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ISSN : 1738-4125(Print)
ISSN : 2287-7509(Online)
Journal of Odor and Indoor Environment Vol.10 No.2 pp.99-114
DOI : https://doi.org/10.11597/jkosie.2013.10.2.99

환경오염 취약집단 생활환경에서의 확률론적 모의실험을 통한
공기청정기의 오염물질 제거효율에 관한 연구

김윤신, 박찬정1), 한두원1), 주영경, 남궁선주, 이철민*
한양대학교 환경 및 산업의학연구소
1)코웨이 R&D 센터

Efficiency of Removal for Indoor Air Pollutants by Air Cleaner in Residential Indoor Environment with Stochastic Simulation

Cheolmin Lee*, Yoonshin Kim, Chanjung Park1), Doowon Han1), Youngkyung Joo, Sunju Namgoung
Institute of Environmental and Industrial Medicine, Hanyang University
1)Coway R&D center
Received 17 April, 2013 ; Revised 30 May, 2013 ; Accepted 4 June, 2013

Abstract

 We estimated decreasing rate of indoor air pollutants with are airborne bacteria, airborne fungi, formaldehyde,total volatile organic compounds, PM10, and PM2.5 in 10 children’s hospitals and 6 childbirthhouses located in Seoul and Gyeonggi-do from November to December in 2012. Sectional period was respectivelydivided for operating and non-operating the air cleaners. There was a trend that concentration ofsurveyed pollutants in children’s hospitals and childbirth houses during operating period decreased amongindoor air. We used Monte-Calro simulation to remove uncertainty and identify efficiency of eliminated pollutantssuch as surveyed pollutants by the air cleaners. Average efficiency of removal were 61.39 ± 21.42%for airborne bacteria, 71.77 ± 19.65% for airborne fungi, 73.37 ± 24.62% for formaldehyde, 71.20 ± 25.96%for total volatile organic compounds, 65.16 ± 23.80% for PM10, and 71.06 ± 23.97% for PM2.5.

페이지_ 10권2호_최종-3.pdf667.5KB

1. 서론

 국민들의 의식수준의 향상과 더불어 건강의 개념이 과거 질병치료에서 질병예방으로 전환되었으며, 최근에는 건강증진의 개념으로 변화하고 있다. 이와 같은 국민의 건강에 대한 의식 변화는 쾌적한 생활환경 조성의 중요성이 부각되게 되었다. 이에 환경부는 생활환경의 개선을 통한 국민보건 증진을 위한 여러 노력을 기울여 왔으며, 2004년에는 ‘다중이용시설등의 실내 공기질관리법’을 제정・공포한 이후 많은 관련 연구용역사업의 수행을 기초로한 생활환경보건 정책의 수립하고 이행하여오고 있다.

 그러나 최근 에너지 절감에 대한 중요성이 부각됨에 따라 에너지 절약 및 효율을 높이기 위해 건물의 밀폐화와 에너지 절감 장치를 설치하는 건물의 증가로 인하여 생활환경 내 공기질의 악화가 예상되어지고, 이러한 공기질의 악화는 거주자들의 건강에 악영향을 미칠 것으로 여겨진다. 실제로 에너지 절약형 건물은 외부로부터의 공기 침투를 막는 것에 초점을 맞추어 건축되었고, 에너지 절약형의 산업용 건물에서는 건물의 유지 및 관리비를 줄이기 위해 의도적으로 환기량을 감소시키기도 하는 것으로 알려져 있다. 이러한 공기의 실내 유입과 환기량의 감소는 실내공기질의 악화와 더불어 거주자의 건강상의 악영향을 가져옴으로서 이에 대한 대책마련이 시급하다 할 수 있다. 이러한 사회적 현상에 부응하여 그린빌딩(Green building)의 개념이 발생되게 되었다. 그린빌딩이란 에너지 절약과 환경보전을 목표로 에너지 부하 저감과 고효율설비, 자원 재활용과 환경공해 저감 기술 등을 적용하여 자연 친화적으로 설계・건설하고, 유지・관리한 후, 건물의 수명이 끝나 해체될 때까지도 환경에 대한 피해가 최소화 되도록 계획된 건축물로 정의 된다(Lee et al., 2004). 최근 국민의 환경보건의식의 증가에 따른 새로 건축되는 건물에 대해 그린빌딩의 개념이 적용되어지고는 있으나 과거 에너지 파동 이후 에너지 절약만을 고려하여 건축된 건물의 실내공기질 개선을 통한 거주자의 환경보건 증진은 새로운 생활환경에 있어 중요한 이슈라 할 수 있다. 이에 에너지 절약만을 고려하여 건축된 건물의 실내공기오염의 문제를 해결하기 위해 제시되어온 방안이 공기청정기의 개발 및 이용이다(Lee et al., 2004). 공기청정기는 사무실 환경에서는 건물 내 환기시설에 직접 설치하여 중앙공급식으로 사용하고, 일반 주거 환경에서는 단독으로 개발된 소형공기청정기를 사용하고 있다(ASHRAE, 1996).

한국의 KSC(KIS, 1994)와 일본의 JIS C 9615(JSA, 1995)에서는 공기청정기를 일반가정, 사무실 등에 설치하여 공기 중에 부유하는 분진을 포집하거나 이와 병행하여 가스를 제거(탈취)하기 위하여 사용되는 송풍기 내장의 장치로 정의하고 있다. 현행 국내에 시판되는 단독형 공기청정기의 성능에 관한 평가는 실험실의 챔버 실험결과에 의존하고 있는 실정으로 다양한 실내공기오염 발생요인 및 여러 혼란요소들이 통제되지 않은 생활환경에서의 성능 평가에 관한 연구는 미진한 실정에 있다. 이에 본 연구에서는 환경오염에 대한 취약집단이 이용하는 시설인 소아병원 및 산후조리원을 대상으로 현행 개발, 시판되고 있는 단독형 공기청정기의 실제 생활환경에서의 오염물질 저감 성능을 평가하여 제시함으로써 향후 공기청정기 개발 사업 및 실내공기질 개선 연구분야에 있어 기초자료를 제공하고자 한다.

2. 연구방법

2.1 연구대상 시설 및 오염물질

본 연구는 2012년 11월 8일부터 12월 6일까지 서울 및 경기지역에 위치한 환경오염 취약층인 어린이와 영유아들의 이용시설인 소아과 의원 10개 시설과 산후조리원 6개 시설을 대상으로 공기청정기 가동 전과 가동 중의 실내공기오염물질의 농도분포를 조사하였다. 공기질의 조사는 하루 중 시설 이용객이 가장 많은 시간대로 소아과 의원의 경우 점심식사 시간 이후 2시부터 3시 사이에 수행하였으며, 산후조리원의 경우 저녁식사 시간 이후 7시부터 8시 사이에 수행하였으며, 공기청정기 가동 전에 조사대상 오염물질의 농도를 조사한 후 24시간 동안 공기청정기 가동 시킨 후 가동 전 조사 시간대와 동일한 시간대에 조사대상오염물질의 농도를 조사하였다. 

조사대상 오염물질은 생물학적 유해오염물질인 부유세균과 부유진균, 가스상오염물질인 폼알데하이드와 총휘발성유기화합물, 입자상오염 물질로 PM10과 PM2.5로 하였다. 

부유세균 및 부유진균은 Buck Bio-CultureTM사의 Buck Bio-Culture B30120 Pump Kit를 사용하여 측정하였다. 폼알데히드는 HalTech, 사의 HAL-HFX105 formaldehyde monitor/meter를 사용하였으며, 총휘발성유기화합물은 Wolfsence 사의 IAQ Moniter인 Graywolf 장비를 사용하였다. 미세먼지는 실시간 모니터링 기기인 Turnkey사의 Dustmate 기기를 사용하였다. 

2.2 공기청정기

 본 연구에서는 모든 조사대상 시설에 대해 현재 시중에서 시판되고 있는 공기청정기 중 전처리 필터, 기능성 필터, 탈취필터 및 HEPA 필터로 구성된 제품으로 사용면적이 33㎡인 동일 제품을 대상지점의 면적 33㎡당 공기청정기 1대를 기준으로 설치하였다. 본 연구에서 사용된 공기 청정기의 각 단계별 성능을 제시하면 다음과 같다. 전처리 필터는 극세사망 전처리 필터로서 비교적 큰 입자를 일차적으로 제거하는 기능을 가지고 있다. 기능성필터는 향균, 항바이러스, 폼알데하이드 또는 황사 등 특정 오염물질을 제거하기 위한 특성화된 필터이며, 또한 중간 사이즈의 먼지를 제거하기 위한 후단의 탈취필터와 HEPA 필터를 보호하기 위한 기능을 가지고 있다. 탈취필터는 침착활성탄을 이용하며 실내에서 발생하는 악취성 가스, 휘발성유기화합물 등의 유해가스를 제거하기 위한 기능을 가지고 있다. HEPA 필터는 고성능 합성 HEPA 필터로 미세분진 및 담배연기를 제거하며, 식물성 복합 천연성분을 표면에 처리하여 미세분진 및 담배 연기를 제거하며, 또한 바이러스를 제거할 수 있는 성능을 향상시킨 필터를 사용하였다.

2.3 자료분석

 공기청정기 가동 전후의 실내공기오염물질의 제거효율을 평가하기 위해 가동 전의 농도와 가동 중의 농도간의 차이를 짝비교(paired t-test)를 이용하여 검증하였다. 짝비교는 한 연구대상군에게서 반복 측정된 자료에 대한 평균차이를 검증할 때 사용되는 방법으로 비교하는 그룹의 모집단이 정규분포임을 가정한다. 그러나 실내 공기 중의 오염물질의 농도분포는 정규분포를 띠지 않는 경우가 많기 때문에 이 가정을 확인하기 않고 검정한 결과는 잘못된 해석을 하게 될 수 있다(Park et al., 2001). 따라서 본 연구에서는 공기청정기 가동 전과 가동 중의 조사대상 실내공기오염물질의 농도분포 특성을 적합도 검정(goodness-of-fit test)을 실시하여 각 오염물질의 분포특성을 파악하였으며, 비정규분포를 나타낸 오염물질에 대해서는 대수변환 등을 통해 정규분포화하여 공기청정기 가동 전과 가동 중의 오염물질의 농도차이를 검증하였다.

 공기청정기의 오염물질 제거효율을 산출하기 위한 챔버실험에서의 단위시간내의 오염물질 제거효율은 질량수지 법칙을 적용하면 다음과 같은 평형식을 얻을 수 있다(Lee et al., 2004).

 

 여기서, Ci는 청정기 입구 농도, C0는 청정기 출구 농도, P는 오염물질 생성량, R은 외부에 의한 입자의 제거량, Qi는 유입공기량, Q0는 외부로 유출되는 공기량, Qc는 공기청정기 유량, η는 공기청정기 제거효율, V는 실체적을 나타낸다. 그러나 본 연구는 챔버실험과는 달리 환경요소가 제어되지 않은 실제 생활공간에서의 공기청정기의 제거효율을 산출하는 연구로 공기청정기 가동 전과 가동 중의 환경이 동일하다는 가정과 가동 전의 실내공기오염물질의 농도를 공기청정기 입구농로도, 가동 중의 실내 공기오염물질의 농도를 공기청정기 출구농도로 가정하여 제거효율 즉, 결정론적 제거효율을 산출하였다. 또한 이와 같은 가정에 의해 발생될 수 있는 불확실성을 제어하기 위해 몬테카를로 모의실험(Monte Carlo simulation)을 이용하였다. 몬테카를로 모의실험은 가능한 사항을 확률분포로 가정하여 이들 분포를 이루는 자료들이 예측 모델 내에 계산되어 그 결과물 또한 특정 분포로 예측하는 기법으로(Copeland et al., 1993) 공기청정기 가동 전과 가동 중의 오염물질 농도분포를 이용하여 실제 생활환경에서의 공기 청정기의 제거효율 분포 즉, 확률론적 제어효율을 산출하였다.

본 연구에서의 공기청정기의 오염물질 제거 효율 산출은 다음과 같은 공식에 의해 산출하였으며, 공기청정기 가동 전에 비해 가동 중의 실내오염물질 농도가 높은 사례에 대해서는 당일 평상적인 활동이 아닌 다른 활동 즉 공기청정기 가동 전과 가동 중의 실내환경이 동일하지 않다는 가정하여 본 연구에서는 제외하였다. 

 

여기서 η는 공기청정기의 오염물질 제거효율 (%), Ci는 공기청정기 가동 전 실내공기오염물질 농도, C0는 공기청정기 가동 중 실내공기오염물질 농도를 의미한다. 

3. 결과

3.1 환경오염 취약 집단 거주환경에서 공기청정기 가동 전・중 공기오염물질 농도분포

 Table 1과 2는 환경오염 취약집단이 생활하는 거주시설 중 대표적 시설인 소아과 병원과 산후조리원에서의 공기청정기 가동 전과 가동 중의 실내공기오염물질의 농도분포를 x2 검정, Kolmogorove-Smimov 검정 및 Anderson-Darling 검정을 각각 수행하여 두 개 이상의 검정법에서 제시하는 분포를 오염물질의 농도확률분포로 선정한 결과를 제시한 것이다. 소아과 병원에서의 생물학적 오염물질인 부유세균은 공기청정기 가동 전과 중에 각각 Lognormal 분포와 Max extreme 분포를 보이는 것으로 조사되었으며, 부유진균은 가동 전과 중에 각각 Exponential 분포와 Weibull 분포를 나타냈다. 가스상 오염물질인 폼알데하이드와 총휘발성유기화합물의 경우 폼알데하이드는 가동 전과 중에 각각 Max extreme 분포와 Logistic 분포를 나타냈으며, 총휘발성유기 화합물은 가동 전과 중 모두 Neg binominal 분포를 보였다. 입자상 오염물질인 PM10은 가동 전과 중에 각각 Lognormal 분포와 Triangular 분포를 나타낸 반면, PM2.5는 각각 Pareto 분포 및 Lognormal 분포를 나타낸 것으로 조사되었다. 산후조리원에서의 공기청정기 가동 전과 가동 중의 실내공기오염물질의 농도분포는 생물학적 오염물질인 부유세균은 가동 전과 중 각각 Lognormal 분포와 Pareto 분포를 보였으며, 부유진균은 각각 Pareto Lognoraml 분포를 나타냈다. 가스상 오염물질인 폼알데하이드는 가동 전과 중 각각 Neg binomial 분포와 Geometric 분포를, 총휘발성유기화합물은 가동 전과 중 모두 Geometric 분포를 나타냈다. 입자상 오염물질인 PM10은 가동 전과 중 각각 Lognormal 분포 및 Gamma 분포를 보였으며, PM2.5는 모두 Lognormal 분포를 나타냈다. 이와 같이 소아과 병원과 산후조리원의 실내공기 중의 조사대상 오염물질의 공기 청정기 가동 전과 가동 중의 농도분포는 모두 꼬리가 오른쪽으로 치우친 농도분포를 하고 있는 것으로 조사되어 환경오염 취약집단 거주환경에서의 실내공기오염물질의 경우 오른쪽으로 치우친 농도분포 특성을 보이고 있음을 확인할 수 있었다.

Table 1. Types of statistical distribution of concentration for surveyed pollutants in children’s hospital.

Table 2. Types of statistical distribution of concentration for surveyed pollutants in childbirth house.

공기 청정기 가동 전과 가동 중의 오염물질의 출현가능한 농도의 확률분포를 비교하기 위해 산출된 확률분포의 X 축의 농도범위를 같은 스케일로 놓고 비교한 결과(Fig. 1, 2) 모든 조사 대상 오염물질의 경우 가동 전에 비해 가동 후의 농도 범위의 폭이 축소하였으며, 또한 평균 및 최대 농도 역시 가동 전에 비해 가동 중이 낮아진 것을 확인할 수 있었다.

Fig. 1. Distribution of concentration for surveyed pollutants in children’s hospital during operating the air cleaner and non-operating the air cleaner.

Fig. 2. Distribution of concentration for surveyed pollutants in childbirth house during operating the air cleaner and non-operating the air cleaner.

3.2 환경오염 취약집단 거주환경에서 공기 청정기의 오염물질별 결정론적 제거효율

 서울시에 위치한 소아과 병원의 실내 공기 중 공기청정기 가동 전과 가동 중의 유해오염 물질의 농도를 조사한 결과(Table 3) 조사대상 오염물질 모두 공기청정기 가동 전보다 가동 중의 농도가 낮은 것으로 조사되었으며, 폼알데하이드를 제외한 나머지 조사대상오염물질은 공기청정기 가동 전과 가동 중의 농도 간에 통계적으로 유의한 차이가 있는 것으로 조사되었다. 통계적으로 유의한 차이를 보이지 않은 폼알데하이드의 경우 조사 건수가 5건으로 통계 분석 시 자료의 빈약성에 의해 통계적으로 유의한 차이를 보이지 않은 것으로 여겨진다.

Table 3. Distribution of concentration and efficiency of removal for surveyed pollutants in children’s hospital.

조사대상물질 중 폼알데하이드의 경우 현 환경부의 ‘다중이용시설 등의 실내공기질관리법’ (이하 ‘실내공기질관리법’이라 함)에서 정하는 기준인 100㎍/㎥을 공기청정기 가동 전에 초과하였으나 공기청정기 가동에 따라 기준 이하의 농도를 나타내고 있는 것으로 조사되었다. 또한 평균농도가 기준을 초과한 폼알데하이드를 포함하여 총휘발성유기화합물의 경우 일부 병원에서 공기청정기 가동 전에 현 기준을 초과하고 있는 것으로 조사되었으나 공기청정기 가동 중에는 모든 조사대상시설에서 기준 이하의 낮은 농도를 나타냈다. 부유진균과 PM2.5의 경우 현 실내공기질관리법에서 정하는 기준이 없어 기준의 초과여부는 검토하지 못하였으나 이들 물질 역시 공기청정기 가동 전보다 가동 중의 농도가 낮아지는 것을 확인하였다. 

조사 대상물질 중 가장 높은 제거효율을 나타낸 오염물질의 경우 부유세균으로 61.3%의 평균제거효율을 나타냈으며, 다음으로 PM2.5와 PM10으로 각각 47.7%와 45.7%의 평균제거효율을 나타냈다. 가장 낮은 제거효율을 보인 오염 물질은 40.4%의 평균제거효율을 나타낸 폼알데하이드로 조사되었다.

산후조리원의 신생아실과 휴게실에 공기청정기를 장착하고 가동 전과 가동 중의 실내 유해 오염물질의 농도를 조사한 결과(Table 4) 소아과 병원에서 조사된 결과와 같이 조사대상오염 물질 모두 공기청정기 가동 전보다 가동 중의 농도가 낮은 것으로 조사되었다. 특히 공기청정기 가동 전과 가동 중의 농도 간에 통계적 유의한 차이를 보인 오염물질은 폼알데하이드와, 입자상물질인 PM10 및 PM2.5인 것으로 조사되었다. 

Table 4. Distribution of concentration and efficiency of removal for surveyed pollutants in childbirth house.

공기청정기 가동 전에 조사대상오염물질의 평균 농도가 실내공기질관리법에서 정하는 기준을 초과하고 있는 것으로 조사된 물질은 폼알데하이드와 총휘발성유기화합물인 것으로 조사되었으나, 폼알데하이드의 경우 공기청정기 가동 후 평균농도가 기준 이하의 농도를 나타낸 반면, 총휘발성유기화합물의 경우 가동 중에도 현 기준인 400㎍/㎥을 초과하고 있는 것으로 나타났다. 폼알데하이드와 총휘발성유기화합물을 제외한 다른 조사대상오염물질의 평균 농도는 공기청정기 가동 전과 가동 중 모두 기준 이하의 농도를 보였다. 또한 공기청정기 가동 전의 평균농도가 실내공기질관리법의 기준을 초과한 폼알데하이드와 총휘발성유기화합물을 포함하여 총부유세균이 일부시설에서 공기청정기 가동 전에 기준을 초과한 농도를 나타냈으며, 공기청정기 가동 후에는 총휘발성유기화합물을 제외하고는 모두 기준 이하의 농도로 조사되었다. 부유진균과 PM2.5의 경우 현 실내공기질관리법에서 정하는 기준이 없어 기준의 초과여부는 검토하지 못하였으나 이들 물질 역시 공기청정기 가동 전보다 가동 중의 농도가 낮아지는 것을 확인하였다.

 산후조리원의 실생활속에서 공기청정기의 오염물질에 대한 평균제거효율 중 가장 높은 제거효율을 보인 오염물질은 총휘발성유기화합물로 73.6%인 것으로 조사되었으며, 다음으로 72.6%의 평균제거효율을 나타낸 폼알데하이드와 68.3%의 평균제거효율을 보인 부유진균의 순인 것으로 조사되었다. 가장 낮은 평균제거효율을 보인 오염물질은 부유세균으로 50.1%의 제거효율을 나타냈다.

3.3 환경오염 취약집단 거주환경에서의 공기청정기 확률론적 제거효율

 Fig. 3은 소아과 병원 실내공기오염물질에 대한 공기청정기의 확률론적 제거효율을 나타낸 것으로 생물학적 오염물질인 부유세균의 제거 효율은 평균이 63.30 ± 25.00%, 중앙값은 68.19%이였으며, 부유진균의 제거효율은 평균 65.62 ± 27.53%, 중앙값은 73.63%인 것으로 조사되었다. 가스상 오염물질인 폼알데하이드의 평균 제거 효율은 57.69 ± 23.61%, 중앙값은 59.87%로 나타났으며, 총휘발성유기화합물은 평균이 59.64 ± 26.28%, 중앙값이 64.95%인 것으로 조사되었다. 입자상 오염물질의 제거효율은 PM10의 경우 평균이 55.23 ± 24.29%, 중앙값은 60.05%였으며, PM2.5는 평균이 53.49 ±27.43%, 중앙값이 55.36%인 것으로 조사되었다.

Fig. 3. Efficiency of removal for surveyed pollutants in children’s hospital by using Monte-Carlo simulation.

소아과 병원의 실제 환경에서 공기청정기의 제거효율은 모든 조사대상 오염물질에 대해 평균적으로 50%를 초과한 높은 값을 보이는 것으로 조사되었다. 또한 모든 물질에 대해 제거효율의 평균값이 중앙값보다 낮은 것으로 나타났다. 이는 모든 물질에 대한 제거효율의 확률분포가 오른쪽으로 기울어진 분포를 보이고 있음을 보여주는 결과로 이는 낮은 제거효율 보다 높은 제거효율이 발생할 가능성이 높음을 시사하는 결과라 할 수 있다.

Fig. 4는 산후조리원의 실제환경에서의 공기 청정기 가동에 따른 조사대상 오염물질의 확률론적 제거효율분포를 나타낸 것으로 부유세균의 평균 제거효율은 61.39 ± 21.42%, 중앙값은 65.96%로 조사되었으며, 부유진균의 제거효율은 평균이 71.77 ± 19.65%, 중앙값은 76.50%의 값을 보였다. 가스상 오염물질인 폼알데하이드의 제거효율은 평균은 73.37 ± 24.62%, 중앙값은 81.73%를 나타냈으며, 총휘발성유기화합물은 평균 71.20 ± 25.96%, 중앙값은 79.72%의 값을 보였다. 입자상 오염물질인 PM10의 제거효율은 평균 65.16 ± 23.80%, 중앙값은 71.02%를, PM2.5은 평균 71.06 ± 23.97%, 중앙값은 79.06%를 나타냈다.

Fig. 4. Efficiency of removal for surveyed pollutants in childbirth house by using Monte-Carlo simulation.

산후조리원의 실제 환경에서 공기청정기의 제거효율은 소아과 병원보다 높은 60%를 초과한 평균 제거효율을 보였으며, 소아과 병원과 같이 모든 조사대상 오염물질의 제거효율의 평균값이 중앙값보다 낮아 제거효율의 확률분포가 오른쪽으로 기울어진 분포를 보이는 것으로 조사되어 높은 제거효율이 발생한 가능성이 높음을 확인할 수 있었다. 

4. 고찰

 본 연구는 공기청정기의 오염물질의 제거효율을 평가하기 위한 사람의 움직임이나 다양한 형태의 오염물질 발생원 등의 혼란요소들을 제어한 챔버실험과는 달리 실내공기 오염물질들은 외부공기의 유입, 담배연기, 난방기, 오븐, 취사도구, 시멘트, 세정제, 건축자재, 페인트 등과 같은 복합적인 배출원과 이들 배출원에서 기인하는 오염물질의 배출량 역시 환경조건에 따라 상당한 편차를 나타내는 등(Tichenor et al., 1990) 여러 혼란요소들이 존재하는 실제 생활환경에서 공기청정기의 오염물질 제거효율을 평가한 연구로 생물학적인 유해오염물질인 부유 세균과 부유진균, 가스상 오염물질인 폼알데하이드와 총휘발성유기화합물 및 입자상 오염물질인 PM10과 PM2.5를 대상으로 실제 생활환경에서의 공기청정기 가동 전과 가동 중의 오염물질에 대한 제거효율을 평가하였다. 또한 대상 시설은 환경오염에 취약 인구집단이 거주하는 시설로 소아과 병원과 산후조리원을 대상으로 하였다.

공기청정기의 오염물질의 제거효율을 평가하기에 앞서 우선적으로 두 환경오염 취약층이 이용하는 시설에서의 오염물질의 분포 특성을 파악하기 위해 공기청정기 가동 전과 중의 오염물질의 확률분포를 조사한 결과 다양한 형태의 농도분포를 보이는 것으로 조사되었으나 공통된 특징은 가동 전과 중 모두 오른쪽으로 치우친 꼬리를 가지는 분포를 하고 있음을 확인 할 수 있었으며, 또한 가동 전의 농도분포가 더욱 더 오른쪽으로 긴 꼬리를 가지는 분포를 갖고 있는 반면 가동 중의 농도분포는 가동 전에 비해 오른쪽으로 길지 않은 꼬리를 가지는 것으로 조사되었다. 농도의 범위 역시 가동 전에 비해 가동 후의 농도 범위의 폭이 축소하였으며, 평균 및 최대 농도 역시 공기청정기 가동시가 가동 전에 비해 낮아진 것으로 조사되었다. 이와 같은 결과는 소아과 병원과 산후조리원의 실제 생활환경에서 공기청정기의 가동이 실내 공기오염물질을 저감시키는 효과가 있음을 보여주는 결과라 판단된다. 

공기청정기 가동 전 소아과 병원의 공기질 평가에서 폼알데하이드의 경우 평균농도가 환경부의 실내공기질관리법에서 정하는 기준을 초과하는 것으로 조사되었다. 또한 각각의 조사 대상 시설별로 한 시설이라도 환경부의 실내공기질관리법에서 정하는 기준을 초과한 물질로는 폼알데히드를 포함한 총휘발성유기화합물로 조사되었다. 입자상 물질인 PM10과 생물학적 오염물질인 부유세균의 경우 기준을 초과하지 않는 것으로 조사되었다. 이와 같은 결과는 Lee et al.(2008)의 8개 병원을 대상으로 각각의 병원 실내 4개 지점에서 조사한 결과 총휘발성유기 화합물 및 폼알데히드의 경우 평균 및 최대농도가 현 기준을 초과하지 않는다는 보고와는 상반된 결과이나 Lee et al.(2008)의 연구에서도 총휘발성유기화합물의 최대농도는 345.10㎍/㎥, 폼알데하이드의 최대농도는 95.29㎍/㎥로 현 실내공기질관리법에서 정하고 있는 총휘발성유기화합물의 기준인 400㎍/㎥과 폼알데하이드이 기준인 100㎍/㎥에 근사한 높은 농도를 보이고 있는 것으로 보고하고 있다. 또한 이 연구에서 병원 실내 공기 중의 폼알데하이드와 총휘발성 유기화합물간에 상관성이 높다고 보고하고 있다. 본 연구에서도 폼알데하이드와 총휘발성유기화합물만이 높은 농도를 보이고 있고 입자상 오염물질과 생물학적 오염물질의 경우 기준 이하의 낮은 농도를 보이는 결과를 고려할 때 병원 시설의 경우 유해가스상오염물질인 폼알데하이드와 휘발성유기화합물에 대한 관리가 중점적으로 이루어져야 할 것으로 사료된다. 또한 본 연구의 결과와 Lee et al.(2008)의 연구와의 결과에 차이를 보인 것은 본 연구는 소규모의 개인병원을 대상으로 이루어진 연구인 반면 Lee et al.(2008)의 연구는 종합병원을 대상으로 수행된 연구로 종합병원의 경우 현 환경부의 실내공기질관리법의 적용대상시설로 자체적으로 실내공기질 개선을 위한 노력이 이루어지고 있는 반면 개인병원의 경우 법 미적용 시설로 실내공기질의 지속적 모니터링 및 관리가 수행되지 못함에 의해 기인된 결과로 여겨진다. 또한 병원의 경우 실내오염물질 중 유해가스상 오염물질인 폼알데하이드와 휘발성 유기화합물의 중점적 관리가 이루어져야 함을 시사하는 결과라 할 수 있다. 본 연구에서 공기청정기를 가동시 폼알데하이드는 평균농도는 44.0 ± 25.1㎍/㎥, 총휘발성유기화합물의 평균농도는 184.4 ± 140.3㎍/㎥으로 기준 이하의 낮은 농도를 보였으며, 최대 농도 역시 폼알데하이드는 70.0㎍/㎥, 총휘발성유기화합물은 368.0㎍/㎥으로 기준 이하의 농도를 나타내 개인 병원의 실내공기질 관리에 있어 공기청정기를 이용한 공기질 관리는 유용한 방법으로 향후 개인 병원의 실내공기질 관리방안 수립에 있어 공기청정기의 활용 측면도 검토되는 것이 바람직한 것으로 여겨진다.

 산후조리원을 대상으로 공기청정기 가동 전과 가동 중의 공기질 농도를 조사한 결과 소아과 병원과 같이 공기청정기 가동 전의 폼알데하이드와 총휘발성유기화합물의 평균농도가 현 실내공기질관리법에서 정하는 기준을 초과하고 있는 것으로 조사되었다. 공기청정기 가동 중의 농도의 경우 두 오염물질 모두 평균 농도가 각각 114.6 ± 87.5㎍/㎥, 304.0 ± 436.7㎍/㎥로 총휘발성유기화합물의 경우 평균농도가 기준 이하의 값을 보였으나 폼알데하이드는 여전히 평균 농도가 기준을 초과하고 있는 것으로 나타났다. 또한 평균농도가 기준을 초과하지 않은 것으로 조사된 총휘발성유기화합물도 일부시설에는 공기청정기 가동 중에도 기준을 초과하는 농도를 나타낸 것으로 조사되었다. 이는 산후조리원에서 공기청정기의 가동이 폼알데하이드와 총휘발성유기화합물의 저감에 효과적이지 못하다는 결과라기 보다는 두 오염물질의 실제 환경에서의 공기청정기 가동에 따른 제거효율은 각각 72.6%, 73.6%로 다른 오염물질에 비해 높은 제거효율을 보였으나 초기 발생 농도가 높아 공기청정기 가동에 따른 저감된 농도 역시 기준을 초과하는 농도를 나타내고 있는 것으로 판단된다. 이와 같은 결과는 산후조리원의 경우 폼알데하이드와 총휘발성유기화합물과 같은 유해가스상 오염물질의 농도가 높게 유지되고 있으며, 시설 이용자가 신생아와 산모들로 환경오염물질에 매우 취약한 인구층이 이용하는 시설임을 고려할 때 시급히 이들 오염물질에 대한 관리가 이루어져야 함을 시사하는 결과라 할 수 있다. 이러한 관리에 있어 공기청정기의 활용은 필수적이라 할 수 있으며, 공기청정기만을 이용한 공기질 관리보다는 공기청정기 가동과 병행하여 보다 적극적인 실내공기질 관리방안의 수립 및 이행이 시급함을 이루어져야할 것으로 요구된다.

실내공기질은 건물의 용도, 거주자의 행동 특성, 건축자재, 연소재료 및 생활용품, 건물의 위치 등 다양한 환경에 의해 영향을 받으며(Lee et al., 2010; Maroni et al., 1005), 또한 인간 활동에 의해 발생되는 각종 오염물질들이 실내에 방출되어 실내공기질에 영향을 미친다(James, 1991). 이와 같이 실내공기질은 여러 요인에 의해 영향을 받고 있으며, 또한 시간대 별로 주변환경요소의 변화에 따른 발생원의 발생강도에  따라 실내공기질의 다양하게 변화될 수 있다. 이에 실내공기질을 평가하는데 있어 정량적인 단일값을 제시하는데 있어 많은 불확실성을 포함하게 된다. 본 연구에서는 이와 같은 실내공기질 평가에서 있어 발생될 수 있는 불확실성과 또한 연구시설의 지역적 및 건물 형태에 따른 차이에서 발생될 수 있는 가변성 등에서 발생될 수 있는 불확실성에 의한 결과 자료 해석에서 발생될 수 있는 오류를 최소화하기 위해 몬테카를로 모의실험을 이용하여 소아과 병원과 산후조리원에서의 공기청정기 가동 전후에 대한 오염물질의 제거효율을 확률론적으로 산출하였다. 소아과 병원과 산후조리원의 실제 생활환경에서 공기청정기의 오염물질 제어확률에 대한 확률론적 분포는 평균과 중앙값의 비교를 통해 조사대상 오염물질 모두 오른쪽으로 기울어진 확률분포를 보이고 있음을 확인할 수 있었다. 이는 두 시설의 실제 생활환경에서 공기청정기로 인한 오염물질의 제거 효율이 높은 값을 보일 확률이 높음을 보여주는 결과로서 실제 생활환경에서 공기청정기를 이용한 공기 오염물질 제거에 있어 여러 혼란적 요소들이 발생하더라도 높은 제거효율을 가질 수 있음을 간접적으로 시사하는 결과라 할 수 있다.

5. 결론

 본 연구는 실내공기가 가장 열악한 계절로 알려져 있는 겨울철인 2012년 11월부터 12월까지 서울 및 경기지역에 위치한 환경오염 취약층 이용시설인 소아과 의원 10개 시설과 산후조리원 6개 시설을 대상으로 공기청정기 가동 전과 가동 중의 실내공기 중 생물학적 유해오염물질인 부유세균과 부유진균, 가스상오염물질인 폼알데하이드와 총휘발성유기화합물, 입자상 오염물질로 PM10과 PM2.5의 농도비교를 통한 공기청정기 가동에 따른 실내공기질 개선 여부를 조사하였다.

공기청정기 가동에 따른 조사대상오염물질들의 제거효율을 몬테카를로 모의실험을 통해 산출한 결과 생물학적 유해오염물질인 부유세균과 부유진균의 경우 소아과 의원에서의 제거효율은 각각 61.3%, 43.5%를, 산후조리원에서의 제거효율은 각각 50.1%, 68.3%를 나타냈으며, 가스상 오염물질인 폼알데하이드와 총휘발성유기화합물은 소아과 의원에서의 제거효율은 각각 40.4%, 44.7%를, 산후조리원에서의 제거효율은 각각 72.6%, 73.6%를 나타냈다. 입자상 오염물질인 PM10과 PM2.5의 제거효율은 소아과 위원은 각각 45.7%, 47.9%를, 산후조리원은 각각 58.2%, 69.0%를 나타냈다. 또한 조사대상오염물질 중 환경부의 다중이용시설등의 실내공기질법에 허용기준을 제안하고 있는 오염물질 모두 공기청정기 가동 중에는 기준 이하의 농도를 나타냈다. 이러한 결과를 종합하여 볼 때 실내공기질 개선 방안에 있어 공기청정기를 이용한 실내공기질 개선 방안은 적정하다 여겨지나 향후 보다 나은 성능의 공기청정기 개발을 위한 국내 관련 업체들의 노력이 요구된다. 

사사

 본 연구는 (주)코웨이의 지원을 받아 수행되었습니다.

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