 2차 운동기에서 ACV 조건(33.2 ± 0.1°C)이 CON 조건(35.2 ± 0.2°C)보다 유의하게 낮았다(P < 0.05). 최외층 의복 내 습도는 청년군에서 2차 운동기(P < 0.05)와 회복기(P < 0.01)에 ACV 조건에서 유의하게 낮았고, 고령군에서는 휴식기에 ACV 조건에서 유의하게 낮았다(P < 0.05). 그 외 구간에서는 두 조건 간 유의차가 없었다.
3.6. 정신·심리 반응(한서감, 온열쾌적감, 습윤감)
청년군은 전신 한서감, 온열쾌적감 및 습윤감에서 ACV 조건과 CON 조건 간 유의한 차이를 보이지 않았다. 반면, 고령군에서는 전신 한서감은 ACV 조건에서 안정기(P < 0.01), 휴식기(P < 0.05) 및 회복기(P < 0.05)에 유의하게 더 시원하다고 응답하였다. 온열쾌적감은 안정기 이외 구간에서는 두 실험 조건 간 유의차를 보이지 않았다. 습윤감은 안정기(P < 0.01), 휴식기(P < 0.05) 및 2차 운동기(P < 0.05)에서 ACV 조건에서 유의하게 덜 습하게 느낀다고 응답하였다(Table 3).
Table 3
Psychological responses by age group and experimental condition
| Variables | Period (min) | Age group | |||||
| Young (N = 9) | Older (N = 9) | ||||||
| Condition | |||||||
| CON | ACV | P-value | CON | ACV | P-value | ||
|
Thermal sensation (Overall) | Rest (18–20th) | 1.6 ± 1.0 | 0.9 ± 1.0 | 0.125 | 2.0 ± 1.1 | 0.1 ± 1.6 | < 0.01 |
| 1st EXE (38–40th) | 2.8 ± 0.4 | 2.3 ± 1.0 | 0.453 | 2.7 ± 1.3 | 2.4 ± 1.4 | 0.289 | |
| Break (48–50th) | 2.5 ± 0.8 | 1.2 ± 1.3 | 0.070 | 2.8 ± 0.9 | 1.0 ± 1.7 | < 0.05 | |
| 2nd EXE (68–70th) | 3.8 ± 0.4 | 3.4 ± 0.8 | 0.219 | 3.4 ± 1.0 | 3.1 ± 0.9 | 0.063 | |
| Recovery (88–90th) | 2.9 ± 0.7 | 1.5 ± 1.5 | 0.070 | 2.7 ± 0.5 | 0.2 ± 1.6 | < 0.05 | |
|
Thermal comfort | Rest (18–20th) | –0.7 ± 1.0 | –0.5 ± 0.6 | 1.000 | –0.7 ± 0.8 | 0.4 ± 0.8 | < 0.05 |
| 1st EXE (38–40th) | –1.9 ± 0.4 | –1.6 ± 0.6 | 0.727 | –1.1 ± 1.0 | –0.9 ± 1.1 | 0.453 | |
| Break (48–50th) | –1.3 ± 1.0 | –0.9 ± 0.7 | 0.289 | –1.0 ± 1.1 | 0.3 ± 1.2 | 0.070 | |
| 2nd EXE (68–70th) | –2.8 ± 0.3 | –2.3 ± 0.7 | 0.063 | –1.9 ± 1.4 | –1.4 ± 1.2 | 0.375 | |
| Recovery (88–90th) | –1.9 ± 0.3 | –1.1 ± 0.7 | 0.070 | –0.6 ± 1.2 | 0.1 ± 0.9 | 0.453 | |
|
Humidity sensation | Rest (18–20th) | 1.2 ± 0.9 | 1.0 ± 0.7 | 1.000 | 1.6 ± 0.7 | 0.6 ± 0.5 | < 0.01 |
| 1st EXE (38–40th) | 2.1 ± 0.2 | 2.1 ± 0.6 | 1.000 | 2.1 ± 0.6 | 1.6 ± 1.1 | 0.219 | |
| Break (48–50th) | 2.1 ± 0.6 | 1.4 ± 0.8 | 0.063 | 2.0 ± 0.7 | 0.9 ± 0.8 | < 0.05 | |
| 2nd EXE (68–70th) | 2.9 ± 0.2 | 2.7 ± 0.5 | 0.250 | 2.6 ± 0.6 | 2.1 ± 0.6 | < 0.05 | |
| Recovery (88–90th) | 2.4 ± 0.5 | 1.7 ± 1.1 | 0.070 | 1.8 ± 0.5 | 1.2 ± 0.7 | 0.219 | |
4. 논 의
본 연구는 폭염 환경에 노출된 농작업자의 서열부담 경감을 목적으로 공기순환형 냉각조끼의 인체 서열부담 경감 효과를 정량적으로 분석하였다는 점에서 매우 실용적이며, 특히 청년군과 고령군을 대상으로 수행하여 연령에 따른 영향을 비교 분석하였다는 장점이 있다. 또한 우리나라와 같은 고온다습한 기후 조건에서 공기순환형 냉각의류들의 착용 효과가 제한적이라고 보고된 기존 연구들과 달리, 최근 소재와 디자인 요소를 개선하여 허리 부위 팬에서 생성된 기류가 몸통 골고루 분산되도록 개발된 공기순환형 냉각의류의 서열부담 경감 효과를 확인하였다는 점에서 더욱 의미가 있다. 다만, 피험자 안전의 관점에서 고령군의 착용 의복 수준 및 운동 강도를 청년군보다 낮게 설정함에 따라, 연령 간 차이에 대한 직접적인 통계 비교 결과를 제시하지 못했다는 한계가 있다. 그럼에도 불구하고 고령군에서도 냉각조끼 착용에 의해 생리적 반응 및 정신·심리적 반응의 유의한 개선이 발견되어, 공기순환형 냉각조끼의 적용 가능성을 확인하였다. 자세한 논의는 아래와 같다.
4.1. 고온 환경에서 공기순환형 냉각조끼 착용이 인체의 열 축적량을 경감시켰는가?
본 연구에서 공기순환형 냉각조끼는 직장온을 직접적으로 낮추기보다는 운동 후반부와 회복기에서 직장온 상승을 약 0.2–0.4°C 억제하는 효과를 보였다. 즉, 공기순환형 냉각조끼의 주된 효과는 고온 환경에서 작업 중인 착용자의 심부온을 급격하게 하강시킨다기보다 심부온 상승 속도의 완화에 있음을 보여준다. Kenny 등(2011)은 기온 35°C, 습도 65%RH의 고온 환경에서 아이스 냉각조끼 착용이 운동 내성을 개선하고 심부온 상승을 0.29°C 낮출 수 있음을 보고하였다. 반면, Hosokawa, Belval, Adams, Vandermark와 Casa (2020)은 운동유발 고체온 회복시 화학적 활성 냉각조끼 착용이 냉각 효과를 보였으나, 열사병 치료 기준으로 제시되는 0.15°C·min-1 이상의 냉각 속도에는 도달하지 못한다고 보고하였다. Hosokawa 등(2020)의 연구는 운동으로 유발된 고체온 상태에서 회복기 냉각조끼 착용의 효과를 관찰한, 응급 상황에서 냉각 중재법을 평가한 연구였던 반면, 본 연구와 Kenny 등(2011)은 운동 또는 작업 수행 중 냉각조끼 착용 효과를 분석한 예방적 냉각 중재법 평가라는 점에서 차이가 있다.
공기순환형 냉각의류 선행 연구에서, Otani 등(2021)은 기온 33°C, 습도 65%RH 환경에서 운동선수를 대상으로 팬 냉각 재킷을 운동 사이와 운동 후 회복기에 적용했을 때 피부온과 심박수 하강 속도가 빨라졌으나, 심부온에는 유의한 영향을 미치지 못했다고 보고하였다. Naito, Saito, Ohhashi와 Hayashi (2023)도 기온 39.8°C인 야외 고온 일사 노출 후 회복기 동안 팬 냉각 재킷을 적용한 결과, 귀내온과 피부온 저하에는 효과가 있었지만 직장온 감소에는 한계가 있다고 보고하였다. 이처럼 공기순환형 냉각조끼를 적용한 대부분의 선행연구들에서 심부온(직장온) 감소는 매우 제한적이었다고 보고되는 반면 본 연구에서 직장온 상승을 유의미한 수준으로 억제한 것으로 평가된 결과는 매우 흥미롭다. 이는 본 연구에서 사용된 공기순환형 냉각조끼의 개선된 디자인 요소들과 관련된 것으로 사료된다. 본 연구의 냉각조끼는 전면 2개와 후면 4개, 총 6개의 팬이 배치된 구조로, 착용시 의복 내 미세기류가 0.2‒0.3 m·s-1 수준으로 형성되었다. 또한, 전후면 허리 부위에 배치된 팬을 통해 조끼 중간층의 빈 공간을 따라 상향 이동하도록 설계되어 의복 내 공기 순환을 촉진할 수 있었던 반면, Otani 등(2021)과 Naito 등(2023)에서 사용한 냉각 재킷은 허리 후면에 2개의 팬이 배치된 긴소매 재킷 형태로, 본 연구의 조끼에 비해 팬의 수와 배치가 제한적이며 내부 공기 순환도 상대적으로 비효율적이었을 것으로 사료된다. 추가로, 배터리 용량 및 중량으로 과거 공기순환형 냉각조끼들의 장시간 연속 작동이 제한적이었던 반면, 최근 본 연구의 냉각조끼는 비교적 경량화된 구조와 개선된 배터리 성능을 바탕으로 실험 90분 내내 지속 작동이 가능했다는 점도 선행연구들과의 차별성으로 볼 수 있다. Otani 등(2021)은 팬 냉각 재킷을 운동 사이와 운동 후의 짧은 회복기에만 적용하였기 때문에, 평균피부온과 심박수의 하강 속도 및 주관적 감각 개선이 주된 효과로 나타났을 가능성이 있다. 또한, Naito 등(2023)은 비교 조건에 냉수 섭취가 포함되어 있었기 때문에 팬 재킷 추가 효과가 귀내온과 피부온에서 더 뚜렷하게 나타났을 수 있다.
이러한 개선된 디자인 요소들로 인해, 냉각조끼 착용 시 평균피부온은 직장온보다 더 뚜렷하게 감소하였다(청년군: 평균 0.8°C, 고령군: 평균 1.3°C 억제). Otani 등(2021)은 팬 냉각 재킷 조건에서 평균피부온 하강 속도가 휴식 중 0.25°C·min-1로 CON 조건의 0.05°C·min-1보다 빨랐고, 운동 후 회복기에도 팬 냉각 재킷 조건이 0.17°C·min-1, CON 조건이 0.03°C·min-1로 나타나 피부온 하강 효과가 매우 컸다고 보고하였다. Naito 등(2023) 역시 팬 냉각 재킷 조건에서 회복 초기 20분 동안 평균피부온 하강 속도는 유의하게 컸다(FAN 조건 0.13°C·min-1, 비냉각조건 0.08°C·min-1).
본 연구에서 심부온과 평균피부온의 증감에 기초하여 계산된 체내 열 축적량(body heat storage)은 대조군에 비해 공기순환형 냉각조끼 착용시 유의하게 낮았다. 청년군의 경우 공기순환형 냉각조끼 착용 시 대조군에 비해 평균 12 W·m-2 낮았고(P < 0.01), 고령군에서는 평균 19 W·m-2 더 낮았다(P < 0.001). 이 결과는 본 연구에서 사용된 공기순환형 냉각조끼가 체내에 저장되는 열량을 실질적으로 줄였음을 보여준다. 특히 인체 열 축적량 감소 효과는 청년군보다 고령군에서 더 크게 나타났는데 이는 연령의 영향인지, 아니면 내외적으로 인체에 부하된 스트레스 (의복의 보온력 및 운동 강도)의 차이로 인한 영향인지 고려해볼 필요가 있다. 그럼에도 불구하고, 인체 부담 수준이 상대적으로 더 높았던 청년군과 더 낮았던 고령군 모두 공기순환형 냉각조끼 착용에 의해 체내 열 축적량이 유의하게 감소했기 때문에, 본 연구에 사용된 공기순환형 냉각조끼가 청년 및 고령 농작업자의 여름철 작업 시 인체 서열부담 완화에 기여할 수 있을 것으로 사료된다.
4.2. 심박수는 공기순환형 냉각조끼 착용에 왜 영향을 받지 않았는가?
본 연구에서 심박수는 청년군과 고령군 모두 대부분의 구간에서 CON 조건과 ACV 조건 간 유의한 차이를 보이지 않았다. 이는 공기순환형 냉각조끼가 직장온과 평균피부온에는 유의한 경감 효과를 보였지만, 심박수로 평가한 심혈관계 부담을 즉각적으로 감소시키지는 못했음을 의미한다. 이 결과는 Naito 등(2023)이 팬 냉각 재킷을 운동 후 회복기에 적용하였을 때 피부온과 고막온은 감소하였으나, 심박수에서는 조건 간 유의한 차이를 관찰하지 못했다고 보고한 결과와 유사하다. 반면, Otani 등(2021)은 팬 냉각 재킷 조건에서 운동 후 회복기 동안 심박수 하강 속도가 팬 냉각조끼 조건에서 분당 평균 5 bpm, 대조군 조건에서 분당 평균 4 bpm으로 나타나 냉각 조건에서 심박수 회복이 더 빠르다고 보고하였다.
즉, 심박수에 대한 공기순환형 냉각조끼의 효과는 실험 조건에 따라 다르게 나타날 수 있는데, 이는 냉각의 강도 및 운동의 강도와 관련될 가능성이 있다. 고온 환경에서 고강도의 운동이 수행되면 피부 및 활동 근육으로 분배되는 혈류량이 증가하면서 심박수가 급격히 상승하게 된다. 이때 피부 냉각에 의해 피부 혈류량이 감소하면 심박수 감소가 일부 유도될 수 있다. 그러나 고강도 운동 중에는 활동 근육으로의 혈류 공급이 지속적으로 요구되므로, 일정 수준 이상의 심박수 증가는 유지될 수밖에 없다. 따라서 강한 피부 냉각에 의해 광범위한 피부혈관 수축이 유도되지 않는 한, 고온 환경에서의 고강도 운동으로 인해 피부 혈관 및 주요 운동 근육으로 분배된 혈류량이 대폭 증가한 상태에서 인체 냉각만으로 심박수를 유의하게 감소시키는 데에는 한계가 있다. 특히 공기순환형 냉각조끼는 접촉식 냉각조끼처럼 피부를 직접 냉각하는 방식이 아니기 때문에, 강력한 피부 냉각 효과는 상대적으로 제한적일 가능성이 있다.
4.3. 한서감의 경우, 공기순환형 냉각조끼 착용이 왜 고령층에서 효과가 더 컸는가?
본 연구에서 정신·심리 반응은 온열 생리 반응과 다소 다른 양상을 보였다. 청년군에서는 전신 한서감, 온열쾌적감 및 습윤감에서 ACV 조건과 CON 조건 간 유의한 차이가 나타나지 않았던 반면, 고령군에서는 ACV 조건에서 전신 한서감이 안정기, 휴식기 및 회복기에서 유의하게 더 시원하게 평가되었고, 온열쾌적감은 안정기에서 유의하게 더 쾌적하게 평가되었다. 또한 습윤감은 안정기, 휴식기 및 2차 운동기에서 ACV 조건이 CON 조건보다 유의하게 낮아, 고령군이 ACV 조건에서 덜 습하게 느끼는 것으로 나타났다. 즉, 공기순환형 냉각조끼 착용이 정신·심리적 부담 경감에 미치는 영향은 청년군보다 고령군에서 보다 광범위하게 나타났다.
Otani 등(2021)은 공기순환형 냉각 재킷이 운동 중과 운동 후 한서감과 온열쾌적감을 개선했다고 보고하였으며, Naito 등(2023)도 회복기 5–20분 사이에 공기순환형 냉각 재킷 조건에서 한서감이 유의하게 낮아져 더 시원하게 느끼는 효과가 있었다고 보고하였다. 또한 Suzuki, Kashimura, Takahashi와 Minami (2012)은 WBGT 27.0°C의 농작업 환경에서 팬 부착 의복 착용 시 갈증감이 완화되었다고 보고하였고, Tokizawa (2017)도 기온 34.0°C, 습도 65%RH 환경에서 공기순환형 냉각조끼 착용이 주관적 열 불쾌감, 갈증감, 습윤감 및 피로도를 완화하였다고 보고하였다. 즉, 선행연구들과 비교해 볼 때, 본 연구의 고령군에서 유의한 효과가 확인된 사실보다 청년군에서 유의한 차이가 나타나지 않았다는 점이 오히려 더 흥미로운 결과라고 볼 수 있다.
청년군에서 유의한 차이가 나타나지 않은 이유는 단순한 연령 차이보다는 의복의 보온력 수준과 운동 강도의 차이와 관련될 가능성이 있다. 본 연구에서 청년군은 고령군보다 높은 보온력의 의복을 착용하고 더 높은 강도의 운동을 수행하였으며, 이에 따라 직장온 변화량, 평균피부온 변화량, 체내 열축적량, 최대 심박수 및 시간당 총 발한량 등이 고령군보다 더 높게 나타났다. 이는 공기순환형 냉각조끼의 효과가 고강도의 서열 스트레스 조건에서는 상대적으로 제한적일 수 있음을 시사한다. 즉, 본 연구와 같이 배터리 성능, 팬의 냉각 성능 및 디자인이 개선된 공기순환형 냉각조끼를 착용하더라도, 작업자의 심부온이 39.0°C 이상 상승하고 심박수가 최대 180 bpm 이상에 도달하는 수준의 고강도 작업 환경에서는 공기순환형 냉각조끼 착용에 의한 정신·심리적 부담 경감 효과가 제한적일 수 있다. 따라서 공기순환형 냉각조끼는 극심한 열·운동 스트레스 환경보다는 중등도 또는 저강도의 열·운동 스트레스 환경에 노출된 작업자에게 보다 효과적인 냉각 중재 수단이 될 가능성이 있다. 추가로, 본 공기순환형 냉각조끼의 외층 소재인 아라미드 계열 섬유를 보다 얇고 가벼운 하계용 합성섬유 소재로 대체할 경우 착용 편의성과 동작성 등이 향상될 가능성이 있으므로, 이에 대한 후속 연구가 필요할 것으로 사료된다.
5. 결 론
본 연구는 우리나라의 여름철 농작업 환경과 유사한 고온다습 조건에서, 새롭게 개발된 공기순환형 냉각조끼(허리 부위에 배치된 여섯 개의 팬에서 생성된 기류가 3층 레이어 구조로 이루어진 냉각 조끼의 안쪽 면으로 골고루 분산되는 디자인) 착용이 청년 및 고령 남성의 인체 서열부담 경감에 미치는 영향을 정량적으로 분석하였다. 그 결과, 공기순환형 냉각조끼 착용은 청년군과 고령군 모두에서 직장온과 평균피부온의 상승을 유의하게 억제하였으며, 체내 열저장량 또한 감소시켜 고온 환경에서의 온열 생리적 부담을 완화하는 효과를 보였다. 특히 의복 내 미세기후의 온도와 습도가 감소하였고, 고령군에서는 전신 한서감, 온열쾌적감 및 습윤감과 같은 정신·심리적 반응에서도 유의한 개선이 확인되었다. 반면 심박수에서는 거의 모든 구간에서 두 조건 간 유의한 차이가 나타나지 않아, 공기순환형 냉각조끼의 주요 효과는 심혈관계 부담의 즉각적 감소보다는 심부온 상승 억제와 체내 열 축적 완화에 있는 것으로 판단된다. 또한 본 연구는 기존 공기순환형 냉각의류의 효과를 검증한 연구들에서 얻은 결과와 달리, 3층 구조 기류 분산 방식의 공기순환형 냉각조끼가 고온다습한 환경에서도 실질적인 냉각 효과를 가질 수 있음을 확인하였다는 점에서 의의가 있다. 따라서 공기순환형 냉각조끼는 여름철 야외 및 농작업 환경에서 청년 및 고령 작업자의 서열부담을 완화하기 위한 실용적인 냉각중재 수단으로 활용될 가능성이 있으며, 특히 중등도 혹은 중등도 이하의 열·운동 스트레스 환경에서 효과적인 개인 냉각 전략이 될 수 있을 것으로 사료된다. 다만, 고령군의 착의량 및 운동 강도를 청년군보다 낮게 설정하였기 때문에 연령군 간 차이에 대한 직접적인 통계 비교를 수행하지 못하였다는 한계가 있다. 또한, 냉각조끼의 최외층 소재인 아라미드 계열 섬유가 고온다습한 환경에서 인체의 열부담에 미치는 잠재적 영향에 대해서는 충분히 검증하지 못하였으므로, 후속 연구 설계 시 이러한 점들을 고려할 필요가 있다.
