1. 서 론
2. 방 법
2.1. 피험자
2.2. 실험용 의복 특성 및 실험 환경 조건
2.3. 주관감 측정항목 및 측정방법
2.4. 데이터 분석
3. 결 과
3.1. 서멀마네킹으로 측정된 의복의 보온력
3.2. 한서감
3.3. 온열쾌적감
3.4. 전율감 발생 횟수 및 부위
4. 논 의
4.1. 겨울철 정적 작업 시 착용하는 패딩 재킷에서 어느 부위의 충전재를 줄여도 되는가
4.2. 추위 노출 시 등과 위팔 부위의 보온이 주관적으로 유효한 이유는 무엇인가
4.3. 전율감에서 패딩 재킷 조건별 현저한 차이를 보이지 않는 이유는 무엇인가
5. 결 론
1. 서 론
도시에 거주하는 현대인은 겨울철 보편화된 실내 난방 및 따뜻한 의복 착용을 통해 추위에 직접 노출되는 시간을 현저히 줄일 수 있게 되었다. 그러나 서열 혹은 한랭 스트레스에 대한 노출 감소는 더위나 추위를 견디는 체온조절 능력도 함께 감소시킨다(IUPS, 2001). 인간의 체온조절 기전은 자율성 조절과 행동성 조절로 구성되는데, 자율성 체온조절은 자동적이지만 에너지 소모가 큰 반면 행동성 체온조절은 의식적 선택을 통해 보다 효율적으로 체온을 유지하는데 기여할 수 있다(Choi, Lee, & Lee, 2013). 추위 노출 시 행동성 체온조절 반응으로는 따뜻한 장소로의 이동, 활동(운동)량 조절, 적절한 의복 선택, 자세 변화(움츠림), 식이 조절(따뜻한 음식 섭취 증가) 등을 들 수 있는데, 이러한 행동 중 특히 적절한 의복 선택이 다른 항온동물들과 구별되는 인간의 체온조절성 행동으로 여겨진다.
그러나 노출된 한랭 스트레스 수준에 비해 과도하게 따뜻한 의복 착용이 인간의 내한성 감소를 유발할 수 있다는 점이 또 다른 문제로 대두되고 있다. 즉, 인체가 항상 쾌적한 온도에 노출되면 추위에 대한 자율성 체온조절 반응의 발현 기회가 줄어 추위에 대한 체온조절 능력이 약화될 수 있다(Daanen & Van Marken Lichtenbelt, 2016). Phanprasit et al. (2024)의 연구에 따르면, 다른 사람보다 따뜻한 수준의 옷을 착용하는 사람이 평소 옷을 얇게 입는 습관을 가진 사람보다 내한성이 낮았으며, 이러한 결과는 일상 생활 중 의복 착용 습관이 내한성 수준을 변화시킬 수 있음을 시사한다. 한국인 남녀 대학생을 대상으로 설문조사를 수행한 Chung, Kweon, Lee, Lee와 Jeong (2013)은 여자 대학생이 남자 대학생에 비해 스스로 춥다고 지각하는 경향이 컸고, 겨울철 착용하는 총 의복 매수도 여자 대학생들이 남자 대학생들에 비해 더 많았다고 보고했다. Park, Baek, Roh와 Lee (2018)은 한국인 고령 남녀를 대상으로 설문조사를 수행하였는데 그 결과 고령 남녀 모두 자각적 내한성과 겨울철 총 착의매수 간에 유의한 상관을 보여 겨울철 옷을 더 입는 행동을 보일수록 스스로 추위에 약하다고 생각하였고, 이러한 경향은 고령 여성에서 더 뚜렷하게 발견되었다. 또한, 스스로 추위에 약하다고 생각할수록 겨울철 실내 온도를 높게 유지하고 감기에 더 걸리는 경향이 있었다.
한편, 겨울철 기온과 풍속의 조합으로 한랭 스트레스를 추정하는 Wind Chill Temperature(WCT)에 따르면 지구상의 추위는 다음 네 가지 범주로 구분된다: Uncomfortably cold(WCT –10°C에서 –24°C), Very cold (WCT –15°C에서 –34°C), Bitterly cold (WCT –35°C에서 –59°C), Extremely cold(WCT –60°C 이하). 우리나라 주요 도시들의 1월 평균 기온은 약 –2.4~2.3°C, 평균 풍속은 약 1.9~2.7 m/s 수준으로(Korea Meteorological Administration [KMA], 2021), 이는 WCT의 네 가지 추위 범주 중 가장 약한 수준인 ‘Uncomfortably cold’, 혹은 그보다 높은 수준으로 엄밀히 말해 ‘추운 날씨’에 해당하지 않는다(ISO 11079, 2007). 겨울철 외기온 뿐만 아니라 활동량(에너지 대사량)에 따라 인체 보온을 위해 필요한 의복의 보온력 수준은 다르지만, 기온 0°C에서 영하 10°C 사이에서 활동량이 145 W/m2 이상일 경우 체온 저하를 막기 위해 필요한 의복의 총보온력은 2 clo 이하이다(ISO 11079, 2007). ISO 8996(2021)에 따르면 저강도의 활동 시 에너지 대사량은 100 W/m2, 중등강도의 활동 시 대사량은 165 W/m2, 고강도의 활동 시 대사량은 230 W/m2으로 정의된다. 우리나라의 겨울철 추위는 WCT 범주 중 가장 따뜻한 수준임에도 불구하고 한국인의 겨울철 착의 보온력은 상대적으로 높은 수준으로 보고되었다(Chung et al., 2013; Park, Hwang, & Lee, 2020). 이는 ISO 11079(2007)에서 제시한 필요 보온력 기준(약 2 clo)과 비교할 때, 국제 표준에서 요구하는 수준보다 두꺼운 옷차림일 가능성을 시사한다. 북미나 북유럽 국가에 비해 우리나라 사람들이 겨울철 더 따뜻한 수준의 옷을 착용하는 이유는 바닥 난방 등 보편화된 실내 난방에 익숙해져 있을 뿐만 아니라, 발전된 의류 패션 산업을 기반으로 판매되는 최고급 방한 의류 제품 착용으로 인해, 겨울철 추위를 견디는 능력이 점점 약화되었기 때문인 것으로 추정해 볼 수 있다.
인간의 내한성 향상 뿐만 아니라, 환경의 지속가능성 측면에서도 과도한 수준의 보온 의류 착용이 문제가 될 수 있다. Kim, Kim, Yoon과 Lee (2025)의 조사에 따르면 한국인들이 겨울철 가장 빈번히 착용하는 외투류는 패딩 재킷이다. 겨울철 패딩 재킷의 충전재로는 주로 오리나 거위의 솜털이 사용되기 때문에 의류 폐기물을 줄이기 위해 충전재를 최소로 사용하는 것이 바람직할 것이다. 나아가 동물 윤리 면에서 방한 의류에 구스 다운 사용을 위해 여러 가지 제한 규정이 만들어지고 있다(예: Responsible Down Standard [RDS] 인증). 장기적으로 환경 보호 및 윤리적 측면에서 구스 다운을 대체할 환경 친화적 인공 충전재를 사용하는 것이 바람직할 수 있으므로 다운량을 점진적으로 줄여갈 수 있는 대책 개발도 필요하다. 연간 국내 패딩 재킷류 판매량을 보고한 정확한 통계자료는 없으나 실제 산업적 측면에서도, 영원아웃도어의 2023년 매출액은 약 9,614억 원으로 보도되었으며(Kim, 2024), 디스커버리사는 2018년 한 해 동안 약 40만–62만 장의 패딩 재킷을 생산·판매한 것으로 알려졌다(Yang, 2018). 한국인 성인남녀는 겨울용 패딩의류를 평균 2–3벌 보유하고 있다는 연구(Kim et al., 2025)에 비추어 볼 때 패딩 재킷에 사용되는 충전재의 양을 줄일 수 있다면 환경의 지속가능성 문제 해결에도 일조할 수 있을 것이라 예상할 수 있다.
그렇다면 패딩 재킷에 들어가는 충전재의 양을 어떤 기준으로 줄일 수 있는가? 한랭 스트레스 노출 시 착용자의 체온은 안정 수준에서 그대로 유지시키면서 한서감이나 쾌적감 또한 크게 저하시키지 않는 수준에서 충전재를 감소시켜야 할 것이다. 이는 인체 부위별 유효 보온력이 서로 다를 것이라는 가설에 기반하며, 패딩 재킷 내에 균일하게 삽입되는 충전재의 양을 부위별로 차등화하면서 이 가설을 검증해 볼 수 있을 것이다. 즉, 본 연구에서는 겨울철 패딩 재킷의 특정 부위에 들어가는 충전재의 사용량(다운의 양) 감소를 통해 실제 의복의 보온력은 감소될지라도 착용자의 한서감이나 쾌적감은 그대로 유지될 것이라 가정하였다. 이는 더위나 추위에 대한 민감도가 인체 부위별로 다르다는 사실에 기반한다. Lee et al. (2010)에 따르면, 인체 피부에서 차가움을 가장 빨리 느끼는 부위는 총 12부위 중 이마로 이마의 피부온이 약 0.5°C 저하된 경우 차가움을 감지한 반면, 차가움에 가장 둔한 인체 부위는 종아리 또는 발 부위로 피부온이 약 1.5°C 저하되어야 겨우 차가움을 감지하였다. 인체 부위별 온도 민감도를 상대 비교한 결과 이마는 종아리에 비해 따뜻함은 8.7배, 차가움은 5.3배 민감하였다(Lee et al., 2010).
이처럼, 인체 부위별로 추위에 대한 민감도가 다르기 때문에 온도 저하에 민감한 인체 부위의 충전재 사용량은 그대로 유지하되 추위에 덜 민감한 인체 부위의 충전재량은 감소시켜, 착용자의 주관감은 저해하지 않으면서 부위별 충전재의 양은 효과적으로 줄인 패딩 재킷의 새로운 디자인 개발이 가능할 것이다. 본 연구에서는 겨울철 패딩 재킷의 각 구획별 충전재 양 조절이 가능한 baffle형 패딩 재킷(Kwon, Kim, Baek, & Lee, 2021)으로 직접 제작한 후 특정 구획 내 충전재를 넣지 않은 경우 착용자의 한서감과 온열 쾌적감을 비교 분석하였다. 이를 통해 패딩 재킷의 어느 부위 보온력을 줄인 경우 전신 한서감 및 온열 쾌적성을 유지할 수 있는지를 검증하였다. 본 연구의 가설은 다음과 같다. 첫째, 겨울철 패딩 재킷에서 특정 부위의 충전재 감소가 전신 한서감이나 전신 온열 쾌적감에 유의한 영향을 미치지 않을 것이다. 둘째, 겨울철 패딩 재킷에서 특정 부위의 충전재 감소는 해당 인체 부위의 국소 한서감이나 국소 온열 쾌적감을 유의하게 감소시킬 것이다. 본 연구 결과는 겨울철 과도한 보온력을 갖는 패딩 재킷 착용 습관에 의한 내한성 저하 및 외부 활동 시 동작성 저하를 막고, 패딩 재킷에 사용되는 충전재의 양을 줄여 궁극적으로 의류 폐기물 감소 정책에도 기여할 수 있을 것이다.
2. 방 법
2.1. 피험자
본 실험에는 추위나 더위와 관련된 특정 질병이 없는 건강한 성인 남성 8명이 참여하였다. 총 연구 기간을 고려하여 남성 피험자 집단을 우선 모집하였다. 피험자들의 키와 체중, 체지방량, 제지방량 등 기본적인 인체계측학적 특성은 Table 1과 같다. 본 연구는 서울대학교 연구윤리위원회의 사전 승인을 받은 후 진행되었다(IRB#2104/002-004).
Table 1.
Subjects’ characteristics in this study
2.2. 실험용 의복 특성 및 실험 환경 조건
실험용 패딩 재킷의 패턴은 총 여덟 부위(1 가슴, 2 앞허리, 3 배, 4 등, 5 뒷허리, 6 엉덩이, 7 양쪽 위팔, 8 양쪽 아래팔)로 구획되었다(Figure 1). 각 구획별로 표면적 대비 유사한 중량의 구스 다운 충전재(1~6번 구획은 각 53 g, 7번은 왼쪽과 오른쪽 각 39 g씩 78 g, 8번은 왼쪽과 오른쪽 각 28 g씩 56 g)를 넣을 수 있도록 제작하여, 모든 구획에 충전재를 다 넣은 경우 충전재의 양은 452 g이었다. 실험 조건은 총 아홉 가지로 모든 구획에 충전재를 다 채운 조건(Control)을 포함하여 각 구획의 충전재를 제거한 여덟 가지 조건으로 구성되었다. 대조군 조건에서 패딩 재킷의 무게는 1,446 g, 한 구획의 충전재를 제거한 여덟 가지 조건에서의 재킷 무게는 1,393 g(1~6번 구획 각 충전재 제거 조건), 1,368 g(7번 구획 충전재 제거 조건), 1,390 g(8번 구획 충전재 제거 조건)이었다. 제작된 패딩 재킷의 보온력은 전신 서멀마네킹(Newton, 20 zones, Thermetrics, USA)을 이용하여 표준환경(기온 21°C, 습도 50%RH)에서 직접 측정되었다. 보온력은 ISO 9920(2007)에 따라 측정되었고, 각 조건별 3회 반복 측정된 값을 평균하여 대푯값으로 사용하였다.
인체 착용 실험을 위한 외기온은 서울·경기 지역의 1월 일 최저 기온인 영하 10°C를 기준으로 하여, 실제 기온 –9.7 ± 1.0°C로 조절된 인공기후실에서 실험이 진행되었다. 1회 실험은 총 60분 동안 의자에 앉은 상태를 유지하는 것으로 구성되었다. 본 연구는 일상 동작이 보온력에 미치는 영향을 최소화하고 패딩 재킷 구획의 충전재 사용량만의 차이를 비교하기 위해 보행이나 운동 없이 정적인 자세로 제한하였다. 피험자들은 실험용 다운 재킷을 제외한 나머지 기본 의복으로는 팬티, 내복 상하의(면/폴리 혼방), 긴 팔티(기모 소재, 면/PE 혼방), 긴 바지(면/PE 혼방), 양말(면/PE 혼방), 운동화, 운동화 커버(부직포), 장갑(손가락 장갑, 울/나일론/PE 혼방), 방한 장갑(벙어리 장갑, PE/폴리우레탄 혼방)으로 모든 조건에서 동일하게 착용하였다. 패딩 재킷 및 운동화, 운동화 커버를 제외한 총 의복 중량은 1,646 g이었다. 후드는 방한 패딩 재킷에 부착된 후드가 아닌 별도의 다운 재킷용 후드를 착용하게 하였다. 영하 10°C 환경에서 실험용 전체 의복(패딩 재킷과 기본의복들)의 보온력도 ISO 9920(2007)에 따라 측정되었다.
2.3. 주관감 측정항목 및 측정방법
매 실험에서 한서감은 ISO 10551 (2019)를 기준으로 9점 범주형 척도[–4: 매우 춥다, –3: 춥다, –2: 서늘(시원)하다, –1: 약간 서늘(시원)하다, 0: 보통이다, 1: 약간 따뜻하다, 2: 따뜻하다(약간 덥다), 3: 덥다, 4: 매우 덥다]를 이용하여 10분 간격으로 측정하였다. 피험자들은 한서감을 전신과 각 부위별(가슴, 배, 등, 허리, 위팔, 아래팔, 하체)로 구분하여 응답하였다. 온열 쾌적감은 7점 범주형 척도[–3: 매우 불쾌하다, –2: 불쾌하다, –1: 약간 불쾌하다, 0: 보통이다, 1: 약간 쾌적하다, 2: 쾌적하다, 3: 매우 쾌적하다]를 이용하여 10분 간격으로 기록하였다. 한서감과 마찬가지로 온열 쾌적감도 전신과 부위별(가슴, 배, 등, 허리, 위팔, 아래팔, 하체)로 구분하여 응답하도록 하였다. 주관적으로 전율이 느껴지는 부위에 대해서도 총 21 부위로 나눈 인체 지도를 사용하여 피험자 스스로 10분 간격으로 해당 부위를 선택하게 하였다(Figure 2). 모든 피험자는 아홉 조건의 실험에 모두 참여하였고 참여 순서에 의한 영향을 최소화하기 위해 라틴 방격법에 따라 참여 순서가 부여되었다. 일주기 리듬의 영향을 배제하기 위해 모든 피험자는 동일한 오전 시간대에 실험에 참여하였으며, 사전 참여의 영향을 최소화하기 위해 연속된 참여는 최소 48시간 이상의 시간 간격을 두었다.
2.4. 데이터 분석
데이터 분석에서 SPSS 26.0을 이용했으며, 모든 결과는 평균과 표준편차, 또는 빈도 및 퍼센트로 표시하였다. 아홉 개의 실험 조건 간 차이를 검정하기 위해 Friedman test를 사용하였다. 조건 간의 유의미한 차이가 있는 항목에 대해서는 Tukey의 사후분석을 사용하였다. 통계적 유의성은 p < 0.05로 정하였다.
3. 결 과
3.1. 서멀마네킹으로 측정된 의복의 보온력
기온 21°C에서 단일의복인 패딩 재킷의 보온력(Icl)을 측정한 결과, 모든 부위에 다운을 넣은 대조군 재킷의 보온력이 0.53 clo로 가장 높았고, 배 부위의 다운량을 제거한 패딩 재킷의 보온력이 0.47 clo로 가장 낮았으나 그 차이는 0.06 clo로 매우 미미한 수준이었다(Table 2). 영하 10°C에서 실험용 한 벌 의복의 보온력을 측정한 결과, 대조군 조건에서 한 벌 의복의 보온력이 2.27 clo로 가장 높았고, 배 부위의 충전재를 제거한 조건에서의 한 벌 의복 보온력이 2.20 clo로 가장 낮은 값을 보였으나 그 차이는 0.07 clo로 매우 미미한 수준이었다(Table 2). 기온 21°C에서 나상 시 마네킹의 보온력은 0.60 clo 였으며, 대조군의 다운 재킷과 기본 의복 착용 시 한 벌 의복의 총 보온력은 2.49 clo 였다. 즉, 영하 10°C에 노출되는 경우 한 벌 의복의 보온력은 기온 21°C에서 측정된 보온력에 비해 0.22 clo 감소하였다. 단일의복 및 한 벌 의복의 의복 중량과 보온력 간의 관계를 살펴본 결과 유의한 싱관관계는 발견되지 않았다(Figure 3).
Table 2.
Thermal insulation of the padded jackets and clothing ensembles at 21°C and –10°C
3.2. 한서감
전신의 한서감과 가슴 부위, 배 부위, 하체 부위 한서감에서 아홉 가지 실험 의복 조건 간 유의한 차이는 발견되지 않았다(Figure 4). 즉, 다운 재킷에서 특정 한 구획의 다운을 제거하여도 전신 한서감에 유의한 영향을 미치지 않았으며, 가슴 부위와 배 부위의 다운을 제거하여도 가슴 부위 혹은 배 부위에서 특별히 더 춥다고 보고되지는 않았다. 다만, 모든 조건에서 전신 한서감이 상대적으로 상체 부위 한서감에 비해 낮았다(Figure 4).
등과 허리 부위, 위팔과 아래팔 부위 한서감에서는 아홉 가지 실험 의복 조건 간 유의한 차이가 발견되었다(all Ps < 0.05, Table 3). 등 부위 한서감의 경우 노출 직후(0분)부터 노출 마지막 시점까지 아홉 가지 실험 중 등 부위 충전재를 제거한 조건(UpperBack_excld)에서 가장 춥게 느꼈으며, 노출 약 30분 경과 이후부터 유의미한 차이를 보였다(p < 0.05, Table 3). 또한, 허리 부위 한서감의 경우도 노출 직후(0분)부터 노출 마지막 시점까지 아홉 가지 실험 중 허리 부위 충전재를 제거한 조건(LowerBack_excld)에서 가장 춥게 느꼈으며, 노출 약 40분과 50분 시기에 유의미한 차이를 보였다(p < 0.05, Table 3). 위팔 부위 한서감은 노출 시작 초기부터 실험 조건 간 유의한 차이를 보여(p < 0.05), 아홉 가지 실험 조건들 중 위팔 부위에 충전재를 넣지 않은 조건(UpperArm_excld)에서 유의하게 춥게 느꼈으며 이러한 경향은 노출 60분 동안 지속되었다(Figure 5, Table 3). 아래팔 부위 한서감은 약 50분을 제외하고 노출 시작 초기부터 60분까지 실험 조건 간 유의한 차이를 보여(p < 0.05, Table 3), 아홉 실험 조건들 중 아래팔 부위에 충전재를 넣지 않은 조건(LowerArm_excld)에서 유의하게 춥게 느꼈다(Figure 5, Table 3).
Table 3.
Thermal sensation (TS) of the upper back, waist, upper arms, and forearms at 30-, 40-, 50-, and 60-min
3.3. 온열쾌적감
모든 조건에서 노출 시간이 증가할수록 온열쾌적감은 ‘쾌적하다’에서 ‘약간 불쾌하다’로 응답되었으나, 전신과 가슴 부위, 등, 허리, 하체 부위 온열쾌적감의 경우 아홉 가지 실험 조건 간 유의한 차이는 발견되지 않았다(Figure 6). 즉, 다운 재킷 특정 부위의 다운을 제거하여도 전신의 온열쾌적감에 유의한 영향을 미치지는 않았으며, 가슴, 등, 허리 부위의 온열쾌적감도 해당 부위의 다운이 제거된 다운 재킷을 착용해도 해당 부위에 대해 더 불쾌하게 느끼지는 않았다. 배 부위 온열쾌적감은 노출 처음(0분)을 제외하고 아홉 가지 실험 조건 간 유의한 차이는 발견되지 않았다. 위팔 부위 온열쾌적감에서 아홉 조건 간 유의한 차이가 발견되었는데(p < 0.05, Table 4), 위팔 부위 충전재를 넣지 않은 조건(UpperArm_excld)에서 특히 위팔 부위에 대한 온열쾌적감이 부정적으로 평가되었다(Figures 6, 7, Table 4). 즉, 위팔 부위 충전재를 제거한 경우 주관적으로 위팔 부위에 대해 열적으로 더 불쾌하게 느꼈다. 노출 마지막 시점에서는 아래팔 부위의 다운을 제거한 조건(Forearm_excld)에서도 위팔 부위에 대해 불쾌하게 느끼는 경향이 강화되었다(Figure 7).
Table 4.
Thermal comfort (TC) of the upper arms for 60 min
3.4. 전율감 발생 횟수 및 부위
노출 60분 동안 전율감 발생 횟수를 실험 조건별로 분석한 결과 Control, Chest_excld, FrontWaist_excld, Abdomen_excld, UpperBack_excld, LowerBack_excld, Buttocks_excld, UpperArm_excld, Forearm_excld 조건에서 각각 32회, 28회, 36회, 29회, 40회, 41회, 32회, 31회, 39회 발생하였고(총 308회의 전율감 보고), LowerBack_excld 조건과 UpperBack_excld 조건에서 가장 많은 전율감이 보고되었다. 단, 모든 부위를 충전재로 채운 Control 조건에서도 총 32회 전율감이 보고되었다. 전율이 발생한 인체 부위별로 비교해 보면, 위팔의 앞 부위와 위팔의 뒷 부위에서 각 43회와 39회로 총 82회 발생하여 인체 21 부위 중 가장 빈번히 보고되었으며(전체 전율감의 27%에 해당), 이어 넓적다리, 윗 등, 가슴 순서로 기록되었다(Figure 8). 즉, 등이나 위팔, 넓적다리 부위는 실험 의복 조건에 상관없이 저온 노출 시 상시 전율이 일어나는 부위였으며, 등 부위의 보온력이 저하된 경우(UpperBack_excld) 등 부위에서 더 빈번한 전율감이 호소되었고, 위팔 부위 보온력이 저하된 경우(UpperArm_excld) 위팔 부위에서 더 빈번한 전율감이 호소되었다.
4. 논 의
본 연구에서의 첫 번째 가설인 ‘겨울철 패딩 재킷에서 특정 부위의 충전재 감소가 전신 한서감이나 전신 온열 쾌적감에 유의한 영향을 미치지는 않을 것이다’는 수용되었다. 즉, 패딩 재킷의 특정 부위에 충전재를 삽입하지 않아도(전체 충전재 사용량의 약 12% 수준 감소, 패딩 재킷의 보온력 최대 0.06 clo 감소됨) 착용자가 느끼는 전신의 한서감이나 전신의 온열쾌적감은 감소하지 않았다. 본 연구의 두 번째 가설은 인체 부위별로 부분 수용되었다. 겨울철 패딩 재킷에서 특정 부위의 충전재 감소는 해당 인체 부위의 국소 한서감이나 국소 온열 쾌적감을 유의하게 감소시킬 것이라 가정하였으나, 이는 부위별 차이를 보여 가슴이나 배 부위의 충전재는 제거하여도 가슴 부위나 배 부위에서 더 춥거나 더 불쾌하다고 응답하지 않았던 반면, 윗 등이나 위팔 부위의 충전재를 제거하면 피험자들은 해당 부위에서 더 춥다고 느꼈다. 특히 위팔 부위의 충전재를 제거한 경우 피험자들은 위팔 부위가 더 추우면서 더 불쾌하다고 응답하여 위팔 부위 충전재 제거의 부정적 영향이 강하게 확인되었다.
4.1. 겨울철 정적 작업 시 착용하는 패딩 재킷에서 어느 부위의 충전재를 줄여도 되는가
본 연구 결과 영하 10oC 환경에서 정적인 작업을 수행하는 경우 등과 위팔 부위의 보온은 유지되어야 한다. 대신 가슴 부위나 배 부위의 충전재 양은 어느 정도 감소시켜도 전신의 한서감이나 해당 부위의 한서감에 유의한 영향을 미치지 않았다. 본 실험에서는 가슴 혹은 배 부위 충전재 제거의 영향은 확인하였지만, 패딩 재킷에서 두 부위 혹은 두 부위 이상의 면적에 해당하는 충전재의 양을 동시에 감소시키는 경우 그 영향은 아직 평가하지 않았다. 한국인 성인남녀의 인체 부위별 체표면적은 가슴 부위가 전체 체표면적(Body surface area, BSA)의 9.0% BSA, 배 부위는 8.5%, 윗 등 부위는 6.3%, 아랫 등 부위는 3.1%, 엉덩이 부위는 9.0%, 위팔 부위는 8.8%, 아래팔 부위는 6.1%에 해당한다(Lee and Choi, 2009). 그러나 본 연구에서 사용된 baffle형 패딩 재킷에서는 가슴과 배 부위를 가슴, 앞 허리, 배 부위로 세분화하였기 때문에 각 부위의 체표면적은 각 6.0%, 4.6%, 6.9%로 나누어진다 [Lee and Choi (2009)에서 제시한 세부 부위별 체표면적 값을 기반으로 재계산됨]. 본 연구에서 사용된 baffle형 패딩 재킷의 구획별 면적 비율이 실제 나상 시 성인의 체표면적 비율과 동일하지는 않겠지만, 본 연구 결과는 전신 체표면적의 약 6~7%에 해당하는 가슴이나 배 부위 충전재를 제거하더라도 전신의 한서감에 유의한 영향을 미치지는 않을 것임을 보여 준다. 다만, 윗 등 부위(6.3% BSA)나 윗팔 부위(8.8% BSA)의 보온력은 유지될 필요가 있다.
4.2. 추위 노출 시 등과 위팔 부위의 보온이 주관적으로 유효한 이유는 무엇인가
항온동물인 인간의 몸은 심부(Core)와 외각(Shell)으로 이루어져 있으며 이중 심부는 외기온 수준과 상관없이 일정 수준의 온도(37.0°C)를 유지하는 내부 조직을 의미한다(IUPA, 2001). 심부는 일반적으로 머리와 상체, 위팔, 넓적다리 부위의 내부 조직으로 구성되는데 외기온이 낮은 경우 심부의 전체 범위는 축소되어 위팔이나 넓적다리 부위는 심부의 경계에 있게 된다. 본 연구에서 패딩 재킷으로 보온이 되는 인체 부위 중 등과 위팔 부위의 보온이 다른 부위들에 비해 주관적으로 보다 유효한 이유로 몇 가지를 생각해 볼 수 있다. 첫째, 상체 부위 중 복부나 엉덩이 부위는 다른 부위에 비해 피하지방층이 두꺼워 추가 보온의 직접적 영향이 상대적으로 적다. 즉, 상대적으로 두꺼운 피하지방층으로 인해 심부의 온도를 항온으로 유지하는데 추가 보온 여부가 큰 영향을 미치지 않는다. 둘째, 윗 등 부위는 체간에서 가장 넓은 표면적과 대근육을 포함하고 있어 활동 시 가슴이나 복부에 비해 더 높은 피부온을 보인다(Lee et al., 2010). 저온 환경에서 온열 쾌적감은 피부온도 그 자체보다 피부온도의 감소율에 더 큰 영향을 받기 때문에 (Jeong and Tokura, 1993), 평소 높은 수준의 피부온도를 유지하는 등 부위의 경우 충전재가 제거됨으로 인한 등 피부온 저하에 한서감 저하가 더 민감하게 느껴졌을 수 있다. Shin, Choi, Kim, Hong과 Lee (2017)은 저온 환경에서 웨어러블 히터를 이용하여 가슴과 등 부위 가온을 비교하였고 그 결과 가슴보다는 등 부위 가온을 권장하였는데 그 이유는 흥미롭다. 추위 노출 시 가슴과 등 부위를 가온하지 않은 조건에서 가슴 부위 피부온 감소량보다 등 부위 피부온도 감소량이 더 컸고, 국소 가온을 한 경우 두 부위 모두 쾌적 수준 이상의 피부온이 유지됨을 확인하였다. 이러한 결과를 바탕으로 추위 노출 시 더 큰 피부온 감소를 막기 위해 가슴과 등 부위 중 한 부위를 선택해야 하는 경우 등 부위 가온을 추천하였다(Shin et al., 2017). 셋째, 위팔 부위는 심부의 경계이며, 추위에 민감한 말단 부위인 손으로부터 혈류를 심장에 전달하는 중간 부위임에도 몸통의 주요 부위에 비해 상대적으로 관심을 덜 받아왔다. 위팔 부위는 복부나 넓적다리에 비해 피하지방층이 얇아 자체 단열 효과가 낮고(Störchle et al., 2018), 가슴이나 등 부위와 달리 원기둥 형태이기 때문에 부피당 체표면적의 비도 크다. 따라서 충전재 제거로 인한 온도 저하 뿐만 아니라, 다른 부위에 비해 큰 체표면적 당 열손실로 인해 해당 부위의 한서감 변화 인식도 더 컸으리라 추정해 볼 수 있다.
4.3. 전율감에서 패딩 재킷 조건별 현저한 차이를 보이지 않는 이유는 무엇인가
본 연구에서 전율감은 패딩 조건별로 큰 차이 없이 60분 간 패딩 재킷 조건별 총 28회에서 41회 보고되었으며, 모든 부위에 충전재가 삽입된 Control 조건에서도 총 32회의 전율감이 보고되어 충전재를 일부 제거한 조건들에 비해 전율감이 덜 발생한 것은 아니었다. Control 조건에서도 전율감이 발생한 이유는 본 실험에서의 총보온력(IT: 2.20~2.27 clo)이 전율을 방지할 만큼 높은 수준의 보온력은 아니었으며, 패딩 조건별 보온력의 차이도 최대 0.07 clo로 미미했기 때문인 것으로 생각해 볼 수 있다. 서론에서 언급한 바와 같이, 기온 –10°C인 환경에서 약 145 W/m2 수준의 작업을 수행하는 경우 체온조절을 위해 요구되는 최소 보온력은 2 clo이지만, 본 연구에서 피험자들은 60분 동안 의자에 앉은 자세를 유지하였다. 의자에 앉은 자세에서 가벼운 손 작업을 하는 경우 대사량은 약 80~90 W/m2으로 8시간 연속 노출 시 체온조절을 위해 요구되는 최소 총보온력(IT)은 약 3.5 clo이다(ISO 11079, 2007). 본 연구는 8시간이 아닌 60분 노출이기 때문에 3.5 clo에 해당하는 보온력은 필요하지 않았으나, 60분 노출임에도 전신 한서감은 지속적으로 감소하여, 최초 ‘춥지도 덥지도 않다’에서 60분 마지막 노출 시점 ‘서늘하다’와 ‘춥다’의 중간 점수까지 감소한 결과를 보였다(Figure 5). 즉, 본 연구에서 피험자들이 착용한 2.2~2.3 clo의 보온력은 60분 노출 동안 전율을 방지하기에 충분한 수준의 보온력은 아니었다고 판단된다. 전율이 일어난 다양한 부위들 중 특히 위팔 부위에서 전체 전율감의 27%가 보고되었다. 위팔 부위의 충전재를 제거한 조건 뿐만 아니라 아홉 가지 패딩 재킷 조건 모두에서 위팔의 앞 부분과 뒷 부분에서의 전율감이 다수 보고되었다(Figure 8). 본 연구에서 위팔 왼쪽과 위팔 오른쪽 부위에 삽입한 충전재의 양은 각 39 g으로 총 78 g이었으나, 위팔 부위 충전재가가 삽입된 Control의 경우에도 위팔 부위에서 전율감이 다수 발생한 점에 비추어 볼 때 위팔 부위의 충전재 양을 현재 양보다 좀 더 늘릴 필요가 있다. 전율에 대한 보다 자세한 분석은 후속 연구를 통해 전율 발생 시점에서의 에너지 대사량 증가량 및 심부온의 증가량 등을 기반으로 이루어져야 할 것이다.
5. 결 론
본 연구에서는 겨울철 패딩 재킷의 부위별 충전재 양 조절이 인체의 한서감, 온열쾌적감, 전율감에 미치는 영향을 체계적으로 분석하였다. 그 결과, 패딩 재킷의 가슴이나 배, 엉덩이와 같은 부위는 해당 부위의 충전재 제거가 전신 한서감이나 쾌적감에 유의한 영향을 미치지는 않았으나, 등과 위팔 부위의 충전재를 제거한 경우 해당 부위에서 주관적으로 더 춥게, 더 불쾌하게 느끼는 것으로 나타났다. 이는 상체 중에서도 윗 등과 위팔 부위가 상대적으로 추위에 더 취약하여, 추위에 대한 주관적 인식에 중요한 영향을 줄 수 있음을 보여준다. 이러한 결과는 겨울철 패딩 재킷 설계 시 모든 부위에 동일한 양의 충전재를 일률적으로 적용하기보다, 등이나 위팔과 같이 추위에 취약한 부위의 보온력을 우선적으로 강화하고, 가슴이나 배, 엉덩이 부위 충전재의 양은 감소시킨 패딩 재킷 디자인 개발에 활용할 수 있다. 이를 통해 인체 과보온을 방지하면서도 행동성 체온조절을 통한 체온조절을 실현할 수 있다. 나아가 패딩 재킷 설계에 스마트 발열 소재를 부분적으로 적용한다면, 충전재 사용을 최소화하면서도 착용자의 쾌적성을 확보할 수 있는 새로운 디자인 개발이 가능하다. 다만, 본 연구 결과는 정적 활동을 기반으로 얻어졌기 때문에 겨울철 중등 강도 이상의 동적인 활동 상황을 반영하지 못하며, 피험자 또한 건강한 20대 성인 남성에 한정되어 있어 성별이나 연령, 체형 차이도 반영하지 못한다. 추후 중등 강도 이상의 활동 및 다양한 일생 생활 중 동작을 반영한 프로토콜에서 여성이나 고령자, 아동 등 다양한 인구 집단을 포함한 조건에서의 검증이 필요하다.
