★..한국실내환경학회 KOSIE

주택 실내공기 오염물질에 대한 실외공기 및 실내발생의 기여율

이현수 박지호⋅ ¹⁾⋅양원호^*

대구가톨릭대학교 산업보건학과, ¹⁾한국방송통신대학교 환경보건학과

Hyun Soo Lee Ji Ho Park⋅ ¹⁾⋅Won Ho Yang^*

Department of Occupational Health, Catholic University of Daegu

1)

Department of Environmental Health, Korea National Open University

Abstract

Indoor air quality can be affected by indoor sources, ventilation, decay and outdoor levels. Although technologies exist to measure these factors, direct measurements are often difficult. Toluene and nitrogen dioxide (NO

) concentrations of residential indoor and outdoor were simultaneously measured and compared in 16 houses, using passive samplers during every 3 days for 60 days. Concentrations of toluene and NO

were analyzed by gas chromatography and spectrophotometer, respectively. Using a mass balance model, penetration factor (ventilation rate divided by sum of ventilation rate and deposition constant) and source generation factor (source generation rate divided by sum of ventilation rate and deposition constant) were calculated by multiple indoor and outdoor measurements. The mean contributions of toluene of indoor and outdoor sources on residential indoor air quality were estimated to be 31.01% and 67.00%, respectively. On the other hand, mean contributions of NO

were 58.93% and 41.06%, respectively. These results could be explained that contributions of indoor and outdoor air pollutants sources are different to residential indoor air concentrations. In conclusion, contributions of outdoor air and indoor sources affecting indoor air quality were effectively characterized using multiple indoor and outdoor measurements.

Keywords ： Contribution, Indoor air quality, Toluene, NO

서 론 1.

인간은 하루24시간 중 대략90% 이상을 실내 환경에서 생활하는 것으로 조사 보고 되고 있다

양원호 등 실내환경은

(Klepeis et al., 2001; , 2009).

다양한 공기 오염물질의 발생원이 있으며 에너지, 절약 등을 위한 주택이나 건물의 환기량 감소에 의해 재실자의 노출을 증가시킬 가능성이 높아지 고 있는 실정이다(Lai et al., 2004).또한 환기에 의 한 실외 공기 오염물질의 유입도 반드시 고려해야 한다 이러한 이유로 실내환경의 공기 오염물질의. 노출에 따른 건강영향이 보건학적으로 중요한 관 심사가 되고 있다(Sundell et al., 2004).실내공기질 의 영향 요인으로 실내 오염원 및 발생량 실내 외, · 공기 환기량 공기 오염물질과 실내환경에서의 건, 축자재와 가구 등과의 표면반응과 다른 공기 오염 물질과의 반응으로 보고되었고 실내환경의 습도, , 온도 압력 기류 등이 있다 양원호 등, , ( , 2005; Ott et 따라서 각 영향요인을 파악하는 것은 al., 1994).

실내공기질 평가 및 개선에 필수적이기 때문에 중 요한 연구 분야라고 할 수 있다.

실내환경의 오염물질 중 톨루엔(toluene)은 석유 정제 공정 코크스 오븐공정 페인트 잉크 신나, , , , , 접착제 화장용품의 성분 스티렌 등 다른 화학물, , 질의 생산 시 자동차 배기가스와 같은 물질에서, 발생되며 인체 내에서 호흡기 자극 발암성 피로, , , 두통 졸음 현기증 허탈감 심장의 부정맥 등을, , , , 일으킨다(Beniqnus, 1981). 이산화질소(NO2)는 주 로 차량이나 산업공정 난방기 흡연 가스레인지, , , 와 같은 연소과정에서 주로 발생하며 인체 내에서 호흡기 자극이나 폐수종 호흡곤란이나 청색증과, 같은 증상을 일으킬 수 있다(Basu and Samet, 1999).

실내 공기질에 영향을 미치는 주요 요인은 실내 오염물질 발생량 환기량 오염물질 감소율 실내, , , 공기 혼합정도 실외 오염물질 농도 및 실내면적, 이다 실내면적과 실내체적은 직접측정 할 수 있. 으며 환기량 공기 오염물질의 실내 발생량 및 감, , 소율은 각기 측정방법은 있으나 실내환경 현장에, 서 직접 측정하는 것은 한계점이 많다(Skillas et al., 1999). 특히 실내공기질에 경우 차량에서 배출, 되는 매연 등의 실외공기 유입과 가구 접착제 플, , 라스틱류 먼지 페인트 벽지 흡연 가스렌지 사, , , , , 용 등으로 인해 더욱 악회될 수 있다 하지만 실내. 발생원에 따른 공기 오염물질 발생량은 변화가 심 하기 때문에 정량화 하는 것은 어려운 실정이다

임영욱 등 ( , 2008).

본 연구의 목적은 주택 실내 및 실외의 발생원 이 동시에 존재하며 인간 건강에 영향을 미치는 톨루엔과NO2를 대상으로 주택 실내환경의 물질 수지 모델과 선형회귀 분석을 이용하여 주택 실 내외 환기량을 직접 측정하지 않고 실내공기질에․ 대한 실외 공기질 및 실내 발생원의 기여도를 평 가하고자 한다.

연구방법 2.

조사지역 2.1

주택의 실내발생원과 실외발생의 기여율을 추 정하기 위해 대구 및 경북지역에 위치하는20개 주택의 실내 및 실외에서 톨루엔과NO2를2007년 월 월 사이의 일 동안 일 간격으로 연속하여

6 ~8 60 3

회씩 측정하였다 주택 특성과 참여자 생활방식

20 .

은 설문지를 통해 조사하였다.

측정 및 분석방법 2.2

본 연구에서 대상물질인 톨루엔과NO2의 측정 은 수동식 시료채취기(passive sampler)를 이용하였 다. NO2측정에 사용된 수동식 시료채취기는 개인 용 필터 배지(badge)를 이용하였다(Toyo Roshi 이 수동식 시료채취기는 자연 Kaish, Ltd., Japan).

적인 기류를 이용하여 확산(diffusion)과 투과 라는 과정을 통한 화학적 반응을 이용 (infiltration)

하는 것으로서 수동식 시료채취기 내부에trietha- 용액이 흡수되어 있는 셀룰로우즈 필터 nolamine

로 NO2 농도를 측정하는 장치이다 이것은 작고. 가벼운 장점을 지니고 있다 톨루

(5×4×1 ㎤) (15g) .

엔은 3M사의 OVM #3500(3M, USA)을 이용하여 채취하였다 시료채취 후 분석은. CS2 1.5 mL으로 탈착하여 가스크로마토그래피(GC)로 분석하였다. 표준물질을GC로 정량하여 검량선을 작성 후 다 음 식 을 이용하여 농도를 계산하였다(1) . GC의 분 석조건을Table 1에 나타내었다.

 _{ }



  

톨루엔 양 계산상수 탈착

W： ( ), A㎍ ： (8.45), r： 효율, t：측정시간

NO2 분석은 시료채취기 내부에 triethanolamine 용액이 흡수되어 있는 셀룰로우즈 필터로NO2 농

도를 측정하며 작고, (5×4×1 ㎤) 가벼운(15 g) 장점 을 지니고 있다. NO2 분석방법은 먼저, sulfanilic acid 5g, phosphoric acid(85%) 50mL와NEDA(N(1- Naphtyl) ethylenediamine dihydrochloride, 98%) 0.05 ghydrochcolor reagent(azodye forming) 1L를 제조,

그 실리카겔과 활성탄 과망간

98% amin , Purafil filter(

산칼륨 활성 알루미나와 활성탄으로 합성된 물, 질 를 연속으로 연결) och대기 중 공기를 챔버로 유 입시켜 대기오염물질이 없는 상태 즉h , NO2가 없 는 상태 클린룸0. (clean room) 챔버 안에서 수동식 시료채취기를 분해och셀롤로우즈 필터를 시험관

에 넣 앞서 제조한 (test tube, 16×100 ㎜) eag color

를 시험관에 주입하여 밀봉한 후 reagent 10.0 mL

발색하였다 이때 충분히 발색하기까지는 약. 40분 간 시간이 소요된다 발색된 시약은. UV-visible

로 에서

spectrophotometer (Shimadzu, Japan) 545㎚

분석하였다 (Yanagisawa et al., 1982; 양원호 등, 2005).

톨루엔 및NO2시료채취기는 가정에서 주 거주 공간인 거실에 설치하였으며 측정 위치는 연소장, 치 발생원에서3m 이상 그리고 창문 또는 문으로 부터2m 이상이 되도록 하였다 실외는 지면으로. 부터1m 높이에 설치를 하였으며 비나 눈으로부, 터 보호될 수 있도록 보호상자를 설치하여 환기가 잘 되는 곳에 위치하도록 하였다.

GC/MS condition Column

Oven Carrier Detector

Injector

HP-FFAP 50 m (length) × 0.32 mm (Column ID) × 0.52 ㎛(flim thickness) 60°C (3 min) to 90°C at 5°C/min to 250°C at 50°C/min (4 min)

Helium (5 ml/min) FID, 250°C 1 μl, 200°C

실내외 기여율 추정 2.3

주택의 톨루엔과NO2에 대한 실외공기실 및 실 내 발생원의 기여율을 추정하는 방법으로 물질수 지(mass balance)모델을 이용하였다 이 모델은 물. 질수지를 이용한 상자모델로 실내환경에서 오염 물질의 생성은 물질보존의 법칙을 기본으로 하고 있다 혼합된 하나의 공간으로 공기의 유입 및 유. 출 사이의 관계를 기술하며 실내 공기질을 설명하 기 위해 자주 이용 된다(Tichenor et al., 1990, Lee 물질수지에 의한 실내 공기질 모델은 et al., 2000).

실내공기 오염물질농도와 관련 변수들 사이의 관 계를 나타낼 수 있는 유용한 방법이며 오염물질, 의 확산과 이동 오염물질 발생량 공기 환기량, , , 제거량 등의 요인들을 기술한다 일반 가정주택을. 하나의 공간(one-compartment)으로 가정하면 물질 수지식은 다음과 같이 표현할 수 있다.

 

  

  

     _{  }





여기서, Ci= 실내 농도(ppm), Co= 실외 농도 공기환기횟수

(ppm), I= (air exchanges per hour,

발생량 제거율

ACH), S= ( /hr㎤ ᆞ㎥), R= (㎤/hr),

실내공간 부피 시간 실내공간

V= (㎥), t= (hr), m=

의 혼합계수(0 m 1).≤ ≤

식(2)에서 제거율 은 감소상수(R) (K, hr^-1 )와 실 내환경에 존재하는 질량(VCin)으로 나타낼 수 있 다.

  

식(3)을 식(2)에 대입하고 대상 공간에서 완전 혼합(completely mixed condition, m=1)을 가정하면, 식(2)은 다음과 같이 식(4)으로 나타낼 수 있다.

 

 

 

   

 

한 공간모델에서 농도가 정상상태(t= )∞에 도달 할 때 시간에 따른 농도 변화는 정상상태(dCi/dt=

로 가정할 수 있으며 이것을 식 에 나타내었

0) , (5)

다.



_{ }

  



    



식 (5)는 수학적으로 환기를 통해 실외 오염물 질이 실내로 유입되는 투과요인 (A： penetration

과 실내 오염원의 발생요인

factor) (B source：

으로 정의될 수 있다

strength factor) (Spengler et al,.

식 에서 투과요인 는 와 의 값이 1994). (4) , (A) I K 0 보다 크기 때문에 과 사이 이여야만 한다 또한0 1 . 오염원 발생요인 은 가 과 같거나 크기 때문(B) S 0 에0 이상이어야 한다(Yang et al,. 2004). 본 연구 에서는 측정기간 동안20개 주택의Ci와Co 측정 값을 식 에 적용하고 선형회귀 직선을 이용하여(4)

기울기와 절편 값으로

_



    

  ∙ 

×   

와

_



     



×   

연구결과 및 고찰 3.

주택특성 3.1

본 연구의 대상은 시의A 20개 주택을 대상으로 실시하였다 측정 중 불참한 가정과 시료채취기를. 분실하는 등 개의 주택을 제외한4 16개 주택에 대 한 농도분석을 실시하였다. Table 2의 설문조사에

따른 결과를 보면16개 주택 중13개 주택이 아파 트였고 실내 흡연을 하는 주택이 곳 이었다, 2 . 16 개 주택 모두 가스렌지를 사용하고 있었으며 내, 부에 페인트를 칠한 주택이 곳 이었다3 .

실내 외 농도 3.2 ･

본 연구의 실내외 톨루엔 및· NO2 농도는Table 에 나타내었다 톨루엔 농도는 실내농도가 실외

3 .

농도 보다 다소 높았으며, NO2농도는 실외농도가 실내농도보다 높게 나왔으나 통계적으로 유의한 차이는 없었다(p=0.072). 실내 실외 농도비/ (I/O

는 톨루엔이 이고

ratio) 1.10±0.49 , NO2가0.83±0.11 로 톨루엔이 실내농도가 더 높았고, NO2는 실외농 도가 더 높은 것으로 나타났다. Lee등(2000)의 연 구에 의하면 가스렌지 등의NO2실내발생원이 있

을 때I/O는 대략0.8~1.2 범위를 나타낸다고 보고 하였으며 가스렌지 이용 주택에서 측정한, Yang 등(2004)이37 주택에서NO2의I/O는 평균0.88를 나타내었다 이것은 톨루엔과. NO2가 실내 발생원 이 있음을 나타내는 것이며 톨루엔은, NO2보다 실 내발생원이 실내 공기질에 미치는 영향이 더 높은 것으로 생각할 수 있다.

실내 공기질에 대한 실외 공기질 및 실내발 3.3

생원의 기여율

물질수지와 회귀방정식을 이용하여 투과요인과 발생요인을 분석하였다 식( 5).추정된 기여율은 톨 루엔이 실외에서31.01%,실내에서67.00%이었으 며 이것은 실내 실외 톨루엔 농도비가 평균, / 1.10 으로 주택실내의 발생원이 있는 것으로 추정될 수

　 Number of house

Type of house

Building age

Inside smoker Gas boiler Gas range Inside painting

Individual home Apartment

<4 years

>4 years

3 13 1 15 2 13 16 3

Toluene(ppb) NO2(ppb)

Mean±S.D. Range Mean±S.D. Range

Indoor Outdoor I/O ratio

38.6±31.9 38.4±31.0 1.10±0.49

10.5~145.3 8.8~168.5 0.40~2.60

22.08±6.96 26.71±7.04 0.83±0.11

13.98~44.80 18.75~48.04 0.64~1.05

있다 설문지를 통해 알 수 있는 건물의 건축년도. 나 실내 흡연 유무 외에 다른 발생원이 있는 것으 로 예상된다(Son et al., 2003).반면NO2는 실내 가 스렌지 사용으로 인한 발생원이 있지만 실외의 발 생원으로 인한 실내 농도 기여율은58.93% 이었 고 실내 발생원에 의한 기여율, 41.06%이었다 실. 내 실외/ NO2 농도비 또한 평균0.83로 실외농도가 실내에 미치는 영향이 더 높은 것으로 생각할 수 있다(Fig. 1).이 결과는 권은경 등(2009)주택 실내 NO2농도의 실외공기 기여율과 비슷하였다 이 결. 과에서 각 물질별로 실내 공기에 미치는 영향이 같지 않으며 그 영향을 줄이기 위해 각기 다른 제, 어방법이 필요한 것을 알 수 있다.

결론 4.

실내 공기질은 재실자의 유해 공기오염물질 노 출에 중요한 국소환경이며 실내 공기질을 결정하, 는 주요 인자의 기여율 분석은 실내환경 뿐만 아 니라 실외 공기질 제어에도 중요한 정보를 제공할

수 있다 본 연구에서는. 16개 주택을 대상으로60 일 동안 일씩 연속으로 실내외의 톨루엔과3 · NO2

를 측정하여 주택 실내 공기질에 대한 실외 공기 질 및 실내 발생의 기여율을 추정하였다 톨루엔. 의 주택 실내 공기질 기여율은 환기에 의한 실외 톨루엔 보다 실내 발생원이 높았으며 반면, NO2는 실내 가스렌지의 사용으로 인한 발생원이 있지만 실외 발생원에 의한 기여율이 높았다 본 연구에. 서 실내 공기질에 대한 기여율의 추정으로 오염물 질별로 미치는 영향이 같지 않음을 알 수 있었으 며 다른 공기오염물질에 대한 연구에도 적용하여, 실내 공기질 제어 연구에 도움을 줄 수 있을 것으 로 판단한다.

감사의 글

이 논문은2006년 정부 교육인적자원부 의 재원( ) 으로 한국학술진흥재단의 지원을 받아 수행된 연 구임(KRF-2006-521-D00251)

O utdoor air Indoor source

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

100

Toluene

N O

Cont ri but io n ( % )

참고문헌

권은경 김문현 양원호, , (2009)공동주택 실내 이산 화질소 농도의 실외공기 및 실내발생원 기여율 추정 한국실내환경학회지, , 6(1), 48-55

양원호 손부순 이기영 윤충식 전준민 유승도 박, , , , , , 경화 최욱희, (2009).한국인의 국소환경 시간활 동 양상 한국실내환경학회, 2009년 학술대회, 155-158.

양원호 손종렬 손부순, , (2005) 구획모델을 이용한 주택에서 이산화질소의 발생강도 및 감소상수 동시 측정 한국환경보건학회지, , 31(4), 260-265.

임영욱 임청수 김호현 양지연 이건우 손종렬 박, , , , , , 중원 신동천, (2008)전국 초등학교 교실 내 유해 환경 평가 한국 실내환경학회지, , 5(1), 37-49.

Basu, R. and Samet, J.M. (1999) A review of the epidemiological evidence on health of nitrogen dioxide exposure from gas stove, Jouranl of Environmental Medicine, 22, 173-187.

Beniqnus, V.A. (1982) Health effects of toluene: a review, Neurotoxicology, 2(3), 567-588.

Klepeis, N.E., Nelson, W.C., Ott, W.R., Robinson, J.P., Tsang, A.M., Switzer, P., Behar, J.V., Hern, S.C.

and Engelmann, W.H. (2001) The national human activity pattern survey (NHAPS): a resource for assessing exposure to environmental pollutants.

Journal of Exposure Science and Environmental Epidemiology, 11, 231-252.

Lai, H.K., Kendall, M., Ferrier, H., Lindup, I., Alm, S., Hanninen, O., Jantunen, M., Mathys, P., Colville, R., Ashmore, M.R. (2004) Personal exposures and microenvironment concentrations of PM2.5, VOC, NO2 and CO in Oxford, UK, Atmospheric

Environment, 38, 6399-6410.

Lee, K., Yang, W., Bofinger, N.D. (2000) Impact of microenvironmental nitrogen dioxide concentrations on personal exposure in Australia, Journal of the Air

& Waste Management Association, 50(10), 1739-1744.

Liu, W., Zhang, J., Zhang, L., Turpin, B.J., Weisel, C.P., Morandi, M.T., Stock, T.H., Colome, S., Korn, L.R. (2006) Estimating contribution of indoor and outdoor sources to indoor carbonyl concentrations in three urban areas of the United States, Atmospheric Environment, 40, 2202-2214.

Ott, W., Switzer, P., Robinson, J. (1994) Particle concentrations inside a tavern before and after prohibition of smoking: evaluating the performance of an indoor air quality model, Journal of the Air

& Waste Management Association, 46, 1120 1134.– Skillas, G., Huglin, C.H., Siegmann, H.C. (1999) Determination of air exchange rates of rooms and deposition factors for fine particles by means of photoelectric aerosol sensors, Indoor Built Environment, 8, 246-254.

Son, B., Breysse, P., Yang, W. (2003) Volatile organic compounds concentrations in residential indoor and outdoor and its personal exposure in Korea, Environment International, 29, 79-85.

Sundell, J. (2004) On the history of indoor air quality and health, Indoor Air, 14(Suppl 7), 51-58.

Tichenor B.A., Sparks L.A., White J.B., Jackson M.D.

(1990) Evaluating sources of indoor air pollution, Journal of Air & Waste Management Association, 40, 487-492.

Spengler, J.D., Schwab, M. , Ryan, P.B., Colome, S.,

Wilson, A.L., Billick, I.H., Becker, E.J. (1994) Personal exposure to nitrogen-dioxide in the Los-Angeles basin, Journal of the Air & Waste Management Association, 41, 39 47.–

Yanagisawa, Y., Nishmura, H. (1982) A badge-type personal sampler for measurement of personal

exposures to NO2 and NO in ambient air, Environment International, 8, 235-242.

Yang, W., Lee, K., Chung, M. (2004) Characterization of indoor air quality using multiple measurements of nitrogen dioxide, Indoor Air 14, 105 111.–