★..한국실내환경학회 KOSIE

(1)

https://doi.org/10.15250/joie.2017.16.2.113 ISSN 2288-923X (Online)

도로 인접 어린이집 보육실의 실내공기질 주간변화 특징

김종범¹·이승복¹·이재영²·이광재¹·류성희³·김경환⁴·배귀남¹*

1

한국과학기술연구원 환경복지연구단,

²

서울대학교 보건환경연구소, 보건대학원

3

그린패트롤 측정기술개발사업단,

⁴

동일시마즈(주) 기술연구소

Weekly variation of indoor air quality in a nursing room of a day-care center near the roadside

Jong Bum Kim¹·Seung-Bok Lee¹·Jae Young Lee²·Gwangjae Lee¹ Sung Hee Ryu³·Kyung Hwan Kim⁴·Gwi-Nam Bae¹*

1

Center for Environment, Health and Welfare Research, Korea Institute of Science and Technology (KIST)

2

Institute of Health and Environment, Graduate School of Public Health, Seoul National University

3

Research Management Team, R&D Center for Greenpatrol Technologies

4

Technical Research Center, Dong-il Shimadzu Corp.

(Received 18 January, 2017; Revised 5 June, 2017; Accepted 7 June, 2017) Abstract

The number of children who use day-care centers is increasing. Most indoor air quality (IAQ) management has been based on daily average pollutant concentrations measured once a year. A more comprehensive management of IAQ is needed to protect children’s health from air pollutants in day-care centers. In this study, we investigated the weekly variation of air pollutant concentrations in a nursing room of a day-care center located at the roadside for a week in June of 2014. Average concentrations of CO

₂

, PM

₁₀

, black carbon, and total surface area of lung- deposited particles during nursing time of the day-care center were 510 ppm, 27.8 µg/m

³

, 1.87 µg/m

³

, and 30.6 µm

²

/cm

³

, respectively, with a similar diurnal pattern shown on weekdays.

Keywords: Children, CO

2

, Day-care center, Indoor air quality, PM

₁₀

1. 서 론

2015 년 경제협력개발기구(organization for economic cooperation and development, OECD) 에서 발행한 통 계연보(factbook)에 따르면, 우리나라의 인구성장율은 2000년 0.84에서 2012년 0.45로 약 73% 감소하였고, 가임여성의 출산율도 1970년대 4.53명에서 2011년 1.24 명으로 약 47% 감소하였다(OECD, 2015). 국내 통 계에서도 2003년 490.5천명이었던 신생아 수는 2014 년 435.3천명으로 12% 감소하였고, 여성 1명이 평생 낳을 것으로 예상되는 평균 출생아 수를 나타내는 합

산출산율(total fertility rate, TFR)도 한 가족 구성원인 2 인당 1.18~1.21로 인구 감소세가 확연히 나타나고 있다 (Statistics Korea, 2015). 이처럼 출생율이 감소하는 가 운데도 어린이집을 이용하는 5세 이하 아동 수는 1991 년 89,441명에서 2012년 1,487,361명으로 약 17배나 증가하였으며, 어린이집 역시 1991년 3,690개소에서 2012년 42,527개소로 약 12배 증가하였다(MHW, 2014).

현대인들의 생활패턴 변화와 어린이집의 교육기능 강화, 여성의 사회진출 증가 등으로 어린이집을 이용하 는 영·유아 수가 점차 증가하므로(Kim et al., 2007), 어린이집의 교육 및 생활환경에 대한 관심도 높아지고 있다. 환경부에서는 1996년 제정된 “지하생활공간공기 질관리법”을 2003년 “다중이용시설 등의 실내공기질

*Corresponding author

Tel : +82-2-958-5676 E-mail : [email protected]

(2)

생된 오염물질이 실내로 유입되어 혼재된 상태로 영향 을 미친다(Choi et al., 2006; Kim et al., 2014).

수도권에 위치한 어린이집의 경우 이용자들의 접근 성과 어린이 수송의 편리성을 목적으로 도로 인근에 위치한 상가건물 혹은 아파트단지 내 입주하고 있으므 로, 도로변에서 배출된 오염물질에 직·간접적 영향을 쉽게 받을 수 있다. 광화학 반응으로 생성된 오존과 자 동차 배기가스 중 질소산화물(NO

x

) 은 어린이의 건강에 위협적일 수 있으며(Shin et al., 2012), 천식, 호흡기 감염, 중이염 등의 발생율을 증가시키고(Ciccone et al., 1998; Brauer et al., 2006, 2007; Clark et al., 2010), 어 린이들의 인지능력 및 언어발달능력 저하와도 관계가 있다(Wang et al., 2009). 또한, 실내 조리과정에서 발 생되는 오염물질이 어린이들의 건강에 나쁜 영향을 줄 수 있다(Jo and Lee, 2006). 이처럼 다양한 오염물질에 의해 위협받고 있는 어린이집의 실내공기질은 적절한 공조시스템, 환기설비 및 공기정화기의 운영을 통한 관 리가 필요하나 아직까지 이에 대한 인식이 미흡한 실 정이다.

환경부령에 따라 다양한 기관에서 어린이집 실내공 기질의 측정 및 관리에 대한 연구가 수행되고 있으나, 대부분의 연구는 “실내공기질관리법”에서 지정하고 있 는 유지기준 혹은 권고기준을 대상으로 오염물질의 전 부 또는 일부만 측정하여 일평균값(daily-average)만 제 시하고 있다(ME, 2003). 대기환경은 주변 환경과 풍향, 풍속 등 다양한 요인에 의해 시공간적으로 변하며, 특 히 도로에 인접한 경우 출·퇴근시간대 자동차로부터 배출된 미세먼지와 NO

x

로 대표되는 가스상 오염물질 의 영향을 받아 급격하게 변동되며, 이로 인해 실내공 기질도 다양한 변화를 나타낼 수 있다. 이러한 환경에 대한 이해가 부족한 상태에서 수행된 관리는 오히려 부정적인 영향을 미칠 수 있다. 특히, 부적절한 환기는 실내공기질을 악화시키는 요인으로 작용하기도 한다.

환경부에서 고시한 “실내공기질공정시험기준” 에서 는 입자상 오염물질에 대해 중량법을 주시험법으로 무

간 측정장비를 활용하여 24시간 연속적으로 측정하였 고, 하루 측정이 아닌 1주일 측정을 통해 일변화와 주 중 및 주말의 실내공기질 차이를 검토하였다. 측정대상 어린이집은 Kim et al. (2014)이 2013년 8월 28일부터 30 일까지 약 48시간 동안 실내(유희실 겸용 거실)와 실 외 오염도를 동시에 측정하여 실내공기질에 미치는 실 외 오염의 영향을 분석하였던 어린이집과 동일한 곳으 로, 본 연구에서는 영·유아들이 가장 많이 생활하는 보육실을 대상으로 수용체 입장에서 어린이들에게 노 출되는 농도 수준을 조사하였다.

2. 연구 방법

2.1 측정대상

측정대상 어린이집은 영등포구에 위치한 경인로 앞 17 층 건물 중 1층에 위치하고 있으며, 대상 어린이집에 대한 세부사항은 이전 논문에 상세하게 기술되어 있다 (Kim et al., 2014). 본 연구에서 선정한 측정위치를 Fig. 1 에 표시하였다. 측정대상인 Room 1의 경우 만 3 세에서 5세 사이의 어린이가 주로 생활하는 보육실로, 총 9명의 어린이가 9시 전후로 등원하여 18시경 대부 분 하원하는 것으로 조사되었다. Room 1의 한쪽 벽에 는 공기청정기가 설치되어 있었으며, 어린이집의 운영 시간 동안 연속적으로 가동되고 있었다.

2.2 측정기간 및 장비

어린이집의 실내공기질 측정은 2014년 6월 9일 18

시부터 6월 17일 18시까지 8일 동안 보육실에서 수행

하였다. 영·유아들의 경우 행동패턴이 일정하지 않고

예측이 불가능하여 안전사고에 취약하므로, 보육실 안

쪽에 측정장비를 위치시킨 후 보호 펜스를 설치하여

어린이 활동영역과 분리시켰다. 입자상 오염물질 측정

장비로 0.25~32 µm 범위의 입자를 측정하여 개수농도

및 환산무게농도를 나타내는 portable aerosol spec-

trometer (model 1.109, Grimm, Germany), 10~1,000

(3)

nm 범위의 입자 중 호흡할 때 폐에 침착되는 입자의 총 표면적(lung deposited surface area, LDSA)을 측정 하는 nanoparticle aerosol monitor (model Aerotrak 9000, TSI, U.S.A), 대기 중 총 부유먼지(total sus- pended particulate, TSP) 에 함유되어 있는 검댕(black carbon, BC) 농도를 측정할 수 있는 aethalometer (model AE51, Magee, U.S.A)를 사용하였다. 실내 이 산화탄소(CO

2

) 농도와 온도 측정에는 CO

2

meter (model 1370, TES, Taiwan)를 사용하였다. 측정기간 동안 연구자가 1일 1회 방문하여 측정장비의 상태 및 데이터를 확인하였고, 측정 데이터는 1분 간격으로 저 장하여 분석하였다. 본 연구에 사용된 측정장비들의 세 부사항을 Table 1에 나타냈다.

3. 결과 및 고찰

3.1 실내공기질의 주간 변화

Fig. 2는 측정기간 동안 어린이집 보육실내 실내공기 질의 주간 변화를 나타낸 것이다. 본 어린이집의 경우 상가건물 내부에 위치하여 건물 내 중앙 공조시스템이

설치되어 있었고, 어린이집이 운영되는 7시 30분부터 19시 30분까지 실내 온도를 28

^o

C 이하로 유지하기 위 해 냉방장치가 가동되었다. 환기는 평일 운영시간 중 총 3회 이루어졌는데, 11시 30분부터 12시 30분까지 점심시간대, 15시경 오침 이후 어린이들이 유희실에서 활동할 때, 17시부터 18시 사이의 보육실 청소시간이 었다. 그 외 8시부터 9시 사이와 17시부터 19시 사이 에는 영·유아들의 등·하원으로 인해 출입문이 빈번 히 개폐되어 환기 효과가 나타났다.

CO

₂

농도는 주말에 338 ppm이었고, 평일의 경우 운 영시간대인 7시 30분부터 19시 30분까지는 평균 662 ppm, 비운영시간대는 평균 352 ppm으로 주말과 유사 한 농도를 나타냈다. 검댕 농도의 경우 주말에 1.56 µg/m

³

이었고, 평일 운영시간대에는 1.61 µg/m

³

, 비운영 시간대에는 2.12 µg/m

³

으로 비운영시간대에 더 높게 나타났다. LDSA의 경우 주말에는 31.6 µm

²

/cm

³

이었 고, 평일 운영시간대에는 27.7 µm

²

/cm

³

, 비운영시간대 에는 35.4 µm

²

/cm

³

으로 검댕과 마찬가지로 운영시간대 보다 비운영시간대의 농도가 더 높게 나타났다. 하지만 PM

₁₀

농도의 경우 검댕 및 LDSA와 달리 주말에는 Fig. 1. Layout of the day-care center and photo of the instruments.

Table 1. Summary of instruments used for IAQ measurement in the day-care center

Instrument Measuring item Measuring range Portable aerosol spectrometer

(PAS, model 1.109, Grimm) Particle number, PM

₁₀

, PM

_2.5

, PM

₁

0.25~32 µm Aethalometer

(model AE51, Magee) Black carbon (BC) TSP

Nanoparticle Aerosol Monitor

(NAM, model Aerotrak 9000, TSI) Lung deposited surface area (LDSA) 10~1,000 nm CO

₂

meter

(model 1370, TES)

CO

₂

Temperature

0~6,000 ppm

-20~60

^o

C

(4)

23.7 µg/m

³

이었고, 어린이집 운영시간대에는 31.6 µg/

m

³

, 비운영시간대에는 24.9 µg/m

³

으로 운영시간대가 비운영시간대에 비해 약 6.7 µg/m

³

높은 것으로 나타 났다.

3.2 실내 CO

2

농도와 온도의 일변화

CO

₂

는 미세먼지와 함께 실내공기질의 지표물질로 재실자가 주요 배출원이다. Fig. 3(a)는 평일 중 측정장 비를 설치한 9일과 철수한 날인 17일을 제외한 10~13 일과 16일의 평균 CO

2

농도의 일변화를 나타낸 것이 고, Fig. 3(b)는 토요일과 일요일(주말)의 일변화를 나 타낸 것이다. 주중의 경우 어린이집이 개원하는 7시 30 분 이전까지 330~360 ppm을 유지하다가 어린이들이 등원하는 8시경부터 농도가 급격히 증가하였다. 재실 자의 지속적인 방출로 CO

2

농도가 꾸준히 증가하다가 12시경 점심식사 시 환기하면서 30분간 50~100 ppm 정도 감소하였고, 이후 다시 증가하여 13~15시 사이에 약 1,100 ppm까지 높아졌다. 이것은 13시경 점심식사 를 마친 후 창문을 닫고 보육실에 모여 문을 닫은 뒤 영·유아들이 낮잠을 자는데, 이때 밀폐된 공간에서 다 수 어린이의 호흡에 의해 CO

2

가 지속적으로 배출된 결과로 생각된다. 15시 이후 어린이들이 기상하여 어 린이집의 중앙에 위치한 유희실에 모여 단체 교육활동 을 실시하였는데, 이 과정에서 측정대상 보육실의 문

개방 및 환기에 의해 CO

2

농도가 급격히 감소하였고, 17~19시 사이 하원 시 빈번한 출입문 개폐와 청소에 의한 환기가 동시에 이루어지면서 CO

2

농도가 추가로 감소하였다.

주말의 경우 주중의 새벽시간대와 유사하게 CO

2

농 도는 약 330 ppm으로 일정하였다. 토요일의 경우 12시 경 이후에 CO

2

농도가 급격히 증가하였는데, 이것은 어린이집 후면에 위치한 수화물 하역장에서 택배운송 차량의 배출가스 영향으로 추정된다.

어린이집의 운영시간 동안 평균 CO

2

농도는 670 ppm으로 실내공기질관리법 중 어린이집의 유지기준인 1,000 ppm을 만족하였으나, 낮잠 시간대인 14~15시 사 이의 평균 CO

2

농도는 1,056 ppm으로 일시적으로 유 지기준을 약간 상회하였다.

온도도 CO

2

와 동일하게 데이터를 처리하였다. Fig.

3(c) 는 평일 온도의 일변화를 나타낸 것이고, Fig. 3(d) 는 주말 온도의 일변화를 나타낸 것이다. 주중의 경우 온도는 밤에 27~27.5

^o

C 를 유지하다가 어린이집이 개원 하고 냉방시스템이 가동되기 시작하면서 온도가 감소 하여 12시경 24

^o

C 까지 낮아진 후 다시 증가하는 경향 을 보였다. 주말의 경우 냉방시스템이 가동되지 않고 사람의 출입도 없어 온도는 종일 27~28

^o

C 부근에서 거 의 일정하게 유지되었다.

Fig. 2. Time-series of indoor environmental parameters in the day-care center.

(5)

3.3 실내 입자상 오염물질 농도의 일변화

검댕은 최근 연구에서 자동차 배출가스의 지표물질 로 많이 사용되고 있다(Cheng et al., 2013; Song et al., 2013; Brantley et al., 2014; Hung et al., 2014).

Fig. 4(a) 와 4(b)는 aethalometer로 측정된 검댕 농도의 주중 및 주말의 일변화를 나타낸 것이다. 검댕 농도는 6시경까지 완만히 감소하다가 차량 이동량이 증가하는 7시경을 기점으로 급격히 증가한 후 8시 30분 이후에 다시 감소하였고, 15시 이후 다시 증가하는 경향을 나 타냈다. 이것은 Woo et al. (2014)이 동일한 어린이집 의 주변 도로를 대상으로 시간대별 농도 변화를 측정 한 결과와 유사하다. 주말에는 상대적으로 차량의 이동 량이 적고 사람들의 출입 및 환기 등의 활동이 없어 검 댕 농도의 변동폭이 작게 나타났다.

Fig. 4(c) 와 4(d)는 NAM으로 측정된 LDSA 농도의 주중 및 주말의 일변화를 나타낸 것이다. LDSA 농도의 경우 약간의 시간 차이가 있지만 주중과 주말 모두 검 댕과 매우 유사한 일변화 패턴을 나타냈다. 14일 12~15 시경 검댕 농도가 증가하면서 LDSA 농도도 함께 증가

하였는데, 이것은 검댕과 LDSA를 증가시킨 입자들이 대부분 자동차에서 기인된 입자들이며, 주로 1 µm 이하 의 미세입자로 구성되어 있다는 것을 의미한다.

Fig. 4(e) 와 4(f)는 PAS로 측정된 입자개수로부터 변 환된 환산 PM

10

농도의 일변화를 나타낸 것이다. PM

10

농도의 경우 새벽 시간대 일정한 농도를 유지하다가 차량 이동이 활발해지는 6시 이후에 증가하기 시작하 여 9시~9시 30분 사이에 약 44 µg/m

³

까지 증가한 후 10 시 30분까지 일정한 농도를 유지하다가 감소하였다.

이후 12~13시 사이에 순간적으로 농도가 증가한 후 감 소하다가 15시경 다시 급격하게 12~13시 농도와 유사 한 수준까지 증가하였다.

동일 공간에서 측정된 검댕과 LDSA의 경우 동일 시간대인 12~13시와 15~16시경 환기 시 농도가 소폭 증가한 것에 반해, 동일 시간대 PAS로 측정된 PM

10

농도는 매우 큰 폭으로 증가하였다. 이것은 자동차에

기인된 오염물질들이 환기 시 실내로 유입되어 검댕과

LDSA 농도에 영향을 미쳤지만, PM

10

농도 변화에는

큰 영향을 미치지 못했다는 것을 의미한다. 하루 중 재

Fig. 3. Diurnal variation of CO

₂

concentration and temperature for weekdays and weekends in the day-care center.

(6)

실자의 활동이 가장 빈번한 식사 및 집단교육활동이 12~13 시와 15~16시에 이루어지므로, PM

10

농도의 증 가는 내부 재실자의 활동에 기인된 것이고, 이때 발생 된 입자들은 1 µm 이상의 조대입자들이기 때문에 검 댕과 LDSA 농도에 영향을 미치지 않았던 것으로 판 단된다.

주말의 경우 인근 도로 오염의 영향으로 6~9시 사이

약간 증가하였으나 영·유아들의 등·하원을 위한 출 입문 개폐가 없고, 교통량도 평일에 비해 적기 때문에 농도 변화가 주중에 비해 적게 나타났다. 14일 12~15 시경 농도 변화는 앞서 CO

2

농도 분석 시 언급한 바와 같이 어린이집 뒤쪽에 위치한 수화물 하역장에서 차량 이동에 따른 영향인 것으로 추정된다. 주중 운영시간대 PM

₁₀

농도는 평균 30.9 µg/m

³

으로 유지기준인 100 µg/

Fig. 4. Diurnal variation of BC, LDSA, and PM

₁₀

concentrations for weekdays and weekends in the day-care center.

(7)

m

³

에 비해 상당히 낮았고, 최대 농도인 44 µg/m

³

역시 유지기준 이하였다.

3.4 PM

10

농도의 비교

Fig. 5는 본 연구기간 동안 어린이집 보육실의 일평 균 PM

10

농도, 운영시간(07:30~19:30) 동안 평균 PM

10

농도, 그리고 어린이집 인근에 위치한 도시대기측정소 (air quality monitoring station, AQMS)에서 관측된 일 평균 PM

10

농도를 비교하여 나타낸 것이다(SAQI, 2015). 주중과 주말을 포한한 어린이집의 보육실 일평 균 PM

10

농도는 24.4 ± 4.1 µg/m

³

이었고, 운영시간 동 안 평균 PM

10

농도는 30.1 ± 10.6 µg/m

³

으로 일평균 농 도에 비해 5.7 µg/m

³

높았다. 이것은 앞서 언급한 것과 같이 재실자 활동에 의해 발생된 1 µm 이상 조대입자 의 영향인 것으로 판단된다. AQMS의 일평균 PM

10

농 도는 41.9 ± 16.8 µg/m

³

으로 실내가 대기(실외)에 비해 평균 12~17 µg/m

³

정도 낮았다. 평균 PM

10

농도의 주 간 변화 경향은 실내와 실외(AQMS)가 유사하게 나타 났다.

한편, PM

10

농도가 가장 낮았던 6월 11일의 경우 12 시간 평균 농도가 18.3 µg/m

³

인 반면에 PM

10

농도가 가장 높았던 6월 17일의 경우 12시간 평균 농도가 55.9 µg/m

³

으로 11일에 비해 3.1배 정도 높았다. 실내 공기질관리법에서는 다중이용시설의 유지기준에 해당 하는 경우 연 1회 측정하도록 규정하고 있는데(ME, 2014), 측정일에 따라 농도 차이가 클 수 있으므로 이 에 대한 보완이 필요하다.

4. 결 론

출산율 저하에 따른 영·유아의 감소에도 불구하고

어린이집을 이용하는 영·유아의 수가 점차 증가하고 있으며, 이에 따른 어린이집의 실내공기질에 대한 관심 도 높아지고 있다. 기존 어린이집 대상 연구에서 하루 측정으로 어린이집 외부의 영향이나 일변화 경향에 대 한 이해가 부족하였다. 이에 본 연구에서는 실시간 측 정장비를 사용하여 8일간 도로변에 위치한 어린이집의 보육실에서 실내공기질을 측정하여 다음과 같은 결론 을 도출하였다.

1. 주중 어린이집을 운영하지 않은 시간대와 주말에 어린이집 보육실의 CO

2

농도와 온도는 거의 변하 지 않고 일정하였다. 주중 어린이집을 운영하는 낮 시간에 환기나 원아의 등·하원 시 이들 농도 변화가 뚜렷하게 나타났다. 따라서 CO

2

농도와 온도가 어린이집의 재실자 활동을 잘 반영하는 지표임을 확인하였다.

2. 입자상 오염물질의 경우 출·퇴근 시간대 자동차 배기가스의 영향으로 검댕 농도가 가장 큰 변화 를 나타냈고, LDSA 농도의 경우 검댕과 시간 차 이가 있었지만 유사한 변화 경향을 나타냈다. 이 것은 검댕과 LDSA가 모두 주로 1 µm 이하의 작 은 입자에 해당하기 때문이다. PM

10

의 경우 외부 자동차에서 기인된 미세입자보다는 재실자의 활 동에 의해 내부에서 발생된 조대입자들이 주된 영향을 미친 것으로 생각된다.

3. 일주일 동안 12시간 평균 PM

10

농도가 18.3~55.9 µg/m

³

으로 최대농도와 최소농도의 차이가 약 3.1 배까지 나타났다. 이것은 현재 당일 측정 위주의 어린이집 실내공기질 관리에 대한 보완이 필요하 다는 것을 시사한다.

감사의 글

본 연구는 환경부 “생활공감 환경보건기술개발사업 ( 과제번호 2015001360004)”과 한국과학기술연구원 “미 래원천녹색도시기술연구개발사업(과제번호 2E27040)”

의 지원을 받아 수행된 연구이며, 측정에 협조해 주신 어린이집 관계자 여러분께 감사드립니다.

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