학교 실내공기질에 관한 연구
이종대⋅손부순*⋅김윤신1)
순천향대학교 자연과학대학 환경보건학과, 1)한양대학교 산업의학과
A Study on Indoor Air Quality in School
Jong-Dae Lee⋅Bu-Soon Son*⋅Yoon-Shin Kim1)
Department of Environmental Health Science, Soonchunhyang University
1)
Department of Occupational & Environmental Medicine, Hanyang University
Abstract
This study investigated the indoor air concentrations and the harmful effects on health by hazardous pollu- tants in the normal classrooms and special classrooms of 132 elementary, middle, and high schools located in 13 sites in Chungnam from February 2006 to June 2007.
The results obtained from this investigation are as follows.
As the results of the survey on the indoor air quality, volatile organic compounds were higher in normal classrooms(251.67㎍/㎥) than special classrooms (181.59㎍/㎥), and formaldehyde was significantly higher in special classrooms (34.22㎍/㎥) than normal classrooms (24.61㎍/㎥). With regards to the differences of pol- lutant distribution among elementary, middle, and high schools, volatile organic compounds were the highest in elementary schools (210.79㎍/㎥) followed by middle schools (207.79㎍/㎥) and high schools (195.96㎍/
㎥), and formaldehyde was the highest in high schools (36.03㎍/㎥) followed by elementary schools (29.84㎍/
㎥) and middle schools (29.16㎍/㎥). With regards to the mean concentration of pollutants by school building age, VOCs were the highest in less than 1 year old classrooms (410.93㎍/㎥), followed by less than 3 years old classrooms (156.52㎍/㎥) and less than 2 years old classrooms (120.18㎍/㎥). Formaldehyde was also investigated to be significantly higher in less than 1 year old classrooms (41.37㎍/㎥) than 2 or 3 years old classrooms (31.50㎍/㎥, 22.21㎍/㎥, respectively).
Keywords ：Indoor air, School, Volatile organic compounds, Formaldehyde
* Corresponding author. Tel：+82-41-530-1270, E-mail：[email protected]
1. 서 론
현재 우리나라는 전통적으로 교육을 중요시하 는 풍습으로 인해 교육수준의 향상을 이루었지만 상대적으로 제도나 여건은 미흡한 실정이다. 특히 학교 실내공기관리는 매우 열악한 상태라고 할 수 있다. 전국적으로 우리나라에는 약 11,000여개의 초･중･고등학교가 있으며, 이곳에 재학 중인 학생 만도 약 850만 명에 이르고 있다(통계청. 2007). 학 생들은 신체와 정신의 성장발육이 왕성한시기이 며 질병이나 외부자극에 대한 저항력이 아직 미숙 한 상태에 있으므로 환경에 따른 건강영향적인 측 면을 고려하면 보건학적으로 매우 중요한 인구집 단이다(유덕균, 2007).
학교 실내공기질의 중요성 및 이로 인한 학생들 의 건강영향에 관한 연구는 선진 외국에서 이미 인식되어 활발한 연구가 수행되고 있다. Shendell 등은 학교 교실에서 CO2 농도증가에 따라 학생들 의 결석률이 증가했음을 보고하였고(Shendell et al., 2004), Rosen과 Richardson은 공기정화기의 설 치가 학생들의 결석률을 감소시켰다고 보고하였 다(Rosen, K. G. Richardson, 1999). Meininhaus 등 은 프랑스 학교 교실에서 실내 공기오염물질이 학 생들에게 감각 기능에 영향이 있음을 제시하였고 (Meininghaus et al., 2003), Daisey 등은 학교 실내 오염물질들로 인해 호흡기 질환을 야기할 수 있다 고 하였다(Daisey et al., 2003). 또한 홍콩, 이탈리 아 등 세계 각국에서 학교교실의 실내공기질을 평 가하고 개선시키려는 노력을 하고 있다. 반면, 국 내의 경우 학교 교실 내 환경위생에 관한 규제는 1967년 교육부의 ‘학교의 시설기준’에서 도서실 및 야간학교의 조도를 규정한 것을 시작으로, 1997년에 이르러 ‘고교 이하 각급 학교의 설립 운
영에 관한 규정’의 개정으로 조도, 온습도, 소음 등을 규정하게 되었으며, 2002년 ‘학교 보건법 시 행규칙’에 이산화탄소와 미세먼지(PM10)기준이 추 가로 제시되었으나, 2005년 학교보건법의 시행규 칙에서 비로소 미세먼지, 이산화탄소, 포름알데하 이드, 총휘발성유기화합물, 총부유세균, 낙하세균, 일산화탄소, 이산화질소, 라돈, 오존, 진드기, 석면 등 12개의 유해물질에 대한 기준이 마련되어 2006 년부터 시행되고 있는 실정이다.
따라서 본 연구에서는 실내공기 중 학교보건법 에서 규정하고있는 포름알데하이드, 총휘발성유 기화합물의 농도를 교실의 특성별로 구분하여 정 량 및 정성적으로 조사함으로써 학교 실내공기오 염 물질로 부터 학생들의 건강을 보호하기 위한 정책결정을 결정하는데 자료로 활용하고자 한다.
2. 연구방법
본 연구는 2006년 2월부터 2007년 6월 까지 충 청남도 13개 시, 군에 소재한 132개교의 증개축한 지 3년 이내의 초, 중, 고 실내에서 총휘발성유기 화합물 및 포름알데하이드를 측정분석하였다. 시 료의 채취는 벽으로부터 최소 1m 이상 떨어진 위 치의 바닥면으로부터 1.2~1.5m 높이를 기본으로, 휘발성유기화합물은 고체흡착관인 Tenax-TA(20/
40mesh, Supelco Inc, USA)을 연결한 후 200 mL/min의 유량으로 30분 씩 2회 채취한 후 STD 1000(DANI, Italy)가 부착 된 GC/MS(Shimadzu GC-2010, Japan)로 분석하였다. 알데히드류는 오존 스크러버(Supelco Inc, USA)와 350 mg의 실리카로 코팅된 2,4-DNPH(2,4-Dinitrophenylhydrazine) cart- ridge(Supelco Inc, USA)를 연결시켜 장착한 뒤 500
ATD 1000(DANI, Italy) GC/MS(Shimadzu GC-2010, Japan) Purge Temp. and time
Desorb time and flow Desorb temperature Cold Trap holding time Cold Trap high temperature Cold Trap low temperature
Cold Trap packimg Split Valve temperature Transfer lime temperature
40 ℃, 0.5 min 15 min, 50 mL/min
250 ℃ 15 min 300 ℃ -10 ℃ Tenax-TA
No 200 ℃ 200 ℃
GC column Initial temperature Oven Ramp Rate 1
Final temperature Column flow Ms Source temperature
Detector Type Mass Range Electron Energy
VB-1(0.25 mm, 60 m, 1.0 μm) 40 ℃(5 min) 10 ℃/min(40 ~ 250 ℃)
250 ℃(10 min) 1.5 mL/.min
250 ℃ EI(Quadropole)
35 ~ 300 amu 70 eV Table 1. Conditioning of ATD and analysis conditions of GC/MS.
HPLC system Shimadzu LC-10vp
Injector Analytical column
Detector Mobile phase
Detection Flow Rate Injection Volume
Shimadzu SIL-10ADvp
ACE 5 C-18(L 250× ID 4.6 mm, T 5 μm) UV-VIS Detector, Shimadzu water(A)40 % / Acetonitrile(B)60 %
Absorbance at 360 nm 1.0 mL/min
20 μL Table 2. Analytical Condition of HPLC.
mL/min 유량으로 30분 씩 2회 채취한 후 HPLC- UV(Shimadzu LC-10vp, Japan)로 분석하였다.
각각의 GC/MS 및 자동열탈착기(ATD 1000, DANI, Italy), HPLC의 분석조선은 아래와 같다.
3. 결과 및 고찰
3.1 교실의 특성별 농도분포 결과
교실의 특성을 일반교실과 특별교실로 구분하 여 농도분포를 조사한 결과 휘발성유기화합물의 경우 일반교실이 251.67 ± 565.91㎍/㎥로 특별교실
의 181.59 ± 354.86 ㎍/㎥보다 높게 조사되었으나 통계적으로는 유의하지 않은 결과를 나타냈다. 포 름알데하이드의 경우는 특별교실이 34.22 ± 43.16
㎍/㎥ 일반교실의 24.61 ± 23.83 ㎍/㎥보다 높게 조 사되었으며 통계적으로도 유의한 차이(p<0.05)를 나타냈다.
본 연구결과 중 특별교실을 강당(20지점), 과학 실(22지점), 급식실(43지점), 도서실(31지점), 체육 관(14지점), 컴퓨터실(11지점), 기타 학교내 실내공 간(82지점)으로 분류하여 포름알데히드의 농도와 총 휘발성유기화합물의 농도를 비교한 결과 포름 알데하이드의 농도는 도서실 64.23㎍/㎥, 강당
General classroom (n=133)
Special classroom
(n=223) t p-value*
Temperature
(℃) 20.03 ± 5.79 19.66 ± 6.22 0.614 0.540
Humidity
(%) 46.76 ± 11.75 47.25 ± 12.25 -0.321 0.748
HCHO
(㎍/㎥) 24.61 ± 23.83 34.22 ± 43.16 -2.227 0.012*
TVOCs
(㎍/㎥) 251.67 ± 565.91 181.59 ± 354.86 1.426 0.155 Table 3. Concentration of indoor air pollutants by type of classroom.
Assembly hall (n=20)
Science Class (n=22)
Lunch room (n=43)
Library (n=31)
Sports room (n=14)
Computer room (n=11)
Other
(n=82) p-value*
HCHO (㎍/㎥)
48.75 ± 48.73
29.52 ± 25.23
27.78 ± 36.29
64.23 ± 68.31
22.12 ± 19.53
18.78 ± 12.46
34.95 ±
39.80 0.00*
c a, b a, b b, c a a a, b
TVOCs (㎍/㎥)
268.73 ± 332.26
377.84 ± 834.25
97.77 ± 104.11
173.89 ± 233.49
117.49 ± 166.08
143.94 ± 203.05
170.55 ±
293.86 0.251
a a a a a a a
a, b, c : Group with the same letter were not significantly different by Duncan test
Table 4. Concentration of indoor air pollutants by type of Special classroom.
48.75㎍/㎥, 과학실 29.52㎍/㎥, 급식실 27.78㎍/㎥, 체육관 22.12㎍/㎥, 컴퓨터실 18.78 ㎍/㎥ 순으로 조사되었다(Table 4). 사후검정결과 도서실과 강당 이 동일 집단으로, 도서실, 과학실, 급식실이 동일 집단으로, 과학실, 급식실, 체육관 컴퓨터실이 동 일 집단으로 각각 분류되었으며 포름알데하이드 의 평균농도는 통계적으로 유의한 차이를 나타냈 다. 총 휘발성유기화합물의 농도는 과학실(377.84
㎍/㎥)과 강당(268.73㎍/㎥)이 다른지점보다 상대 적으로 높게 나타났다.
본 연구결과 포름알데하이드의 경우 일반교실
에서는 학교보건법에서 제시한 실내 기준농도를 초과한 교실이 없었으나 특별교실의 경우 상당부 분의 교실이 초과한 것으로 조사되었다. 이와 같 은 결과는 특별교실의 경우 사용목적에 따라 음악 실, 과학실, 도서실, 미술실 등 다양하게 구분되며 각각의 교실 특성에 따라 사용되는 교구제 및 재 료의 종류에 기인된 것으로 판단되며 또한 일반교 실보다 사용빈도가 적기 때문에 상대적으로 환기 량의 부족에 의한 것으로 사료된다.
초･중･고등학교 각각의 오염물질 농도분포를 조사한 결과 휘발성유기화합물의 경우 초등학교
elementary school (n=183)
middle school (n=86)
high school
(n=55) p-value*
Temperature (℃)
19.74 ± 5.91 (7.00 ~ 32.10)
19.43 ± 6.51 (8.00 ~ 33.50)
20.62 ± 5.95
(8.00 ~ 29.50) 0.507
a a a
Humidity (%)
46.39 ± 11.44 (17.00 ~ 89.00)
46.25 ± 12.59 (17.00 ~ 90.00)
50.98 ± 12.97
(26.00 ~ 77.00) 0.032
a a b
HCHO (㎍/㎥)
29.84 ± 36.24 (N.D ~ 287.33)
29.16 ± 36.34 (N.D ~ 251.72)
36.03 ± 43.22
(N.D ~ 287.22) 0.504
a a a
TVOCs (㎍/㎥)
210.79 ± 449.08 (1.45 ~ 3742.24)
207.79 ± 467.29 (1.10 ~ 3359.60)
195.96 ± 406.21
(1.097 ~ 3742.24) 0.976
a a a
a, b : Group with the same letter were not significantly different by Duncan test
Table 5. Concentration of indoor air pollutants by academic grades.210.79 ± 449.08㎍/㎥, 중학교 207.79 ± 467.29㎍/㎥, 고등학교 195.96 ± 406.21㎍/㎥ 순으로 조사되었으 며, 포름알데하이드의 경우 고등학교 36.03 ± 43.22
㎍/㎥, 초등학교 29.84 ± 36.24㎍/㎥, 중학교 29.16 ± 36.34㎍/㎥ 순으로 조사되었으나(Table 5) 두 가지 오염물질 모두 평균농도는 통계적으로 유의한 차 이를 나타내지 않았다.
본 연구와 동일한 포집 및 분석방법으로 조사된 유종훈(2006)의 연구결과 신축 초등학교 실내 휘 발성유기화합물과 포름알데하이드가 각각 1,455.47
㎍/㎥, 26.44㎍/㎥로 본 연구결과와 비교하면 포름 알데하이드는 비슷한 수준으로 조사되었으나 휘 발성유기화합물의 경우 약 6배 정도의 차이를 나 타냈다. 이와 같은 결과는 본 연구는 정상적으로 수업이 이루지고 있는 상태의 사용 중인 교실을 대상으로 조사한 반면, 유의 연구는 신축학교를 대상으로 사용 전에 조사하여 자연환기에 의한 농
도의 저감이 전혀 없기 때문인 것으로 생각된다.
3.2 건축년도에 따른 농도분포 결과
건축년도에 따른 오염물질 농도분포를 조사한 결과 휘발성유기화합물의 경우 1년 미만의 교실 이 410.93 ± 588.07㎍/㎥, 3년 미만의 교실이 156.52
± 480.24㎍/㎥, 2년 미만의 교실이 120.18 ± 185.86
㎍/㎥ 순으로 농도분포가 조사되었으며, 특히 1년 미만의 경우 평균농도가 학교보건법에서 정하고 있는 400 ㎍/㎥를 초과하는 것으로 나타났다 (p<0.05). 포름알데하이드의 경우 역시 1년 미만 교실이 41.37 ± 47.73㎍/㎥로 2, 3년 미만교실 각각 31.50 ± 34.89㎍/㎥, 22.21 ± 28.96㎍/㎥의 실내보다 유의하게 높게 나타났다. 따라서 학교실내공기오 염물질 중 휘발성유기화합물과 포름알데히드는 건축년도에 따라 뚜렷한 차이를 나타낸 것으로 조사되었는데 이는 건물의 완공시기 및 실내 교
< 1 yr (n=91)
1 - 2 yr (n=130)
< 3 yr
(n=356) p-value*
Temperature (℃)
18.75 ± 6.38 (8.00 ~ 32.10)
21.08 ± 5.55 (8.00 ~ 33.50)
19.20 ± 6.14
(7.00 ~ 31.00) 0.008*
a b a
Humidity (%)
48.12 ± 13.58 (17.00 ~ 90.00)
48.62 ± 10.44 (27.00 ~ 77.00)
44.72 ± 12.20
(17.00 ~ 89.00) 0.022*
a b b
HCHO (㎍/㎥)
41.37 ± 47.73 (N.D ~ 251.72)
31.50 ± 34.89 (N.D ~ 242.22)
22.21 ± 28.96
(N.D ~ 287.22) 0.000*
b a a
TVOCs (㎍/㎥)
410.93 ± 588.07 (2.47 ~ 3359.60)
120.18 ± 185.86 (1.15 ~ 1757.15)
156.52 ± 480.24
(1.097 ~ 3742.24) 0.000*
b a a
a, b : Group with the same letter were not significantly different by Duncan test
Table 6. Concentration of indoor air pollutants by school construct year.
구재, 가구 등의 배치완료시점, 또한 일반환경에 서 교실의 사용에 따른 자연환기 횟수 등에 따라 점차적으로 실내농도가 저감되기 때문으로 생각 한다.
3.3 실내 TVOCs에 대한 성분 기여율 조사결과 본 연구에서 조사된 총 휘발성유기화합물의 구 성비를 조사한 결과 일반교실의 경우 Toluene, Xylene, Ethylbenzene, Stylene, Benzene의 순으로 각각 13.83%, 2.01%, 1.52%, 0.97%, 0.89%의 순으 로 나타났으며(Table 7), 또한 BTEX(Benzene, Toluene, Ethylbenzene, Xylene)의 실내 총 구성비는 18.25 % 조사되었다. 특별실의 경우 역시 Toluene, Xylene, Ethylbenzene, Stylene, Benzene의 순으로 각각 17.00%, 2.70%, 2.56%, 1.59%, 1.09%의 순으 로 나다났으며 BTEX(Benzene, Toluene, Ethylben- zene, Xylene)의 실내 총 구성비는 23.35%였다. 이
와 같은 결과는 동일한 측정 및 분석방법으로 최 근 실행되었던 결과들과 비교하면, 2007년 장등의 보육시설을 대상으로 한 결과에서도 TVOCs 318
㎍/㎥ 중 BTEX의 구성비가 24.35 %이며 분포 또 한 본 면구와 유사한 경향을 보이는 것으로 나타 났다.
4. 결 론
본 연구는 2006년 2월부터 2007년 6월 까지 충 청남도 13개 시, 군에 소재한 132개교의 증개축한 지 3년 이내의 초, 중, 고 실내에서 총휘발성유기 화합물 및 포름알데하이드를 측정분석하였다.
1. 일반교실과 특별교실로 구분하여 농도분포를 조사한 결과 휘발성유기화합물의 경우 일반교실 (251.67 ± 565.91 ㎍/㎥)이 특별교실(181.59 ± 354.86
General classroom (n=133)
Special classroom (n=223) Mena ± S.D.
(㎍/㎥)
Contribution (%)
Mena ± S.D.
(㎍/㎥)
Contribution (%) TVOCs
Benzene Toluene Ethylbenzene
Xylene Stylene Unknown
251.67 ± 565.91 2.17 ± 5.63 34.81 ± 96.14
3.83 ± 5.55 5.06 ± 9.59 2.45 ± 2.76
100 0.89
13.83 1.52 2.01 0.97 80.81
181.59 ± 354.86 1.98 ± 5.93 30.88 ± 97.14
4.66 ± 10.18 4.90 ± 10.28 2.89 ± 4.12
100 1.09 17.00 2.56 2.70 1.59 75.06 Table 7. The component ratio of TVOCs at General classroom and Special classroom.
㎍/㎥)보다 높게 조사되었으며, 포름알데하이드의 경우는 특별교실(34.22 ± 43.16㎍/㎥)이 일반교실 (24.61 ± 23.83㎍/㎥)보다 높게 조사되었으며 통계 적으로도 유의한 차이(p<0.05)를 나타냈다.
2. 특별교실의 경우 포름알데하이드의 농도는 도서실 64.23㎍/㎥, 강당 48.75㎍/㎥, 과학실 29.52
㎍/㎥, 급식실 27.78㎍/㎥, 체육관 22.12㎍/㎥, 컴퓨 터실 18.78㎍/㎥ 순으로 조사되었으며, 총 휘발성 유기화합물의 농도는 과학실 377.84㎍/㎥, 강당 268.73㎍/㎥, 도서실 173.89㎍/㎥, 컴퓨터실 143.94
㎍/㎥, 체육관 117.49㎍/㎥, 급식실 97.77㎍/㎥ 순으 로 나타났다.
3. 초･중･고등학교의 휘발성유기화합물 농도결 과 초등학교(210.79 ± 449.08㎍/㎥), 중학교(207.79 ± 467.29㎍/㎥), 고등학교(195.96 ± 406.21㎍/㎥) 순으 로 조사되었으며, 포름알데하이드의 경우 고등학 교(36.03 ± 43.22㎍/㎥), 초등학교(29.84 ± 36.24㎍/㎥), 중학교(29.16 ± 36.34㎍/㎥) 순으로 조사되었다.
4. 건축년도에 따른 오염물질 농도분포를 조사 한 결과 휘발성유기화합물의 경우 1년 미만의 교 실(410.93 ± 588.07㎍/㎥), 3년 미만의 교실(156.52 ±
480.24㎍/㎥), 2년 미만의 교실(120.18 ± 185.86㎍/
㎥) 순으로 농도분포가 조사되었으며, 특히 1년 미만의 경우 평균농도가 학교보건법에서 정하고 있는 400㎍/㎥를 초과하는 것으로 조사되었고, 포 름알데하이드의 경우 역시 1년 미만 교실(41.37 ± 47.73㎍/㎥)의 실내에서 2, 3년 미만교실(31.50 ± 34.89㎍/㎥, 22.21 ± 28.96㎍/㎥)의 실내보다 통계적 으로 유의하게(p<0.05) 높게 나타났다.
5. 총 휘발성유기화합물의 구성비를 조사한 결 과 일반교실의 경우 Toluene, Xylene, Ethylbenzene, Stylene, Benzene이 각각 13.83 %, 2.01 %, 1.52 %, 0.97 %, 0.89 %의 순으로 나타났다. 또한 BTEX (Benzene, Toluene, Ethylbenzene, Xylene)의 실내 총 구성비는 18.25 % 조사되었으며, 특별실의 경 우 역시 일반교실과 유사한 분포양상을 보였으며 실내 총 구성비는 23.35 % 로 조사되었다.
따라서, 학교실내공기 중 오염물질의 분포특성 에 관한 연구는 그 대상이 어린이를 포함한 청소 년이란 점과 수용체 중심 연구의 중요성을 감안할 때 보다 체계적이고 심도 있는 연구가 필요할 것 으로 사료된다.
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