재활용 플라스틱 공공벤치 디자인 연구 = A Study on the Design of Recycled Plastic Public Bench

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The issue of sustainability regarding the environment, resources, and nature is deepening, and even in the public sector, consideration is being given to sustainable cycles. Despite the advantages of plastic, such as its lightweight and versatility, there are environmental pollution issues, and with mixed plastics, continuous recycling is difficult, making the use of single plastics important. The public bench recycling in Korea have an experimental nature aimed at improving citizens' awareness of the environment. Moreover, since mixed plastics and concrete mixtures are common, there are limitations to continuous recycling.
From this perspective, this study proposes the design of a public bench using a single recycled plastic material that meets the existing public bench guideline conditions for sustainable plastic recycling and the sustainability of public goods. To achieve this, domestic and international public bench guidelines were analyzed using a universal design evaluation system. As a result, five key criteria—maintainability, simplicity, accessibility, safety, and convenience—were identified, and the priorities of these criteria were determined.
The status of recycled plastic application in public benches was assessed through case studies both domestically and abroad. The results showed that mixed plastics were used in domestic cases, while abroad cases included examples of public benches made from single recycled HDPE plastic. To identify suitable materials for single recycled plastic public benches, the properties of HDPE used in abroad cases and PET, PP, and PS, which were confirmed to be recyclable, were compared through preliminary research. PP and HDPE were chosen as relatively easy-to-recycle materials. Subsequently, a comparative experimental study on the properties of PP and HDPE was conducted, confirming that HDPE is more suitable for public benches.
Furthermore, basic design considerations, including functionality, form, structure, material, color, and size, were proposed to establish a basic design for recycled plastic public benches while meeting existing guideline recommendations and considering recycled plastic material application. Simulation tests using FUSION360 were then conducted on the components forming the basic design—legs, seat, and connecting structures. Based on the safety factor of the derived structure, improvements were made to enhance structural stability.
The simulation validation results suggested that an H-shaped structure for the legs was suitable for distributing loads, and an additional H-horizontal beam was added to the seat to distribute applied forces. This design conforms to the guideline recommendation of concealing structural joints. The thickness of the seat was determined to be between 30 to 50T, and a rib structure with minimal strength difference and economic benefits compared to solid seat was applied to the legs and seat.
Additionally, to meet the guideline recommendation of easy drainage and drying during rain, a drainage structure was applied to the seat panel. The leg structure was divided into two parts for injection molding, with a cantilever snap-fit adopted for their connection, while an annular snap-fit connection method was applied to the connection between the seat and legs, ensuring sustainability by using recyclable materials for all components without the need for additional components made from different materials.
This study proposes a structurally stable design using single recycled plastic, meeting the guidelines of existing public benches within the scope of sustainable circulation of public goods, without mixing with other materials. It is hoped that the results of this study will serve as fundamental data for public bench design using various recycled materials.

국문 초록 (Abstract)

환경과 자원 및 자연에 대한 지속가능성 문제는 심화되고 있으며, 공공 분야에서도 지속가능한 순환을 고려하고 있다. 플라스틱은 가볍고 성형이 자유로운 장점에 비해 환경오염의 문제점이 존재하며, 혼합 플라스틱의 경우 지속적인 재활용이 어려워 단일 플라스틱 사용이 중요하다. 국내 재활용 플라스틱 공공벤치는 환경에 대한 시민들의 인식 개선을 위한 캠페인과 같은 실험적인 성격을 띠며, 더욱이 혼합 플라스틱과 콘크리트 혼합사용이 일반적이기에 플라스틱의 지속적인 재활용에는 한계가 있다.
이러한 시각에서 본 연구에서는 지속적인 플라스틱 재활용과 공공재의 지속가능성을 목적으로 기존 공공벤치 가이드라인 조건을 충족하는 단일 재활용 플라스틱 소재의 공공 벤치 디자인을 제안하고자 하였다.
이를 위하여 먼저 국내외 공공벤치 가이드라인을 유니버설 디자인 평가체계로 분석하였다. 이에 따라 유지 보수성, 단순함, 접근 가능성, 안전성, 편리성 다섯 가지의 주요 항목을 도출하였고, 도출된 주요 항목들의 우선순위를 파악하였다.
다음으로 국내외 재활용 플라스틱 적용 공공 벤치 사례 분석을 통하여 재활용 플라스틱 사용현황을 파악하였다. 그 결과, 국내 사례에서는 혼합 플라스틱이 사용되고 있었고, 국외에서는 HDPE의 단일 재활용 플라스틱의 공공벤치 사례가 존재했다. 이에 단일 재활용 플라스틱 공공벤치에 적합한 소재 확인을 위해 국외 사례에서 사용된 HDPE와 앞서 재활용 가능함을 확인한 PET, PP, PS의 물성을 선행연구를 통해 비교하였고, 비교적 재활용이 수월한 PP와 HDPE로 범위를 좁혔다. 이후 PP와 HDPE를 대상으로 물성비교실험을 실시하여 HDPE의 물성이 공공벤치에 더 적합함을 파악하였다. 또한 재활용 시 소재의 물성이 달라질 경우 용도에 맞게 물리적 특성을 변경하여야하기에 선행연구를 재활용 HDPE의 물성 변화를 살펴보았으며, HDPE가 재활용 시 물성 변화가 거의 없음을 확인하였다.
그 다음으로 기존 가이드라인의 권장사항을 충족하면서 재활용 플라스틱 소재 적용을 고려하여 기본 디자인 고려사항과 기능, 형태, 구조, 소재 및 색상, 크기에 대한 디자인 기본 방향을 설명하였고, 이에 따라 재활용 플라스틱 공공벤치 기본 디자인을 결정하였다. 이어서 기본 디자인을 이루고 있는 다리, 좌판, 결합구조에 대하여 시뮬레이션 테스트를 진행하였으며, 도출된 구조의 안전계수에 따라 구조적인 안정도를 판단하여 디자인을 개선해 나아갔다.
시뮬레이션을 통한 테스트 결과에 따라, 다리에는 하중을 분산하는 H형태를 채택하였으며, 좌판에는 가해지는 힘의 분산을 위해 H수평보를 추가하였다. 이는 가이드라인 권장사항 중 ‘구조(볼트 등의 접합체)를 드러내지 않는 디자인’에 부합하도록 한 것이다. 좌판의 두께는 30∼50T가 적당하였고, 다리와 좌판에는 통판에 비해 강도차이는 적고 경제적 이점은 큰 리브 구조를 적용하였다. 또한 가이드라인 권장사항 중 ‘우천 시 배수가 용이하고 건조가 쉬운 디자인’을 충족하도록 좌판에 배수 구조를 적용하였다. 다리 구조는 사출을 고려하여 두 파트로 나누었으며, 두 파트의 결합은 외팔보 형상의 Cantilever Snap-Fit을 채택하였고, 좌판과 다리의 결합에는 원형 고리 형상의 Annular Snap-Fit 체결 방식을 적용하였다. 이때 다른 소재의 결합 부자재를 사용하지 않음으로써 디자인된 공공벤치의 모든 부품이 재활용 가능하도록 지속가능한 디자인을 추구하였다.
본 연구는 기존 공공벤치의 가이드라인을 충족하는 범위에서 공공재의 지속가능한 순환적인 자원 활용을 위해 다른 소재와의 혼합 없이 단일 재활용 플라스틱으로 안정적인 구조 설계를 제시하였다. 본 연구의 결과가 다양한 재활용 소재의 공공벤치 기초자료로 활용되기를 기대한다.

목차 (Table of Contents)

• 제1장 서론 1
• 1.1. 연구의 배경 및 목적 1
• 1.2. 연구의 내용 및 방법 2
• 제2장 공공벤치에 관한 고찰 4
• 2.1. 공공벤치의 정의 4
• 2.2. 국내외 공공벤치 가이드라인 분석 5
• 2.2.1. 국내 공공벤치 가이드라인 분석 5
• 2.2.2. 국외 공공벤치 가이드라인 분석 9
• 2.2.3. 소결 10
• 제3장 공공벤치용 재활용 플라스틱 11
• 3.1. 플라스틱 폐기물과 재활용 11
• 3.1.1. 플라스틱 폐기물 현황 11
• 3.1.2. 재활용 플라스틱 분류 12
• 3.1.3. 플라스틱 재활용 프로세스 13
• 3.2. 국내외 공공벤치 재활용 플라스틱 사례 14
• 3.2.1. 국내 사례 14
• 3.2.2. 국외 사례 16
• 3.2.3. 국내외 재활용 플라스틱 공공벤치 분석 결과 18
• 3.3. 공공벤치를 위한 재활용 플라스틱 물성 비교 19
• 3.3.1. 재활용 플라스틱별 물성 비교 19
• 3.3.2. 재활용 PP, HDPE 물성 비교 실험 21
• 3.3.3. 재활용 HDPE의 물성 변화 24
• 3.3.4 소결 26
• 제4장 재활용 플라스틱 공공벤치 디자인 27
• 4.1. 디자인 방향 27
• 4.1.1. 디자인 고려사항 27
• 4.1.2. 디자인 검증 기준 28
• 4.1.3. 기본 방향 29
• 4.1.4. 기본 디자인 35
• 4.2. 시뮬레이션 테스트 37
• 4.2.1. 시뮬레이션 테스트 개요 37
• 4.2.2. 디자인 및 시뮬레이션 테스트 38
• 4.3. 최종 디자인 제안 70
• 4.3.1. 부품 별 디자인 개선 내용 70
• 4.3.2. 최종 디자인 결과 72
• 제5장 결론 및 시사점 75
• 5.1. 결론 및 시사점 75
• 5.2. 향후 연구과제 75
• 참고문헌 76
• 영문초록 81