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1. 서론

라돈은 암석이나 토양에 함유되어 있는 우라늄의 붕괴에 의해 자연적으로 발생되는 가스상 물질로 지질 및 토양의 특성에 따라 라돈의 배출 및 이동 특성은 다양하지만 실내 환경의 관점에서 유입경로는 대부분 회기를 통하거나 토양과 접하고 있는 건축물의 부분을 통해 실내공기로 이동한다.

 일반적으로 외부 공기에서 라돈농도는 매우 낮으나 확산이 좋지 않은 실내공간에서는 축적에 의해 높은 농도로 증가된다. 라돈의 빙점은 영하 68℃ 이하로 그보다 높은 온도에서 기체가 되며, 무색, 무취의 성질을 가지고 있어 실내로 잠입해도 사람의 감각으로 느끼지 못하는 특징을 가지고 있다. 이러한 방사성 가스인 라돈은 알파선을 방출시키는 218Po이나 214Po와 같은 방사성 원소로 붕괴되는데, 이들은 폐포에 심각한 피해를 줄 수 있다(Axel et al., 2008; UNSCEAR, 2000; NRC, 1988).

 미국의 국가방사선방호위원회(NCRP)의 보고에 의하면 대기 중 라돈의 80%는 토양에서 그리고 나머지는 지하수와 건축자재 등으로부터 유입된다고 보고하였다(NCRP, 1984). 이와 같이 라돈은 인공방사선과 달리 자연 발생적인 방사선원이므로 통제와 관리상의 어려움이 수반된다. 선진 외국들은 라돈에 의해 자국 국민들이 받는 연간 피폭선량을 평가하고, 필요시 라돈농도에 대한 권고치를 설정하여 라돈으로부터 국민의 건강을 보호하기 위하여 1980년부터 1990년대에 국가별로 각국 규모의 라돈농도 조사를 수행하였다. 그 결과 인간이 자연방사선으로부터 받는 연간 피폭선량(2.5mSv/y) 중 약 50%에 해당하는 1.2mSv/y가 라돈에 의한 것이라고 보고되었다(UNSCEAR, 2000).

 이와 같은 라돈의 물리・화학적 특성 및 건강상의 영향을 고려하여 실내공기 중 라돈의 저감 및 관리의 필요성이 증대되었다. 이에 라돈 농도의 저감을 위해 지하수, 토양 및 건축자재별 라돈 방출율의 평가 연구, 건축물의 물리적 특성에 따른 라돈농도 분포 조사를 통한 저감요인을 도출하고 이에 따른 저감방안을 모색하는 연구 수행의 필요성이 최근 들어 증대되어지고 있다.

 이에 본 연구는 라돈의 발생원으로 알려져 있는 건축자재 중 석고보드를 대상으로 실내공기 중 라돈에 기여하는 정도를 파악하고자 실제 건축물에 사용되어진 석고보드의 함량과 실내 라돈 농도와의 관련성을 평가하여 제시함으로써 향후 실내공기 중 라돈 저감방안 수립에 있어 기초적 자료를 제공하고자 수행되었다.

2. 연구방법

2.1 연구 대상 및 조사 방법

 본 연구의 연구대상시설은 다음 표 1에서 제시한 바와 같이 전국 5개도(경기도, 충청도, 전라도, 경상도, 강원도)의 8개시에 위치한 건축물(기숙사, 원룸) 중 건축자재로 사용된 석고보드의 함량을 알 수 있는 시설 58개를 대상으로 하였다. 또한 실내 라돈 농도 조사는 1층에 위치한 실내공간으로 한정하였다.

Table 1. Locations of studied facilities and the types (phosphate and non-phosphate) of gypsum building material. (EA)

 라돈농도의 조사는 수동형 라돈 검출기를 이용한 누적노출평가를 통한 실내 라돈농도를 조사하는 방법으로 2011년 4월부터 조사대상 건물의 실내 및 실외에 각각 알파비적 검출인 Raduet 검출기(Model RSV-8)를 3개월간 노출 시킨 후 7월에 회수한 후 외구 공기의 유출입이 없도록 회수한 검출기를 알루미늄 봉투 안에 넣고 견고히 밀봉한 후 검출기 제작사(Radosys, Ltd. Hungary)로 보내어 농도를 분석하였다.

2.2 자료 분석

 산출된 결과의 통계적 분석을 수행하는데 있어 모수 통계분석을 위한 라돈 농도 자료의 분포 특성을 파악하기 위해 히스토그램과 누적확률분포도를 통해 농도의 분포를 조사하였다. 그 결과 다음의 그림 1에서 제시한 것과 같이 비정규분포하고 있음을 확인하고 산출된 자료를 로그변환하여 다시 정규성을 검토한 결과 근사한 정규분포를 하고 있음을 확인하였으며, 이와같이 변환된 자료를 활용하여 모수통계분석을 수행하였다.

Fig. 1. Distribution characteristics of indoor radon concentration.

 자료의 분석은 지역별로 실내 평균라돈농도와 실내외 라돈농도의 비를 산출하였다. 또한 사용된 석고보드의 종류(인산석고보드와 탈황석고보드)에 따른 실내 공기 중 라돈농도의 차이를 평가하였으며, 최종적으로 석고보드의 사용량과 실내 공기 중의 라돈농도와의 피어슨 상관분석을 통한 관련성 분석 및 건축물의 면적과 노후화에 따른 실내 라돈농도와의 관련성 분석을 수행하였다.

3. 연구 결과

3.1 라돈농도분포

 본 연구에서 조사된 전체 연구대상시설 내공기 중 라돈의 평균농도는 27.9±17.5Bq/m³으로 환경부의 ‘다중이용시설 등의 실내공기질 관리법’에서 정하는 다중이용시설 실내공기 중의 라돈농도 권고치이며, 미국 환경보호청(US EPA)에서 권장하고 있는 실내공기 중의 라돈농도의 권고치인 148Bq/m³에 비해 낮은 농도를 나타냈다. 전체 조사결과 중 가장 높은 농도를 보인 강원도 문막에서 조사된 101.0Bq/m³ 역시 권고치 이하의 양호한 수준의 농도를 보인 것으로 조사되었다. 이는 모든 조사대상 시설의 실내공기 중 라돈농도가 현 기준 이하의 양호한 수준임을 나타내는 결과라 할 수 있다(표 2).

Table 2. Summary of statistics on indoor radon concentration. (Bq/m³)

 실내외 라돈농도비는 1.00으로부터 3.00의 범위를 나타냈으며, 평균 실내외 라돈농도비는 2.02로 조사되어 라돈의 경우 실내농도가 실외농도에 비해 높은 것으로 조사되어 주요 실내공기오염물질임을 확인할 수 있었다.

3.2 석고보드 종류 및 사용량에 따른 실내라돈농도 특성

 다음의 그림 2는 건축자재에 사용된 석고보드 종류(탈황석고보드, 인산석고보드)에 따른 실내공기 중의 라돈농도의 차이를 비교한 것이다. 탈황석고보드를 사용하여 건축된 건물의 실내 라돈농도는 27.4±19.4Bq/m³이였으며 인산석고보드를 사용하여 건축된 건물의 실내 라돈농도는 28.1±16.7Bq/m³으로 조사되어 탈황석고보드를 사용한 건축물의 실내라돈농도가 인산석고보드를 사용한 건축물의 실내라돈농도에 비해 낮은 농도를 보이고 있으나 유의한 차이는 보이지 않았다. 또한 석고보드 사용량(m²)과 실내공기 중의 라돈농도와의 관련성을 확인하고자 상관분석을 수행한 결과를 나타낸 것으로 석고보드 사용량과 실내공기 중의 라돈농도와 통계적으로 유의한 차이를 보이지 않는다(그림 3).

Fig. 2. Indoor concentration of radon by the types of phosphate content in gypsum building material.

Fig. 3. Correlation analysis to relevance between gypsum board usage(m2) and indoor air radon concentration.

3.3 건물 면적 및 노후화에 따른 실내라돈농도 특성

 건물의 면적과 노후화가 실내 공기 중의 라돈농도에 영향을 미치는가를 조사한 결과, 실내면적은 20평 이하(66.12m²)와 초과로 구분하여 조사한 결과 20평 이하에서는 27.9±15.6Bq/m³, 20평 초과에서는 28.3±25.0Bq/m³으로 조사되었으나 통계적으로 유의한 차이를 보이지 않는 것으로 조사되었다(그림 4). 또한 건물의 노후화에 따른 실내 라돈농도 분포 특성 역시 건축완공 또는 리모델링 이후의 기간을 5년 단위로 구분하여 조사한 결과 5년 이하의 건물의 실내라돈농도가 31.4±22.3Bq/m³으로 가장 높은 농도를 보였으며, 기간이 경과될수록 차츰 낮아지는 농도분포 특성을 나타냈으나 통계적으로 유의한 차이가 없는 것으로 조사되었다(표 3).

Fig. 4. The influence of radon concentration into the indoor air concerning.

Table 3. indoor radon concentration distribution characteristics to the aging of the building. (Bq/m³)

4. 고찰

 본 연구는 실내공기 중 라돈농도에 영향을 미치는 것으로 알려져 있는 건축자재에서의 라돈 방출이 생활환경 중 실내 공기 중에 미치는 영향을 평가하기 위한 일환으로 여러 건축자재 중 석고보드에서 방출되는 라돈이 실내공기 중의 라돈에 미치는 영향을 검토하기 위하여 수행된 연구이다. 이와 같은 목적을 위하여 건축시 사용된 석고보드의 양을 확인할 수 있는 시설을 연구대상 시설과 대조군으로 석고보드가 사용되지 않은 시설을 비교하는 연구설계가 이상적이라 할 수 있지만, 국내 건축물 중 석고보드가 사용되지 않은 건축물의 선정이 불가하여, 대신에 조사대상 실내공간의 석고보드의 사용량과 라돈농도와의 비교를 수행하여 그 결과를 제시하였다.

 본 연구에서 도출된 결과는 국내 일부 지역(도) 내 시군에서 조사된 자료이며, 자료 수 역시 대표성을 갖기에는 미약한 수준이라 할 수 있다. 따라서 본 연구에서 지역 간의 농도 차이를 검증하는 것은 무의미하다 할 수 있으나, 지역별 평균라돈농도간의 차이, 즉, 경기도, 충청도, 전라도, 경상도 및 강원도 내 주거환경에서의 실내라돈농도의 차이를 검증한 결과 통계적으로 유의한 차이가 없는 것으로 조사되었다. 이는 국내 거주환경의 라돈농도는 지역별 구분없이 유사한 농도분포를 나타내고 있음을 보여주는 결과라 할 수 있으며, 또한 국내 실내 라돈농도에 영향을 미치는 주요 인자가 토양 등과 같은 지역적 특성이라기보다는 건축자재와 환기와 같은 일반적 실내공기질에 대한 주요영향인자에 영향을 받고 있음을 시사하는 결과로 여겨진다.

 본 연구에서 조사된 전체 연구대상 시설의 실내 공기 중 평균 라돈농도는 27.9±17.5Bq/m³으로 국내 환경부에서 정하고 있는 다중이용시설의 실내공기 중 라돈 권고치이며, 미국 EPA에서 권장하고 있는 실내공기 중 라돈 권고치인 148Bq/m³에 비해 낮은 농도로 이는 이철민 등(2007)이 국내 다양한 실내환경에서 조사된 Journal of Korean Society for Indoor Environmet Vol.10, No.3 라돈농도 조사결과를 바탕으로 메타분석을 수행한 연구에서 제시한 바와 같이 국내 주거환경의 실내공기 중 라돈농도가 환경부 및 미국EPA에서 정하고 있는 권고치 이하의 1/2 이하의 낮은 수준을 보인다는 결과와 부합하는 결과임을 확인할 수 있었다. 또한 이는 국내 주거환경에서의 라돈농도는 현 환경부에서 정하고 있는 기준보다 낮은 농도를 보이고 있음을 확인할 수 있는 결과라 할 수 있다.

 실내 공기질 연구에 있어 실외오염물질의 실내 유입이 실내 공기질에 어느 정도 영향을 미치는지를 파악하고, 이를 통해 각종 실내 발생원으로부터 방출되는 오염물질이 실내 공기질에 미치는 영향을 정량화 하는 것은 중요하며, 이를 위해 사용되는 지표로 실내외비(indoor outdoor ratio)가 이용되고 있다(Yocom, 1982). 본 연구에서 조사된 실내외 공기 중 라돈농도 비의 범위는 1.00 – 3.00으로 라돈의 주요 발생원이 토양임을 고려할 때, 실내로 유입된 공기 중 라돈이 일반대기환경에 비해 밀폐된 실내 공기중에 장기간 축적, 잔류함으로써 실내 농도가 실외 농도보다 높게 나타난 것으로 여겨지며, 이와 같은 결과는 김윤신 등(2002)이 전국 5개 도시에 위치한 대학교에서 조사한 실내외 라돈농도 조사연구에서 제시한 실내외 라돈농도비인 1.7 – 3.9의 범위와 유사한 범위를 보이고 있는 것으로 조사되었다.

 건축자재로 사용된 석고보드의 종류에 따른 실내 공기 중 라돈농도의 차이를 검정한 결과 본 연구에서는 탈황석고보드와 인산석고보드사용 간에 실내 공기 중 라돈농도는 큰 차이를 보이지 않는 것으로 조사되었다. 인산석고는 인광석을 원료로 인산을 제조하는 과정에서 만들어지는 부산물 중의 하나로 대부분의 인광석에는 우라늄이 일반광물에 비해서 많이 들어있는 것으로 알려져 있으며, 우라늄의 방사성 붕괴산물인 라듐은 석고의 구성원소인 칼슘과 물리화학적 유사성으로 인하여 주산물인 인산보다는 부산물인 석고부분으로 농축되는 것으로 알려져 있다. 이와 같은 특성을 고려할 때 인산석고보드에서 방출되는 라돈의 양이 탈황석고보드에서 방출되는 라돈의 양보다는 높은 것으로 예상되나 본 연구에서는 이들 석고보드가 설치된 건물의 실내 공기 중 라돈농도 간에 통계적으로 유의한 차이가 없는 것으로 조사되었다. 이는 국내 건축물에 사용된 석고보드로부터 방출되는 라돈의 양이 실내공기 중의 라돈농도에 기여하는 율이 매우 미비함을 보여주는 결과라 사료된다. 이와 같은 결과를 검토하기 위해 본 연구에서는 건축물에 사용된 석고보드의 사용량과 실내공기 중의 라돈농도와의 상관관계를 분석한 결과 관련성이 없는 것으로 조사되어 국내 건축물에 사용된 석고보드에서 방출되는 라돈이 실내공기 중의 라돈농도 증가에 크게 기여하지 못함을 확인할 수 있었다. De Jong et al.(2006)이 수행한 네덜란드 내 다양한 건축자재에 대한 라듐 방출률 조사에서도 석고보드에서의 방출량은 콘크리트나 벽돌 등과의 비교에서 가장 낮은 수준을 보인 것으로 나타났다. 그러나 이와 같은 결과는 국내 실내 상대 습도 혹은 온열환경 등과 같은 물리화학적 특성에 의한 석고보드를 포함한 건축자재로부터의 방출률이 낮아짐에 따라 산출된 결과인지, 또는 건축물에 사용된 석고보드의 양이 적음에 따라 실내공기 중의 라돈농도에 기여할 정도의 라돈농도를 방출하지 못함으로서 산출된 결과인지에 대해서는 향후 추가적 연구의 수행을 통해 검증되어져야 할 것으로 판단된다. 특히 상대습도의 경우 라돈의 평형농도에 크게 영향이 있음이 기존 연구에서 밝혀진 바 있다(Maged et al., 1997; Maged and Ashraf, 2005).

 건축물의 물리적 특성에 따라 실내 라돈농도의 변화를 평가하기 위해 조사대상시설의 면적과 건물의 건축연도 즉, 노후화와 라돈농도와의 관련성을 검토한 결과 석고보드 사용량과 같이 관련성이 없는 것으로 조사되었다. 실내 공간의 면적의 증가는 실내 체적의 증가를 의미하며 이는 실내 방출된 라돈 농도의 희석력에 영향을 줄 것으로 여겨지나 본 연구에서 산출된 결과를 비추어 볼 때 실내 주거환경들의 면적이 대부분 동일한 면적으로 건축되어지고 있음을 고려할 때 면적에 의한 라돈농도의 변화는 국내 환경에서 큰 의미가 없는 것으로 판단된다. 또한 건물의 노후화 역시 단순히 건축연도의 경과와의 비교보다는 건축물의 균열 정도 및 외부 토양에서 방출되는 가스가 실내로 유입될 수 있는 경로 규명 등을 통한 실내 공기 중의 라돈농도와의 관련성에 관한 평가가 이루어지는 것이 라돈의 관리방안 수립에 있어 우선적으로 이루어져야 할 것으로 사료된다.

 본 연구는 건축자재에서 방출되는 라돈이 실내 공기 중 라돈농도 증가에 기여 정도를 평가하기 위한 연구의 일환으로 건축자재 석고보드와 실내공기 중의 라돈농도와의 관련성을 조사한 연구로 석고보드를 건축자재로 사용한 실내공기 중 라돈농도가 현 환경부 및 미국 EPA에서 권고하고 있는 권고치보다 낮은 농도를 보이고 있음을 확인할 수 있었으며, 또한 석고보드의 사용량과 실내공기 중의 라돈농도와의 관련성 평가에서도 관련성이 없다는 결과를 미루어 볼 때 건축자재 및 기타 라돈의 발생원들에 대한 챔버실험을 통한 방출율 평가 결과를 활용한 관리방안 수립보다는 국내 실제 실내환경에서의 공기 중 라돈농도에 관여하는 요인들을 규명할 수 있는 다각적 연구들이 선행적으로 이루어져야 할 것이며, 이들 연구결과들을 바탕으로 한 관리방안의 수립이 이루어지는 것이 국내 실내환경에 적합한 관리방안의 수립이 이루어질 수 있을 것으로 판단된다.

5. 결론

 본 연구는 라돈의 방출원으로 알려져 있는 건축자재 중 석고보드에서 방출되는 라돈이 실제 생활환경 중의 실내공기 중 라돈농도 증가에 관여하는가를 평가하고자 수행된 연구로 석고보드를 건축재료로 사용한 58개의 시설을 대상으로 실내라돈농도 및 시설의 석고보드 사용량 등의 건축물 특성을 조사한 후 획득된 자료를 바탕으로 연계분석한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.

 본 연구에서 조사된 전체 연구대상시설 내 공기 중 평균 라돈농도는 27.9±17.5Bq/m³으로 현 환경부 및 미국 EPA에서 권고하고 있는 기준인 148Bq/m³에 비해 낮은 농도를 나타냈으며, 지역에 따른 조사대상 시설 내 라돈 농도간의 차이는 통계적으로 유의한 차이를 나타내지 않았다. 또한 건축물 내 석고보드 사용량과 실내공기 중의 라돈농도와의 관련성을 검토한 결과 석고보드 사용량과 라돈농도 간에는 유의한 상관성이 없는 것으로 조사되었으며, 건축물의 면적, 노후화 역시 실내공기 중의 라돈농도에 크게 기여하지 않는 것으로 조사되었다.

 또한 조사대상 지역의 이와 같은 결과를 통해 국내 실내환경의 라돈농도는 라돈의 주요 발생원으로 알려진 토양 및 건축자재에서 배출되는 라돈의 영향보다는 환기 등과 같은 실내공기질 관리의 주요 영향인자에 영향을 받고 있음을 보여주는 결과라 할 수 있다. 이에 국내 실내공기 중 라돈 관리방안 수립에 있어 향후 국내 건축물 내 라돈농도에 관여하는 영향인자 규명을 위한 다각적 연구의 확대가 요구된다.