http://dx.doi.org/10.15250/joie.2014.13.2.153 ISSN 2288-923X (Online)
리모델링 학교 및 신축학교 실내공기질 측정과 대책
유희선1·홍상표2·권우택*
1
가천대학교 도시계획학과,
2청주대학교 환경공학, 을지대학교 보건환경안전학과
Measure and measurements of indoor air quality at remodeling and newly-built schools
Hee-Seon Ryu¹ · Sang-Pyo Hong2· Woo-Taeg Kwon*
1
Dept. of Urban Planning, Gachon University
2
Dept. of Environmental Engineering, Cheongju University Dept. of Environmental Health and Safety, Eulji University (Received 11 June, 2014; Revised 24 June, 2014; Accepted 27 June, 2014)
Abstract
In order to evaluate the quality of indoor air due to the remodeling and newly-built in S City, 60 schools were investigated in formaldehyde (HCHO) and total volatile organic compounds (TVOC
s). One school exceeded the national standard of formaldehyde 100 µg/m
3at 1
stmeasurement. Thirty-eight schools showed higher level of TVOCs over 400 µg/m
3at 1
stmeasurement. Twelve schools showed higher level of TVOCs over 400 µg/m
3at 2
ndmeasurement. This result derived from TVOC
swhich originated from the building materials and finishing materials. To prevent the pollution of indoor air quality at schools caused by formaldehyde and TVOC
s, the recommendation of environmentally-friendly building materials, the diminishment of emission by bakeout process, the efficient combination of natural ventilation and mechanical ventilation, and antibacterial effect of chemical control measures as photo-catalysts should be given positive investigation.
Keywords : Indoor air quality, Newly-built and remodeling school, HCHO, TVOC
s1. 서 론
1.1 연구 배경
국내 서비스산업의 활성화에 따른 실내활동 증가로 실내공기오염에 대한 사회적인식이 높아지고 있다. 자 연적으로 희석되는 실외환경과는 달리 밀폐된 실내공 간은 환기가 잘 되지 않으면 한정된 공간에 오염된 공 기가 지속적으로 누적되기 때문에 오염물질의 농도가 크게 증가할 수 있다. 또한 현대화된 도시인의 경우에 하루 평균 기준으로 85%이상을 실내공간에서 생활하 는 것으로 보고(GRI, 2007)되고 있어 고농도의 오염물 질 위험에 노출되어 있다.
실내공기 유해물질로는 폼알데하이드(HCHO), 일산 화탄소(CO), 이산화탄소(CO
2), 이산화질소(NO
2), 미세 먼지(PM10, PM2.5), 총부유세균, 휘발성유기화합물 (VOCs) 등이 있으며, 이러한 유해물질에 장기간 노출되 었을 경우 인체에 심각한 영향을 미치게 된다. 실내공 기오염 물질에 장기간 노출된 인간은 빌딩증후군(Shin, 1991), 복합화학물질과민증(Park et al., 2007)과, 새집 증후군(Park, 2008) 등의 증상이 나타날 수 있으며, 최 근에는 라돈(Rn)(Seo, 2011)에 의한 인체피해도 발생 하고 있다.
대표적인 실내오염물질은 폼알데하이드와 휘발성유 기화합물이 있으며, 휘발성유기화합물에는 톨루엔(Tol- uene), 벤젠(Benzene), 에틸벤젠(Ethyl-benzene), 자일렌 (Xylene), 스타이렌(Styrene)등이 있다.
*Corresponding author
Tel : +82-31-740-7145 E-mail : [email protected]
실내공간 중 학교의 경우 교실의 실내공기질과 환경 성 질환의 연관성에서 유해화학물질이 학생들의 건강 과 학습수행 능력에 미치는 영향이 문제로 인식되어 교실 실내공기질 관리는 매우 중요한 문제로 대두되고 있다.
1.2 연구 목적
국내의 경우 신체적 성장과정에 있는 유치원생부터 고등학생까지 대부분의 시간을 학교에서 생활을 하고 있다. 그 중 신축학교의 경우, 학생들에게 유해한 영향 을 주는 대표적 유기화합물은 폼알데하이드, 휘발성유 기화합물 등이 있으며, 이러한 유해물질은 학교에서 주 로 생활하는 학생이나 교사들에게 쉽게 노출되어 있는 상황이다(Kwaak and Sakong, 2011).
폼알데하이드 및 휘발성유기화합물의 주발생원은 바 닥재, 페인트 등의 건축자재(Kim, 2009) 및 마감자재 (Lee and Kim, 2011)에서 주로 발생하며, 온도의 변화 에 따라 건축자재에서 다량의 오염물질이 배출되기도 한다(Kim et al., 2008). 최근 실내공기의 중요성을 인 식하여 친환경 자재를 사용함으로써 건축자재에서부터 유해물질 발생량을 감소시키기 위해 많은 노력을 하고 있다(Yoo and Park, 2006).
타 연구에 의하면 실내오염물질에 장기간 노출되었 을 때 학생들의 학습수행 능력에 미치는 영향은 질병 으로 인한 수업 결손 및 집중력, 계산, 기억을 필요로 하는 학습능력의 저하를 가져올 수 있으며(Shendell et al., 2004; Mendell and Heath, 2005), 학생들에게 천식 등의 호흡기 질환을 야기 할 수 있다고 보고하였다 (Daisey, 2003). 최근 세계보건기구는 2012년에 전세계 에서 약700만 명이 대기오염에 의해 사망한 것으로 발 표하였다. 이중 실내대기오염에 의한 사망인구수는 330만 명, 실외대기오염 사망인구수는 260만 명으로 추정되었다고 보고하였다(UNEP, 2014).
따라서 본 연구에서는 서울시에 소재하는 유치원부 터 고등학교까지 2011년부터 2013년도에 지어진 리모 델링 학교 및 신축학교를 연구대상으로 선정하여 실내 에서 방출되는 화학물질을 측정하여 학생과 교직원의 건강을 보호하기 위한 대책을 제시하고자 한다.
2. 실험 방법
2.1 연구대상
서울특별시에 위치하고 있는 신축학교나 기존교실 리모델링 학교를 대상으로 폼알데하이드, 총휘발성유 기화합물을 Table 1과 같이 1차, 2차 측정하였다. 2
차 측정은 신규 유치원 3곳과 1차 측정에서 학교보건 법 유지기준을 초과한 학교에 대해서 재측정을 실시 하였다.
2.2 시료포집 방법
폼알데하이드와 총휘발성유기화합물의 측정조건 조 성을 위해 측정위치에서 30분 이상 충분히 환기 후 5 시간 이상 밀폐를 유지한 후에 교실 내 학생이 없는 상 태에서 측정하였고, 각각의 소용량 흡인펌프(SIBATA Minipump) 에 2,4-DNPH 카트리지(HCHO)와 Tenax - TA 튜브(TVOCs)를 장착하여 폼알데하이드는 1.0 L/
min의 유속으로 30분 총 30 L의 공기를, 총휘발성유기 화합물은 0.1 L/min의 유속으로 30분간 총 3 L의 공기 를 각각 연속 2회 포집하였다.
2.3 분석방법
2.3.1 폼알데하이드(HCHO)
고성능액체크로마토그래프(HPLC)를 사용하여 1.0 mL/min 유량으로 이동상(증류수 : 아세토니트릴 = 6 : 4) 을 사용했으며 Fortis C18(150 × 4.6 mm) 컬럼에 25 ml의 시료를 주입하였다.
2.3.2 총휘발성유기화합물(TVOCs)
기체크로마토그래프질량분석기(GC/MS)를 사용하여 1 mL/min 의 유량으로 주입하였고 Elite-5MS L60 m ID 0.25 DF 1 Temp range column을 사용하여 측정하 였다. 자동열탈착장치(Turbo Matrix 150ATD-Perk- inelmer) 는 50 mL/min 유량으로, 저온농축 트랩은 고 체 흡착관(Tenax-TA)를 사용하였고 34분 동안 탈착하 였다.
각 물질의 농도는 환경분야 시험검사 등에 관한 법 률 제6조제1항제3호 다중이용시설등의 실내공기질 관 리법에 의거하였다.
Table 1. Number of 1
stand 2
ndmeasurement at various schools
Classification 1st measurement
2nd measurement Kindergarten 31 24 (new 3)
Primary school 11 9
Middle school 7 4
High school 7 3
Other school 1 1
Sum 57 41
3. 결 과
3.1 폼알데하이드 초과율
폼알데하이드는 60개의 학교에 대해 1차(57개교), 2 차(추가3개 포함 4개교) Table 2 및 Fig. 1과 같이 1차 측정 시 전체 57개교 중 1개교가 초과하여 약2 %의 초과율을 보였으나, 2~3개월 사이에 1차 측정 시 초과 1개교와 신축유치원 3곳을 추가하여 2차 측정한 결과 2차는 (0/4)로 유지기준을 만족하여 1, 2차 총 60개교 중 1 차 1개교를 제외하고는 유지기준 이하로 검출되었다.
3.2 총휘발성 유기화합물(TVOCs) 초과율
60개의 학교에 대해 1차(57개교), 2차(추가3개교 포 함 41개교) 총휘발성유기화합물은 Table 3 및 Fig. 2와 같이 1차 측정 시 57개교 중 학교군별(유치원, 초등학
교, 중학교, 고등학교, 기타학교로 분류하여 이하 학교 군으로 명칭함) 유치원 21개교, 초등학교 9개교, 중학 교 4개교, 고등학교 3개교 초과, 기타학교는 1개교가 초과하였으며 전체 57개교 중 38개가 기준치를 초과하 여 측정 학교 과반수 이상 이 유지기준을 초과하였으 며, 2~3개월 사이에 1차 측정 시 초과 38개교와 신축 유치원 3곳을 추가하여 2차 측정결과 2차는 유치원 6 곳, 초등학교 2곳, 중학교 3곳, 고등학교 1곳이 유지기 준을 초과하였다.
3.3 학교군별 오염물질 농도
폼알데하이드는 1차 측정에서 초과한 1개교의 농도 는 109.6 µg/m
3였고, 2차 측정 농도는 13.0 µg/m
3로 1 차 측정 농도에 비해 약 88.1% 저감되었으며 1, 2차 Table 2. Excess rate of HCHO criteria at various schools
Classification 1st measurement
2nd measurement Criteria ( µg/m
3) 100 100 Kindergarten Excess
/total 1/31 0/4 (new 3) Primary school Excess
/total 0/11 − Middle school Excess
/total 0/7 −
High school Excess
/total 0/7 −
Other school excess
/total 0/1 −
sum excess
/total 1/57 0/4
Fig. 1. 1st Formaldehyde excess rate at various schools.
Table 3. Excess rate of TVOCs criteria at various schools Classification 1st
measurement
2nd measurement Criteria ( µg/m
3) 400 400 Kindergarten Excess
/total 21/31 6/24 (new 3) Primary school Excess
/total 9/11 2/9 Middle school Excess
/total 4/7 3/4
High school Excess
/total 3/7 1/3
Other school Excess
/total 1/1 0/1
Sum Excess
/total 38/57 12/41
Fig. 2. 1st TVOC excess rate at various schools.
폼알데하이드의 농도는 Table 4와 같고, Fig. 3에서 알 수 있듯이 유치원의 최대값 109.6 µg/m
3를 제외하고 모든 학교군별에서 기준치를 만족하였다.
총휘발성유기화합물의 1차 측정평균농도는 487.6 µg/m
3였고, 2차 평균농도는 366.06 µg/m
3로 2차 측정 농도가 1차 측정 농도에 비해 평균 24.92% 저감되었
으며 Table 5 와 Fig. 4 및 Fig. 5와 같이 총휘발성유기 화합물의 경우 1차 측정에서 학교군별 최대값이 기준 치 400 µg/m
3을 초과하였고, 유지기준의 약 10.3배를 초과하는 4,122 µg/m
3의 고농도가 검출되었다. 2차 측 정 시 총휘발성유기화합물의 농도는 1차 측정 시보다 감소하는 것이 보였으며, 평균농도가 유지기준을 초과 Table 4. 1
stand 2
ndanalysis Formaldehyde Concentrations at various schools
Classif-ication Mean Maxi-mum Mini-mum
Kindergarten 1st 20.5 109.6 2.5
2nd 15.34 23.7 9.8
Primary school 1st 24.4 71.2 4.3
2nd − − −
Middle school 1st 17.0 43.6 4.7
2nd − − −
High school 1st 16.2 44.4 3.0
2nd − − −
Other school 1st 7.2 13.3 4.1
2nd − − −
※ criteria : 100 µg/m
3Fig. 3. 1st Formaldehyde Concentrations at various schools.
Table 5. TVOCs Concentrations at various schools (µg/m
3)
Classif-ication Mean Maxi-mum Mini-mum
Kindergarten 1st 541.2 4,122.0 31.3
2nd 373.7 757.2 208.4
Primary school 1st 512.6 1,814.9 47.0
2nd 420.4 1,479.3 202.1
Middle school 1st 576.2 2,779.7 82.1
2nd 449.3 695.3 245.6
High school 1st 370.1 2,018.3 66.5
2nd 303.4 427.9 278.6
Other school 1st 437.9 524.8 329.1
2nd 283.5 333.1 233.9
Fig. 4. 1st TVOCs Concentrations at various schools.
하는 학교군이 초등학교, 중학교로 나타났다. 또한, 총 휘발성유기화합물의 최고농도는 초등학교에서 유지기 준의 약 3.7배를 초과하는 1,479.3 µg/m
3의 농도로 검 출되었다.
4. 고 찰
본 연구는 최근 3년안에 건축한 S시에 소재한 60개 교 유치원 34개교(신축 14곳, 리모델링 20곳), 초등학 교 11개교(신축), 중학교 7개교(신축), 고등학교 7개교 (신축), 각종학교 1개교(리모델링)를 대상으로 폼알데 하이드, 총휘발성유기화합물을 측정하였다.
1 차 측정의 경우 폼알데하이드는 리모델링한 유치원 1 개교가 유지기준을 초과(109.6 µg/m
3) 하였고, 이외의 학교에서는 유지기준 미만으로 검출되었다.
총휘발성유기화합물은 유치원 21개교(리모델링 13 개교, 신축 8개교), 신축초등학교 9개교, 신축중학교 4 개교, 신축고등학교 3개교, 각종학교 1개교가 유지기준 을 초과하였다.
폼알데하이드의 2차 측정은 1차 측정 후 2~3개월 사 이에 1차 측정 시 초과한 1개교 와 신축유치원 3개교 를 포함하여 4개교를 측정한 결과 모두 유기지준이하 로 검출되었다.
총휘발성유기화합물의 2차 측정은 유치원 6개교(리 모델링 3개교, 신축 3개교), 신축초등학교 2개교, 신축 중학교 3개교, 신축고등학교 1개교가 유지기준을 초과 하였다.
본 연구결과 폼알데하이드의 1차 평균농도는 20.5 µg/m
3였고, 2차 평균농도는 15.34 µg/m
3로 2-3개월 사 이에 평균5.16 µg/m
3저감되었고, 총휘발성유기화합물 의 1차 평균농도는 487.6 µg/m
3였고, 2차 평균농도는 366.06 µg/m
3로 2-3개월 사이에 평균 121.54 µg/m
3저 감되었다. 이결과로 실내오염물질이 시간의 경과함에
따라 오염물질이 저감되는 것을 확인하였으나, 환기의 방법이나 주변 환경에 따라 다소 차이가 발생하는 것 으로 추정되며, 오염물질이 법적규제 미만으로 저감되 기까지에는 많은 시간이 걸릴것으로 판단되며, 2006년 에 발표한 “현장실험을 통한 친환경건축자재의 VOCs 및 폼알데하이드의 방출특성”에 의하면 건축자재에서 발생되는 오염물질이 최초에는 고농도로 발생되나 시 간 경과 후에는 감소하는 경향과 일치하고 있음을 확 인하였고, 2003년에 Daisey 등이 발표한 “Indoor air quality, ventilation and health symptoms in schools: an analysis of existing information” 에 의하면, 총휘발성유 기화합물은 어린이의 아토피증상과 상관관계가 높으며, 주변 환경에 민감한 어린이나, 장기간 학교에서 생활하 는 초·중·고등학교 학생들의 건강과 학습수행능력에 악영향을 주는 것으로 확인되어 이를 예방하고자 단기 간 안에 실내공기오염을 개선할 수 있는 방안은 다음 과 같다.
1. 친환경 건축자재를 사용함으로써 발생되는 유해 물질을 근원적으로 저감시키는 것이다. 친환경소재 제 품을 이용할 경우 일반자재에서 발생하는 총휘발성유 기화합물의 농도가 약 1.7배가량 낮게 검출되었으며, 오염물질 방출량이 일정해지는 시기가 일반자재보다 약 50일 정도 단축되는 것으로 연구(Yoo and Park, 2006) 되었다. 다만 일반자재 비용보다 높기 때문에 건 축비에 영향을 미칠 수 있기 때문에 물질안전보건자료 (MSDS) 를 이용하여 가장 적합한 자재를 사용하면 될 것으로 판단된다.
2. 베이크아웃(Bakeout)을 통해 발산량을 극대화시키 는 방법이다. 밀폐된 실내를 35~38
oC 로 3일간 가온 후 에 환기하면 폼알데하이드 경우에는 약 50%, 총휘발 성유기화합물의 경우 약 25% 정도의 효과가 나타나는 연구(Yoo et al., 2005)결과에 따라, 약 4~5일 정도 베 이크아웃을 실시하면 단기간에 오염물질을 저감하는데 효율적이라 판단된다.
3. 광촉매 등의 촉매제를 통해 냄새제거, 향균, 살균 의 효과를 증진시켜 실내오염물질을 저감시키며, 식물 (Lee, 2013) 등을 이용하여 실내에 존재하는 각종 오염 물질을 제거 할 수 있다.
5. 결 론
학생들과 교사들의 인체에 영향을 미치는 대표적인
실내오염물질 중 총휘발성유기화합물와 폼알데하이드
가 다량으로 발생되는 최근 3년 이내에 지어진 리모델
링 학교 및 신축학교를 대상으로 농도를 1차, 2차에 걸
Fig. 5. 2nd TVOCs Concentrations at various schools.
쳐 2회 측정한 결과 폼알데하이드의 경우 2차 측정 시 모든 학교가 유지기준 이하로 검출되었지만, 총휘발성 유기화합물의 경우 2차 측정 시 60개교 중 12개교가 유지기준을 초과하였다.
폼알데하이드는 1차 측정에서 초과한 1개교에 대하 여 2차 측정 농도가 1차 측정 농도에 비해 약 88.1%
저감되었고, 2차 측정 시 유지기준이하로 검출되었다.
총휘발성유기화합물은 2차 측정 평균농도가 1차 측 정 농도에 비해 약 24.92% 저감되었다. 1, 2차 측정결 과 시간이 경과함에 따라 농도가 저감되는 것을 확인 하였으나, 학교에 체류하고 있는 기간에 학생과 교사는 피해를 입었을 것으로 판단된다.
따라서, 단시간에 오염물질을 저감 할 수 있는 방안 으로 친환경건축자재 사용, 베이크아웃 실시, 광촉매 및 식물을 이용하는 저감방법을 고려하는 것이 바람직 하다고 판단된다.
특히, 총휘발성유기화합물에 대해서 3일간 베이크아 웃을 실시한 경우 약 25%의 저감효과를 보인 연구결 과와 본 연구의 실험결과 2~3개월 동안 약 24.92% 저 감된 효율을 비교하면 베이크아웃이 시간 대비 우수한 저감효과가 있을 것으로 판단된다.
References
