1. 서 론

라돈(222Rn)은 우라늄(U-238) 방사능 계열의 원소 로서 라듐(Ra-226의 알파(α) 붕괴 시 자연 생성되는 가 스상 물질로 기준치 이상의 라돈을 흡입했을 경우 폐 세포와 DNA에 충격을 주어 파괴 및 변형 과정이 세포 의 재생속도보다 현저히 빠를 경우 치명적인 폐암을 유발한다고 알려져 있다(Collier et al., 2005). 세계보건 기구(WHO)는 라돈을 일상생활에서 노출되는 가장 유 의한 환경 방사선원이자 폐암 발생 원인으로 평가하고 있으며, 한국환경정책평가연구원에 따르면 BEIR 모형 에 의한 라돈 노출로 인한 폐암 사망 위험을 추정해보 았을 때 겨울 중 우리나라 전체 폐암 사망 가운데 34.4%가 라돈으로 인한 것으로 추정하고 있다(KEI, 2014). 주로 토양, 지하수, 건축자재로부터 대부분의 라 돈이 실내로 유입된다고 보고되고 있으며, 특히 실내 건축자재로 사용되는 암석, 자갈, 모래 등의 토양에 우 라늄 및 라듐의 함량이 높을 경우에는 이를 사용한 주 거공간의 실내 라돈 농도가 확연히 높아질 수 있다 (Chen et al., 1993).

2018년 라돈 침대 사태를 시작으로 국내에서도 라돈 에 대한 관심이 증대되면서 실내 라돈 농도를 저감하 기 위한 노력이 여러 분야에서 진행 중이다. 현대인들 의 실내 활동은 점점 더 늘어가고 실내환경에 대한 관 심 또한 높아지고 있는 추세이다(Cho et al., 2017). 실 내활동의 비중이 높아지면서 실내 환경에 대한 관심이 점점 더 커지고 있다.

실내공간에서의 발생되는 라돈의 유입 및 방출을 차 단하여 실내공기 환경의 개선에 이용될 수 있는 가장 효율적인 방법은 환기이다. 미국의 경우 건물의 실내 라돈 저감은 환기 엔지니어의 핵심 영역이다. ASHRAE (American Society of Heating, Refrigerating and Air-conditioning Engineers Inc.) Standard 62에서 는 오염물질이 있는 지역을 제외한 거주 지역에서 시 간당 0.35 ACH (Air Changes per Hour)의 자연 환기 율을 제안했다(ASHRAE, 2003). 그러나 이는 주로 이 산화탄소와 악취 제거에 대한 내용만 적용된 자연 환 기율이기 때문에 라돈 저감 목적을 위한 지침의 범위 를 검증해야 한다는 의견이 있다(ASHRAE, 2004). 동 력을 사용하지 않고 창문 등 개구부를 열어 필터링 없 이 외기와 내기를 교환하는 방식은 현재 미세먼지 이 슈가 많은 우리나라에서는 더 이상 제안할 수 없다. 에 너지 효율적인 측면과 라돈 저감을 고려한 자연 환기 율을 제안하고 그것을 지키며 건축을 하는 방안도 중 요하지만 기계식 환기의 가동시간 또는 공간마다 라돈 농도를 확인하여 적합한 환기장치 사용시간을 제시하 는 것이 더 필요하다고 생각한다.

공동주택 건설 시 친환경 건축자재를 사용하고 있지 만 실내 생활 중 다양한 활동으로 발생하는 미세먼지, 이산화탄소, VOCs 등으로 인해 일반적으로 실내공기 는 외부환경보다 최대 10배까지 오염될 수 있다. 공동 주택의 실내에서는 미세먼지뿐만 아니라 라돈, CO₂, VOCs 등 다양한 오염물질이 축적될 수 있어 적절한 환기가 필수적이다. 최근 사용률이 높아지고 있는 공기 청정기는 실내 미세먼지 제거 효과는 높지만 CO₂ 및 라돈 저감은 기대하기 어려우므로 자연환기 및 기계식 환기설비의 적극적인 이용이 필요하다. 이에 따라 국토 교통부에서는 ‘공동주택 환기설비 매뉴얼’을 제작하여 입주자 및 관리자 등에 기계식 환기설비 관리를 권고 하고 있다. 현재, 국토교통부에서는 2006년 이후 건축 되는 100세대 이상의 신축 공동주택은 실내공기의 원 활한 환기를 통해 청정한 실내환경을 확보할 수 있도 록 ‘건축물의 설비기준 등에 관한 규칙’ 제 11조 제1항 에 따라 환기설비 설치를 의무화하고 있으며 다수의 공동주택에는 기계식 환기설비가 설치되어 있다. 최근 건축된 신축 공동주택에는 공조기가 세대마다 설치가 되어있어, 기계식 환기가 가능하다. 하지만 이 공조기 를 이용하여 개개인이 라돈을 실질적으로 관리가 되고 있는지에 대해서는 미지수이다. 또한, 에너지 절감을 위해 건물의 밀폐도를 높여 자연환기율이 줄어들어 실 내 라돈 농도가 쉽게 오를 수 있다. 자연환기의 경우 외부 오염공기의 유입으로 실내공기 오염에 영향을 줄 수 있기 때문에 기계식 환기를 통한 실내 라돈 저감이 가장 효율적인 방법이라고 할 수 있다. 공조기와 같은 기계식 환기가 라돈 농도를 저감시키는 방법 중 하나 인 것은 분명하나, 공간 별, 환기장치 유량 별 라돈 농 도가 저감되는 정도는 분명히 다르다. 본 연구에서는 기계식 환기 장비의 작동에 따른 실내 라돈 농도가 저 감되는 정도를 확인하기 위해 입주하지 않은 신축 공 동주택을 확보하여 가장 효율적인 위치를 찾기 위해 공조기를 직접 설치하고, 실내 라돈 농도를 진단한 뒤, 라돈 저감률을 확인하였다. 또한, 실내공간에서의 방사 평형 및 최저 농도까지 도달하는데 걸리는 시간을 확 인하여 기계식 환기의 효율성을 평가하였다.

2. 실험방법

2.1 실내공간 라돈 방출율 실험 체계 구축

본 연구에서는 기존 공동주택에 일반적으로 설치되 어 있는 공조기의 라돈 저감 효율성을 평가하기 위해 ㅇㅇ건설 동탄지구의 총면적 341.94 m² 총부피 244m³ 신축 공동주택 세대를 대상으로 하여 기계식 환기 시 스템인 공조기의 모의실험 장치를 구성하고 측정 평가 하였다. 해당 공간의 경우 실거주 전의 상태로 연구에 영향을 줄 수 있는 요소가 없어, 장기간 공기유동이 없 는 상태를 만들어 배경농도를 높은 수준으로 올리는데 도 비교적 수월하였다.

환풍기가 위치한 화장실의 경우 외부 영향을 받을 수 있기 때문에 완전히 밀폐하여 실험에서 제외하였다.

실험 전 초기 농도 및 실내 라돈 방출량 측정 결과 700~1500 Bq/m³의 배경농도를 보였다. 2018년 4월 개 정된 공동주택 라돈 기준인 148 Bq/m³ (실내공기질 관 리법)보다 최대 약 10배 이상 높은 수치를 보였다.

초기 농도 확인 후 공간 내 환기설비를 설치하고, 실 시간 측정장비를 통해 라돈 방출량 모니터링을 진행하 였다. 측정장비는 펄스이온화 방식의 형식 승인된 장비 FRD 1600, RD-200 (FT Lab, KOREA)를 사용하였으 며, 실험 시작 농도를 설정하고, 해당 장비에서 초기 농도 값인 약 740 Bq/m³ (20 pCi/L)이 되었을 때, 구획 별 총 17개의 측정기를 설치하여 측정을 진행하였다. 또한 실내 구획된 공간에서 밀폐되어 있을 경우와 밀 폐되지 않은 경우의 환기율 차이점을 확인하기 위해, 방(Room) 문을 연 상태(Open), 문을 닫은 상태(Close) 로 나누어 진행하였다. Open 및 Close 모두 초기 농도 값을 동일하게 맞추어 진행하였다. 공조기 유량은 미풍 (0.3 회/h) 모드로 시험을 진행하였으며, 흡·배기구 설 치는 거실에 흡기와 배기 2구씩, Room 1과 2는 각각 흡기와 배기 1구씩으로 총 흡기와 배기 4구가 설치하 였다. 측정기 설치 위치는 공간의 대푯값을 나타낼 수 있는 공간의 중앙과 특성이 있는 위치(흡·배기구 등)에 설치하였다. Fig. 1과 같이 거실에 5지점, 방 1 에 4지 점, 방 2에 4지점, 주방에 3지점을 측정하였다.

2.2 건축자재 라돈 방출율 측정 및 계산

라돈은 토양으로부터 발생된다. 연구에 활용된 공간 의 경우 18층에 위치하여 토양의 영향을 거의 받지 않 았다고 볼 수 있다. 이런 경우 실내공간의 라돈은 대부 분 건축자재로부터 발생된다고 할 수 있다. 실내 공간 에서의 라돈 저감은 우선적으로 공간 내 정확한 라돈 농도 진단이 필요하다고 생각한다(Awhida et al., 2016). 이에 따라, 저감 실험 전 먼저 건축자재에서 발 생하는 라돈 방출량 측정을 진행하였다.

해당 공간의 건축자재에서 방출되는 라돈의 방출량 의 확인을 위해, 특수 제작한 아크릴 챔버를 활용하여, 라돈 농도 측정을 진행하였다. 건축자재 표면에 Radon Eye (FT Lab, KOREA)를 위치시키고, 그 주변을 밀폐 시킴으로써 해당 표면에서의 라돈 방출율을 확인하였다.

건축자재 방출량 측정에 사용된 Radon Eye (FT Lab, KOREA)의 경우 라돈(Rn222)과 토론(Rn220)이 모두 측정되어진다. 토론의 인체위해성의 경우 아직 명 확하게 밝혀져 있지 않다. 토론의 반감기는 55.6초로 짧고, 이동거리가 짧기 때문에 건축자재에서 발생되는 토론은 표면 부근에서 최대 농도가 발생된다. 실내공간 의 정확한 라돈의 측정은 중앙부, 벽면 등을 나누어 비 교하는 것이 효율적이다(Nguyễn-Thuỳ et al., 2019).

연구를 위해 제작된 아크릴챔버를 건축자재 표면에 부착하여, 건축자재를 대상으로 시간당 방출되는 라돈 의 양을 확인한다면, 일정 시간 후 해당 공간에 방출될 수 있는 라돈 농도를 예측 할 수 있을 것이다(Lee et al., 2015). 건축자재 방출량은 라돈 기체의 반감기를 고려하여 28일 이상 측정을 진행해야 라돈 농도가 평 형을 이루고 다음의 식으로 계산하여 방출량을 산정할 수 있다.

Fig. 3과 Fig. 4는 각각 다른 장소에서 콘크리트 벽면 에 챔버를 부착하여 측정한 데이터이다. 해당 공간의 건축자재의 경우 사용된 원자재들이 같지만, 정확한 데 이터를 위해 서로 다른장소에 위치하여 진행하였다. Fig. 3과 Fig. 4의 실험값은 계산을 위해 Radon exhalation calculation (1)식과 (2)식에 적용하였다.

계산결과 48시간 측정이 91.3%의 높은 확률로 가장 정확한 결과를 보인다는 것을 확인하였다. 따라서 실험 을 진행할 공간의 건축자재에서 방출되는 라돈 농도를 48시간 3회 측정하였고, 챔버 크기를 기준으로 방출량 (Bq/h·m²)을 계산했으며, 이후 각 공간의 표면적을 대 입하여 공간의 건축자재에서 발생하는 방출량(Bq/h)를 계산하였다. 계산 결과, 거실과 주방은 단위부피 당 4.2984 Bq/h, Room 1은 단위 부피 당 5.3335 Bq/h, Room 2는 단위 부피 당 8.6465 Bq/h로 확인되었다.

건축자재 측정에 사용된 측정장비 Radon Eye (FT Lab, KOREA)는 국내최초 라돈실시간 측정기로서 형 식승인을 받은 장비이며 오차범위는 10% 이내이다. 실 시간으로 측정이 가능하고 높은 측정 감도를 통해 유 효측정값을 1시간 안에 확인할 수 있는 장점을 가지고 있다. 반면, 라돈(Rn²²²)과 토론(Rn²²⁰)이 분리되지 않고 합산되기 때문에 측정값에 혼돈을 야기 시킬 수 있다.

본 연구에서는 건축자재에서 방출되는 토론의 실내 라돈측정데이터 측정값의 영향을 최소화하기 위해 공 정시험법에 맞추어 위치를 선별하였다. 총 17대의 측 정기를 설치하여 비교하여 진행하였으며, 주어진 연구 여건상 최선의 조건으로 진행하였다고 할 수 있다. 실 내 공간 라돈측정에서 토론의 영향은 공정시험법 측정 법에 맞추어 측정 시 실제 기여도는 약 10% 미만으로 확인되고 있다. 이는 본 연구에서 사용된 측정 장비의 오차범위 10%를 넘지 않은 수치이기 때문에 실내에 미치는 영향이 크지 않다고 판단하였다. 현재 진행하고 있는 추가연구에서는 건축자재 방출량 측정에 있어 보 다 더 정밀한 측정 및 분석 방법을 고안하여 위 문제를 해결할 예정이다.

3. 결 과

환기율의 경우 공조기의 유량 중 가장 낮은 미풍(0.3 회/h)로 설정하여 진행하였다. 미풍의 경우 주거공간 내 일상생활에서 소음 및 풍속을 느낄 수 없고, 가장 효율적이라고 판단하여 최초 실험값으로 설정하여 진 행하였다. 모든 공간 내 초기 농도 값 설정 후 Open 및 Close 상태로 나누어 라돈 농도 저감률과 최저 농 도 도달시간을 확인하였다. 아래의 그래프에서 공조기 의 작동 유무를 On/Off로 표기하여 구분하였다.

3.1 Open test, 미풍(0.3회/h) 실험

Open 상태에서 미풍(0.3 회/h) 환기율 실험 결과, 환 기설비 가동 후 가장 낮은 농도로 감소하는데까지 걸 린 시간은 약 11시간 소요되었으며, 거실 및 Room 2 의 경우는 농도가 감소하긴 했으나, 기준치 이하로 떨 어지지 않고 200 Bq/m³의 농도를 일정하게 유지되었다.

3.2 Close test, 미풍(0.3회/h) 실험

Close 상태에서 미풍(0.3 회/h) 환기율의 실험 결과, 가동 후 가장 낮은 농도로 감소하는데 걸린 시간은 약 11시간 소요되었다. 부엌과 거실을 제외한 두 방의 경 우, 저감 후에도 약 200 Bq/m³의 농도가 유지되었다.

Table 3, Table 4에서 공조기의 실내 라돈 저감률을 확인할 수 있는데, Open의 경우 약 78%, Close의 경우 약 80%의 저감률을 나타냈다. 하지만, 총 34개의 데이 터 중 23개 데이터가 공조기를 가동하여도 권고기준치 (148 Bq/m³)를 초과하였고, 구획 공간별 종합 데이터로 확인해보면, 미풍(0.3 회/h) 상태에서 거실과 방 1, 방 2 에서 라돈 농도가 기준치 이하로 저감 되지 않은 것 으로 확인되었다.

Table 5에서는 공조기 가동 후 실내 라돈 농도가 최 저치로 저감 되기까지의 시간을 나타낸다. Open과 Close 두 상태에서 각각 최저 농도 도달시간까지의 시 간은 평균 약 7시간 정도로 차이가 크게 나지 않은 것 을 확인할 수 있다.

4. 결 론

라돈은 화학적인 반응을 하지 않는 불활성 기체이며, 완전한 제거는 불가능하다고 볼 수 있다. 실내공간에서 발생하는 라돈을 가장 쉽게 저감할 수 있는 방법은 바 로 환기이다. 외부 공기를 그대로 유입시키는 자연환기 의 경우 오히려 외부의 오염된 물질이 실내로 유입되 어 실내공기를 더욱더 오염시킬 수 있다. 기계식 환기 의 경우 현재 건축되는 공동주택의 공조기 설치가 의 무화되어 있고, 물리적 저감 방법이 가장 최선이라고 할 수 있는 실내공간의 라돈 저감법에서 외부 공기의 필터링으로 정화가 가능하고, 사용법이 간단한 공조기 의 활용은 매우 중요하다고 할 수 있다.

이에 따라, 본 연구에서는 환기 방법 중 하나인 기계 식 환기의 실내 라돈 저감의 효율성을 평가하는 연구 를 진행 하였다.

공조기의 효율평가 실험은 주변 환경의 영향을 받지 않도록 조성한 생활환경을 대상으로 진행하였고, 공조 기의 유량은 미풍(0.3 회/h) 설정하였으며, 추후 여러 구간의 유량을 설정 및 보완하여 연구를 진행할 예정 이다.

연구결과, 공조기 가동 후 약 7시간 이후 공간 내 라 돈 농도가 저감 되기 시작하였고, 최초 저감 후 방사평 형 상태로 유지되었다. 공조기의 라돈 저감률의 경우 Open상태 약 78%, Close상태 약 80%의 저감률을 나타 냈다. 그러나, 총 34개 데이터 중 23개 데이터가 공조기 를 가동하여도 권고기준치(148 Bq/m³)를 초과하였다.

연구에 사용된 공간은 평균적으로 740 Bq/m³ 정도의 고농도를 나타내는 공간이며, 생활환경 정보 센터 2018년 전국 실내 라돈 평균값인 72.4 Bq/m³ 보다 약 10배 이상의 농도를 보이는 공간으로 결과적으로는 위 공조기만으로는 생활안전수치까지 농도를 저감시키지 는 못한 것으로 확인되었다. 비록 생활안전수치까지 저 감은 되지 않았지만, 최대 85%까지 나타난 저감률은 매우 중요한 연구결과라고 할 수 있다.

한편, 실제 공동주택에 효율적 기계식 환기를 위해 서는 주변 환경 및 변수 또한 확인하여야 한다. 기본적 으로 해당 공간의 라돈 방출량과 실내 체적, 공간 밀폐 율 등이 변수로 작용될 것으로 판단된다.

에너지 효율적인 측면과 라돈 저감을 고려한 자연 환기율을 제안하고 그것을 지키며 건축을 하는 방안도 중요하지만 기계식 환기의 가동시간 또는 공간마다 라 돈 농도를 확인하여 적합한 환기장치 사용시간을 제시 하는 것이 더 필요하다고 생각한다.

추후 연구결과를 토대로 국가 라돈 관리의 우선순위 를 정하는 데 도움이 될 것으로 사료된다.