★..한국실내환경학회 KOSIE

경북도내 일부학교 교실의 실내공기질 평가

안상영

^*

A Survey on the Indoor Air Quality of Some School Classroom in Gyeongbuk area

Sang-Young An

^*

Gyeongsanbuk-Do Institute of Health and Environment

Abstract

This study was performed to investigate the characteristics of indoor air quality (IAQ) in elementary and middle schools in Gyeongbuk area from July to November 2006 . The measurements of indoor air pollutants were made to cover such components as PM-10, CO

, CO, NO

, O

, HCHO, TVOC, TBC, and Radon from school classrooms. The results of this study can be summarized as follows: all of them were less than IAQ standards of Korea. The mean concentration were measured by 43.0 ㎍/㎥ (PM-10), 745 ppm (CO

), 56.1 ㎍/㎥

(HCHO), 350 CFU/㎥ (TBC), 0.026 ppm (O

), 0.6 ppm (CO), and 59.2 ㎍/㎥ (TVOC). Radon was not detected in all surveyed classrooms. The I/O ratio of PM-10 was 0.8∼1.4, while that for HCHO was 5.7∼9.0.

Therefore, it was concluded that the indoor pollution of formaldehyde was very serious in classroom.

Keywords ：New school, Indoor air quality (IAQ), Indoor air pollution (IAP), I/O ratio.

1. 서론

학교는 성장기에 있는 학생들이 생활하는 밀집 된 공간이며, 학생 및 교직원이 하루의 대부분을 보내는 장소이다. 그동안 우리나라는 학교 내 환 경문제에 대해 많은 관심을 기울이지 못했던 것이 사실이며 최근에야 비로서 많은 관심이 집중되는 추세이다.

실내공기질에 대한 문제의 발생배경은 1970년 대 후반 에너지 파동으로 인한 열효율 증대를 위 해 건물을 밀폐화하고, 에너지 저감장치를 설치하 는 건물이 증대하면서부터였다(손종렬, 2006). 그 결과 실내공기오염이 필연적으로 발생하였고 그 영향은 실내거주자들의 생명을 위협할 정도는 아 닐지라도 장기적으로 볼 때 건강에 나쁜 영향을 미치고 있음에 틀림없다(Lee et al., 2000). 특히 실 내공기질은 일상생활의 약 80∼90%를 거주하는 현대인에게 있어서 매우 중요한 의미를 지닌다. 세계보건기구(WHO)에서는 실내공기 오염에 의한 연간 사망자가 280만 명에 이르고 실내 오염물질 이 실외 오염물질보다 폐에 전달될 확률이 약 1천 배 나 높다고 추정한 바 있다(교육인적자원부, 2006). 또한 세계야생생물보호기금(World Wildlife Fund, WWF)이 ‘Children's brain development harmed by chemicals'보고서를 통해 일상생활에서 흔히 접하는 물건에 있는 화학물질이 아이들의 기 억력과 지능지수를 떨어뜨릴 수 있다고 주장하였 다(박선영 등, 2005).

최근 주택이 에너지 절약을 위하여 건축물 외피 가 고기밀화되고 다양한 내부마감 자재의 사용으 로 휘발성유기화합물(VOCs) 및 포름알데하이드 (HCHO) 등의 유해화학물질이 발생하고 있다. 따 라서 실내 거주자에게 기본적으로 요구되는 필요

환기량이 부족하게 되었고 이것이 건물증후군 (Sick Building Syndrome)의 원인이 되고 있다. 마 찬가지로 학교의 경우도 예외는 아니며, 새학교증 후군(Sick School Syndrome)의 문제 해결을 위하여 교육인적자원부 차원의 종합대책을 수립, 시행하 고 있다(교육인적자원부, 2006).

실내공기질에 대한 관심은 2000년 이후에 들어 집중되었는데 대부분 다중이용시설을 대상으로 연구가 활발하게 진행되고 있다(김윤신 등, 2005, 임문순 등, 2006, Kim, et al., 2006, 장성기 등, 2004, 서병량 등, 2006, 김선숙 등, 2005). 그러나 학교교실을 대상으로 한 연구는 비교적 제한적으 로 이루어졌다(정지원 등, 2005, 정지원 등, 2004, 이병규 등, 2005, 신희수 등, 2005, 박선영 등, 2005).

본 연구는 신축한지 3년 이내인 학교를 대상으 로 학교의 실내환경 실태를 파악하고자 하였다. 이 를 위해 현행 실내환경기준의 준수여부와 주요 오 염물질의 발생원을 규명하고자 하였다. 특히 창문 을 개방할 수 없는 하절기와 동절기에 교실의 환경 실태를 파악하고자 하였으며, 주로 학생들이 수업 중인 시간대에 시료를 채취하였다. 또한 현장에서 직접 측정결과를 알 수 있는 간이측정방법이 아닌 정밀한 측정방법으로 정확한 환경실태를 파악하여 학교 공간을 위생적이고 쾌적한 환경으로 조성하 는데 일조하기 위하여 본 연구를 수행하였다.

2. 연구대상 및 방법

2.1 연구기간 및 연구대상

본 연구는 2006년 7월(하절기)과 11월(동절기)에 경북도에 위치한 최근 3년 이내에 개교한 초등학

교와 중등학교 6곳을 대상으로 조사하였다. 이를 위하여, ｢학교 교사(校舍)내 환경위생 및 식품위생 관리 매뉴얼｣에서 제시한 공기질 항목인 PM-10, CO

2

2

3

측정지점은 시설을 대표할 수 있는 일반교실 2 곳과 특별교실인 보건실을 중심으로 각 학교별로 총 3지점을 선정하여 하절기와 동절기에 동일지점 에서 측정하였다. 아울러 실외 환경실태를 파악하 기 위하여 외기에서 1곳을 선정하여 측정하였다.

시료채취는 오전 9시부터 오후 5시까지 측정하 는 것을 원칙으로 하였으나 초등학교의 수업단축 등 현장여건상 8시간을 연속하여 측정할 수 없는 경우도 있었다.

2.2 측정 및 분석방법

PM-10은 중량농도법인 mini volume air sampling method(Model US/MiniVol, AIRMETRICS)를 사용 하여 학생들이 수업중인 시간대를 중심으로 조사 하였다. HCHO는 DNPH-실리카가 충전된 Cartridge (S10, SUPELCO)와 Ozone scrubber (SUPELCO)를 이용하여 현장에서 1ℓ/min유량(Gillian 3, USA)으 로 30분에서 1시간 동안 채취 후 HPLC(Agilent 1100, USA)로 분석하였다. 가스상물질인 CO, CO

2

3

2

는 저유량공기포집기(Gillian 3, USA)에 Low vol- ume module을 장착하여 100∼300㎖/min 유량으로 고체흡착법인 Tenax TA(60/80mesh, Supelco, USA) 에 10분에서 30분간 시료채취하여 GC/MS (JP/

GCMS-QP2010, Shimadzu)로 분석하였고 포름알데 히드와 TVOC의 분석조건은 Table 1과 같다.

3. 결과

3.1 교사내 실내공기질

Table 2는 학교보건법 및 교육인적자원부 환경 위생 관리매뉴얼에서 제시한 실내공기오염물질 중 석면과 진드기를 제외한 전항목과 중요 휘발성 유기화합물질(벤젠, 톨루엔, 에틸벤젠, 스타이렌) 을 대상으로 조사한 결과이다.

앞에서 언급하였듯이 학교별로 총 3개 지점을 대상으로 하였으나 Table 2에서 제시한 결과는 학 교별, 지점별 구분 없이 오염물질별로 정리한 결 과이다. 먼저 미세먼지는 평균 43.0㎍/㎥, 최고 78.3㎍/㎥, 최저 21.1㎍/㎥로 조사되어 학교공기질 기준인 100㎍/㎥이하로 나타났다. 이산화탄소는 745.3ppm, 포름알데히드는 56.1㎍/㎥, 총부유세균 349.8 CFU/㎥, 총휘발성유기화합물질 59.2㎍/㎥로 대부분 물질에서 허용기준을 초과하지 않았다. 라 돈은 측정지점 모두에서 검출되지 않았고, 그 외 가스상물질은 허용기준 대비 양호한 수준으로 조 사되었다.

3.2 계절별 교사내 실내공기질

Table 3 및 Fig. 1은 계절에 따른 조사결과를 정 리한 것으로 포름알데히드와 총휘발성유기화합물 질 및 오존은 하절기에 더 높게 나타났으며, 그 외

Table 2. Concentrations of indoor air pollutant in surveyed schools.

Pollutants IAQ Mean Max Min Median Mean±S.D PM-10(㎍/㎥)

CO

2

3

2

100 1000

100 800 0.06 10 0.05

4.0 400 - - - - -

43.0 745.3

56.1 349.8 0.026 0.6 0.015

N.D 59.2 0.5 24.9

9.0 7.2 5.4

78.3 1474.1

115.1 1053 0.052 1.6 0.024

N.D 174.3

2.0 61.9 41.2 30.7 22.7

21.1 345.4

4.3 4 0.009

0.3 0.009

N.D 12.6 0.1 1.7 0.3 0.3 0.2

39.05 665.2 61.6

356 0.025

0.5 0.014

N.D 38.2 0.4 19.4 3.38 2.8 3.3

43.0±15.4 745.3±354.3

56.1±32.2 349.8±312.9 0.026±0.012

0.6±0.3 0.015±0.004

N.D 59.2±45.5

0.5±0.4 24.9±17.6

9.0±13.0 7.2±9.2 5.4±6.3 Table 1. Analytical condition of HPLC and TD-GC/MS.

Instrument Conditions

HPLC(Agilent 1100, USA) Column : Nova-pac C18 Detector : UV-vis. 360nm Injection volume : 10㎕

Flow rate : 1.2㎖/min STD 1000(DANI, Italia)

GC/MS(QP2010, Japan)

Thermal Desorption condition Cold trap adsorbent : Carbotrap 50mg Oven Temp : 300℃

Desorb time : 10min Trap high : 350℃

Trap low : -10℃

GC/MS condition

Column : VB-1(60m*0.25㎛ ID*0.25m) Carrier gas : Helium

Column flow : 1.0㎖/min Oven Temp : 40℃

Injection Temp : 250℃

Final Temp : 40℃(5min), 250℃(20min) Ion Source Temp : 200℃

Interface Temp : 250℃

Solvent cut time : 0.5min Detector voltage : 0.88kV

미세먼지, 이산화탄소, 일산화탄소, 부유세균은 동 절기에 더 높게 조사되었다.

3.3 실내외 농도 비교

실내공기오염물질 중 대표적으로 취급되는 PM- 10은 먼저 경산소재 초등학교의 경우 교사내 오염

41 65

28 13

43 64

888

33

618

24

700

16 52

575

288

400

0 200 400 600 800 1000

PM-10 CO2 HCHO TBC O3 CO NO2 TVOC

Summer

Fig. 1. Seasonal concentrations of indoor air pollutant in surveyed classrooms.

Table 3. Seasonal concentrations of indoor air pollutant in surveyed classrooms.

unit：Mean±S.D

Pollutants IAQ Season

Summer Winter

PM-10(㎍/㎥) CO

2

3

2

100 1000

100 800 0.06 10 0.05

4.0 400 - - - - -

40.9±12.3 574.9±297.4

65.2±32.9 287.7±269.9 0.028±0.015 0.4±0.1 0.013±0.002

N.D 63.9±52.7

0.4±0.2 24.0±19.9 11.1±15.1 7.3±8.8 5.7±6.3

42.7±18.2 888.3±332.8

32.7±16.8 618.0±458.8 0.024±0.008 0.7±0.3 0.016±0.004

N.D 51.8±38.4

0.5±0.4 24.6±15.7

6.9±10.7 7.7±9.9 3.9±5.2

도 55.4㎍/㎥, 실외 농도 41.6㎍/㎥로 교실에서 농 도가 실외보다 다소 높게 나타났으나 큰 차이가 없었다. 실내외 농도차가 크게 나지 않는 것은 과 거와 달리 분필사용이 거의 없다는 점, 비포장 도 로 등으로부터 실내로 유입되는 먼지가 적다는 점 등 교실내 오염물질의 발생이 적어서 실내외 오염 농도 차이가 별로 나지 않았다. 그 외 조사대상 전 지역에서도 거의 유사한 수준으로 나타났다. 학교 증후군의 주요 원인물질인 포름알데히드는 실내 와 실외 오염농도비(I/O ratio)가 6.2배에서 9.0배까 지 조사되어 발생원이 학교 교실내부임을 알 수 있다(Table 4).

3.4 환기 상태에 따른 농도

이번에 조사한 학교는 최근에 신축한 것으로 천 정에 냉, 난방설비가 구비된 중앙집중식 건물이며

남향에는 창문이 북향에는 복도가 위치하고 있었 다. 그 외 환풍기나 기계환기 설비는 없는 상태이 다. 통풍(Cross ventilation)이란 기계환기 없이 창 문을 통한 환기를 의미하며 밀폐(Airtight)란 창문 을 닫은 상태로 정의한다(한국건설기술연구원, 2007).

Table 5는 통풍상태와 밀폐상태에서 포름알데히 드의 결과인데 통풍상태에서 40.9㎍/㎥, 밀폐상태 에서 145.4㎍/㎥로 나타나 밀폐상태에서 약 3배 정 도 더 높게 나타나 포름알데히드의 발생원이 건물 의 내부에 있음을 확인하였다.

Fig. 2는 밀폐상태에서의 이산화탄소 농도분포 이다. 실내 환기상태를 나타내는 지표인 이산화탄 소는 학생들이 수업중인 시간대(11:00∼13:00)에 조사한 결과 평균 2000ppm을 상회하는 고농도로 조사되었다.

Table 4. Mean concentration of indoor and outdoor air pollutants in surveyed schools.

Pollutant Region

PM-10(㎍/㎥) HCHO(㎍/㎥)

Indoor Outdoor I/O

^†

Gyeongsan(Middle) Pohang(Elementry) Chilgok(Elementry) Cheongsong(Middle)

55.4 46.6 37.4 51.4 29.7

41.6 33.8 47.5 58.9 27.2

1.3 1.4 0.8 0.9 1.1

57.6 48.6 59.2 53.8 26.8

7.5 6.3 6.6 9.4 4.3

7.7 7.7 9.0 5.7 6.2

† I/O : Indoor concentration/Outdoor concentration

Table 5. Comparison of formaldehyde concentration for indoor air pollution of ventilation and airtight in surveyed schools.

_{unit：㎍/㎥}

Ventilation condition Number of sampling site Mean Max Min Median Mean±S.D Cross ventilation

^†

Airtight

^‡

31 17

40.9 145.4

113.1 240.6

12.8 61.3

30.35 146.7

40.9±29.9 145.4±61.3

† Cross ventilation：Ventilation out of the window, ‡ Airtight：State to close the window.

4. 고찰

다중이용시설에 대한 실내공기질 연구는 최근 들어 활발하게 수행중이나 학교 교실을 대상으로 한 조사는 전국적으로 미미한 실정이다. 손정렬 등이 2006년도에 발표한 결과와 이번 결과를 비교 하여 보면 거의 대부분 조사항목에서 이번 결과보 다 높게 나타났다(Table 6). 물론 이번 결과와 단 순 비교하기는 어려우나 경북도에 위치한 학교는 대도시 학교와 달리 중소도시에 위치하고 있어 일 반 대기환경이 양호하다는 것과 규모가 적다는 특

성으로 인하여 항목별로 적게 나타난 것으로 보여 진다.

연구수행결과 이산화탄소 농도가 학생들이 수 업중인 시간대에 창문을 닫고 수업중일 경우 기준 치를 크게 초과하는 것으로 조사되어 신선한 공기 의 유입을 포함한 환풍기의 설치나 강제 기계환기 의 도입, 교실 체적을 고려한 학생수의 조절, 공기 정화시설의 도입 등 근본대책 수립이 필요한 것으 로 사료된다.

Table 6. Comparison about indoor air pollutant concentrations in Gyeongbuk and other area.

Pollutants This study (Mean±S.D)

Seoul etc.

¹⁾

Seoul etc.

²⁾

Chungnam

³⁾

CO

2

43.0±15.4 745.3±354.3

56.1±32.2 349.8±312.9

0.6±0.3 N.D 59.2±45.5

83±46 1085±582

120±130 1194±715

0.8±0.9 1.5±0.2 573±278

48 968

97 1737

2.1 - 1282

46.3±30.5 - - - - - -

1) 손정렬 등, 2006. 2) 손정렬 등, 2005. 3) 김정덕 등, 2004.

0 500 1000 1500 2000 2500

11:00 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 12:00 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 13:00

time

concentration(ppm)

Chilgok elementry Pohang elementry Cheongsong middle

Fig. 2. Variation of indoor CO

2

5. 결론

본 연구는 2006년 7월(하절기)과 11월(동절기)에 경북도에 위치한 최근 3년 이내에 개교한 초등학 교와 중등학교 6곳을 대상으로 수행하였고, PM-10, CO

2

2

3

1. 조사대상 학교공기질 평균농도는 교육인적자 원부 실내공기질 기준을 초과하지 않았다. PM-10 의 평균농도는 43.0㎍/㎥, CO

2

로 조사되었다.

2. 계절별 교사내 실내공기질 농도는 포름알데 히드와 총휘발성유기화합물질 및 오존은 하절기 에 더 높게 나타났으며 그 외 미세먼지, 이산화탄 소 등은 동절기에 더 높게 나타났다.

3. 실내외 농도를 비교해 보면 미세먼지는 실내 와 실외농도차가 거의 없었으며 포름알데히드는 I/O ratio가 6.2배에서 9.0배까지 조사되어 발생원 이 학교 내부임을 알 수 있었다.

4. 환기상태에 따른 농도를 알아본 결과 통풍상 태에서 포름알데히드 농도는 평균 40.9㎍/㎥ 밀폐 상태에서 평균농도 145.4㎍/㎥로 약 3배의 차이를 보였다.

5. 밀폐상태에서 이산화탄소 농도가 2000ppm을 훨씬 상회하는 고농도로 조사되어 신선한 공기의 유입을 포함한 환풍기의 설치나 강제 기계환기의 도입, 교실 체적을 고려한 학생수의 조절, 공기정 화시설의 도입 등 근본대책 수립이 필요한 것으로 나타났다.

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