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ISSN : 2288-9167(Print)
ISSN : 2288-923X(Online)
Journal of Odor and Indoor Environment Vol.18 No.3 pp.272-277
DOI : https://doi.org/10.15250/joie.2019.18.3.272

Influence of soil and building materials on indoor radon in underground buildings

Dae-Joon Kim, Jang-Hoon Lee*
Department of Convergence Science Technology, Graduate School of Venture, Hoseo University
Corresponding author Tel : +82-31-984-6504 E-mail : jhlee@hoseo.edu
19/07/2019 21/08/2019 23/09/2019

Abstract


This study was performed to determine the effects of soil and building materials on indoor radon concentration. Short-term measurements were made in the underground soil of a building along with the radon emanation rates from the phosphogypsum board used as the interior wall. The radon measurements in the soil were 9,213 Bq/m3 in the B3 level, and 3,765 Bq/m3 in the B4 level. Soil radon concentration in the B4 level was 2.4 times higher than in the B3 level. Indoor radon measurements in 50 different locations in the underground of the building, averaged from 144.3 Bq/m3 (B1), 177.0 Bq/m3 (B2), and 189.2 Bq/m3 (B3) to a high of 210.1 Bq/m3 (B4). Indoor radon concentration was increased from the lower level to the upper level. The radon emanation rates from phosphogypsum were 4,234.1 mBq/m2/h and, 450.4 mBq/kg/h. The measurement results indicated that the phosphogypsum board used as building materials as well as the soil could affect the indoor radon concentration.



지하 건축물 실내라돈에 대한 토양과 건축자재의 영향 연구

김 대준, 이 장훈*
호서대학교 벤처대학원 융합과학기술학과

초록


    © Korean Society of Odor Research and Engineering & Korean Society for Indoor Environment. All rights reserved.

    1. 서 론

    일반적으로 도시인의 경우 하루 24시간 중 85% 이 상을 다양한 실내공간에서 생활하는 것으로 보고되고 있으며(ME, 2004), 실내에서 거주하는 시간이 많아짐 에 따라 실내공기질 중 라돈 노출에 대한 관심이 많아 지고 있다. 사람이 거주하는 건축물(공동주택)의 실내 에는 석고보드, 벽지, 페인트, 장판, 마루, 석재 등과 같 이 매우 다양한 건축자재가 사용된다(Jung et al., 2014). 세계보건기구 산하기관인 국제암연구소(International Agency for Research on Cancer, IARC) 에서는 인체 유해성 측면에서 석면과 더불어 라돈을 1군 발암물질 로 규정하고 있으며 흡연에 이은 두 번째 폐암 원인물 질로 지정하고 있다(IARC, 1988). 일반적으로 실내 공 기에 포함된 라돈의 85~97%는 토양이나 암석에서 유 입되며, 2~5%는 건축자재, l~2%는 지하수를 사용할 때 공기 중으로 흘러들어오는 것으로 알려져 있으나 이 또한 지역이나 기후 등에 따라 분포비율이 상이하 다(ME, 2016). 특히 지하 근무지나 밀폐된 공간에서는 환기율이 낮아 라돈에 의한 방사선 노출 가능성이 높 다(Song and Jin, 2011). 라돈의 물리·화학적 특성 및 건강상의 영향을 고려하여 실내공기 중 라돈의 저감 및 관리의 필요성이 증대되었다. 이에 라돈 농도의 저 감을 위해 지하수, 토양 및 건축자재별 인산석고율의 평가 연구, 건축물의 물리적 특성에 따른 라돈농도 분 포 조사를 통한 저감요인을 도출하고 이에 따른 저감 방안을 모색하는 연구 수행의 필요성이 최근 들어 증 대되어지고 있다(Kim et al., 2013). 실내 라돈의 생성 배경은 토양에서 비롯되는 부분이 가장 크다고 여겨진 다. 토양 중의 우라늄과 라듐에 의해서 생성된 기체 상 태의 라돈은 토양과 실내 공간 중의 온도에 의해 발생 한 압력 차이에 의해서 벽면이나 바닥의 갈라진 틈새 를 통해서 실내공간으로 유입된다고 알려져 있다. 또한 실내 건축자재로 사용되는 암석, 자갈, 모래 등의 토양 에 우라늄 및 라듐의 함량이 높을 경우에는 이를 사용 하여 주거공간을 지을 경우 실내 라돈의 농도가 확연 히 높아 질 수 있다(Choi et al., 2014). 국내에서 석고 보드를 생산하는 사업장은 2개사로 A사는 2014년 4월 부터 인산석고를 사용하지 않고 있으며, B사는 2007년 부터 탈황석고를 사용하여 석고보드를 제조하고 있다 (Chung et al., 2018). 본 연구시설은 지하에 위치한 건 축물로서 건물 내벽이 인산석고보드로 시공되어 있으 며, 자연환기가 불가능하여 기계식 환기시설에 의존하 고 있다. 지하 건축물에서 토양에서 기인한 라돈농도를 측정하고, 건축자재 중 인산석고보드의 라돈방출량을 조사하여 지하 건축물에서 실내 라돈농도를 개선할 수 있는 방안을 제시하고자 한다.

    2. 실험방법

    2.1 실험대상

    본 연구의 대상시설은 대전광역시에 위치한 지하 건 축물로서 1990년 5월에 준공되어 현재까지 19년이 경 과되었으며, 지하4층에서 지하1층까지 총 4개 층으로 설치되어 외부환경과 독립적인 공간으로 활용되고 있 다. 지하 건축물의 특징은 유사시를 대비하기 위한 공 간으로 모든 건축물이 지하공간에 설치되어 있으며, 철 근콘크리트 구조물로 건물 내벽은 석고보드로 마감되 어 있다. 지리적 특성은 지질정보 서비스시스템에서 조 사한 지질조사 결과 대보화강암, 단천복합체로 조사 (MGEO, 2019)되었으며, 국가환경방사선 자동감시망 에서 조사한 환경방사선 등가선량은 0.127 μSv/hr로 조 사(IERMN, 2019)되었다. 자연환기가 이루어질 수 없 는 공간으로 기계식환기시설이 설치되어 있으며, 공기 조화기는 총 31대가 운영되고 있으며 규모에 따라 지 하4층 13대, 지하3층 10대, 지하2층 6대, 지하1층 2대 가 설치되어 있다. 공기조화기의 가동시간은 오전 9시 부터 오후 6시까지 가동되고 있으며, 가동율은 시설용 량대비 30%로 가동되고 있다. 기계식환기시설에 따른 지하시설 전체 환기횟수는 1.6회/h이며, 지하1층 2.2회/ h, 지하2층 1.9회/h, 지하3층 1.1회/h, 지하4층 0.9회/h 로 나타나(Table 1) 환기시설에 대한 건축물의 설비기 준 등에 관한 규칙 [별표 1의5] 신축공동주택 등의 기 계 환기설비의 설치기준 시간당 0.5회 이상(ML, 2017) 을 충족하고 있다.

    2.2 측정방법 및 측정기간

    본 연구에서는 토양 라돈농도, 실내 라돈농도 장기 측정, 실내 라돈농도 연속측정, 건축자재 라돈방출량에 대하여 측정하였다. 토양 라돈농도 측정은 지하4층과 지하3층 등 2지점을 대상으로 DURRIDGE사 RAD7 장비를 이용하여 측정 심도 80 cm에서 10분 간격으로 1시간동안 토양 라돈농도를 측정하였다. 실내 라돈농 도 장기측정은 지하 건축물 내 주요 50개 지점을 대상 으로 2018년 10월 30일부터 2019년 1월 31일까지 91 일 동안 실시하였으며, 측정방법은 충전식 전리막(Eperm) 을 이용하였다. 실내 라돈농도 연속측정은 장기 측정 농도 기준 상위 10%인 5지점을 대상으로 2019년 1월 30일부터 2019년 2월 1일까지 48시간 동안 1시간 간격으로 실시하였으며, 측정방법은 SUN NUCLEAR 사 1030Model을 이용하였다. 건축자재 라돈방출량 조 사를 위하여 (주)에프티랩의 Radon Eye plus를 이용하 여 20 L 용량의 챔버 내에서 138시간 동안 1시간 간격 으로 인산석고보드와 천장텍스의 라돈농도를 측정하여 라돈방출량을 조사하였다(Table 2).

    건축자재 라돈방출량 계산식은 다음과 같다.

    E A = i 1 n ( C n C n 1 ) × V n × Δ t × A E M = i 1 n ( C n C ( n 1 ) ) × V n × Δ t × M

    여기서

    • EA : 단위면적당 방출율 (emission per unit area) (Bq/m2/h)

    • EM : 단위질량당 방출율 (emission per unit area) (Bq/kg/h)

    • C : 라돈 농도(Bq/m3)

    • V : 챔버 용량(m3)

    • n : 라돈농도 측정수량

    • Δt : 단위시간(h)

    • A : 건축재료 샘플의 면적(m2)

    • M : 건축재료 샘플의 질량(kg)

    3. 결과 및 고찰

    3.1 토양 라돈 측정

    토양 중 라돈은 지면에서 수직으로 0.8 m 아래 지점 의 농도를 측정하였다. 토양 라돈농도 측정결과 지하4 층에서 9,213 Bq/m3로 측정되었으며, 지하3층에서 3,765 Bq/m3로 측정되어, 지하4층 토양 라돈농도가 지 하3층 대비 2.4배 높게 측정되었다(Table 3). 지하2층 과 지하1층은 토양과 접하는 지면이 없어 측정대상에 서 제외하였다. 토양 내 존재하는 라돈은 가스형태로 실내로 유입되게 되는데 밀폐조건에서는 건물의 형태 및 실내·외 온도, 습도 등의 조건들과 토양의 물리화학 적 특성 등 다양한 요인에 의해 토양가스의 실내유입 이 영향을 받기 때문인 것으로 추정된다. 선행연구에서 도 토양기원 라돈의 실내유입은 강우, 토양의 동결, 실 내·외 온도차, 기압상승 등과 관계가 있는 것으로 보고 되고 있다(Cho and Kim, 2017).

    3.2 실내 라돈 장기측정

    실내 라돈농도 장기측정 결과 측정대상 50개 지점 전체 평균 라돈농도는 189.2 Bq/m3로 2019년 7월 1일 부로 시행되는 실내공기질 관리법 시행규칙 제7조 2 신축공동주택과 제10조 12 공동주택 소유자 등에 적용 되는 라돈 권고기준 148 Bq/m3의 24.7%를 초과하였다. 지점별 최대농도는 588.3 Bq/m3로서 가장 높게 측정되 었으며, 최소농도 70.3 Bq/m3, 표준편차 92.5 Bq/m3로 나타났다(Table 4). 기계식 환기시설 가동에 따른 층별 환기횟수와 라돈 평균농도는 환기횟수가 2.2회/h로 가 장 많은 지하4층에서 라돈농도 210.1 Bq/m3로 가장 높 게 측정되었으며, 환기횟수가 0.9회/h로 가장 적은 지 하1층에서 라돈농도 144.3 Bq/m3로 가장 낮게 측정되 어, 환기량에 따른 라돈 저감 효과를 나타내지 못하였 다. 각 층별 라돈농도 분포에 대한 통계분석(ANOVA test) 결과(Table 5) 유의한 차이를 나타내는지 못하였 으나, 층별 평균 라돈농도 측정결과 지하4층에서 210.1 Bq/m3으로 가장 높게 측정되었으며, 지하3층 189.2 Bq/m3, 지하2층 177.0 Bq/m3, 지하1층 144.3 Bq/m3로 측정되어 저층일수록 평균 라돈농도가 높고, 고층일수 록 평균 라돈농도가 낮은 것으로 측정되었다(Table 4; Fig. 1). 이는 광주광역시 광산구 소재 신축아파트를 대 상으로 실시한 층별 라돈농도 연구에서 라돈 평균농도 가 1층에서 3.5 pCi/L (129.5 Bq/m3)로 가장 높게 측정 되었으며, 5층 2.7 pCi/L (99.9 Bq/m3), 10층에서 2.6 pCi/L (96.2 Bq/m3)로 가장 낮게 측정된 연구 결과(Jang and Lee, 2014)와 유사한 결과를 나타내었다. 또한 토 양 라돈농도 측정결과 지하4층에서 9,213 Bq/m3, 지하 3층에서 3,765 Bq/m3로 측정되어 토양 라돈농도와 실 내 라돈농도가 유사한 경향을 나타내고 있다.

    3.3 실내라돈 연속측정

    라돈 연속측정을 실시한 장기측정 농도 기준 상위 10%인 5지점에 대한 시간대별 라돈농도 변화 추세를 검토한 결과 A실과 B실은 오후시간대(12시~18시) 368.7 Bq/m3과 338.6 Bq/m3, C실은 새벽시간대(0시~6 시) 281.4 Bq/m3, D실은 밤시간대(18시~0시) 173.8 Bq/m3, E실은 오전시간대(6시~12시) 167.5 Bq/m3로 가 장 높은 라돈 농도를 나타내었다(Table 6). 이와 같은 결과는 환기시설이 간헐적으로 가동되고 시간대별 환 기량이 상이함에 따라 지하건축물 내 사무실에서 측정 된 라돈농도가 불특정한 변화를 나타내고 있는 것으로 판단된다. Fig. 2

    3.4 건축자재 인산석고량 측정

    본 연구시설의 건물 내벽 마감재로 사용된 석고보드 는 본 건축물 준공년도 1990년 5월 이전에 생산된 제 품으로 인산석고보드로 확인되었다.

    건축자재 라돈방출량 조사는 천장텍스와 인산석고보 드를 대상으로 실시하였다(Table 7; Fig. 3). 천정텍스 의 경우 측정기간 동안 라돈의 산술평균 농도는 61.7±14.0 Bq/m3이며, 라돈방출량은 단위면적당 90.0 mBq/m2/h, 단위질량당 6.4 mBq/kg/h으로 측정되었다. 인산석고보드의 경우 측정기간 동안 라돈의 산술평균 농도는 1,159.9±475.6 Bq/m3이며, 라돈방출량은 단위 면적당 4,234.1 mBq/m2/h, 단위질량당 450.4 mBq/kg/h 으로 측정되어 건물 벽체에 사용된 인산석고보드에서 지속적으로 라돈이 방출되는 것으로 나타나 인산석고 보드가 실내 라돈농도에 영향을 주는 것으로 판단된다. 2014년~2017년까지 생산된 탈황 석고보드 17종을 대 상으로 측정한 단위 면적당 인산석고량이 133.3± 143.4, 76.8±3.0 mBq/m2/h으로 조사된 선행 연구결과 (Jeon et al; 2017)와 비교하여 본 연구에서 조사한 인 산석고보드 라돈방출량이 탈황 석고보드 보다 32.5~ 52.9배 높게 나타났다. 또한 환경부는 2011년 국립환경 과학원에서 국내에서 유통되고 있는 건축자재중 인산 석고보드 라돈방출량 조사 결과 단위질량당 평균 인산 석고량은 250 mBq/kg/h, 탈황석고보드는 10 mBq/kg/h 으로 관계부처 합동보도 설명 자료를 배포하였다(ME, 2014). 본 연구에서 조사된 인산석고보드 라돈방출량이 국립환경과학원에서 조사한 인산석고보드 라돈방출량 과 유사한 결과를 나타내고 있음을 확인할 수 있었다. Table 8

    4. 결 론

    본 연구에서는 토양기원 라돈측정 및 건축자재 라돈 방출량 분석에 관한 연구를 수행하였고 다음과 같은 결과를 얻었다. 실내라돈 측정결과 평균라돈농도는 184.6 Bq/m3로서 지하4층에서 평균 라돈농도 210.1 Bq/m3으로 가장 높게 측정되었으며, 지하3층 189.2 Bq/m3, 지하2층 177.0 Bq/m3, 지하1층 144.3 Bq/m3을 나타냈으며, 토양 라돈측정 결과 지하4층에서 9,213 Bq/m3로 측정되었으며, 지하3층에서 3,765 Bq/m3로 측 정되어 저층일수록 평균 라돈농도가 높고, 고층으로 갈 수록 평균 라돈농도가 낮은 것으로 측정되었다. 또한 건축 마감재로 사용된 인산석고보드에서 라돈방출량은 단위면적당 4,234.1 mBq/m2/h, 단위질량당 450.4 mBq/ kg/h으로 측정되어 선행연구에서 조사된 탈황 석고보 드 라돈방출량보다 32.5~52.9배 높게 나타나, 건물 내 에서 지속적으로 라돈이 방출됨으로서 실내 라돈농도 에 영향을 미치는 것으로 조사되었다. 본 연구결과를 종합해보면 토양기원 실내라돈의 영향과 건축자재 인 산석고보드에서 방출되는 라돈의 영향으로 본 연구의 연구대상인 지하건축물에서 라돈 평균농도가 184.6 Bq/m3로서 실내공기질 관리법 라돈 권고기준 148 Bq/ m3 대비 24.7%를 초과하였으며, 실내공기질 관리법 라 돈 권고기준 148 Bq/m3을 초과한 지점은 총 50지점 중 30지점으로서 측정대상 지점 대비 60%가 실내공기질 관리법 권고기준을 초과하여 높은 수준의 초과율을 나 타냈었다. 지하 건축물 특성상 기계식 환기시설로 라돈 농도를 저감하기에는 어려운 환경이었으며, 향후 실내 라돈 저감을 위하여 기계식 환기시설에 대한 기존시설 증설과 개선이 필요하며, 건축물 시공 시 사용된 인산 석고보드를 최근에 생산되고 있는 배연탈황석고보드로 교체 시공하는 것이 필요할 것으로 판단된다.

    감사의 글

    본 연구는 국방부의 지하공동건축물 라돈특성 연구 용역으로 수행된 연구결과이며, 지원에 감사드립니다.

    Figure

    JOIE-18-3-272_F1.gif

    Results of stratum radon measurement.

    JOIE-18-3-272_F2.gif

    Radon concentration at each floor.

    JOIE-18-3-272_F3.gif

    Radon emissions by building materials.

    Table

    Ventilation rate point status table

    Radon measurement method and measuring time

    Soil radon concentration at each floor

    Radon concentration at each floor

    Anova test at each floor

    Comparison of long-term and continuous measurement results

    Radon emission from building materials

    Physical properties of building materials

    Reference

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