9권2호_봉춘근(113-125)[1].pdf495.7KB

1. 서론

우리나라의 실내공기질 관리는 환경부, 고용 노동부, 보건복지부, 여성가족부, 교육과학기술부 등에서 각 해당 법령에 의거 다중이용시설, 학교 및 사무실 등을 관리해 오고 있다. 특히, 환경부에서는 실내공기질을 체계적으로 관리하기 위하여 2004년 5월부터 다중이용시설 등의 실내공기질 관리법을 시행하여 17개 시설군에서 관리오염물질 10가지 항목을 설정하여 관리 하도록 하고 있으며, 신축공동주택에 대한 공기질 측정 및 관리도 의무화하고 있다(환경부, 2009). 그러나 이러한 관리를 통하여 실내오염 물질의 농도를 기준치 이하로 유지하고 있다 하더라도 실내 재실자들은 실내공기에 대하여 만족하지 못하는 경우가 많으며, 오염물질의 농도가 저농도임에도 불구하고 두통, 자극, 가려움 등으로 인하여 건강에 악영향을 줄 수 있다 (Lercher et al., 1995). 또한, 임성국 등(2007)은 실내에서 가스렌지를 사용함에 따라 발생되는 NOx 및 유해공기오염물질 등이 재실자의 건강에 악영향을 야기할 수도 있다고 하였다. 

저농도의 오염물질이라도 장기간 노출되면 사람들에게 위해요인이 될 수 있으므로, 비교적 협소한 실내 환경에서 오랫동안 생활하는 경우라면 장기간 노출 시 건강에 악영향을 미친다. 이러한 측면에서 지하공간에서의 실내공기 오염물질에 대하여 환기를 통한 실내 오염물질을 감소시켜야 할 필요성을 인식하고 제어하는 것은 위생보건학적 측면에서도 중요하다. 

인간은 하루 24시간중 90% 이상을 실내(주택, 일반사무실, 실내작업장, 공공건물, 지하시설물, 상가, 음식점, 자동차, 지하철 등)에서 생활하는 것으로 나타났다(Hoddinott and Lee, 2000). 특히, 오래된 지하건물인 경우에는 기계적인 환기장치가 없는 경우가 많고, 실내공기질의 개선를 위해서는 수동적인 방법으로 창문을 열어 외부의 공기를 유입시키는 것이 일반적인 방법이라 할 수 있다. 그러나 내부의 공기질에 비해 외부의 공기질이 좋지 않은 경우에는 창문을 열어서 환기시킨다 하더라도 맑은 공기로 유지하기에는 용이하지 않을 것이며, 창문이 없는 지하건물의 경우에는 실내공기질을 청정하
게 유지하기란 더욱더 쉽지 않을 것으로 판단된다. 특히, 지하건물에 위치한 실험실과 같은 연구공간에서의 실내공기질을 적절하게 기준치 이내로 유지하기 위해서는 소요비용을 고려한 공기정화시스템의 구비나 외부의 청정한 공기를 내부로 유입시킬 수 있는 환기시스템의 구비가 필수적이라 판단된다. 

우리나라의 경우 휴대용 가스렌지는 대부분 일반주택, 음식점 등에서 취사, 요리할 때나 야외에 나가서 음식을 요리할 때에도 용이하게 이용하며, 실내작업장 또는 실험연구실 등에서 재료 등을 적절하게 가공할 때에도 사용가능한 도구이다. 가스렌지의 사용에 따라 발생되는 NOx(NO, NO₂ 등) 뿐만 아니라, 다양한 유해공기오염물질(미세먼지, VOCs, CO, CO₂ 등)을 배출하기 때문에(Lipsett, 1999), 그 발생량을 추정하는 것은 중요하다고 판단된다. 국내외에서 주택의 실내환경에서 가스렌지 등과 같은 연소도구에서 발생하는 NO₂ 농도를 포함한 가스상 및 입자상오염물질에 대해 연구된 바 있다(Wikes et al., 1996; Algar et al., 2004; Yim 등, 2007). 그러나, 실험연구실이나 실내작업장에서의 재료 가공시 사용가능한 휴대용 가스렌지 사용에 따른 NO₂ 발생특성에 대한 연구는 거의 전무한 실정이다.

따라서 본 연구에서는 지하실험연구실에서 세 가지 측정방법에 따른 실내공기질 평가결과를 비교분석하고, 실내공기질을 적절하게 관리하기 위한 기본자료로 활용하기 위하여 휴대용 가스렌지의 연소시 발생될 수 있는 실내공기 오염물질중 NO₂를 선정하여 수행하였다. 

2. 연구방법

2.1 연구 기간 및 분석항목

본 연구의 실험 대상공간은 서울시에 위치한 지하공간(철근콘크리트 슬래브 건물 지하1층에 위치한 가로 2.8m × 세로 4.4m × 높이 2.3m)으로써 제원은 Table 1과 같다. 

Table 1. Overview of underground office adjusted in this study.

연구기간은 2011년 9~11월중에 수행하였으며, NO₂ 발생원은 휴대용 가스렌지를 NO₂ 가스 배출원으로 선정하여 농도변화를 측정분석하였다. NO₂ 발생원으로 휴대용 가스렌지를 사용한 것은 연소공기중 질소(N₂)와 산소(O₂)의 열적반응(Thermal NOx)에 의한 것으로 휴대용 가스렌지의 사용량을 30분 동안 최고의 발열량으로 작동하였는데(임성국 등, 2007; 양원호 등, 2007), 이것은 휴대용 가스렌지를 1시간동안 작동시 최고 460ppb까지 검출된 결과를 참고하였다. 휴대용 가스렌지를 작동시켜 세 가지 측정 방법으로 NO₂ 농도를 측정하였으며, 측정기간 동안 실내의 온도 및 상대습도는 직접 개발중인 센서를 이용한 측정장비를 이용하여 측정하였다. 또한, 평균환기율을 산정하기 위하여 CO₂ 농도를 측정하였다. 

본 연구에서 사용된 휴대용 가스렌지는 국내에서 판매되는 A사의 제품으로써 회사에서 제공된 자료를 바탕으로 연료소모량과 연료유입율을 나타내었다(Table 2). 여기에서 시간당 연료유입율(KJ/hr)은 연료소비량(g/hr) × 부탄가스 발열량(11.8kcal/g) × 1KJ/4.2kcal)로 계산하였다. 

Table 2. Fuel consumption and input rate of portable gas range used in this study.

2.2 평균환기율의 산정

본 연구대상의 장소에는 기계적인 환기장치가 없어 창문에 의한 자연환기방식 위주로 실내공기질을 개선시키는 곳으로써 환기량 산정을 위하여 실내공간에서의 CO₂ 농도를 측정하여 그 결과를 활용하였다. CO₂ 농도의 측정은 NDIR 방식의 측정기(IR-CO₂, 환경부의 실내공기질 환경기기 형식승인 IAMS-2008-23호)를 이용하여 휴대용 가스렌지를 30분간 가동시켜 발생된 이후의 CO₂ 농도를 활용하였다. CO₂ 측정시점은 휴대용 가스렌지를 30분간 작동한 후, 즉시 팬 3대를 이용하여 10분 동안 발생된 CO₂ 가스가 실내공간 내부에서 보다 신속하게 완전혼합(complete mixing) 상태가 되도록 한 후, 팬은 정지시키고 5분 간격으로 실내외의 CO₂ 농도를 측정하였다(김영희 등, 2006). 측정된 농도값은 데이터 로거에 의해 자동으로 저장되도록 하였으며, 측정지점은 연구대상 장소의 협소, 장비배치, 휴대용 가스렌지 배치 등을 고려하여 실내에서는 1개 지점에서 공정시험기준에 최대한 적절한 위치를 선정하였다. 환기량의 산정은 CO₂의 농도감쇠법으로 회귀직선 방법을 이용하여 공기환기횟수(ACH : Air Change per Hour, 평균환기율, Q/V)를 산정하였다(식 1). 

여기서, Q는 실내의 환기량, V는 실내의 체적, T는 측정시간 (t₂-t₁), C₁과 C₂는 각각 t₁과 t₂ 시간에서의 추적가스농도이다. 

2.3 NO2 농도의 측정 및 예비실험 결과

Fig. 1은 본 실험 전에 실시한 예비실험 결과로써 보다 정확한 실험환경을 구성하기 위하여 자체 개발한 USN(Ubiquitous Sensor Network) 기반의 측정센서를 이용하여 시간별 오염물질의 농도변화(5분 간격), 가스렌지 작동여부 및 환기조건 등의 실험상황을 나타내었다. A시점 이전 구간에는 실험시작 전의 단계로써 실험장비 등을 설치하거나 준비하는 과정이며, A시점에서 자연환기를 시작하여 30분 동안 진행하다가 B시점에서 자연환기를 종료한 후 창문을 계속적으로 닫아두었다. D시점에서 휴대용 가스렌지를 켠후 즉시 최고의 발열량으로 30분간 작동시킨 후 E지점에서 작동을 중지하였고, 시험 종료시점은 F지점으로 하였다.

Fig. 1. Result of preliminary test.

자연환기를 30분 정도 수행하여 실내의 NO₂ 농도를 거의 실외의 농도와 비슷하게 유지하여 실내의 NO₂ 농도에 미칠 수 있는 영향을 최소화하였으며, 자연환기 종료후에는 약 3시간 정도의 밀폐상태를 거친 후 휴대용 가스렌지를 30분간 최고의 발열량으로 가동하였다.

2.4 NO2 농도의 평가방법

실내공기질 공정시험기준(환경부 고시 제 2010-24호, 2010. 3. 5)에 의하면, 다중이용시설의 지하환경에서 NO₂의 시료채취 방법 및 시간은 주간시간대(오전8시~오후7시)에 1시간 1회 측정하는 것으로 되어 있다. 본 연구에서는 다중이용시설 지하환경에서의 공기질 측정결과가 시료채취의 시점, 시료채취의 시간, 시료채취의 간격 등에 따라 농도결과가 다르게 나타날 수 있을 것을 가정하여 공기질 측정방법을 다르게 적용하고자 하였다. 따라서 NO₂ 농도의 측정은 실내공기질 공정시험기준에 의하여 시료채취를 1시간동안 실시하여 화학발광방식에 의한 측정방법, NO₂ 가스분석기를 이용한 연속측정법(5분 간격), 센서를 이용한 연속측정법(1분 간격)등 3가지로 구분하여 측정결과를 비교분석하였다. 

실내공기질 공정시험기준에 의한 측정방법 (화학발광법)은 다음과 같다. 

NO₂의 시료채취를 위한 측정기구는 badge type의 수동식 시료채취기(passive sampler)로써 자연적인 기류를 이용하여 확산(diffusion)과 투과(infiltration)라는 물리적인 과정과 반응에 의한 화학적 반응을 이용하여 NO₂ 농도를 측정하는 장치이다. 시료채취는 예시된 Fig. 1의 A부터 F까지 1시간 간격으로 총 8회에 걸쳐 채집 하였으며, 수집된 NO2의 농도분석은 passive sampler를 NO₂가 존재하지 않는 챔버에서 pho-to-spectrometer(Shimadzu UV-1201)를 이용하였다. 공정시험기준에 의하면, 1시간 1회만 측정하면 되지만, 휴대용 가스렌지의 가동에 따른 NO₂ 농도의 변화특성을 보다 세부적으로 파악하기 위하여 측정횟수를 보다 세분화하였다. 

가스분석기를 이용한 NO₂ 연속측정방법은 화학발광방식의 MODEL-200eu(Teledyne Instruments, USA)로써 환경부의 실내공기질 환경기기의 형식승인(IAMS-2009-27호)을 취득한 기기를 이용하였으며, 측정간격을 5분 단위로 설정하여 예시된 Fig. 1의 A부터 F까지 측정하였다. 시간에 따른 농도변화 추이를 보다 정확하게 파악하기 위하여 수행하였다. 

센서를 이용한 연속측정방법은 본 연구에서는 실내공기질 오염물질을 용이하게 측정하여 관리하고 지속적인 모니터링에 쉽게 적용이 가능한 것으로 판단되는 USN 방식의 NO₂ 센서를 측정의 한 방식으로 선정하였으며, 국내외에서 개발된 각종 NO₂ 센서중 온도, 습도 조건에 따른 특성, 센서의 반응속도, 센서의 측정범위 등을 고려할 때 전기화학 방식의 센서가 비교적 적합한 것으로 나타났다(Table 3). 본 연구의 NO₂ 농도측정에 사용된 시스템은 측정시간을 3초 단위까지 설정 가능하지만 1분 단위로 설정하여 측정하였다. 측정된 값은 데이터로거에 의해 저장되어 엑셀 베이스로 용이하게 변환될수 있으며, 다수의 센서를 설치할 수 있다. 센서모듈은 (주)그린솔루스에서 자체개발하여 실험에 사용하였다. 

Table 3. Specification of NO2 sensor adjusted in this study.

3. 연구결과 및 고찰

3.1 평균환기율 등의 산정 결과

본 연구에서 산출된 평균환기율(ACH : air exchange rate)의 결과를 Table 4에 나타냈다. 평균환기율은 1차평균 0.683±0.101회/hr, 2차평균 0.706±0.115회/hr, 3차평균 0.713±0.124회/hr, 전체평균 0.701±0.113회/hr로 나타났으며, 전체기준으로의 평균환기율 범위는 0.356~1.323회/hr로 나타났다. 전체기준으로 산정된 평균환기율 0.701회/hr은 양원호 등(2008)이 공단지역의 주택을 대상으로 산정된 평균환기율 0.70~1.77회/hr(평균 1.41회/hr)에 비해 약 46.1% 정도로 나타났으며, 정순원 등(2010)이 서울지역의 주택을 대상으로 평가된 평균환기율 0.71~3.68회/hr(평균 1.52회/hr)에 비해 약 49.7% 정도로 나타났다. 또한 실험기간 동안에 측정된 온도범위는 25~30^oC , 상대습도는 40~50%이었다. 

Table 4. Air exchange rate estimated in this study.

3.2 가스분석기와 센서를 이용한 연속측정방법의 상관분석 결과

본 연구에서 사용된 가스분석기와 센서 측정 방법에 대하여 NO₂ 표준가스 농도의 변화에 따른 상관성 분석결과를 Fig. 2에 나타내었는데, 상관계수(r)가 각각 0.999, 0.998로 나타났다. 표준가스의 NO₂ 농도에 비해 가스분석기를 이용한 경우에는 약 -15%~-4% 정도(평균 -9.1%), 센서를 이용한 측정방법의 경우에는 약 -20%~-6% 정도(평균 -15.2%) 범위로써 대부분 낮게 측정되는 특성을 보였다. 또한 센서측정에 의한 결과는 가스분석기를 이용한 측정의 결과와 큰 오차를 나타내지는 않았다.

Fig. 2. Correlation coefficient for measured NO² concentration according to NO² standard gas concentration.

3.3 각 측정방법에 따른 NO2 측정농도의 결과

3.3.1 시간에 따른 NO2 농도의 변화 추이

Fig. 3과 Fig. 4는 전체 측정시간(8시간) 동안 각 측정방법별 NO₂ 농도의 특성을 나타낸 것이다.

Fig. 3. NO² concentrations measured by three methods.

Fig. 4. NO² average concentrations measured by three methods for total measuring periods.

 실내공기질 공정시험방법에 의한 결과 전체 측정구간에서의 8회 측정한 NO₂ 농도는 45~85ppb로 나타났으며, 평균농도와 표준편차는 58.45±13.02ppb로 나타났다.

가스분석기를 이용한 연속측정법에 의한 결과 전체 측정구간에서의 평균농도와 표준편차는 60.16±14.19ppb로 나타났다. 각 주요 구간별 NO₂의 농도변화는 A~B구간에서는 48ppb에서 44ppb로 다소 감소하는 경향으로 나타났다. B~D구간에서는 최저농도 44ppb보다 다소 증가하여 최대 약 48ppb 정도까지 증가하였으나, 44~48ppb 범위내에서 다소 완만한 경향을 나타내었다. D~E구간에서의 NO₂ 농도는 48ppb에서 점차 증가하기 시작하여 E지점에서 최대 약 93ppb를 나타냈으며, E~F구간에서는 점차적으로 감소하여 최저 56ppb까지 나타났다. 

센서를 이용한 연속측정법에 의한 결과 전체 측정구간에서서의 평균농도와 표준편차는 55.08± 14.08ppb로 나타났다. 환기시점(A시점) 1시간전부터 NO₂ 농도를 측정하였는데, 약 42~46ppb 정도로 완만한 경향을 나타내었다. 각 주요 구간별 NO₂의 농도변화는 A~B구간에서는 42ppb에서 점차 감소하기 시작하여 약 39ppb에서 최저농도를 나타냈다. B~D구간에서는 최저농도 39ppb에서 다소 증가하여 약 46ppb 정도까지 나타났으나, 39~46ppb 정도로 완만한 경향을 나타내었다. D~E구간에서는 NO₂ 농도가 45ppb에서 점차 증가하기 시작하여 E지점에서 최대 약 89ppb를 나타냈으며, E~F구간에서는 점차적으로 감소하여 최저 51ppb까지 나타났다.

전반적으로 3가지 측정방법에 의한 8시간 동안의 NO₂ 평균농도와 표준편차는 55.08±14.08ppb ~60.16±14.19ppb로 거의 비슷한 범위내로 유사하게 나타났으며, 전반적으로 관리기준치인 50ppb를 초과하는 것으로 나타났다. 휴대용 가스렌지를 30분 동안 작동하였음에도 불구하고 최대농도가 85~93ppb로 나타나 기준치인 50ppb를 넘었으며, 종료시점인 F지점에서의 NO₂ 농도도 51~56ppb로써 기준치를 초과하였다. 

특히, 공정시험법에 의해 1시간 간격으로 시료를 채취하여 분석한 결과의 경우에는 시점에 따라 NO₂ 농도가 가스분석기에 의한 측정방법에 비해 과소평가(D구간에서 약 15분 경과후부터 약 1시간경과 구간, 대체적으로 E~F구간의 시료채취 시점으로부터 각각 약 30분전 등)되는 것으로 나타났다. 따라서 NO₂ 발생원이 존재하여 농도가 급증하는 부근에서 1시간 간격의 분석결과는 NO₂ 가스분석기에 비해 과소평가되어이 구간에서의 적절한 공기질 평가방법의 고려 및 대응방안이 필요할 것으로 판단된다. 

3.3.2 주요 구간별 NO2 농도의 특성

Fig. 5와 Fig. 6은 측정시간(8시간) 동안에 주요 구간별로 구분하여 각 측정방법별 NO₂ 농도의 특성을 나타낸 것이다. 

Fig. 5. NO² average concentrations by three methods for before and after the operation of portable gas range.

Fig. 6. Change rates of NO² concentration

실내공기질 공정시험방법에 의한 결과, 전체 측정구간(A~F)의 평균농도는 58.45ppb(A~D구간 50.22ppb, D~F구간 67.22ppb)로 나타났다. 휴대용 가스렌지를 30분 동안 가동한 이후구간 (D~F)의 NO₂ 평균농도는 가동전의 구간(A~D) 보다 약 33.85% 정도 증가하는 것으로 나타났다. 이것은 약 30분정도 가스렌지를 가동하였지만 짧은 시간내에 기준치인 50ppb를 초과할 수 있음을 생각해 볼 수 있다. 보다 세부적인 주요구간별(A~B, B~D, D~E, E~F구간)로 시간을 고려한 NO₂ 농도변화율은 각각 0, 5.00, 50.00, -7.75ppb/hr로 나타났다. 휴대용 가스렌지를 30분 동안 가동한 D~E구간에서의 NO₂ 농도변화율은 약 50ppb/hr로써 급증하는 것으로 나타났다. E~F구간에서의 NO₂ 농도변화율은 -7.75ppb/hr로써 감소하는 경향이 D~E구간의 증가하는 강도에 비해 다소 낮은 것으로 나타났다. 시험종료 F지점 직전에서의 NO₂ 농도가 약 54ppb로 나타났다.

가스분석기를 이용한 연속측정법에 의한 결과, 전체 측정구간(A~F)의 평균농도는 60.16ppb (A~D구간 47.44ppb, D~F구간 69.89ppb)로 나타났다. 휴대용 가스렌지를 30분 동안 가동한 이후구간(D~F)의 NO₂ 평균농도는 가동전의 구간(A~D)보다 약 47.32% 정도 증가하는 것으로 나타났다. 보다 세부적인 주요 구간별(A~B, B~D, D~E, E~F구간) NO₂ 농도변화율은 각각 -8.00, 1.33, 90.00, -9.25ppb/hr로 나타났다. 휴대용 가스렌지를 30분 동안 가동한 D~E구간에서의 NO₂ 농도변화율은 약 90ppb/hr로써 급증하는 것으로 나타났다. E~F구간에서의 NO₂ 농도변화율은 -9.25ppb/hr로써 감소하는 경향이 D~E구간의 증가하는 강도에 비해서는 낮은 것으로 나타났다. 또한 F지점에서의 NO₂ 농도가 약 56ppb로 나타났다. 

센서를 이용한 연속측정법에 의한 결과, 전체 측정구간(A~F)의 평균농도는 55.08ppb(A~D 구간 43.05ppb, D~F구간 64.31ppb)로 나타났다. 휴대용 가스렌지를 30분 동안 가동한 이후구간 (D~F)의 NO₂ 평균농도는 가동전의 구간(A~D) 보다 약 49.39% 정도 증가하는 것으로 나타났다. 보다 세부적인 주요 구간별(A~B, B~D, D~E, E~F구간) O2 농도변화율은 각각 -6.00, 2.00, 88.00, -9.50ppb/hr로 나타났다. 휴대용 가스렌지를 30분 동안 가동한 D~E구간에서의 NO₂ 농도변화율은 약 88ppb/hr로써 급증하는 것으로 나타났다. E~F구간에서의 NO₂ 농도변화율은 -9.50ppb/hr로써 감소하는 경향이 D~E구간의 증가하는 강도에 비해서는 낮은 것으로 나타났다. 또한 F지점에서의 NO₂ 농도가 약 51ppb로 나타났다. 

대체적으로 휴대용 가스렌지 가동후의 구간(D~F구간)의 평균농도를 비교해 볼 때, NO₂ 가스분석기 측정법의 69.89ppb, 실내공기질 공정시험방법의 67.22ppb, 센서를 이용한 측정법의 64.31ppb 등의 순으로 나타났다. 또한 관리기준 치인 50ppb를 초과하는 것으로 나타나 적절한 대응조치가 필요한 것으로 나타났다. 

전반적으로 휴대용 가스렌지를 30분간 가동한 D~E구간에서의 NO₂  농도변화율 50~90ppb/hr은 임성국 등(2007)의 연구결과로부터 30분간 휴대용 가스렌지의 가동에 따른 것으로 환산할 경우의 약 123ppb/hr에 비해 약 40.8~73.4%정도 수준인 것으로 나타났다. 그리고, 전체구간에서의 NO₂  평균농도는 58.45~60.16ppb 정도로써 다중이용시설 등의 실내공기질관리법에 의한 지하환경(지하역사, 지하도 상가, 지하상점가 등)의 경우에 권고기준인 50ppb보다 높게 나타났다. 30분 동안 가동한 이후인 D~F 구간에서의 평균농도는 64.31~69.89ppb로써 기준치를 약 33.85~49.39%정도 초과하는 것으로 나타났다. 

특히, 본 연구에서 실내공기질 공정시험방법에 의한 결과, 전체구간에서의 평균농도는 커다란 차이가 나타나지 않았다. 그러나, 30분동안 NO₂ 발생원이 있는 구간에서의 시간을 고려한 농도변화율은 50ppb/hr로써 NO₂ 가스분석기에 의한 방법의 90ppb/hr보다 약 44.4% 정도 낮게 나타났으며, 센서에 의한 방법의 88ppb/hr보다도 약 43.2% 정도 낮게 나타났다. 이것은 NO₂ 가스분석기나 센서측정에 의한 방법의 측정오차를 고려한다 하더라도 과소평가되고 있음을 알 수 있다. 이것은 NO₂ 농도가 최고점 부근에서 과소평가되고 있음을 고려할 때, 이에 대한 적절한 평가방법을 고려해야 할 것으로 판단된다. 특히, NO₂ 발생원의 존재시 측정시점, 측정주기, 측정방법 등에 따라 측정농도가 달라질 수 있으며, 그에 따른 NO₂ 농도변화율에도 영향을 미칠 수 있을 것으로 판단된다. 1시간 단위로 오염물질 농도를 측정하면 환경변수에 따라 달라지는 실내공기질 현황을 효과적으로 모니터링할 수 없고, 신속하고 적절한 대응조치의 예측도 용이하지 않을 것으로 판단된다. 따라서 긴급상황 발생 시 신속하게 대처할 수 있는 효과적인 방안이 필요할 것으로 판단된다. 

3.4 세 가지 측정방법에 따른 공기질 평가의 특성 비교

Fig. 7은 세 가지 측정방법에 따른 주요 세부 구간에서의 공기질 평가특성 결과를 비교하기 위하여 나타낸 것이다. 본 연구에서는 농도 특성결과에 따라 크게 4개 구간(0~3시간까지, 3~3.5시간까지, 3.5~4.5시간까지, 4.5~8시간까지) 등으로 크게 세분화할 수 있었다.

Fig. 7. Variation of NO² average concentration by three methods for detail sections.

먼저 전체 측정구간(A~F)의 평균농도는 NO₂ 가스분석기에 의한 측정방법(60.16ppb), 실내공기질 공정시험방법 (58.45ppb), 센서에 의한 측정방법(55.08ppb) 등의 순으로 나타났다. 

0~3시간까지의 경우에는 대체로 NO₂ 가스분석기에 의한 측정방법, 실내공기질 공정시험방법, 센서에 의한 측정방법 등의 순으로 나타났다. 3~3.5시간까지(발생원 30분전의 구간)의 경우에는 대체로 실내공기질 공정시험방법, NO₂ 가스분석기에 의한 측정방법, 센서에 의한 측정방법 등의 순으로 나타났다. 

3.5~4.5시간까지(30분 동안의 발생원 구간과 그 이후 30분 동안)의 경우에는 대체로 NO₂ 가스분석기에 의한 측정방법, 센서에 의한 측정방법 실내공기질 공정시험방법 등의 순으로 나타났다. 4.5~8시간까지의 경우에는 대체로 NO₂ 가스분석기에 의한 측정방법, 실내공기질 공정시험방법, 센서에 의한 측정방법 등의 순으로 나타났다.

전반적으로 NO₂ 가스분석기에 의한 측정방법이 센서에 의한 측정방법에 의한 결과보다 약 8.1% 높게 나타났다. 실내공기질 공정시험방법의 경우에는 3~3.5시간의 구간(휴대용 가스렌지 가동 30분전의 구간)에서 다른 두 측정방방의 결과에 비해 높게 나타났다. 

 센서를 이용한 측정방법의 경우에는 대체로 실내공기질 공정시험방법에 의한 결과보다 약 -10~3.6%로써 평균적으로 약 6.1% 낮게 나타났으며, NO₂ 가스분석기에 의한 결과보다 약 11.7~3.2% 정도로 낮게 나타났다.

본 연구에서의 세 가지 측정방법에 따른 주요 특성을 살펴보면, 실내공기질 공정시험방법의 경우에는 시료채취(시점, 주기 등 고려), 시료보관, 시료분석장비의 고가, 소요인력 등을 고려해야 하는 등 다소 번거로우며, 측정값의 경우에도 앞서 언급한 것처럼 발생원이 있을 경우에는 다소 과소평가되는 등의 단점이 있는 것으로 나타났다. 이에 대한 공기질 평가시에 적절한 보완방안이 필요할 것으로 판단된다. NO₂ 가스분석기 측정방법의 경우에는 수초~수분 간격으로의 설정으로 연속측정이 가능하며, 정확한 농도를 측정할 수 있었다. 그러나, 대부분 고가의 외국산 장비이며, 부품교환 및 고장 발생 시 수리하는 데 소요기일과 비용이 많이 발생할 수 있는 등의 단점이 있는 것으로 나타났다. 그러나, 센서를 이용한 연속측정방법의 경우에는 최소 3초~수분 간격으로의 연속측정이 가능하고 사용방법이 간단하며, NO₂ 가스분석기와 유사한 정도의 정확한 농도를 측정할 수 있다. 또한, 국내에서 자체개발하여 저렴하며, 측정농도에 따른 알람기능 설정 등의 다양한 정보제공, 실시간 모니터링의 용이성, 부품교환 및 고장발생 시 신속하게 수리가능한 장점 등이 있어 보다 효과적인 실시간 공기질 환경진단 및 평가가 가능할 것으로 판단된다.

4. 결론

지하공간(지하실험연구실)에서 세 가지 측정방법에 따른 실내공기질 평가결과를 비교분석 하기 위하여 휴대용 가스렌지 연소시 발생가능한 NO₂를 선정하여 수행한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다. 

세 가지 방법(실내공기질 공정시험방법, 가스 분석기를 이용한 측정방법과 센서를 이용한 연속측정방법)에 의한 전체구간에서의 NO₂의 평균농도와 표준편차는 각각 58.45±13.02ppb, 60.16±14.19ppb, 55.08±14.08ppb 등으로 거의 비슷하게 나타났다. 실내공기질 공정시험방법에 비해 -5.8~2.9% 정도로 평가되었으며, 관리기준치인 50ppb를 초과하여 적절한 대응조치가 필요한 것으로 나타났다. 

휴대용 가스렌지의 가동전후 구간에서의 세가지 방법에 의한 농도특성의 분석결과, 가동전의 구간(A~D구간)에서는 43.05~50.22ppb, 가동후의 구간(D~F구간)에서는 64.31~69.89ppb로 나타났다. 휴대용 가스렌지를 30분 동안 가동한 이후의 NO₂ 평균농도는 가동전의 농도보다 약 33.85~49.39% 정도 증가하는 것으로 나타났다. 휴대용 가스렌지 가동후 구간(D~F구간)의 평균 농도는 NO₂ 가스분석기 측정법의 69.89ppb, 실내공기질 공정시험방법의 67.22ppb, 센서를 이용한 측정법의 64.31ppb 등의 순으로 나타났다. 실내공기질 공정시험방법에 의한 30분동안 NO₂ 발생원이 있는 구간(D~E구간)에서의 시간을 고려한 농도변화율은 50ppb/hr로써 NO₂ 가스분석기에 의한 방법의 90ppb/hr보다 약 44.4% 정도 낮게 나타났으며, 센서에 의한 방법의 88ppb/hr 보다도 약 43.2% 정도 낮게 나타났다.

전반적으로 NO₂ 가스분석기에 의한 측정방법이 센서에 의한 측정방법 등에 의한 결과보다 약 8.1% 정도 높게 나타났다. 실내공기질 공정시험방법의 경우에는 3~3.5시간의 구간(휴대용 가스렌지 가동 30분전의 구간)에서 다른 두 측정방방의 결과에 비해 높게 나타났다. 센서를 이용한 측정방법의 경우에는 대체로 실내공기질 공정시험방법에 의한 결과보다 약 6.1% 정도 낮게 나타났으며, NO₂ 가스분석기에 의한 결과보다 약 11.7~3.2% 정도로 낮게 나타났다. 

실내공기질 공정시험방법에 의해 NO₂ 농도를 1시간 1회 측정한 결과는 시료채취일이 같을지라도 채취시점, 측정주기, 측정방법 등에 따라 발생원의 유무에 따라 주요 구간에서의 NO₂ 분석농도가 달라질 수 있으며, 그에 따른 NO₂ 농도변화율에도 영향을 미칠 수 있을 것으로 판단된다. 보다 신속하고 적절한 대응조치를 할 수 있는 효과적인 방안이 필요할 것으로 판단된다. 

Acknowledgements

This research was supported by the Next Ecoinnovation Programs through the Korea Environmental Industry & Technology Institute (KEITI).