http://dx.doi.org/10.15250/joie.2014.13.1.28 ISSN 2288-923X (Online)
도로 인접 어린이집의 실내공기질 일변화 특징
김종범1,2·이광재1·류성희1·이재영1·우성호1·이승복1,2·윤성택2·배귀남1,2,*
1한국과학기술연구원 환경복지연구단
2고려대학교 그린스쿨 에너지환경정책기술대학원
Diurnal variation of air pollutants at a day-care center near the heavy road
Jong Bum Kim1,2· Gwangjae Lee1· Sung Hee Ryu1· Jae Young Lee1· Sung-Ho Woo1 Seung-Bok Lee1,2· Seong-Taek Yun2· Gwi-Nam Bae1,2,*
1Center for Environment, Health and Welfare Research, Korea Institute of Science and Technology (KIST)
2Green School (Graduate School of Energy and Environment), Korea University (Received 12 January, 2014; Revised 2 March, 2014; Accepted 17 March, 2014)
Abstract
Day-care center is one of living micro-environments for children. In urban area, day-care centers may be influenced by air pollutants emitted from the vehicle exhaust. In this work, diurnal variation of major pollutants and effect of outdoor air on indoor air quality were investigated using real-time instruments for a day-care center located near the heavy road. 48-h continuous monitoring at both indoor and outdoor were made in summer. The day- care center equipped with ceiling system air-conditioners was operated from 7:30 a.m. to 19:30 p.m. Indoor CO2 concentration responded greatly to the human activity. Indoor NO2 concentration shows a big difference between daytime and nighttime, implying that outdoor NO2 may penetrate into the indoor through opening of doors or windows during the daytime. Indoor to outdoor concentration ratio of submicron particle surface area is < 1 due to the penetration of outdoor ultrafine particles.
Keywords : Day-care center, Indoor air quality, NO2, Particle, Roadside
1. 서 론
기혼 여성들의 사회진출 증가로 많은 어린이들이 보 육과 교육을 받을 수 있는 어린이집 또는 유치원에서 낮 시간을 보내고 있으므로, 어린이집의 실내공기질에 대한 관심이 높아지고 있다(Kim et al., 2013). 통계청 자료에 따르면, 1993년 5,490개소에 불과했던 어린이 집의 수는 2012년 42,527개소로 7.7배 증가하였고, 이 용하는 영유아의 수도 1993년 153,270명에서 2012년 1,487,361명으로 9.7배 증가하였다(MHW, 2013). 주택 을 제외하고 영유아들이 가장 오랫동안 머무르는 어린
이집의 실내공기질 관리가 매우 중요함에도 불구하고, 2011년 환경부에서 전국 1,321개소 어린이집을 대상으 로 실시한 실내공기질의 조사결과에 따르면, 172곳 (12.1%)에서 유지기준을 초과하였다. 보건복지부의 보 육통계자료에 의하면, 국내 보육시설의 경우 보육교사 당 유아의 비율이 17.73명으로 스웨덴에 비하여 3배가 높으며, 보육시설의 보건 관련 전문가는 전체 종사자의 약 0.6%를 차지하고 있어 보육시설의 실내공기질 유 지관리 능력이 매우 부족한 실정이다(Lim, 2011). 최근 우리나라 어린이들의 환경성 질환에 대한 진료인원이 2003년 583만명에서 2009년 830만명으로 29.8% 증가 하였고, 그 중 9세 이하의 아동 진료환자는 전체 진료 환자 수의 25% 이상을 차지하는 등 어린들의 보건 및 환경관리가 취약한 상황이다(NHI, 2010). 환경부는
*Corresponding author
Tel : +82-2-958-5676 E-mail : [email protected]
2007년 제정된 환경보건법에 어린이의 건강보호를 명 시하여 환경오염에 민감한 어린이들의 건강보호를 정 책의 최우선 과제로 삼고 있으며, 어린이의 활동공간인 실내·외 놀이터 등에 대해서 환경 안전관리기준을 마 련하고, 보육시설과 아동복지시설 등에 대한 실내공기 질의 개선사업을 실시하는 등 아토피, 천식과 같은 환 경성 질환을 유발하는 원인을 관리하기 위해 노력하고 있다(Ko, 2008).
지속적인 대기환경 개선정책의 실시에 힘입어 SOx, CO, Pb, TSP(total suspended particulate)와 같은 1차 오염물질의 농도는 감소하는 경향을 보였으나, O3, NOx, 미세먼지(PM10)는 저감 효과가 미미하거나 오히 려 증가하는 것으로 나타났다(Kim and Yeo, 2013). 미 세입자는 심폐질환으로 인한 수명단축과 시정(visibil- ity) 감소의 원인으로 작용하여 건강에 직·간접적인 피 해를 주며, NOx는 호흡을 통해 체내로 유입되어 헤모 글로빈의 산소운반 능력 저하, 호흡곤란, 점막자극을 유발하고, O3은 기도수축, 호흡곤란, 기관지염, 심장질 환, 폐기종 및 천식의 악화를 일으키며(Kim, 2009), 이 러한 오염물질이 영유아에게 장기간 노출 시 치명적인 영향을 미칠 수 있다고 알려져 있다(Yu et al., 2007).
Laden et al.(2000)은 미국 6개 대도시를 대상으로 실시 한 실험에서 PM10 농도가 10 µg/m3 증가할 때마다 사 망률이 1.5% 증가하고, 특히 그 중 초미세입자 (ultrafine particle, UFP)는 대기 중에 오랫동안 부유하 여 수 천 km까지 이동할 수 있으며, 세포 깊숙이 침투 하여 폐 등에 치명적인 영향을 미치는 것으로 보고하 였다(Gwinn and Vallyathan, 2006).
실내에서 배출된 오염물질과 외부에서 유입된 오염 물질이 혼합되어 실내공기질에 영향을 미치므로, 적절 한 공조시스템, 환기설비 및 공기정화기의 운영을 통한 실내공기질의 관리가 필요하고, 부적절한 관리에 의해 오염물질이 실내에 농축되어 재실자들이 고농도 오염 물질에 노출될 수 있다. 국내 어린이집의 실내공기질은 2004년 5월부터 시행된 「다중이용시설 등의 실내공기 질관리법」에 의하여 연면적 430 m2 이상인 국공립, 법인, 직장 및 민간 어린이집을 대상으로 관리되고 있 으며, 환경부에서는 주기적으로 어린이집의 실내공기 질 현황을 조사하고 있다.
어린이들은 면역력이 약해 순간적으로 고농도의 오 염물질에 노출 시 건강상의 영향을 크게 받을 수 있으 므로, 오염물질의 일변화 패턴과 실내 오염도 변화에 따른 공기질 관리가 수행되어야 하나 대부분의 연구가
「다중이용시설 등의 실내공기질관리법」에서 지정하 고 있는 유지기준과 권고기준의 오염물질을 대상으로
평균값만 제시하고 있다(MOE, 2003). Kim et al.
(2009)은 서울시 소재 어린이집 20개소를 대상으로 10 개 오염물질의 기준 초과 여부를 제시하였고, Kim (2009)은 김해시 소재 유치원 4개소를 대상으로 하루 중 10~15시 동안 6개 오염물질(PM10, CO2, CO, NO2, TVOC, O3)의 평균 농도를 제시하였다. Ko(2010)는 서 울시 소재 어린이집 3개소를 대상으로 10개 오염물질 을 측정하여 평균 농도를 제시하고, 시설의 이용 및 관 리 실태와 이용자의 질병 현황 및 체감 공기질 만족도 를 조사하였다. Lim(2011)은 전국 135개 보육시설 및 복지시설을 대상으로 온도, 상대습도와 4개 오염물질 (CO2, PM10, HCHO, TVOC)을 측정하여 측정값의 분 포(평균, 표준편차, 중앙값, 최대, 최소)와 함께 기준 초 과율을 제시하였다. 또한, 6개 시설에 대하여 등원 전, 등원 후 오전 및 오후로 구분하여 상세 측정도 실시하 였고, 10개 시설에 대하여 동절기, 하절기 및 중간기로 구분하여 계절적 실내공기질의 변화도 조사하였다. 일 부 연구에서 시간별 어린이들의 생활패턴에 따른 노출 정도를 평가하였으나(Jung, 2006; Jang, 2009), 이것도 어린이들의 등원, 하원 및 재실에 따른 구분일 뿐 실시 간 연속측정을 통한 오염물질의 일변화 패턴분석 연구 는 거의 수행된 바 없다.
광화학 반응으로 생성된 O3과 자동차에서 배출된 NOx가 어린이들의 건강에 매우 위협적일 수 있으며 (Shin et al., 2012), 최근 International Agency for Research on Cancer(IARC, 2012)에서 디젤 자동차에 서 배출된 배기가스 중 검댕 등의 입자상 오염물질이 암을 유발시킬 수 있다고 발표함에 따라 외부에서 발 생된 오염물질이 실내로 유입되어 실내공기질에 미치 는 영향을 파악할 필요가 있다.
이에 본 연구에서는 2013년 여름철에 대도시의 도로 변에 위치한 어린이집을 대상으로 가스상 및 입자상 오염물질을 모니터링할 수 있는 실시간 측정장비를 사 용하여 실내공기질의 일변화 특징과 외부 오염물질의 실내유입 가능성을 조사하였다. 또한, 인근 도시대기 측정소(air quality monitoring station, AQMS)에서 관 측된 대기오염도(NO2, O3, PM10) 자료와 비교하였다.
2. 연구 방법
2.1 어린이집의 현황
연구대상인 어린이집의 위치와 주변지역의 토지이용 현황을 Fig. 1에 나타냈다. 어린이집은 서울시 영등포 구의 영등포에서 신도림 방면으로 이어지는 경인로(왕 복 8차선, 버스전용도로 2차선 포함)변에 위치한 4개
동의 산업센터 건물 중 가장 높은 17층 건물의 1층에 위치하였으며, 매일 등원하는 어린이는 총 44명으로 오전 7시 30분부터 오후 19시 30분까지 운영하였다.
직원으로 원장을 포함하여 8명이 근무하였다. 어린이 집 북쪽으로는 총 18개동의 아파트 단지와 대형마트가 위치하였고, 남서쪽에는 소규모 철강 공업단지가 있어 도로나 공업단지에서 발생된 오염물질이 풍향에 따라 어린이집의 실내공기질에 영향을 미칠 수 있는 환경이 었다. 어린이집에서 북서쪽으로 약 1.2 km 떨어진 위 치에 도시대기 측정소가 위치하였다.
어린이집은 중앙의 유희실과 화장실을 중심으로 북 쪽으로 3개의 보육실이 있고, 남쪽으로 1개의 보육실, 원장실, 교사실 및 조리실 순서로 배치되어 있었다. 조 리실 옆에 건물 실내와 연결된 비상출입문이 있었다.
이중문으로 되어 있는 현관을 통해 출입하며 유희실을 거쳐 각 방으로 이동하고, 유희실에 인접한 화장실은 문이 없는 개방형 구조로 되어 있었다. 어린이집은 대 형건물의 1층에 위치하고 각방에 천장형 시스템에어컨 이 설치되어 있었으며 별도의 공기정화기는 없었다. 북 쪽 보육실 근처에 대형트럭이 물건을 운반하는 하역장 이 있어 환기를 위한 창문 개방 시 외부 오염물질의 유 입이 우려되었다.
대부분의 아이들이 아침 7시 30분부터 9시 사이에 등원하였고, 17시를 시작으로 19시까지 모두 하원하였 다. 어린이들은 등원 이후 특별한 외부활동 없이 어린 이집 내부에서 모든 생활이 이루어졌으며, 보통 12~13 시에 점심, 13~15시에 오침, 17~18시 사이에 외벽에 설치된 창문을 개방하고 청소하였다. 측정기간 동안 어 린이들은 동일한 일정에 따라 생활하였으며, 하루 일과 표를 Table 1에 기술하였다.
2.2 측정
서울시 영등포구에 위치한 어린이집을 대상으로 2013년 8월 28일 19시부터 30일 19시까지 48시간 동 안 실시간 측정장비를 사용하여 가스상 및 입자상 오 염물질의 일변화 특징을 조사하였다. 외부에서 발생된 오염물질이 어린이집 실내오염에 미치는 영향을 검토 하기 위해 일부 입자상 오염물질에 대해 실내와 실외 에 동일한 모델의 측정장비를 설치하여 동시에 모니터 링하였다.
실내에서 모든 어린이들이 이용하는 공간으로 현관 을 통해 출입문과 인접하여 외부공기의 영향을 가장 크게 받을 것으로 예상되는 유희실을 실내의 대표지점 (indoor, I)으로 선정하였다. 어린이집 운영시간인 7시 Fig. 1. Map and indoor layout of the day-care center investigated in this study.
30분부터 19시 30분까지 건물 외부에서 오염물질의 일 변화 특징을 파악하기 위하여 어린이집 출입문 근처를 실외의 대표지점(outdoor, O)으로 선정하였다. 그런데 29일 새벽부터 오후까지 비가 내려 부득이 29일의 경 우 외부 대신에 어린이집의 현관(entrance, E)에서 측 정하였고, 30일 7시 30분 이후 건물 외부에서 실외 공 기질을 측정하였다. Fig. 1에서 I, O, E는 각각 실내, 실외, 현관의 측정위치를 나타낸 것이다.
입자상 오염물질의 측정장비로는 10~420 nm 입자의 개수농도와 입경분포를 측정할 수 있는 Nanoscan (model 3910, TSI)과 0.25~32 µm 입자의 개수농도와 입경분포를 측정하고, 이것으로부터 PM10농도를 산출 하는 Dust Monitor(model 1.109, Grimm), 10~1,000 nm 입자가 인체에 침투하였을 때 폐에 침착할 수 있는 표면적농도를 측정할 수 있는 Nanoparticle Aerosol Monitor(NAM, model aerotrak 9000, TSI)를 사용하였 다. 가스상 오염물질의 측정장비로는 도로상 자동차에
서 배출되어 실내에 영향을 줄 수 있는 NO, NO2 농도 를 측정할 수 있는 NOx Analyser(model 42i, Thermo) 와 광화학 스모그 시 생성되는 O3농도를 측정할 수 있는 O3 Analyser(model 49i, Thermo)를 사용하였다.
그리고 실내환경의 기본적 기상인자(온도, 상대습도)와 재실자의 수와 환기 정도를 간접적으로 나타내는 CO2
농도를 측정하기 위하여 IAQ Monitor(model IQ- 610Xtra, Graywolf)를 사용하였다. 오염물질의 일변화 특징을 파악하기 위해 48시간 연속으로 측정하였고, 모든 측정장비는 1분 간격으로 데이터를 저장하여 분 석하였다. 어린이집의 운영시간 동안 측정자가 상주하 여 어린이의 활동 등을 기록하였다.
3. 결과 및 고찰
3.1 실내 기상인자 및 가스상 오염물질의 일변화 특징 어린이집은 운영시간 동안 천장형 시스템에어컨을 Table 1. Diurnal time activity at the day-care center
Date Time Activity Monitoring location Remark
28 August 18:47 Start of monitoring Playroom
(Indoor) Entrance
29 August
07:30~09:00 Children enter day-care center
Playroom Entrance
Rainy precipitation:
21.5 mm 10:00~10:30 Snack time
09:30~11:00 Cooking at kitchen 12:00~13:00 Lunch time 13:00~15:00 Nap time
14:00~18:00 Cargo work behind the day-care center 15:30~16:00 Snack time
17:00~18:00 Frolic at playroom
17:30~18:00 Cleaning time (open the window) 18:00~19:00 Children go home
19:30 Closing of day-care center
30 August
07:43 Movement of 2nd instrument set
Playroom
Entrance → Outdoor 07:30~09:00 Children enter day-care center
Outdoor 10:00~10:30 Snack time
10:00~11:00 Cooking at kitchen 12:00~13:00 Lunch time 13:00~15:00 Nap time
14:00~14:20 Cooking at kitchen 15:30~16:00 Snack time 17:00~18:00 Frolic at playroom
17:30~18:00 Cleaning time (open the window) 18:00~19:00 Children go home
가동시켜 여름철 실내 온도를 제어하고 있었다. 어린이 집 실내(유희실) 온도의 일변화를 나타낸 Fig. 2(a)를 보면, 시스템에어컨의 가동이 중단되는 19시 30분 이 후 온도가 빠르게 증가하여 23시부터 다음 날 아침 7 시 30분에 다시 가동되기 전까지 거의 일정한 높은 온 도(2일 평균 28.8 ± 0.15oC)를 유지하다가 시스템에어 컨이 가동되는 7시 30분 이후 온도가 낮아져 운영시간 동안 26 ± 0.5oC로 실내 온도가 잘 유지되었다. 또한, 외부 날씨와 무관하게 이틀 동안 실내 온도의 일변화 경향이 매우 유사하였다.
상대습도를 나타낸 Fig. 2(b)를 보면, 28일 19시 30 분경 시스템에어컨의 가동을 중지함에 따라 온도가 상 승하여 상대습도가 낮아져 밤 시간 동안 일정하게 유 지되다가 29일 7시 30분경 시스템에어컨의 가동에 의 해 온도와 함께 상대습도도 일시적으로 낮아졌으나 29 일 새벽부터 내린 비로 인해 낮 시간 동안 지속적으로 증가하다가 비가 멈추기 시작하는 15시경부터 63~
70% 범위에서 변동되다가 20시 이후에 서서히 감소하 였다. 30일의 경우 온도에 비해 변동은 크지만 상대습 도가 50~65% 범위를 유지하였다. 시스템에어컨의 경 우 주 기능이 온도 제어이고, 제습 기능은 약하므로 실 내 상대습도는 외부 날씨에 영향을 많이 받았다.
실내에서 CO2는 주로 재실자의 호흡에 의해 배출되 고, 실외의 CO2 농도가 낮으므로 외부 공기의 유입으 로 인한 실내의 환기 상태를 나타내는 지표로 많이 사 용되고 있다(Seppanen et al., 2004). 어린이집 실내의 CO2농도의 일변화를 나타낸 Fig. 3을 보면, 어린이들 과 직원들이 모두 집으로 귀가하는 19시 30분부터 CO2 농도가 낮아져 어린이집을 개방하기 전의 새벽 시 간대 CO2 농도는 약 421 ppm으로 거의 일정하게 유지 되었다. 아침에 어린이들이 등원하면서 CO2농도가 지 속적으로 증가하다가 10시경 아이들의 등원이 완료되
고 재실자의 수가 일정하게 유지되자 최대 900 ppm 이 내에서 변동하였다. CO2 농도는 점심시간 환기를 위해 창문을 개방한 시간대와 아이들의 오침 시간대에 감소 하였다가 활동이 시작되는 15시부터 다시 증가하였고, 아이들이 하원하기 시작하는 17시부터 다시 감소하였 다. 이틀 동안 CO2 농도의 일변화 경향은 매우 유사 하였고, 29일과 30일의 운영시간 동안 평균 CO2 농도 도 각각 674 ± 102, 668 ± 112 ppm으로 거의 차이가 없었다.
NO는 자동차에서 연료의 연소과정에서 배출되는 대 표적인 1차 오염물질로, 대기 중에 존재하는 NOx의 90% 이상이 NO로 배출되어 대기 중 O3과 반응하여 NO2로 변환되며(Barbara and James, 2000), O3 역시 자동차 배기가스 등에서 배출된 NOx와 탄화수소 (hydrocarbons)가 햇빛의 자외선에 의한 산화반응을 통 해 생성되는 2차 오염물질이다(Kim et al., 2008). 실내 에서 NO, NO2는 조리 시 발생될 수 있고, O3의 경우 복사기나 프린터 사용 시 발생된다. 이 어린이집의 경 Fig. 2. Diurnal variation of meteorological factors at the day-care center.
Fig. 3. Diurnal variation of CO2 concentration at the day- care center.
우 주방이 한쪽에 격리되어 있고, 복사기도 소량 순간 적으로 사용되기 때문에 내부에서 발생된 오염물질의 영향보다 외부에서 유입되는 오염물질의 영향이 클 것 으로 생각된다. 향후 보다 상세한 연구를 통해 이들 오 염원의 영향을 규명할 필요가 있다.
Fig. 4는 측정기간 동안 실내 가스상 오염물질 농도 의 일변화를 10분 평균값과 측정대상 어린이집에서 가 장 가까운 곳(북서쪽으로 1.2 km)에 위치한 영등포구 도시대기 측정소의 1시간 평균 AQMS 관측값을 함께 나타낸 것이다(SAQI, 2013). 실내 NO 농도의 일변화 를 나타낸 Fig. 4(a)를 보면, 자정 이후 어린이집을 개 방하기 전까지 NO 농도는 2 ppb 이하로 매우 낮게 유 지되었으며, 어린이집의 운영시간 동안에는 사람들의 출입에 의한 출입문 개폐, 환기를 위한 창문의 개폐 등 의 영향으로 NO 농도가 약간 상승하나 최대 12 ppb, 대부분 8 ppb 이하로 유지되었다. Fig. 4(b)를 보면, NO2의 경우에도 새벽 시간대에 농도가 낮고, 어린이집 이 운영되는 낮 시간 동안 농도가 높아짐을 알 수 있다.
비가 내린 29일 오전에 실내 NO2농도가 낮았지만 비
가 갠 후 15시 이후 최대 30 ppb까지 상승하였다. 30일 의 경우 아침 출근 시간대와 저녁 퇴근 시간대에 모두 NO2 농도가 최대 23 ppb 이하로 높게 유지되었다. 현 재 NO2는 「다중이용시설 등의 실내공기질관리법」의 권고기준 대상물질에 포함되어 있고, 어린이집의 NO2
농도의 권고기준은 50 ppb 이하이다.
Fig. 4(c)는 어린이집 인근 도시대기 측정소에서 제 공하는 1시간 평균 AQMS 관측값의 일변화를 나타낸 것인데, 아침 출근 시간대의 NO2 농도가 높고 29일 9 시경 농도가 30일에 비해 낮고, 29일 18시경 농도는 30일에 비해 높은 것은 어린이집 실내 농도의 경향과 일치한다. 어린이집이 혼잡도로에 인접하여 위치하고, 실내 NO2 농도의 경향과 AQMS 관측 농도의 경향이 비슷하므로, 어린이집의 실내 NO2농도는 외부 영향을 받아 높아진 것으로 판단된다.
오존도 「다중이용시설 등의 실내공기질관리법」의 권고기준 대상물질에 포함되어 있고, 여름철 광화학반 응에 의해 대기 중에서 생성된 O3 농도가 높으므로, 오 존의 실내 유입을 파악하기 위하여 O3농도를 측정하
Fig. 4. Diurnal variation of gaseous pollutant concentrations at the day-care center and AQMS.
여 일변화 경향을 Fig. 4(d)에 나타냈다. 어린이집 실내 O3 농도는 9 ppb 이하로 유지되었고, 29일의 경우 강우 로 인해 대기 중 O3 농도가 낮아 실내 농도도 낮았으 나, 30일의 경우 날씨가 맑아 대기 중에서 생성된 오존 의 일부가 실내로 유입되어 상대적으로 O3농도가 더 높아진 것으로 판단된다.
어린이집이 운영되고 있는 8시부터 19시까지의 실내 농도와 AQMS의 관측 농도를 비교하여 나타낸 Table 2를 보면, 실내 NO2 농도는 대기 농도의 50~57% 수준 이었고, O3농도는 10% 미만이었다.
3.2 실내 미세입자의 일변화 특징
입자는 크기가 작을수록 대기 중에 비산되기 쉽고, 비표면적이 넓기 때문에 인체 침투 시 세포 깊숙이 도 달하여 진폐증이나 폐부종 같은 나쁜 영향을 나타낼 수 있다. 도로 인접 지역에서는 자동차에서 배출되는 초미세입자(ultrafine particle, UFP)나 검댕(black car- bon)이 이동하여 오염도가 높은 것으로 알려져 있다.
현재 어린이집을 포함한 다중이용시설에 대한「실내공 기질 공정시험기준」에는 실내 공기 중 미세먼지 (PM10) 측정방법으로 중량법을 주시험방법으로 제시하 고, 6시간 이상 연속 채취하여 PM10 농도를 산출하도 록 하고 있다(NIER, 2006). 이 방법으로는 어린이집의 일평균 미세먼지 오염도를 파악할 수 있지만, 미세먼지 에는 초미세입자, 검댕뿐만 아니라 비산먼지 등 다양한 크기의 입자가 포함되어 있으므로, 도로 인접 지역에서 출퇴근 시간대 자동차의 증가에 따른 영향을 상세하게 파악하기 어렵다. 이에 본 연구에서는 미세입자(fine particle, FP)의 개수농도 및 입경분포를 1분 간격으로 모니터링하여 일변화 특징을 분석하였다. 서브마이크 론 입자의 표면적농도의 일변화 특징은 입자상 오염물 질의 실내·외 상관성 분석 항목에서 언급될 것이다.
Fig. 5는 10~420 nm 범위인 FP의 총 개수농도의 일 변화를 나타낸 것이다. 29일의 경우 아침 출근시간대 에 개수농도가 증가하였으나 오전에 비가 내려 농도가
높지 않았지만 15시 이후에 농도가 크게 높아졌는데, 이러한 경향은 NO2 농도의 변화와 매우 유사하다. 30 일의 경우 29일에 비해 보다 일찍 농도가 높아졌고 농 도 수준도 오후와 비슷한데, 이것도 NO2 농도의 변화 와 유사한 양상이다. 하루 중 어린이집을 운영하는 시 간(7시 30분부터 19시 30분) 동안 FP의 개수농도는 29 일의 경우 최대 15,355 particles/cm3, 최소 4,273 parti- cles/cm3, 평균 8,567 ± 3,155 particles/cm3이었고, 30일 의 경우 최대 18,895 particles/cm3, 최소 6,790 parti- cles/cm3, 평균 10,203 ± 2,239 particles/cm3이었다.
Fig. 6은 입자의 크기분포를 등고선 형태로 나타낸 것이다. Fig. 5에서 29일 15시 이후 개수농도의 증가는 주로 30~200 nm 입자의 증가에 기인된 것임을 알 수 있다. 30일 다섯 번의 고농도 피크를 나타냈는데, 이러 한 농도 증가를 유발한 입자 크기는 피크별로 약간씩 차이가 있음을 알 수 있다.
FP 크기분포의 일변화 특징을 파악하기 위하여 하루 중 주요 시간대를 선택하여 10분 평균 입경분포를 비 교하여 Fig. 7에 나타냈다. 29일의 경우 아침 6시경 피 크농도를 나타내는 모드입경(mode diameter)이 100 nm 근처이었는데, 자동차의 증가에 의해 100 nm 이하 인 입자가 증가하여 9시경 모드입경은 약 65 nm로 작
Table 2. Comparison of gaseous pollutant concentrations measured at indoor of the day-care center and at outdoor of the AQMS for the period from 8 a.m. to 19 p.m.
Date NO concentration (ppb) NO2 concentration (ppb) O3 concentration (ppb) Indoor Indoor AQMS1) I/O ratio2) Indoor AQMS I/O ratio 29 August 4.2± 2.33) 11.8± 9.3 23.6± 8.5 0.50 1.8± 0.7 22.6± 12.3 0.08 30 August 3.7± 1.9 16.3± 4.0 28.5± 7.6 0.57 3.5± 1.8 41.0± 14.6 0.09
1) Air Quality Monitoring Station
2) Indoor to outdoor (AQMS) concentration ratio
3) mean± standard deviation
Fig. 5. Diurnal variation of particle number concentration at the day-care center.
아졌고, 15시경까지 농도의 차이는 있으나 비슷한 입 경분포를 유지하다가 18시경에는 50 nm 이상인 입자 가 증가하여 모드입경이 90 nm로 다시 커지는 일변화 를 나타냈다. 30일의 경우 아침 6시경 모드입경은 약 65 nm로 29일과 달리 자동차 배출가스의 영향이 지배 적인 입경분포를 나타냈고, 이후 12시까지 자동차의 증가에 의해 개수농도만 증가하면서 비슷한 입경분포 를 유지하였으며, 15시에는 60 nm 이하인 입자가 증가 하여 모드입경이 약 35 nm로 매우 작아졌고, 18시에는 29일과 유사하게 모드입경이 약 100 nm로 다시 커졌 다. 이틀간 FP 크기분포의 일변화가 상이한 것은 강우 등 기상요인의 영향이 컸던 것으로 생각되며, 향후 추 가적인 연구를 통해 일변화 특징을 보다 상세하게 파 악할 필요가 있다.
3.3 입자상 오염물질의 실내·외 상관성 분석
외부에서 발생된 입자상 오염물질이 실내공기질에 미치는 영향을 조사하기 위해 2대의 Dust Monitor와 NAM을 실내(I)와 실외(E 또는 O)에 설치하여 동시에 측정하였다. 실외 측정은 어린이집의 실내와 분리된 외 부공간에서 실시하고자 계획하였으나 29일 새벽부터 지속된 강우로 인해 28일 18시부터 30일 7시 43분까 지는 어린이집 입구에 위치한 현관(E)에서 수행하였고, 30일 7시 43분 이후부터 19시까지는 어린이집 외부(O) 에서 실시하였다. 실내와 외부 출입구는 미닫이문으로 구분되어 있으며, 문은 어린이들의 등하교로 사용이 빈 번한 7~9시와 17~19시 사이에만 출입이 가능하였고, 이외의 시간에는 항상 잠금 상태를 유지하였다.
Dust Monitor는 0.25 µm 이상인 입자의 개수농도와 크기분포 등 다양한 정보를 제공하지만, 본 연구에서는 Fig. 6. Diurnal variation of the particle size distribution at the day-care center.
Fig. 7. Comparison of the particle size distributions measured at the day-care center.
PM10농도만 활용하였다. Fig. 8은 Dust Monitor로 실 내(indoor)와 실외(outdoor)에서 동시에 측정한 PM10
농도와 실내·외 농도비(I/O ratio)의 일변화를 나타낸 것이다. 어린이집에서 가장 가까운 도시대기측정소 (AQMS)에서 관측한 1시간 평균 PM10 농도의 일변화 도 함께 나타냈다. 29일의 경우 새벽부터 내린 강우로 PM10농도가 오전에 계속 감소하는 경향을 나타냈고, 대체로 실외(현관)의 PM10 농도가 실내(유희실)보다 약간 높았지만 일변화 경향이 매우 유사하였고, AQMS 농도의 일변화 경향과 매우 비슷하였다. 특히, 15시 이후 PM10농도가 급격히 증가하였는데, 이러한 경향도 서로 매우 유사하여 이 현상은 외부 대기질의 영향인 것으로 판단된다. Fig. 5에 나타낸 29일 15시 이후 FP의 증가 현상도 외부 대기질의 영향이라고 판 단된다. 30일의 경우 일부 일변화 경향의 차이가 있으 나 대체로 실내, 실외(외부), AQMS의 PM10농도 수준 이 비슷하였다.
실내와 실외의 오염원을 구별하기 위해 실내·외 농 도비가 매우 쉽고 유용한 변수로 사용되고 있는데, 이 는 실외에서 발생된 오염물질이 실내에 얼마나 영향을 주는지를 빠르게 추정하거나 쉽게 계산할 수 있으며
(Sangiorgi et al., 2013), 일반적으로 I/O 농도비가 1보 다 작으면 외부 영향이 큰 것으로 간주한다. 실내·외 상관성은 어린이집이 운영되는 시간 중 8시~19시를 대 상으로 실외의 경우 현관(29일)과 외부(30일)로 구분하 여 분석하였다. Table 3에 나타낸 바와 같이 PM10의 I/
O 농도비는 29일(0.80)과 30일(0.80)이 서로 매우 유사 하였고, 어린이집 유희실의 실내 평균 PM10농도는 AQMS의 29일 0.96배, 30일 1.00배로 거의 동일한 수 준이었다.
일반적으로 입자가 작을수록 단위질량당 개수농도가 증가하고 표면적농도도 증가한다. 또한, 입자의 표면에 서 화학물질이 반응하므로, 인체 건강 측면에서 입자의 표면적농도가 중요한 정보이다. Fig. 9는 NAM으로 실 내와 실외에서 서브마이크론 입자의 폐 침착면적을 측 정하여 일변화를 나타낸 것이다. 29일의 경우 대체로 실외(현관)의 표면적농도가 실내(유희실)보다 약간 높 지만 일변화 경향이 매우 유사하고, PM10농도와 매우 유사한 일변화 경향을 나타냈다. 30일의 경우 29일과 달리 실외의 표면적농도는 변동이 크지만, 실내의 표면 적농도는 18시경 급격한 증가를 제외하면 변동이 적은 일변화 경향을 나타냈다. Table 4에 나타낸 바와 같이 Fig. 8. Diurnal variation of PM10 mass concentration at the day-care center and AQMS and I/O ratio.
Table 3. PM10 mass concentration of indoor and outdoor at the day-care center and AQMS for the period from 8 a.m.
to 19 p.m. (unit: µg/m3)
29 August 30 August
Indoor Outdoor
(entrance) I/O ratio AQMS Indoor Outdoor
(outside) I/O ratio AQMS Mean± S.D 37.0± 23.5 46.0± 30.6
0.80
39.5± 36.0 28.4± 9.4 35.6± 6.2 0.80
28.6± 8.2
Max 87.8 117.2 101 59.9 63.7 43
Min 5.0 7.4 5 13.9 24.8 18
어린이집이 운영되는 시간 중 8시~19시 동안 입자의 표면적농도의 실내·외 농도비는 29일 0.74, 30일 0.60 으로 차이가 있다. 이것으로부터 유희실과 현관의 서브 마이크론 입자의 오염도는 유사하지만, 실외와는 다를 수 있고 외부오염의 영향을 줄이기 위해서는 외부와 실내공간을 차단하는 것이 중요하다고 생각된다.
4. 결 론
본 연구에서는 대도시 도로변에 위치하고, 천장형 시스템에어컨을 갖춘 어린이집을 대상으로 실시간 측 정장비를 사용하여 여름에 어린이집의 유희실과 현관 또는 외부에서 공기질을 모니터링하여 다음과 같은 결 론을 얻었다. 실내 냉방을 유지하기 위하여 창문, 출입 문 등의 기밀이 잘 유지된 여름에 수행한 연구이므로, 환기가 빈번이 이루어지는 가을 등 다른 계절의 실내 공기질 특징과 다를 수 있다.
1. 어린이집의 운영시간 동안 시스템에어컨의 가동 에 의해 실내 온도가 잘 제어되었고, 실내 CO2 농도가 어린이의 등원, 하원 등 재실자 활동을 잘 반영하는 일 변화를 나타내고 이틀 동안 일변화 경향이 매우 유사
하였으며, 어린이집의 운영시간(7:30~19:30) 동안 최대 900 ppm, 평균 670 ppm 정도로 실내공기질 유지기준 을 잘 만족하였다.
2. 어린이집 실내 NO2 농도는 어린이집을 운영하지 않은 밤 시간대에는 매우 낮은 농도를 유지하였으나, 어린이집을 운영하는 낮 시간대에는 농도가 30 ppb까 지 높아졌는데, 이것은 어린이의 등원과 하원, 자연환 기 등에 의해 출입문과 창문이 일시적으로 개방되어 인접한 도로에서 배출된 NO2가 실내로 유입되었기 때 문인 것으로 판단된다. 어린이집 운영시간인 8~19시 동안 실내 NO2농도는 인근 도시대기 측정소에서 관 측된 NO2농도의 50~57% 수준이었다. 실내 O3농도 는 대기 농도의 10% 이하로 낮았다.
3. 실내에서 미세입자(FP)의 개수농도는 낮 시간대에 고농도 피크를 나타내는 현상이 자주 발견되었고, 아침 출근 시간대에는 자동차에서 주로 배출되는 100 nm 이하의 초미세입자(UFP)가 크게 증가하고, 저녁 퇴근 시간대에는 100 nm 근처의 입자가 증가하는 입경분포 를 나타내었다.
4. 광산란 방식의 Dust Monitor로 측정한 실내와 현 관의 PM10농도의 일변화 경향은 서로 유사하였고, 베 Fig. 9. Diurnal variation of lung deposited surface area concentration at the day-care center and I/O ratio.
Table 4. Lung deposited surface area concentration of indoor and outdoor at the day-care center for the period from 8 a.m. to 19 p.m. (unit: µm2/cm3)
29 August 30 August
Indoor Outdoor
(entrance) I/O ratio Indoor Outdoor
(outside) I/O ratio Mean± S.D 42.6± 21.5 57.9± 25.8
0.74
36.8± 10.2 61.0± 13.1
0.60
Max 85.3 119.6 82.8 117.0
Min 21.0 29.9 25.9 34.9
타게이지로 측정된 도시대기 측정소의 1시간 평균 PM10 농도의 일변화 경향과도 비슷하였다.
환경오염에 민감한 영유아가 생활하는 어린이집의 실내공기질은 재실자의 활동, 가구, 학습도구, 조리 등 의 실내오염원뿐만 아니라 자동차 배출가스를 포함한 외부오염원의 영향을 받는다. 어린이집의 실내환경을 쾌적하게 유지하기 위해 주변 환경과 오염원에 대하여 정확하게 인식하고, 외부요인에 의한 오염물질의 실내 유입을 억제할 수 있는 방안이 강구되어야 할 것이다.
본 연구를 통하여 혼잡도로에 인접한 어린이집의 경우 외부의 오염된 공기가 출입문, 창문 등의 일시적 개방 에 의해 실내로 침투하여 실내공기를 오염시키고 있음 을 밝혀냈다. 어린이집의 경우 날마다 청소를 실시하기 위하여 학습실의 창문을 개방하여 환기를 시키는데, 주 변에 도로, 주차장, 하역장 등 오염원이 존재하므로, 이 러한 영향을 체계적으로 규명하여 어린이집 환기방법 의 개선방안을 제시할 필요가 있다.
감사의 글
본 연구는 환경부 “생활공감 환경보건기술개발사업”
으로 지원받아 수행된 과제(과제번호 2013001360004) 이며, 측정에 협조해 주신 구립목화마을어린이집 관계 자 여러분께 감사드린다.
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