★..한국실내환경학회 KOSIE

http://dx.doi.org/10.15250/joie.2014.13.4.276 ISSN 2288-923X (Online)

베이크 아웃(bake-out)을 적용한 신축학교 실내 공기질 개선효과

갈원모¹·유희선²·나영아³·권우택¹*

1

을지대학교 보건환경안전학과,

가천대학교 도시계획학과,

을지대학교 식품산업외식학과

Improving the indoor air quality of newly-built schools with the bake-out method

Won-Mo Gal¹·Hee-Seon Ryu²·Young-Ah Rha³·Woo-Taeg Kwon¹*

1

Department of Environmental Health and Safety, Eulji University

2

Department of Urban Planning, Gachon University

3

Department of Food Technology and Services, Eulji University

(Received 22 November, 2014; Revised 17 December, 2014; Accepted 24 December, 2014) Abstract

We studied the changes in the concentration of total volatile organic compounds generated in newly-built schools (five kindergarten schools, two primary schools, three middle schools, one high school) by the bake-out. Samples were collected in classrooms. By using the bake-out technique the removal efficiency of total volatile organic compounds was 89.1%(maximum) and 27.5%(minimum). By using this bake-out technique the removal efficiency was 42.5% greater than the ventilation method. Therefore, we determined that it is appropriate to apply both the bake-out and ventilation methods in the case of newly-built schools.

Keywords : Bake-out, Indoor air quality, Newly-built school, TVOCs, Ventilation

1. 서 론

1.1 연구 배경 및 목적

실내 활동의 증가로 실내오염물질이 인체에 노출되 는 시간이 늘어남에 따라 질병이 증가하고 있다. 우리 나라 도시인의 경우에 하루 평균 기준으로 85%이상을 실내공간에서 생활하는 것으로 보고(GRI, 2007)되고 있어 고농도의 실내오염물질 위험에 노출되어있는 실 정이다.

주요 실내공기 오염물질로는 폼알데하이드(formal- dehyde, 이하 HCHO), 일산화탄소(carbon monoxide;

CO), 이산화탄소(carbon dioxide, CO

), 이산화질소 (nitrogen dioxide, NO

), 미세먼지(PM

, PM

), 총부 유세균(TBC), 휘발성유기화합물(volatile organic com-

pounds, 이하 VOCs)등이 있으며, 실내공기오염 물질에 장기간 노출되면 빌딩증후군(Shin, 1991), 복합화학물 질과민증(Park et al., 2007)과, 새집증후군(Park, 2008) 등의 증상이 나타날 수 있으며, 최근에는 노후된 다중 이용시설에서 발생하는 라돈(Rn)(Seo, 2011) 및 석면 가루로 인한 인체피해도 발생하고 있다.

대표적인 실내오염물질은 HCHO와 VOCs이며, VOCs에는 톨루엔(toluene), 벤젠(benzene), 에틸벤젠 (ethyl-benzene), 자일렌(xylene), 스타이렌(styrene)등이 있다. 위 물질들은 암을 유발시키는 발암물질로서 장기 간 폭로시 인체에 매우 위험한 오염물질에 속해 있으 며. HCHO 및 VOCs의 주발생원은 바닥재, 페인트 등 의 건축자재(Kim, 2009) 및 마감자재(Lee and Kim, 2011) 에서 주로 발생하며, 온도의 변화에 따라 건축자 재에서 다량의 오염물질이 배출되기도 한다(Kim et al., 2008).

최근 세계보건기구는 2012년에 전세계에서 약 700

*Corresponding author

Tel : +82-31-740-7145 E-mail : [email protected]

만 명이 대기오염에 의해 사망한 것으로 발표하였으며, 이중 실내대기오염에 의한 사망인구수는 330만 명, 실 외대기오염 사망인구수는 260만 명으로 추정된다고 보 고하였다(UNEP, 2014).

실내공기질 개선으로는 기본적으로 환기에 의한 방 법인 자연환기, 기계환기, 베이크 아웃(bake-out)방식이 있으며, 최근 실내공기의 중요성을 인식하여 친환경 자 재를 사용함으로써 건축자재에서부터 유해물질 발생량 을 감소시키기 위해 많은 노력을 하고 있다(Yoo and Park, 2006).

베이크 아웃은 밀폐된 공간에서 일정온도까지 가온 시켜 내부에 있는 건축자재 및 마감재 등에서 발생하 는 오염물질 방출량을 증가시킨 후 환기시키는 방식으 로 단시간 안에 실내오염물질을 저감하여 최근 신축 및 리모델링 건물에서 많이 사용하고 있다.

신축학교의 경우, 신축할 때 사용하는 건축자재 및 마감자재에서 발생되는 오염물질의 양이 실내공기질 법적규제보다 높은 수치로 발생하며, 발생한 유해물질 은 학교에서 주로 생활하는 학생이나 교사들에게 쉽게 노출되어 있는 상황이다(Kwaak and Sakong, 2011).

유아기부터 청소년기까지 대부분의 생활을 학교라는 실내공간에서 생활하고 있으며, 신축학교의 경우 실내 공기질과 환경성 질환의 연관성에서 유해화학물질이 다량 발생하고 있어, 학생들의 건강과 학습수행 능력에 미치는 영향이 문제로 인식되어 교실 내 실내공기질 관리는 매우 중요한 문제로 대두되고 있으며, 실내오염 물질에 장기간 노출되었을 때 학생들의 학습수행 능력 에 미치는 영향은 질병으로 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).

본 연구를 하기 전 사전 연구로 “리모델링 학교 및 신축학교 실내공기질 측정과 대책”에 대해서 연구하였 으며, 연구결과 일정시간이 경과한 후에도 신축학교 60 개교 중 12개교가「학교보건법 시행규칙」표 4의 2 에서 제시하는 총휘발성유기화합물(total volatile organic compounds, 이하 TVOCs)의 유지기준농도 400 µg/m

를 초과하였다(Ryu et. al. 2014).

또한 타 연구인 ‘베이크 아웃 실시조건이 실내공기 질에 미치는 영향’의 연구결과 베이크 아웃을 연속적 으로 적용했을 때 TVOCs의 감소율이 1일 21%, 3일 39% 7일 45% 감소되었으며, 최대 71%까지 감소된 것 을 확인하였으며(Jo and Sohn, 2008), 본 연구에서 사 용하고자 하는 간헐적 방식과 어떠한 차이점이 있는지

비교하고자 한다.

따라서 본 연구에서는 “리모델링 학교 및 신축학교 실내공기질 측정과 대책”에서 총휘발성유기화합물 (TVOCs)을 초과한 신축학교 11개교를 대상으로 베이 크 아웃을 실시하여 실내공기질의 개선효과를 파악하 고자 연구하였다.

2. 실험방법

2.1 연구대상 및 방법

우리나라 「학교보건법 시행규칙별」표 4의 2에서 제시하는 “건축한 때로부터 3년이 경과되지 아니한 학 교”에 해당하는 신축학교 및 리모델링 학교 60개교 중 2차에서 TVOCs 유지기준 400 µg/m

를 초과한 Table 1의 11개교(유치원 5개교, 초등학교 2개교, 중학교 3 개교, 고등학교 1개교)를 본연구의 대상학교로 선정하 였다.

학교보건법에서 규제하는 TVOCs 유지기준 400 µg/

m

농도 이하로 개선하기 위해 환기와 베이크 아웃의 효율성을 연구하였으며, 연구 방법으로는 학생들이 주 로 거주하는 교실을 대상으로 처음에는 1차 TVOCs의 농도를 측정하였고, 환기를 30 min/day 이상 2달간 실 시 후 2차 TVOCs의 농도를 측정하였으며, 3차 측정은 베이크 아웃을 실시하였다. 베이크 아웃은 학생 및 교 사가 없는 방과 후 시간에 밀폐공간에 30~40

C의 온도 에서 8시간 가온 후 2~4시간 전체 환기를 실시하였으 며, 2달 동안 약 1주 간격으로 총 5회에 걸쳐 베이크 아웃을 실시 후에 1회 시료를 채취하여 분석하였다.

2.2 시료채취 방법

TVOCs 시료채취위치는 각 학교 교실 내 중앙에서 시료를 채취하였으며. 학생 및 교사가 없는 시간에 실 Table 1. Selected the newly-built schools

Classification School name Open a School

Kindergarten A 2013. 03

B 2013. 03

C 2012. 09

D 2013. 03

E 2013. 03

Elementary school F 2012. 09

G 2013. 03

Middle school F 2012. 09

G 2013. 03

High school K 2012. 03

시하였다.

TVOCs의 시료채취를 위해 채취위치에서 30분 이상 충분히 환기 후 5시간 이상 밀폐를 유지한 후에 교실 내 학생이 없는 상태에서 측정하였고, 소용량 흡인펌프 (Minipump, SIBATA, Japan) 에 Tenax -TA 튜브를 장 착하여 0.1 L/min의 유속으로 30분간 총 3 L의 공기를 채취하였다.

2.3 분석방법

TVOCs 의 분석은 GC/MS(Clarus 680, PerkinElmer, Germany) 를 이용하여 분석하였으며, 주입기 온도는 250

C 운반기체 및 유량은 99.99%의 헬륨가스 및 1mL/min이며, 칼럼은 Elite-5MS(L 60 m, ID 0.25 mm, DF 1 µm), 칼럼의 온도범위는 −60

C 에서 325/350

C 까 지였으며, 초기온도 40

C 에서 5분간 유지 후에 10

C/

min 씩 승온하여 280

C 에서 5분간 유지할 수 있도록 설 정하여 측정하였다. 자동열탈착장치(Turbo Matrix 150 ATD, Perkinelmer, Germany)는 300

C에서 50 mL/min 유량으로 탈착하였으며, 저온농축 트랩은 고체 흡착관 (Tenax-TA) 를 사용하였고 34분 동안 탈착하였다.

3. 결 과

3.1 환기를 이용한 총휘발성유기화합물(TVOCs)의 제 거효율

“ 리모델링 학교 및 신축학교 실내공기질 측정과 대 책”(Ryu. et. al, 2014)에서 환기 이후 TVOCs 측정시 유지기준을 초과한 11개교의 환기 전(1st), 후(2nd)의 측정농도는 Table 2와 같았다.

환기에 의한 TVOCs의 저감효율은 최대 78.8%, 최 소 0%로 확인 되었으며, 1차 측정시 1,000 µg/m

이내 의 비교적 저농도로 측정되었던 A, E, G의 3개교는 처 리효율이 평균 7.9%(0-23.7%)로 매우 낮게 나타났고, 2,000 µg/m

이상의 비교적 고농도로 측정되었던 C, H, K 의 3개교는 처리효율이 평균 75.2%(71.8-78.8%) 로 매우 높게 나타났다.

따라서 저농도의 경우 환기에 의한 제거효과는 미미 한 것으로 판단되었다.

3.2 베이크아웃(bake-out)을 이용한 총휘발성유기화합 물(TVOCs)의 제거효율

TVOCs 유지기준을 초과하는 11개교 대상으로 베이 크 아웃을 적용하였다. 밀폐된 공간에서 실내온도 30~40

C 이상으로 8시간 가열 후 2~4시간 동안 전체 환기를 2달 동안 약 1주 간격으로 총 5회에 걸쳐 베이

크 아웃을 실시한후 1회 시료를 채취 하여 TVOCs 분 석한 결과는 Table 3과 같다. 베이크 아웃에 의한 TVOCs 의 저감효율은 최대 89.1%, 최소 27.5%로 확인 되었다.

또한, 2차 측정시 700 µg/m

이상의 농도로 측정되 었던 A, F, G의 3개교는 처리효율이 평균 70.6%(54.3- 89.1%)로 나타났고, 700 µg/m

이하의 농도로 측정된 B, C, D, E, H, I, J, K 의 8개교는 처리효율이 평균 45.0%(27.5-88.5%) 로 나타났다.

따라서 저농도의 경우 환기에 의한 제거효과는 7.9% 였으나, 베이크아웃에 의한 제거효과는 45.0%로 베이크 아웃에 의한 처리효율이 높게 나타났고, 고농도 의 경우 환기에 의한 제거효과와 베이크아웃에 의한 Table 2. TVOCs concentration changes of before and after the ventilation

School name

1st Measurement

( µg/m

)

2nd Measurement

( µg/m

)

Removal efficiency

(%)

A 518.0 757.2 0.0

B 1,776.7 628.5 64.6

C 2,079.3 585.9 71.8

D 1,216.2 440.0 63.8

E 833.8 636.3 23.7

F 1,814.9 1,479.3 18.5

G 724.5 724.6 0.0

H 2,779.7 695.3 75.0

I 1,479.9 509.8 65.6

J 1,735.7 542.8 68.7

K 2,018.3 427.9 78.8

Table 3. TVOCs concentration changes of before and after the bake-out

School name

2nd Measurement

( µg/m

)

3rd Measurement

( µg/m

)

Bake-out removal efficiency (%)

A 757.2 82.9 89.1

B 628.5 364.1 42.1

C 585.9 331.1 43.5

D 440.0 319.0 27.5

E 636.3 336.6 47.1

F 1,479.3 374.7 74.7

G 724.6 331.5 54.3

H 695.3 389.6 44.0

I 509.8 343.9 32.5

J 542.8 352.1 35.1

K 427.9 49.4 88.5

제거효과가 약 70% 수준으로 유사하게 나타났다.

Fig. 1과 같이 베이크 아웃 후 11개교 교실의 TVOCs 의 농도는 학교보건법에서 공시하는 유지기준 400 µg/

m

이하로 검출되었다. 하지만 A, F의 2개교를 제외한 9 개교는 평균 349.2 µg/m

로 유지기준과 근접한 농도 로 검출되어 겨울철 난방 및 밀폐상황에서 TVOCs 농 도가 증가될 우려가 있어 지속적인 관리가 필요하다고 판단된다.

3.3 학교별 총휘발성유기화합물(TVOCs)의 제거효율 및 농도 비교

환기후와 베이크 아웃후의 학교별 TVOCs의 제거효 율은 Table 4와 같다. 학교별 환기후 평균 제거효율은 유치원 44.8%, 초등학교 9.3%, 중학교 69.8%, 고등학 교 78.8%로 나타났고, 베이크 아웃후 평균 제거효율은 유치원 49.9%, 초등학교 64.5%, 중학교 37.2%, 고등학 교 88.5%로 나타났다.

학교군별 환기전후 평균 농도는 유치원 1,284.8 µg/

Fig. 1. Bake out before and after comparison with the maintenance of standards.

Table 4. Removal efficiency of the TVOCs according to the treatment method School name 1st Measurement

( µg/m

)

2nd Measurement ( µg/m

)

ventilation removal efficiency(%)

3rd Measurement ( µg/m

)

Bake-out removal efficiency(%)

A 518.0 757.2 0.0 82.9 89.1

B 1,776.7 628.5 64.6 364.1 42.1

C 2,079.3 585.9 71.8 331.1 43.5

D 1,216.2 440.0 63.8 319.0 27.5

E 833.8 636.3 23.7 336.6 47.1

Average 1,284.8 609.6 44.8 286.7 49.9

F 1,814.9 1,479.3 18.5 374.7 74.7

G 724.5 724.6 0.0 331.5 54.3

Average 1,269.7 1,102.0 9.3 353.1 64.5

H 2,779.7 695.3 75.0 389.6 44.0

I 1,479.9 509.8 65.6 343.9 32.5

J 1,735.7 542.8 68.7 352.1 35.1

Average 1,998.4 582.6 69.8 361.9 37.2

K 2,018.3 427.9 78.8 49.4 88.5

Average 2,018.3 427.9 78.8 49.4 88.5

m

에서 609.6 µg/m

로 52.6% 낮아졌고, 초등학교 1,269.7 µg/m

에서 1,102.0 µg/m

로 13.2% 낮아졌으며, 중학교 1,998.4 µg/m

에서 582.6 µg/m

로 70.8% 낮아 졌고, 고등학교 2,018.3 µg/m

에서 427.9 µg/m

로 78.8%

낮아지는 것으로 나타났으며, 베이크 아웃전후 평균 농 도는 유치원 609.6 µg/m

에서 286.7 µg/m

로 53.0% 낮 아졌고, 초등학교 1,102.0 µg/m

에서 353.1 µg/m

로 68.0% 낮아졌으며, 중학교 582.6 µg/m

에서 361.9 µg/

m

로 37.9% 낮아졌고, 고등학교 427.9 µg/m

에서 49.4 µg/m

로 88.5%로 나타났다.

2,000 µg/m

이상 고농도의 경우 환기후 제거효율은 평균 75.2%로 나타났고, 1,000 µg/m

이하 저농도의 경우 환기후 제거효율은 평균 7.9%로 나타났으며, 1,000 µg/m

이상 고농도의 경우 베이크아웃후 제거효 율은 74.7%로 나타났고, 1,000 µg/m

이하 저농도의 경 우 베이크아웃후 제거효율은 평균 50.4%로 나타났다.

따라서 저농도에서의 제거효율은 환기보다 베이크 아 웃을 통한 제거효율이 높게 나타나는 것을 확인하였다.

본 연구는 신축학교의 실내오염물질 개선을 위해 교 사 및 학생이 없는 시간에 베이크 아웃을 연속적이 아 닌 주기적 방법으로 실시하였다. 따라서 베이크 아웃을 실시한 이후에는 환기가 이루어졌을 것으로 판단되나, 베이크 아웃의 제거효율에 미치는 영향은 미미할 것으 로 판단된다.

4. 고찰 및 결론

본 연구는 ‘리모델링 학교 및 신축학교 실내공기질 측정과 대책’(Ryu et. al. 2014)에서 환기후 학교보건법 에서 규정하는 TVOCs 유지기준 농도를 초과하는 신 축학교 11개교(유치원 5개교, 초등학교 2개교, 중학교 3개교, 고등학교 1개교)를 대상으로 베이크 아웃을 적 용하여 감소되는 TVOCs의 농도를 측정하여 실내공기 질의 개선효과를 확인하였다.

1. 2014 년 Ryu등이 발표한 ‘리모델링 학교 및 신축 학교 실내공기질 측정과 대책’에서 TVOCs 유지기준 을 초과한 11개교 학교를 분석한 결과 환기에 의한 TVOCs의 저감효율은 최대 78.8%, 최소 0%로 확인 되 었으며, 저농도의 경우 평균 7.9%(0-23.7%)로 매우 낮 았으며, 고농도의 경우 균 75.2%(71.8-78.8%)로 높은 처리효율을 보였다. 따라서 저농도의 경우 환기의 방법 은 적합하지 않은 것으로 판단된다.

2. 신축학교 11개교 대상으로 총 5회에 걸쳐 베이크 아웃을 적용한 결과 TVOCs 제거효율은 최대 89.1%, 최소 27.5% 검출되었으며, 700 µg/m

이상의 처리효율

은 평균 70.6%(54.3-89.1 %)로 나타났고, 700 µg/m

이하의 처리효율은 평균 45.0%(27.5-88.5%)로 나타났 다. 타연구에서 발표한 ‘베이크 아웃 실시조건이 실내 공기질에 미치는 영향’ 연구결과 연속적으로 베이크 아웃을 적용했을 때 TVOCs의 감소율이 1일 21%, 3일 39%, 7 일 45% 감소되었으며, 최대 71%까지 감소된 것 을 확인하였다, 본 연구는 간헐적 방식을 적용한 결과 로 서로의 데이터를 비교하면 제거효율이 유사하다는 점을 확인하였다. 또한 베이크 아웃을 적용한 이후 신 축학교 11개교 모두 TVOCs 유지기준 이하로 검출되 었으나, 2개교를 제외하고는 유지기준 400 µg/m

에 근 접하여 겨울철 난방 사용 및 밀폐시 유지기준을 초과 할 우려가 있어 지속적인 관리가 필요하다고 판단된다.

3. 학교별 환기후 평균 제거효율은 유치원 44.8%, 초 등학교 9.3%, 중학교 69.8%, 고등학교 78.8%로 나타 났고, 베이크 아웃후 평균 제거효율은 유치원 49.9%, 초등학교 64.5%, 중학교 37.2%, 고등학교 88.5%로 나 타났으며, 1,000 µg/m

이하 농도에서의 환기후 제거효 율은 평균 7.9%였고, 베이크 아웃후 제거효율은 평균 50.4% 로 나타났다. 따라서 저농도의 제거효율은 환기 보다 베이크 아웃을 통한 제거효율이 42.5% 높게 나타 나는 것을 확인하였다.

연구결과를 통해 고농도의 경우에는 환기, 베이크 아웃의 제거효율이 유사하였고, 저농도의 경우에는 베 이크 아웃을 통한 제거효율이 우수하다는 것을 확인하 였다.

따라서 신축학교에서의 실내공기질 개선방안으로 자 연환기와 베이크 아웃을 병행하여 처리하는 것이 효율 성 측면에서 합리적이라 판단된다.

또한, 신축학교에서 발생하는 실내오염물질이 학생 및 교사들에게 장시간 노출될 가능성이 높다고 판단되 기에 학교보건법에서 규정하는 실내오염물질은 유지기 준 이하로 저감시키기 위해 최적의 저감방법을 적용하 여 관리할 필요성이 있다고 판단된다.

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