★..한국실내환경학회 KOSIE

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Mass Balance 모델을 이용한 신축공동주택의 휘발성유기화합물 발생량 추정

심상효^1)*⋅김윤신¹⁾⋅김화선²⁾⋅이철민³⁾⋅이송권⁴⁾⋅노영만³⁾

1)한양대학교병원 산업의학과, ²⁾안산1대학, ³⁾한양대학교 환경 및 산업의학연구소

4)대구 한의대학교 보건학부 (2006년 7월 31일 접수 ; 2006년 9월 25일 채택)

Emssion Rate Estimation for the Volatile Organic Compounds(VOCs) in Newly Constructed Apartments Using a Mass Balance Model

Sang hyo Sim^1)*⋅Yoon Shin Kim¹⁾⋅Hwa-Sun Kim¹⁾⋅Cheol Min Lee²⁾ Young-Man Roh²⁾⋅Song kwon Lee³⁾

Department of Occupational and Environmental Medicine, Hanyang University Medical Cente

1)Ansan college radiological technology

2)Institute of Environmental and Industrial Medicine Hanyang University

3)Faculty of Health Science, Daegu Haany University (Received 31 July 2006; accepted 25 September 2006) Abstract

This study was performed to estimate the emission rate of volatile organic compounds (VOCs) and to evaluate the risk level affected by indoor air pollutants (IAPs) in 27 new apartments (prior to residence) in Seoul City from December 2004 to March 2005.

The indoor air pollutants investigated in this study include formaldehyde, several aromatic VOCs (benzene, toluene, styrene, xylene, and ethylbenzene). All measurements were made based on the standard method of Ministry of Environment in Korea. The indoor concentration levels for benzene, xylene, toluene, ethylbenzene, styrene, and formaldehyde have significant increase trend 5 hours after closing windows and doors. Levels of air pollutants did not exhibit significant difference between living rooms and bedrooms. The air exchange rates by the concentration decay method using SF6 were 0.37 for low floor, 0.32 for middle floor, and 0.75 for high floor. The emission rate showed the highest level in the middle floor and second one in the low floor, when estimated by the IAQ model for benzene, toluene, ethylbenzene, xylene, styrene, and formaldehyde. Considering the above result, it is suggested that the estimation of emission rate be considered when the new apartment is designed and constructed with respect to construction materials to emit low VOCs. Moreover, the related regulation should be established for IAQ management.

keywords：Newly constructed apartments, IAQ model, Emission rate, Air exchange rate, Indoor air pollutants,(Formaldehyde, Venzene, Toluene, Xylene, Ethybenzene, Stylene)

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1. 서론

실내공기의 오염원인은 거주자들의 실내 활동 과 건축자재 및 생활용품 등에서 배출되는 오염물 질로서 그 종류로는 일산화탄소, 이산화탄소, 이 산화질소, 아황산가스, 미세먼지, 중금속, 석면, 미 생물성 물질, 병원성 세균 및 라돈 등을 들 수 있 다(김윤신, 1999; Tichener B. A et al., 1990). 실내 의 오염정도는 오염원의 존재여부 및 환기량과 기 상상태에 따라 달라지며, 다양한 오염물질이 발생 하는 것으로 알려지고 있다(Hay S. M., 1995). 특 히, 신축공동주택 실내공기에서 발암성 물질로 알 려져 있는 formaldehyde, benzene 등의 휘발성유기 화합물(VOCs)이 다량 함유되어 있는 것으로 조사 되어, 실내공기오염에 대한 대책이 시급하다.

2000년 우리나라에 지어진 주택은 단독주택이 37.1%, 아파트 47.7%, 연립주택 7.4%를 차지하는 것으로 조사․보고 되고 있으며(통계청, 2001), 2003 년에 우리나라에 건설된 아파트와 연립주택을 포 함한 공동주택은 전체 주택의 80.1%로 큰 비중을 차지하고 있는 것으로 조사․보고 되었다(통계청, 2004). 이러한 상황에서 최근 신축공동주택 입주 자들 중에는 두통, 현기증, 메스꺼움, 졸음, 눈의 자극, 집중력 감퇴, 아토피성 피부염 등 실내공기 오염으로 인한 거주자들의 건강을 위협하고 사례 가 증가하고 있는 실정이다(김윤신, 2003).

실내공기질(Indoor Air Quality : IAQ)의 문제는 유해성오염물질이 실내공간에 누적되어 발생하며, 이와 같은 실내공기중의 오염물질의 누적 농도를 예측하기 위한 방법으로 물질수지식을 이용한 방 법과 회귀분석을 이용한 통계적 방법 등이 이용되 어져오고 있다(Drye et al., 1988). 또한 최근에 들 어와서 몇몇의 연구자들로부터 실내 내장재에서

방출되는 휘발성유기화합물의 발생량 예측을 위 한 방출모델에 관한 연구가 수행되어져 오고 있 다. 그러나 이들 대표적 발생원에 대한 발생량에 관한 연구는 거의 이루어지고 있지 못하고 있는 실정으로 각각의 발생원에 대한 발생량을 평가하 는 연구가 절실히 요구되어지고 있다.

최근 발생원의 오염물질 발생량을 평가하기 위 해 건축자재 및 생활용품별, 연소기구별 오염물질 의 발생강도를 평가하기 위해 단편적인 챔버연구 가 수행되고 있으나, 일부품목에만 국한되어 실시 되고 있는 실정으로 실제 실내 환경에 적용하기에 는 많은 결함이 있는 것으로 여겨진다. 또한 현재 건축자재 및 생활용품에서 발생되는 개별 오염물 질 방출농도 실험을 통한 발생량 예측에 있어 경 제적 및 시간적 손실을 최소화하기 위한 일환으로 실내 공기중 방출되는 오염물질 발생량을 예측하 기 위한 방법론 정립이 요구되고 있다. 이에 본 연 구에서는 현재 신축공동주택에서 가장 큰 문제가 되고 있는 실내오염물질 중 formaldehyde를 포함 한 휘발성유기화합물(VOCs)을 중심으로 다양한 건축내장재에서 방출되는 오염물질별 발생량을 예측할 수 있는 모델을 제안하고자 한다.

2. 연구방법

2.1. 실내공기질 조사

본 연구는 2004년 12월부터 2005년 3월까지 서 울지역에 위치한 동일 시공사의 입주 전 신축공동 주택 27세대를 대상으로 실내공기질 및 환기량을 조사하였다. 연구대상주택은 단위주동에서 동일 라인 상에 위치하는 저층부(1~3층), 중층부(7~9층) 및 고층부(12~15층)로 구분하여 거실과 침실에서

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30분 환기 후 모든 문을 닫은 조건에서 5시간 후 측정하였으며, 실내 오염물질은 휘발성 유기화합 물 중 benzene, toluene, stylene, ethylbenzene, xylene 그리고 formaldehyde 이었다.

대상오염물질의 포집 및 분석은 “다중이용시설 등의 실내공기질관리법”에서 규정하고 있는 “실 내공기질 공정시험방법”에 준하여 수행하였다(환 경부, 2004).

2.2. 실험 방법

휘발성유기화합물(VOCs)의 측정은 고체흡착법 으로 Tenax-TA(60/80 mesh, Supelco, USA)가 200 mg 이상 충전된 스테인레스 흡착관(1/4 inch × 9 cm, Perkinelmer, UK)을 이용하여 측정하였다. 또 한 측정전 열탁착기(TC20, Markes, USA)를 이용 하여 300℃에서 3시간 이상 열탈착 전처리를 실시 하였다.

측정이 끝난 시료에 대해서는 흡착튜브의 양끝 을 막고 4℃의 냉장고에서 분석 전 까지 보관하였 고, 측정 후 일주일내 분석하였다.

휘발성유기화합물(VOCs)의 분석은 포집된 시료 는 오토샘플러(UltrA TD, Markes, U.K.)가 부착된

열탈착기 (Unity Markes, U.K., 이하 TD)를 통해 탈착한 후 가스크로마토그래프/질량분석기(6890N/

5973 inert, Agilent, USA., 이하 GC/MSD)를 이용하 여 분석하였다. 열 탈착에 의한 휘발성유기화합물 (VOCs)의 분석조건은 Table 1과 같다.

본 연구의 휘발성유기화합물(VOCs)의 검량선 작성을 위해서 각 성분별 100ppm의 농도를 가진 TO-14 표준기체를 사용하였다.

작성방법은 표준가스(standard gas)를 일정유량 으로 흘린 상태에서, 흡착관을 이용하여 시간을 달리하면서 채취를 실시함으로서 각 흡착관에 채 취되는 각 성분의 절대량 대비 면적을 기준으로 검량선을 작성하였다.

Formaldehyde의 측정은 4 ㎝의 폴리프로필렌 튜 브에 고순도로 정제된 2.4-DNPH가 코팅되어 있는 2.4-DNPH cartridge (Supelco S10, USA)를 이용하 였다. 알데히드 측정시 오존(O3)은 2.4- DNPH 유 도체를 감소시키거나 2.4-DNPH가 오존과 반응하 여 인위적인 불순물을 형성하는 등 방해물질로 존 재하기 때문에 측정시 이러한 오존 영향을 제거하 기 위해 2.4-DNPH cartridge 전단부에 KI가 채워져 있는 오존 스크루버(Waters, USA)를 설치하였다.

Fig. 1. Sampling process of VOCs and Formaldehyde.

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측정시 사용한 펌프는 측정 전․후의 유량변화가 비교적 적은 Personal Air Sampler(Gilian, USA)를 이용하여 500 ㎖/min으로 30분간 총 15 ℓ를 포집 하였으며, 측정 전․후의 유량변화는 거의 모든 측 정에서 5% 이내였다. 측정이 끝난 시료는 내부가 알루미늄으로 코팅되어 있는 container에 개별 포 장하여 용매추출 전까지 4℃ 이하에서 냉장보관 하였다. 시료의 추출은 용매추출장치인 vacuum elution rack(Supelco, USA)에 2.4-DNPH cartridge를 고정시키고 지용성 필터(47㎜, 0.45㎛, PTFE)에 3 회 이상 여과한 acetonitrile 5㎖를 이용하여 매우 느린 속도(1㎖/min)로 추출하였다. 포름알데히드 의 분석조건은 Table 2와 같다.

검량선 작성을 위해서 HCHO 표준용액(200 ppm)을 Acetonitrile 용액으로 희석해 가면서 검량 선 작성에 필요한 표준용액을 제조하였고, 각 표 준용액을 HPLC에 의해 분석하여 각 성분별 면적 을 기준으로 검량선을 작성하였다.

2.3. 환기량 조사

본 연구에 사용된 추적가스로는 농도 99.9%의 SF6 가스를 사용하였고, 가스 주입방법은 일정농 도법을 이용하여 정상상태가 확인되는 시간까지 측정하였으며 본 실험의 경우 4시간 이상이 소요 되었다.

추적가스의 농도측정과 농도분석을 위해서 멀

Table 2. Operating conditions of HPLC for analysis.

Instrument Analysis Condition

Detector Column Mobile phases Injection Volumn Flow rate

UV/vis 360nm

Nova-PakⓇ C18 60Å 4㎛

Acetonitrile/Water(60/40 v/v) 20㎕

1.0㎖/min

Table 1. Operating conditions of GC/MSD with TD for VOCs analysis.

Thermal Desorption Thermal desorber Desorption temperature Split ratio

UltrA TD/Unity, Markes, U.K.

280 ℃ 1:30 GC/MSD

GC/MSD Column

Agilent 6890N/5973 inert CP Sil 5CB (60m x.25㎜x 1㎛) Column Temperature(℃ )

MSD

50 ℃ (15min)-8 ℃ /min-200 ℃ (18min)-20 ℃ /min-250 ℃(2.75min) Aux temperature : 280 ℃

MS source : 230 ℃ MS Quad. : 150 ℃ Mass range : 35 - 280 m/z

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티가스 모니터(type 1302)와 멀티가스 샘플러(type 1309)를 사용하였으며, 농도측정은 추적가스를 주 입시킴과 동시에 이루어졌다. 측정된 데이터는 RS-223로 연결된 개인 컴퓨터로 전송되어 실시간 으로 저장되도록 하였다.

SF6 농도 감쇠에 의한 환기량 산정은 측정 대상 공간에 SF6의 발생량이 없다고(M = 0) 가정하고, C1은 SF6을 확산시킨 후 농도로 산정하며, C0은 확

산전 SF6 농도로 간주하여 0으로 보고 계산하였 다. 그리고 C는 t시간 경과 후 SF6 가스가 정상상 태가 되었을 때의 농도로 간주하였다. 이로부터 실험을 통해 얻은 각 지점의 정상상태 농도를 평 균하여 다음의 식으로부터 환기량를 산출하였다 (정진원, 2000).

^{Q =- 2.303} ^V_t ^log ^C_C-C¹^-C₀⁰ (1) HCHO Calibration Curve

Re ps on se

1.000e+ 06 9.000e+ 05 8.000e+ 05 7.000e+ 05 6.000e+ 05 5.000e+ 05 4.000e+ 05 3.000e+ 05 2.000e+ 05 1.000e+ 05 0.000e+ 00

0.00 2.00 4.00 Amount

HCHO Calibration Information Processing Method

Channel Type Retention Time

R Standard Error

20050316HCHO 486

LC 10.000 min

0.999611 10811.704218

System Date Name Order R^2

UV_Only_S 16-Mar-05

HCHO 1 0.999222

HCHO Point Table

# Amount Response Calc.Amount %Deviation Manual 1

2 3 4

0.7500 1.5000 3.0000 6.0000

125303.175252 236070.503676 511715.999290 995110.484978

0.753223 1.419069 3.076031 5.981815

0.430 -5.395 2.534 -0.303

No No No No

Fig. 2. Typical calibration curves for target HCHO analyzed in the study.

(6)

_{Q =}Ventilation rate (㎥/h)

C1= internal concentration of tracer gas(㎥/㎥) _{Co =} external concentration of tracer gas(㎥/㎥) t = time period

_{V =} floor surface area(㎥).

2.4. 오염물질 발생량 예측 물질수지 모델 실내환경 중 건축자재, 생활용품별 및 연소기구 별 오염물질을 직접적으로 측정하는 것은 불가능 하나, box model은 완전 혼합된 하나의 공간으로 공기의 유입 및 유출 사이의 관계를 적용하여 실 내공기질을 예측할 수 있다(Ozkaynak H et al., 1982; Nazaroff W. W., 1986).

물질 수지에 의한 실내공기질 모델은 실내공기 오염물질 농도와 관련 변수들 사이의 관계를 나타 낼 수 있는 유용한 방법이며, 오염물질의 확산과 이동, 오염물질 발생강도, 환기율, 제거율 등의 요 인들을 기술한다. 건물전체를 단순히 잘 혼합된 하나의 방으로 가정할 수 있다(Yang, W et al., 2004). 실내공기의 농도변화는 다음과 같이 표현 할 수 있다.

VdCi= mQCodt+Sdt - mQCidt-Rdt (2) 여기서, Ci= indoor concentration (ug/m³), Co= outdoor concentration (ug/m³), Q= air exchange rate (m³/hr) S= source emission rate (ug/hr), R= removal rate (ug/h), V= volume of the space (m³), t= time (hr) and m= mixing factor (0≤m≤1).

식 (2)에서 실내공간의 완전혼합(completely mixed condition, m=1)을 가정하고 재배열 시키면 식 (3) 나타낼 수 있다.

^dC_dtⁱ ^{= IC}o+ S

V- ICi- R

V (3) 여기서, I= air exchange per hour (hr^-1).

식(3)을 식(2)에 대입하고 대상 실내공간에서 완 전혼합(completely mixed condition, m=1)과 반응에 의한 제거가 없다(R=0)고 가정하면, 식(3)은 다음 과 같이 식 (4)으로 나타낼 수 있다.

^{d C}_dt ⁱ ^{= I C}0+ S

V- I Ci (4) 오염물질의 농도가 평행상태(t=∞)에 도달할 때 시간에 따른 농도 변화는 정상상태(dCi/dt=0)로 가 정하면, 목적 공기오염물질의 발생량은 다음과 같 이 나타낼 수 있다.

S =I × ( C_i - C_o) × V (5)

3. 연구결과 및 고찰

3.1 신축공동주택의 실내공기질

입주 전 신축공동주택의 거실과 침실에서의 실 내공기중 formaldehyde를 포함한 휘발성유기화합 물(VOCs)의 농도분포는 Table 3과 같이 조사되었 다. Table에 제시된 바와 같이 오염물질 중 가장 낮은 농도분포를 나타내고 있는 오염물질은 거실 과 침실 모두에서 benzene인 것으로 조사되었으며, 이에 반해 가장 높은 농도를 나타낸 오염물질은 거실과 침실 모두에서 formaldehyde인 것으로 조 사되었다. 침실에 비해 거실에서 높은 농도를 나 타낸 오염물질은 benzene, xylene인 것으로 조사되 었으며, toluene, ethylbenzene, stylene 및 formaldehyde의 경우 침실 농도가 거실의 농도에 비해 높은 것으로 조사되었다. 그러나 거실과 침 실의 공기 중 오염물질별 농도 차이는 통계적으로 유의한 차이를 나타내지 않았다. 이와 같은 결과 는 신축공동주택의 경우 거실과 침실의 공기 간에

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혼합이 원활히 이루어지고 있음을 나타내는 결과 로 사료되며, 이의 결과는 향후 신축공동주택에 대한 실내공기질 조사에 있어 거실과 침실을 동일 한 하나의 공간(one compartment)으로 구분하여 조 사할 수 있음을 시사하는 결과라 할 수 있다. 층별 고도에 따른 차이의 유무를 확인하기 위하여 신축 공동주택을 저층, 중층 및 고층별로 구분하여 각 층별 거실, 침실의 유해공기오염물질의 농도를 비 교한 결과 Table 4와 같이 조사되었다. Table에 제 시된 바와 같이 거실, 침실의 각 오염물질별 농도 간에 통계적으로 유의한 차이가 없는 것으로 조사 되어 신축공동주택의 경우 거실과 침실을 동일한 하나의 공간으로 간주할 수 있음을 확인할 수 있 었다.

Table 5은 층별 실내공기중의 휘발성유기화합물 의 농도를 비교한 결과로 benzene은 중층-고층-저 층, toluene은 저층-중층-고층, ethylbenzene은 고층-

중층-저층, xylene은 고층-중층-저층, stylene은 중 층-고층-저층, formaldehyde는 중층-저층-고층의 순 으로 높은 평균농도값을 보였으나 층별 휘발성유 기화합물의 농도 차이는 통계적으로 유의한 차이 를 보이지 않았다. 이는 층별 휘발성유기화합물 (VOCs)의 농도간 차이는 없는 것을 의미하는 것 으로 이상의 실내공기질 실태조사 결과를 통해 신 축공동주택 내 휘발성유기화합물(VOCs)의 농도는 층별, 공간별(거실과 침실) 농도 간에 차이가 없음 을 알 수 있었다.

3.2 신축공동주택의 환기량

신축공동주택내 기밀성을 조사하기 위해 건물 의 문과 창을 모두 닫은 밀폐상태를 유지하고, 내 부의 모든 방문을 개방한 상태에서 추적가스를 이 용하여 농도감쇠법으로 환기량을 조사한 결과 Table 6와 같은 결과를 얻었다.

Table 3. Concentration of volatile organic compounds in living room and bedroom of newly constructed apartments.

(Unit : ㎍/㎥)

Compound Location N Mean±S.D. p-Value

Benzene Living room Bedroom

27 27

2.76±1.99

2.18±1.66 0.144 Toluene Living room

Bedroom

27 27

77.45±79.71

82.35±80.62 0.786 Ethybenzene Living room

Bedroom

27 27

14.77±17.90

17.54±35.43 0.713 Xylene Living room

Bedroom

27 27

53.57±71.37

50.06±90.71 0.324 Styrene Living room

Bedroom

27 27

8.58±8.79

8.68±9.63 0.963 Formaldehyde Living room

Bedroom

27 27

103.67±52.35

117.09±61.99 0.067

(8)

Table 4. Concentration of volatile organic compounds in living room and bedroom by floor levels in newly constructed apartments.

(Unit : ㎍/㎥) Height of building Compound Location N Mean±S.D p-Value

Low floor

9 9

2.38±1.51

Bedroom

9 9

80.89±86.11

Bedroom

9 9

14.17±17.84

Bedroom

9 9

46.66±57.93

Bedroom

9 9

8.16±6.47

Bedroom

9 9

102.12±40.29

115.82±51.23 0.136

Middle floor

9 9

3.06±2.54

Bedroom

9 9

91.79±76.10

Bedroom

9 9

18.40±20.74

Bedroom

9 9

77.62±92.27

Bedroom

9 9

10.61±8.07

Bedroom

9 9

145.64±49.41

160.64±21.66 0.229

High floor

9 9

2.83±1.97

Bedroom

9 9

59.67±82.73

Bedroom

9 9

11.73±16.33

Bedroom

9 9

36.33±60.39

Bedroom

9 9

6.98±11.68

Bedroom

9 9

63.26±332.26

75.21±39.58 0.501

(9)

시간변동에 따른 추적가스 농도 감쇠는 저층은 y = -0.12x + 45.0(R²= 0.99, p < 0.05), 중층은 y = -0.14x + 47.58(R²= 0.97, p < 0.05), 고층은 y= -.0.22x + 0.01(R²= 0.93, p < 0.05)로 각각 일차 반응식을 나타냈으며, 균일한 감소추이를 보이는 것으로 조 사되었다. 또한 각 층별 공기교환율은 저층, 중층 및 고층 각각 0.37 ACH, 0.32 ACH 및 0.75 ACH로 고층에서 공기교환율이 가장 높은 것으로 조사되 었다.

국내의 경우 2005년부터 아파트 등급표기제가 실시됨과 동시에 실내공기질개선을 위하여 공동 주택에 환기시설을 의무적으로 설치하도록 함으 로서 공동주택의 환기를 설계부터 계획적으로 반 영하도록 규정(안)에 포함하였고, 해당 공동주택 단위세대는 0.7회/h 이상의 환기기준을 마련하고 있다(건설교통부, 2006).

본 연구의 조사된 공기교환율 결과 고층에서 조 사된 공기교환율만이 이의 기준을 만족하는 것으 Table 5. Concentration of volatile organic compounds in floor levels of newly constructed apartment.

(Unit : ㎍/㎥)

Compound Location N Mean±S.D Max Min p-Value

Benzene

Low Middle

High Total

18 18 18 54

2.34±1.33 2.67±2.28 2.39±1.87 2.47±1.84

5.58 7.69 5.66 7.69

0.41 0.47 0.28 0.28

0.855

Toluene

Low Middle

High Total

18 18 18 54

83.88±68.94 83.78±63.49 72.03±103.89

79.90±79.44

294.27 267.01 369.02 369.02

12.27 20.35 1.20 1.20

0.880

Ethybenzene

Low Middle

High Total

18 18 18 54

13.25±13.84 14.59±15.88 20.63±44.04 16.16±27.84

59.32 70.88 187.85 187.85

1.28 2.72 1.26 1.26

0.707

Xylene

Low Middle

High Total

18 18 18 54

42.67±45.56 50.72±70.52 56.63±114.62

50.01±80.67

188.20 305.66 468.29 468.29

4.20 6.06 2.58 2.58

0.847

Styrene

Low Middle

High Total

18 18 18 54

7.80±5.93 9.80±7.96 8.29±12.61

8.63±9.13

18.85 28.18 39.57 39.57

0.66 2.16 1.03 0.66

0.797

Formaldehyde

Low Middle

High Total

18 18 18 54

108.97±45.29 152.94±56.43 69.24±35.56 110.38±57.24

181.73 232.33 115.27 232.33

44.47 34.80 14.93 14.93

0.671

(10)

로 조사되었으며, 저층 및 중층은 이 기준에 미달 되는 것으로 조사되어 저층 및 중층에서는 환기할 수 있는 기계설비의 설치 등 기타 환기교환율을 높이기 위한 조치를 취하야 할 것으로 여겨진다.

3.3 물질수지식을 이용한 발생량 추정

물질수지식을 이용한 신축공동주택 내 휘발성 유기화합물(VOCs)의 발생량을 추정한 결과 Table 7와 같은 각 오염물질별 단일 발생량이 산출되었 다. 발암물질로 알려진 benzene과 formaldehyde는 중층에서 각각 7.17 ㎍/m³/hr, 413.19 ㎍/m³/hr로 가 장 높게 나타났다. xylene, styrene은 중층, 고층, 저층의 순으로 높은 발생량을 보였으며, toluene은 저층, 중층, 고층의 순으로 높은 발생량을 나타냈 다. 반면, ethylbenzene은 고층, 중층, 저층의 순으 로 높은 발생량을 나타내고 있는 것으로 조사되 었다.

신축공동주택 내 휘발성유기화합물(VOCs)의 발

생량에 영향을 미칠 수 있는 인자들의 불확실을 줄이기 위해 Monte carlo simulation을 적용하여 확 률적 휘발성유기화합물(VOCs)의 발생량을 조사한 결과 단일 발생량을 산출한 결과 Table 8과 같은 각 오염물질별 확률적 발생량이 산출되었다. benzene의 경우 저층, 중층 및 고층의 평균 발생추 정량은 각각 6.72 ㎍/㎥/h, 8.72 ㎍/㎥/h, 3.24 ㎍/㎥/h 로 중충에서 가장 높은 평균 발생추정량을 나타냈 으며, 각 층별 Benzene 발생량 추정 범위는 각각 0.09∼13.98 ㎍/㎥/h, 0.05∼24.17㎍/㎥/h, 0.05∼8.24

㎍/㎥/h로 조사되었다. toluene의 경우 저층, 중증 및 고층의 평균 발생추정량은 각각 230.27 ㎍/㎥/h, 277.48 ㎍/㎥/h, 107.89 ㎍/㎥/h로 benzene과 같이 중 충에서 가장 높은 발생량을 나타냈으며, 각 층별 발생량의 범위는 각각 0.80∼578.08 ㎍/㎥/h, 1.89∼

680.78 ㎍/㎥/h, 0.47∼332.42 ㎍/㎥/h로 조사되었다.

ethylbenzen, xylene 및 formaldehyde 역시 중층에서 가장 높은 발생량을 나타냈으며, 저층, 중층, 고층 Table 6. Air exchange rate of each floor in newly constructed apartments.

(Unit : ACH) Low Floor(n=9) Middle Floor(n=9) High Floor(n=9) Total Mean ± S.D

Range

0.37 ± 0.06 0.28 ∼ 0.48

0.32 ± 0.12 0.21∼ 0.57

0.75 ± 0.08 0.60 ∼ 0.89

0.50 ± 0.20 0.21 ∼ 0.89

Table 7. Point estimation of volatile organic compounds emission rate in newly constructed apartments by using mass balance model. (Unit : ㎍/㎥/hr)

Compound Low Meddle High

Benzene Toluene Ethybenzene Xylene Styrene Formaldehyde

6.31 224.53

35.58 115.03

20.83 293.38

7.17 223.07

39.11 1751.19

26.22 413.19

5.91 193.96

57.50 159.47

22.88 182.43

(11)

에서의 평균 발생추정량은 ethylbenzen은 36.78 ㎍/

㎥/h, 49.88 ㎍/㎥/h, 27.57 ㎍/㎥/h, xylene은 115.30

㎍/㎥/h, 172.85 ㎍/㎥/h, 70.14 ㎍/㎥/h, formaldehyde 147.38 ㎍/㎥/h, 528.52 ㎍/㎥/h, 92.36 ㎍/㎥/h로 조사 되었다.

4. 결론

본 연구는 신축공동주택 내 건축자재 등으로부 터 방출되는 formaldehyde를 포함한 휘발성유기화

합물(VOCs)의 발생량을 물질수지모델을 통해 추 정하고자 입주 전 신축공동주택을 대상으로 3단 계 연구 즉, 1단계 실내공기질 실태조사. 2단계 환 기량 조사, 및 3단계 휘발성유기화합물의 발생량 을 추정하였다.

본 연구의 수행을 통해 산출된 결과를 요약하여 제시하면 다음과 같다.

첫째, 신축공동주택내 휘발성유기화합물(VOCs) 의 농도는 benzene과 xylene은 침실에 비해 거실에 서 높은 농도를 나타냈으며, toluene, ethylbenzene, styrene 및 formaldehyde는 침실에서 높은 농도를 Table 8. Probabilistic estimation of volatile organic compounds emission rate in newly constructed apartments by using mass balance model.

Pollutants Floor

Concentration of Emission(㎍/㎥/hr)

Mean S.D. Probability

5% 25% 50% 75% 95%

Benzene

Low Middle

High

6.72 8.72 3.24

4.02 11.50 2.52

2.44 1.65 0.81

4.03 3.48 1.55

5.70 5.97 2.58

8.31 10.48 4.07

13.98 24.17 8.24

Toluene

Low Middle

High

230.27 277.48 107.89

184.78 803.81 135.23

52.44 55.35 12.48

108.53 112.56 34.24

180.11 186.13 66.25

292.96 316.05 131.22

578.08 680.78 332.42

Ethylbenzene

Low Middle

High

36.78 49.88 27.57

41.43 241.12 57.65

5.73 5.89 1.13

13.57 14.58 4.67

24.79 25.15 11.70

44.72 52.64 28.22

104.95 143.61 102.00

Xylene

Low Middle

High

115.30 172.85 70.14

124.14 286.11 129.28

17.84 17.24 3.86

43.23 47.97 13.80

76.94 93.96 32.59

140.54 195.62 74.87

340.29 543.34 258.39

Styrene

Low Middle

High

21.58 31.58 11.24

17.79 46.37 16.64

5.13 5.74 0.92

10.44 12.45 2.81

16.76 21.79 6.11

27.01 37.17 12.79

52.97 83.72 39.72

Formaldehyde

Low Middle

High

147.38 528.52 92.36

64.97 3,593.54 48.32

67.89 181.02 36.67

102.07 285.74 58.81

133.60 393.78 82.06

179.25 556.88 113.17

270.31 977.25 183.56

(12)

나타냈으나 모든 오염물질의 침실과 거실에서의 농도간에는 통계적으로 유의한 차이를 보이지 않 았다. 또한 층고(저, 중, 고층)별로 구분하여 각 층 별 실내공기중의 오염물질별 농도를 조사한 결과 층고별 유해오염물질의 농도는 통계적으로 유의 한 차이가 없는 것으로 조사되었다.

둘째, 신축공동주택 내 모든 방문을 개방한 상 태에서 추적가스를 이용하여 농도감쇠법으로 공 기교환율을 조사한 결과 저층, 중층 및 고층의 공 기교환율은 각각 0.37 ACH, 0.32 ACH 및 0.75 ACH로 고층에서 공기교환율이 가장 높은 것으로 조사되었다.

셋째, 물질수지 모델을 이용하여 신축공동주택 내 휘발성유기화합물(VOCs)의 단일 발생량 및 확 률적 발생량을 추정한 결과 휘발성유기화합물 (VOCs) 대부분이 중층에서 가장 높은 발생량을 나타냈으며, 저층, 고층의 순으로 높은 발생량을 나타내는 것으로 조사되었다.

본 연구는 건축자재 및 생활용품에서 발생되는 오염물질 방출강도 실험을 통한 발생량 예측에 있 어 경제적 및 시간적 손실을 최소화하기 위한 일 환으로 실내공기중 건축자재로부터 방출되는 오 염물질별 발생강도를 예측하기 위한 방법론을 정 립하기 위한 예비연구의 일환으로 수행된 연구로 기존 챔버실험에 의존한 발생량 연구 이외의 다른 연구방향을 제시하였다는데 그 의미를 지닐 수 있 으며, 본 연구의 수행을 통해 획득된 결과를 바탕 으로 향후 다양한 실내환경을 대상으로 연구의 범 위의 확대 등을 통해 보다 정밀한 모델의 작성 및 모델의 검증 등에 관한 연구의 수행이 적극적으로 행하여지기를 기대한다.

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