1.서 론

삶의 질이 향상되어 건강에 대한 관심이 증가되고 있으며, 현대인이 90% 이상 생활하고 있는 실내환경 에 대한 관심도 높아지고 있다(Cha, 2006). 건물은 에 너지를 절약하기 위해 고단열과 기밀화가 진행되고, 외 기도입을 최소화함으로써 실내공기질이 악화될 수 있 으며, 이러한 환경에 오랜 시간 머무르는 재실자들의 건강에 나쁜 영향을 미치게 된다(Hwang, 1999). 세계 보건기구(World Health Organization, WHO)에 의하면 오염된 실내공기에 의한 사망자가 연간 430만 명에 이 르며, 이러한 실내오염물질은 일반 성인에 비해 면역력 이 약한 영·유아들에게 더 큰 영향을 미칠 수 있다 (WHO, 2012). 일상생활에서 사용되고 있는 기능성 가 구는 제조과정에서 사용된 다양한 원료로부터 방출되 는 오염물질이 실내공기질에 직·간접적으로 영향을 미 치고 있다. 국민건강보험공단에 따르면, 2013년 환경 성질환으로 진료를 받은 환자는 알레르기 비염이 5,953,766명으로 가장 많았고, 그 중 9세 이하 어린이 가 24.0%를 차지하였으며, 아토피 진료 환자 979,674 명 중 46.5%가 9세 미만의 어린이인 것으로 나타났다 (NHIS, 2014). 이처럼 환경성질환을 앓고 있는 어린이 들이 증가함에 따라 아토피 증상을 보이는 어린이를 대상으로 지속적인 역학조사를 통해 어린이 생활공간 의 실내공기질과 환경성질환의 연관성을 밝히기 위한 연구도 수행되고 있다(Kim et al., 2010, 2011; Kim et al., 2014a).

여성들의 사회진출 증가와 가족기능의 약화, 어린이 집 이용 가구에 대한 보육료 지원 확대 등에 따라 어린 이집을 이용하는 아동의 비율이 급격히 증가하고 있으 며, 2011년 보육통계에 따르면 취학 전 절반 정도의 영·유아가 어린이집을 이용하고 있다(Shin and Ahn, 2012). 실내공기질관리법에서는 연면적 430 m² 이상의 어린이집을 대상으로 실내공기질을 측정하여 관리하도 록 규정하고 있으나, 하루 중 많은 시간을 생활하는 주 택의 경우 아직까지 실내공기질 관리의 사각지대에 놓 여있다.

주택의 실내공기질 연구는 도로변이나 외부에서 유 입되는 오염물질의 침투에 따른 실내공기질의 영향이 나(Jones et al., 2000; Chan, 2002; Thatcher et al., 2003; Ho et al., 2004; Jo and Lee, 2006), 건축자재 및 내·외장재에서 방출되는 오염물질의 실태 파악 등을 목적으로 수행되었다(Kim and Yoo, 2008; Lee and Kim, 2011; Chung et al., 2012; Seo, 2012; Won et al., 2016). 최근 친환경 건축자재의 사용 및 환기시스템의 가동에도 불구하고 실내공기질 관리의 어려움이 지속 되자 실내에서 발생되는 오염물질에 대한 체계적인 관 리방안이 요구되고 있다. 기밀화된 현대식 건축물은 적 절한 환기 및 환기시스템의 도움없이 내부에서 발생된 오염물질을 제거하기 어렵다. 주방의 조리과정에서 발 생된 입자상 오염물질과 NO₂, CO와 같은 가스상 오염 물질들은 실내 재실자 특히, 면역력이 약한 영·유아에 게 치명적일 수 있다(Kim et al., 2014b). 어린이를 포 함한 실내 재실자의 건강위해 방지와 쾌적한 실내공기 질 유지를 위해 실내 조리 및 환기가 실내공기질에 미 치는 영향을 규명할 필요가 있다. 실내 조리 시 발생된 오염물질의 현황 조사를 통해 단기간 실내농도의 변화 를 검토한 연구가 있지만(Lee et al., 2002; Min and Lee, 2002), 내부 발생원과 환기 등의 변수에 대한 심 층적인 연구는 미흡한 실정이다. 이에 본 연구에서는 사람들이 가장 많이 생활하고 있는 대표적 주거공간인 공동주택을 대상으로 재실자의 실내 주요 활동인 환기 와 조리에 따른 실내 입자상 오염물질의 변화를 상세 하게 검토하였다.

2.연구 방법

2.1.측정 개요

연구대상인 공동주택은 서울시 영등포구의 총 18개 동 1,302세대로 구성된 아파트 단지 내 19층에 위치하 였다. 좌측 길 건너편에는 근린공원이 있으며, 앞쪽으 로는 아파트 단지가 위치하였다. Fig. 1에 나타낸 바와 같이 이 공동주택의 총 면적은 115 m²로 거실 1개, 침 실 3개, 화장실 2개, 주방 1개, 다용도실 1개로 이루어 졌다. 이 공동주택에는 4명이 생활하였고, 이들의 일상 적인 생활패턴은 Table 1과 같았다. 7시쯤 기상한 후 자연환기와 함께 아침 조리가 이루어지고, 9시경 거주 자들이 모두 외출한 후 15시에서 15시 30분경 일부 거 주자가 집으로 돌아올 때까지 실내에는 외부유입 외에 는 특별한 내부 발생원이 없었다. 거주자들이 모두 돌 아오는 18시에서 20시 사이에 저녁식사를 준비하기 위 해 주방에서 가스스토브를 사용하였고, 조리 후 일정시 간 동안 환기시킨 후 내부를 외부와 차단시켰다.

2.2.측정기간 및 측정장비

측정은 2014년 6월 9일 18시부터 6월 17일 18시까 지 8일 동안 공동주택의 실내에서 수행되었으며, 측정 위치는 재실자의 동선 및 생활패턴을 고려하여 실내공 기질을 대표할 것으로 판단되는 거실 식탁 옆으로 선 정하였고, 실시간 측정장비를 사용하여 24시간 연속적 으로 측정하였다. 입자 측정장비로는 0.25-32 μm 범위 의 입자를 측정하여 개수농도 및 환산무게농도(PM₁₀, PM_2.5)로 나타내는 portable aerosol spectrometer (PAS), 10-1,000 nm 범위의 입자가 인체에 침투하였을 때 폐 에 침착되는 면적을 나타내는 nanoparticle aerosol monitor (NAM), 대기 중 총먼지(total suspended particulate, TSP)에 함유되어 있는 검댕(black carbon, BC) 농도를 측정할 수 있는 aethalometer를 사용하였다. 실 내 CO₂ 농도와 온도를 측정하기 위해 CO₂ meter를 사 용하였다. Table 2는 이들 측정장비의 목록을 정리하여 나타낸 것이다.

2.3.분석지표

주택의 실내공기질 측정 시 연구자가 실내에 상주하 기 어려우므로, 재실자의 활동에 따른 환경변화를 파악 하기 곤란하다. 본 연구에서는 재실자에게 실내활동 중 환기와 조리에 대해 일지(diary)를 작성하도록 요청하 였고, 측정기간 중 조리, 환기, 조리와 환기가 동시에 이루어진 3가지 경우에 대해 상세하게 분석하였다. 일 반적으로 CO₂ 농도가 실내 환기지표로 많이 사용되고, 재실자 및 실내활동으로 발생된 CO₂ 농도는 환기에 의해 외부공기가 유입되면 급격하게 감소하는 경향을 보이는 것으로 알려져 있는데(Hwang et al., 2003), 본 연구에서도 환기에 대한 지표물질로 CO₂ 농도를 검토 하였다. 또한, 최근 연구에서 자동차 배기가스의 지표 물질로 많이 사용되고 있는 검댕을 외부유입 지표물질 로 사용하였다(Cheng et al., 2013; Song et al., 2013; Brantley et al., 2014; Hung et al., 2014).

3.결과 및 고찰

3.1.재실자 행동패턴의 구분

조리는 비교적 시간이 짧고 입자상 오염물질의 발생 이 적은 조림과 데치기 등이 주를 이루었고, 조리 시에 는 항상 주방 레인지후드를 가동하였다. 환기는 조리 및 거주자가 집으로 돌아오는 시기에 이루어졌으며, 주 로 공동주택의 정면 발코니 창문을 열어 환기하였다. 환기와 조리에 따른 실내공기질의 영향을 파악하기 위 해 조리, 환기, 조리와 환기가 동시에 이루어진 3가지 경우로 구분하였다. Fig. 2는 측정기간 동안의 실내환 경 변화를 나타낸 것으로 재실자의 활동에 따라 환기, 조리 그리고 조리와 환기가 동시에 이루어진 시기를 구분하여 표시하였다. 실시간 연속측정 자료와 측정일 지로부터 8회의 환기와 10회의 조리가 이루어졌으며, 그 중 5회가 조리와 환기가 동시에 이루어진 것으로 파악되었다. Table 3은 재실자의 행동에 따른 활동패턴 과 활동시기를 정리한 것이다. 본 연구에서는 각 행동 이 이루어지기 5분 전부터 행동 후 20분 기간 동안 농 도 변화를 중점적으로 분석하였다.

3.2.환기에 의한 실내공기질 변화

환기만 실시한 시기는 6월 10일 12시 27분, 20시 33 분, 11일 12시 42분으로 총 3회였다. CO₂는 실내 주배 출원이 재실자의 호흡이므로 거주자가 실내에 존재하 면 CO₂ 농도가 높아진다. 일반적으로 CO₂ 농도는 외 부 공기를 도입하여 희석시키는 방법으로 낮추고 있다. Fig. 3(a)와 3(b)는 10일과 11일 실내 CO₂ 농도 및 온 도의 일변화와 환기가 실시된 시기를 표시한 것이다. 환기 전 CO₂ 농도는 V1 592 ppm, V2 884 ppm, V3 519 ppm이었는데, 환기를 시키면 CO₂ 농도가 빠르게 감소하였다. Fig. 3(c)와 3(d)는 환기 시작 5분전부터 환기 종료 후 20분 동안 3가지 경우의 CO₂ 농도와 온 도 변화를 보다 상세하게 나타낸 것이다. 실내에서 완 만한 변화를 보이던 CO₂ 농도는 환기가 시작되면 빠르 게 감소하여 약 15분 후에는 환기 전 CO₂ 농도와 무관 하게 외기 중 CO₂ 농도 수준인 400~430 ppm에 도달하 는 것을 알 수 있다.

CO₂ 농도의 변화 경향과 다르게 실내 온도는 외기 조건에 따라 감소 경향에 차이가 있었다. 외기의 CO₂ 농도의 일변화는 매우 적지만, 기온의 일변화가 커서 환기 시간에 따라 외기 온도가 다른 것과 관련이 크다 고 판단된다. 측정 대상일인 10일과 11일 서울시의 대 기 온도는 20.0~29.3°C이었다.

환기는 오염된 실내공기를 외부로 배출하고 상대적 으로 깨끗한 외부공기를 실내로 유입하여 실내공기질 을 개선시키는 목적으로 사용되고 있다. 시험대상 거주 자도 조리, 청소 등의 활동으로 배출된 실내 오염물질 을 외부로 배출하기 위해 환기를 실시하였다. 3가지 환 기 시 입자상 오염물질 농도의 일변화를 Fig. 4(a)와 4(b)에 나타냈다. 10일 오전 7시부터 9시 사이와 17시 부터 20시 사이에 검댕 농도가 급격히 증가하였는데, 이것은 출퇴근 시간대에 주변에서 배출된 자동차 배기 가스가 실내로 유입되어 나타난 영향으로 생각된다. 특 히 오전의 경우 Fig. 2에서 보는 바와 같이 환기와 조 리가 동시에 이루어진 CV 시기에 외부 영향을 많이 받아 평상 시 농도의 4~5배 이상 증가하였다.

Fig. 4(c)와 4(d)는 환기 시작 5분전부터 환기 종료 후 20분 동안 3가지 경우의 입자개수 농도와 폐 침착 입자 표면적 농도의 변화를 보다 상세하게 나타낸 것 이다. 0.25 μm 이상인 큰 입자(PAS 데이터)뿐만 아니 라 1 μm 이하인 작은 입자(NAM 데이터) 모두 환기 이후에 증가하는 경향을 나타내었다. 큰 입자(0.25~ 32 μm)를 측정하는 PAS의 경우 환기 전에 비해 환기 후 개수농도가 1.4~1.6배 증가하였고, 상대적으로 작은 입자(10~1,000 nm)를 측정하는 NAM의 경우 1.4~2.3 배 증가하였다. 이것은 환기로 인해 외부의 입자상 오 염물질이 실내로 유입되었으므로, 입자 관점에서는 환 기로 인해 실내공기가 더 오염되는 역효과가 나타난 사례이다.

3.3.조리에 의한 실내공기질 변화

20여년 전부터 개발도상국과 일부 동아시아 지역을 대상으로 조리 시 발생되는 오염물질이 실내공기질에 미치는 영향이 연구되었다(Bruce et al., 2000; WHO, 2014). 조리기구(cooking stove)의 사용 과정에서 일산 화탄소(CO), 총먼지(TSP), 알데하이드류(aldehydes), 휘발성유기화합물(volatile organic compounds, VOCs) 등이 배출되며, 이것은 실내에 머무르는 시간이 많은 전업주부나 어린이들의 노출시간에 비례하여 나쁜 영 향을 미치는 것으로 보고되고 있다(Raiyani et al., 1993; Li et al., 1994; Lee et al., 2001). 본 연구의 측 정기간 중 총 10회 조리가 실시되었고, 이 중 5회는 환 기가 수행되지 않았다. 기본적으로 조리 시 주방에 설 치된 후드시스템을 가동하였다.

Fig. 5(a)와 5(b)는 11일과 13일 실내 CO₂ 농도 및 온도의 일변화와 조리가 실시된 시기를 표시한 것이다. Fig. 5(c)와 5(d)는 조리 시작 5분전부터 조리 종료 후 20분 동안 5가지 경우의 CO₂ 농도와 온도 변화를 보다 상세하게 나타낸 것이다. 총 5회의 조리과정에서 실내 CO₂ 농도와 온도는 거의 변하지 않는 것을 알 수 있다.

동일한 공동주택을 대상으로 실시된 연구에 의하면, 겨울철 조리과정에서 NO, NO₂ 및 입자상 오염물질이 발생하였다(Kim et al., 2014b). 이 연구에서는 조리 시 후드시스템의 가동에 의한 소음과 겨울철 실내 온도가 낮아지기 때문에 환기를 실시하지 않은 상태에서 조리 가 이루어졌었다. 이에 따라 실내 NO₂ 및 PM_2.5 농도 는 외부에 비해 각각 1.6배, 2배 이상 높았다. 본 연구 에서는 조리 시 환기를 실시하지 않은 시기에도 주방 후드시스템은 가동하였다. 5가지 조리 시 입자상 오염 물질 농도의 일변화를 Fig. 6(a)와 6(b)에 나타냈다. Fig. 6(c)와 6(d)는 조리 시작 5분전부터 조리 종료 후 20분 동안 5가지 경우의 입자개수 농도와 폐 침착 입 자 표면적 농도의 변화를 보다 상세하게 나타낸 것이 다. 큰 입자(0.25~32 μm)를 측정하는 PAS의 경우 C1~C3의 경우에 개수농도가 거의 변하지 않았고, C4 와 C5의 경우 조리를 시작하자 개수농도가 20~50% 가량 증가하였으나, 15분 이후에는 거의 조리 이전과 비슷한 수준으로 감소하였다. 상대적으로 작은 입자 (10~1,000 nm)를 측정하는 NAM의 경우 조리에 의한 영향이 거의 나타나지 않았다.

Fluckiger et al. (2000)은 다양한 재료를 사용하여 조 리과정에서 발생되는 입자상 오염물질을 측정하였는데, 재료를 굽거나 튀기는 과정에서 야채를 데우거나 찌는 과정보다 더 많은 입자가 발생되며, 이 때 마이크론 크 기의 큰 입자보다는 나노크기의 작은 입자가 더 많이 발생되었다. 조리를 시작하면 바로 NO_x, CO, 다환방향 족탄화수소(polycyclic aromatic hydrocarbons, PAHs) 등이 배출되는 것에 비해 입자상 오염물질들은 일정 시간이 지난 후 배출되며, 입자 농도는 후드시스템의 유량에 반비례하였다.

본 연구에서는 튀김이나 볶음과 같은 오일(oil)이나 미스트(mist) 상태의 입자상 오염물질이 다량 발생하는 조리가 실시되지 않았고, 데우기나 조림 등의 비교적 간단한 조리가 이루어졌으며, 조리 시 후드시스템의 가 동으로 입자상 오염물질의 농도가 증가한 사례가 적었 던 것으로 판단된다.

3.4.조리 및 환기에 의한 실내공기질 변화

대부분의 주택에 설치된 후드시스템은 조리 시 발생 된 오염물질을 충분히 외부로 배출시키지 못하므로, 조 리 시 환기도 함께 실시하는 경우가 있다. 본 연구에서 는 10회의 조리과정 중 5회는 환기를 병행하여 실시한 것으로 조사되었다. 모두 아침 식사를 준비하는 과정에 서 이루어졌다.

Fig. 7(a)~7(e)는 조리와 환기가 동시에 이루어진 날 의 실내 CO₂ 농도 및 온도의 일변화를 나타낸 것이다. 여기에 조리와 환기를 동시에 실시된 시기도 표시하였 다. 재실자가 잠든 시간 동안 대체로 실내 CO₂ 농도와 온도는 안정적으로 유지되다가 환기와 조리가 이루어 지면서 급격한 변화를 나타내었다. Fig. 7(f)와 7(g)는 조리 및 환기 시작 5분전부터 조리 종료 후 20분 동안 5가지 경우의 CO₂ 농도와 온도 변화를 보다 상세하게 나타낸 것이다. 조리 및 환기가 이루어지자 CO₂ 농도 가 뚜렷하게 감소하였다. 조리과정에서 CO₂ 농도의 변 화가 없었으므로, 실내 CO₂ 농도의 변화는 환기에 지 배적으로 영향을 받는다는 것을 알 수 있다. 실내 온도 의 경우 CV5를 제외하고 조리와 환기가 동시에 이루 어지자 온도가 급격히 낮아졌다. 조리과정에서 가동된 후드시스템이 실내공기를 외부로 배출하므로, 이에 필 요한 공기가 실외로부터 공급되기 위해 환기가 보다 활발하게 이루어졌기 때문이라고 판단된다.

Fig. 8(a)~8(e)는 조리와 환기가 동시에 이루어진 시 기에 입자상 오염물질 농도의 일변화를 나타낸 것이다. 이 경우 검댕 농도가 뚜렷하게 증가하고, 경유자동차에 서 배출되는 디젤입자의 크기에 해당하는 작은 입자 (10~1,000 nm)를 측정하는 NAM 측정값의 증가도 관 찰되었다. 이것은 환기에 의해 자동차 배출가스로 오염 된 외부공기가 실내로 유입되었기 때문인 것으로 생각 된다.

Fig. 8(f)와 8(g)는 조리 및 환기 시작 5분전부터 조 리 종료 후 20분 동안 5가지 경우의 입자개수 농도와 폐 침착 입자 표면적 농도의 변화를 보다 상세하게 나 타낸 것이다. 큰 입자(0.25~32 μm)를 측정하는 PAS의 경우 대부분 증가하였고, 상대적으로 작은 입자 (10~1,000 nm)를 측정하는 NAM의 경우 CV3에서 매 우 높은 농도가 관측되었다. 이것은 환기와 후드시스템 에 의해 형성된 주방 기류가 흐트러지면서 조리 시 발 생된 입자의 일부가 실내로 확산된 영향으로 추정된다. 환기와 후드시스템을 병행하여 사용하는 경우 주방 기 류 제어에 대한 상세한 연구가 필요하다는 것을 시사 한다.

4.결 론

국민의 건강 보호를 위해 수용체 관점의 노출평가가 중요하며, 생활환경에 대한 정확한 진단을 통한 체계적 인 관리방안이 요구된다. 이에 본 연구에서는 서울시 소재 공동주택을 대상으로 2014년 6월에 재실자의 활 동 중 조리와 환기에 의한 실내 CO₂ 농도, 온도 및 입 자상 오염물질의 변화를 상세하게 분석하여 아래와 같 은 결론을 얻었다.

일반적으로 실내공기질을 향상시키기 위해 환기를 실시하고 있으나, 본 연구에서는 주택의 주변 환경이나 시간대에 따라 환기에 의해 실내공기질이 악화될 수 있으며, 주방 조리 시 후드시스템을 적절히 사용하면 조리과정에서 발생된 오염물질을 효과적으로 배출시킬 수 있다는 것을 알았다. 그러나 후드시스템 가동 시 환 기를 함께 실시하는 경우 오히려 외부공기에 의해 실 내가 오염되거나 조리 시 발생된 오염물질이 기류의 흐트러짐에 의해 실내로 확산될 수 있으므로, 이에 대 한 보다 상세한 연구가 필요하다.

일반인들은 소음과 오염물질의 배출효과에 대한 인 식 부족으로 주방 조리 시 후드시스템을 일상적으로 사용하는 경우가 많지 않다. 조리과정에서 재료 및 조 리방법에 의한 오염물질의 배출특성과 후드시스템의 사용효과에 대한 체계적인 자료를 확보하여 일반인이 스스로 건강을 보호할 수 있는 방법을 실천할 수 있도 록 객관적인 정보를 제공할 필요가 있다.