주택 실내 공기중 오염물질 농도의 동절기와 하절기 비교 분석

2.1. 조사 대상 주택 개요

조사 대상 주택은 인천지역을 중심으로 입지하고 있는 일반 서민 주택으로 최근 30년 동안 준공된 주택을 대상으로 하였다. 준공년도는 1988년~2015년에 분포한다. 1988년, 1989년, 1991년, 1994년, 1995년, 1998년, 2001년, 2003년, 2005년, 2007년, 2009년, 2010년, 2013년, 2014년, 2015년에 준공된 주택으로 연도별로 골고루 분포하도록 하였다. 그 중간 값이 2002년이므로 평균적으로 볼 때에 2017년 현재를 기준으로 15년 정도가 경과한 주택이다. 주택의 유형은 공동주택 15개 단지에 16호, 다세대 4단지에 4호, 단독주택 4호 총 24개 주택이다. 호당 총 바닥면적은 평균 86.3m²(26.1평)으로 일반 서민 주택 규모인 국민주택 규모(전용 바닥 면적 85m²)에 근접한다. 바닥면적 112m² 주택 6호, 99m² 주택 5호, 92m² 주택 3호, 79.2m² 주택 7호, 66m² 주택 1호, 59.4m² 주택 2호이다. 호별 가족 수는 평균 3.54인이다. 6인 가구가 1호, 5인 가구가 2호, 4인 가구가 13호, 3인 가구가 2호, 2인 가구가 5호, 1인 가구가 1호다.

Table 1.

Outline of investigated housings

조사대상 각 주택의 각 요소별 평균치에 의하여 그 특성을 본다면, 인천에 입지한 아파트로 2002년에 준공되어 15년이 경과하였다. 호별 바닥면적은 86.3m²(26.1평)이며, 호별 가족 수는 3.5인이며, 1인당 바닥면적은 24.3m²(7.3평)이라고 볼 수 있다.

2.2. 실내 오염물질 조사 일정 및 측정기기 개요

실태 조사는 2016년도 11월~2017년 3월에 걸쳐 5개월간 진행하였으며, 2016년12월~2017년 2월에 집중적으로 이루어졌다. 2016년 11월 25일~28일, 12월 1일~8일, 2017년 1월 9일~27일, 2월 2일~11일 기간에 총 35일 동안 수행되었다. HCHO와 TVOC 농도는 거실에 측정기기를 놓고 저녁시간을 이용하여 측정하였다. 또한 가전제품(냉장고) 주변의 HCHO, TVOC 농도는 가전제품 앞 1m 이내에 측정기기를 놓고 가전제품 주변의 실내 오염도를 측정하였다. CO₂ 농도는 거실과 안방에 측정기기를 놓고 각각 저녁과 아침에 측정하였다. 측정기기를 실 중앙바닥에 밤 17시, 20시에 시작하여 다음날 아침 7~10시까지 설치하였으며, 아침과 저녁에 10~30분 측정하여 최소치와 최고치를 계측하였다. 거실에서 CO₂ 농도는 아침에는 부엌에 측정기기를 놓고 취사 조리를 하고 있는 시간에 측정하였다. 안방에서 CO₂ 농도는 저녁 퇴근 후 취침 전 시간과 아침 자고 일어났을 때에 측정하였다.

Table 2.

Time of field investigation

이 실태 조사에 사용한 측정기기는 SKT100-X5과 ZGm053UK이며, 표 3.은 이 기기들의 사양서 중 중요사항이다.

Table 3.

specs of measuring instruments

3.1. HCHO와 TVOC 농도 실태 조사 분석

표 4.은 각 주택별로 측정된 HCHO와 TVOC 농도의 최대치와 최소치를 정리한 표이다. 괄호 안은 최소치를 나타낸다. 각 주택의 오염물질 최대치를 기준으로 분석한다. 24개 주택 거실에서 측정된 HCHO 농도 최대치의 평균은 0.092ppm이며, 최대 0.280ppm에서 최소 0.010ppm사이에 분포한다. 환경부 HCHO 농도 기준인 0.156ppm을 초과한 주택(H1, H14, H21)은 3개이며 전체 주택 중 12.5%에 해당한다. 가전제품 주변 실내공기의 HCHO 농도 경우, 평균 치수는 0.121ppm이며, 최대 0.300ppm 최소 0.020ppm 사이에 분포한다. 가전제품 주변 HCHO 평균 농도는 거실 평균보다 1.31배 높게 나타난다.

Table 4.

Concentration of HCHO and TVOC

24개 주택의 거실에서 측정된 TVOC 농도는 평균 0.165ppm이며, 최대 0.400ppm 최소 0.030ppm 사이에 분포한다. 가전제품 주변 TVOC 농도는 평균 0.145ppm이었으며, 가전제품 주변 평균 TVOC 농도는 거실 평균보다 0.87배 높게 분석되었다.

거실의 TVOC 농도 평균은 HCHO 농도 평균의 1.79배 높게 분석되었으며, 주택에 따른 TVOC 농도 편차는 HCHO 농도 편차보다 큰 것으로 분석된다.

3.2. CO₂ 농도 실태 조사 분석

표 5.는 조사 대상 24개 주택의 CO₂ 농도를 정리한 표이다. CO₂ 농도는 거실과 안방에서 각각 조사되었으며, 아침과 저녁에 측정하였다. 거실에서 아침에 측정한 CO₂ 농도는 평균 1,071ppm이었으며 최대 2,390ppm 최소 699ppm 사이에 분포하였다. 거실에서 저녁에 측정한 CO₂ 농도는 평균 966ppm이었으며 최대 1,590ppm 최소 510ppm 사이에 분포하였다. 거실에서 아침과 저녁에 측정한 CO₂ 농도 평균은 각각 환경부 CO₂ 농도 기준 1,000ppm의 107%, 96%이며, 거실에서 아침에 CO₂ 농도가 저녁의 농도에 비하여 1.18배 높은 것으로 분석된다. 환경부 CO₂ 농도 기준 1,000ppm을 초과하는 주택은 아침에는 12개 주택(H2, H3, H6, H13, H15, H16, H17, H19, H20, H22, H24)으로 전체 24개 주택 중 약 50.0%에 해당하며, 저녁에는 11개 주택(H2, H3, H4, H6, H7, H10, H13, H17, H19, H21, H24)으로 전체 24개 주택의 45.8%에 해당한다.

Table 5.

Concentration of CO₂(unit. ppm)

안방에서 아침에 측정한 CO₂ 농도는 평균 1,092ppm이었으며 최대 2,850ppm 최소 545ppm 사이에 분포하였다. 안방에서 저녁에 측정한 CO₂농도는 평균 1,018ppm이었으며 최대 1,950ppm 최소 530ppm 사이에 분포하였다. 안방에서 아침과 저녁에 측정한 CO₂ 농도 평균은 각각 환경부 CO₂ 농도 기준 1,000ppm의 109.2%, 101.8%이며, 안방에서 아침에 CO₂ 농도가 저녁의 농도에 비하여 1.07배 높은 것으로 분석된다. 환경부 CO₂ 농도 기준 1,000ppm을 초과하는 주택은 아침에는 15 개 주택으로 전체 24개 주택 중 약 62.5%에 해당하며 저녁에는 11개 주택으로 전체 24개 주택의 45.8%에 해당한다.

거실에서 아침과 밤에 측정한 CO₂ 농도 평균은 1,019ppm이며 1,000ppm을 초과한 주택은 13개이다. 안방에서 아침과 저녁에 측정한 CO₂ 농도 평균은 1,129ppm이며, CO₂ 농도1,000 ppm을 초과한 주택은 16개로 전체 주택의 66%에 해당한다. 조사 대상 24개 주택들의 거실 CO₂ 농도 평균은 환경부 1,000ppm 기준의 101.9%이며, 안방은 환경부 1,000ppm 기준의 112.9%이다. 안방 CO₂ 농도는 거실 CO₂ 농도에 비하여 1.04배 높은 것으로 조사되어 하루 전체로 볼 때에 안방과 거실의 CO₂ 농도는 같다고 볼 수 있다.

아침에 거실과 안방의 평균 CO₂ 농도는 1,164ppm이며 12개 주택이 환경부 CO₂ 기준인 1,000ppm을 초과하여 전체 주택의 50%에 해당한다. 밤에 거실과 안방의 평균 CO₂ 농도는 1056ppm이며 11개 주택이 1,000ppm을 초과하여 전체 주택의 45.8%에 해당한다. 아침의 평균 CO₂ 농도는 저녁의 평균 CO₂ 농도보다 1.12배 높은 것으로 조사되어 약간 높게 나타난다. 아침에 CO₂ 농도 1,000ppm을 초과한 주택 수(12개)도 저녁에 초과한 주택 수(11개)로 거의 비슷하다.

전체적으로 거실과 안방을 각각 아침과 저녁에 CO₂ 농도를 측정한 회수는 총 96회이며, 그 평균 치수는 1,078.4ppm이었다. 환경부 CO₂ 농도 기준인 1,000ppm에 육박하고 있는 것으로 조사되었다. 거실과 안방 그리고 아침과 저녁의 각각 4가지 경우 최소 농도도 510ppm, 530ppm, 536ppm, 538ppm으로 측정되어 외부 대기의 적정 CO₂ 농도(400ppm)보다 100ppm 이상 높은 것으로 분석되었다. CO₂ 농도는 거실 저녁, 안방 저녁, 거실 아침, 안방 아침 순으로 약간 높아지고 있으며, 각각 966ppm, 1,018ppm, 1,072ppm, 1,092ppm이다. 환경부 1,000ppm 기준을 약간 미달하거나 초과하고 있다. 이 농도의 공기에서는 장시간 거주 시 불쾌감을 느낄 수 있고, 건강에 피해는 없지만 불쾌감을 느끼는 사람이 있는 실내 환경이다.

4.1. HCHO · TVOC 농도 특성 분석

그림1.은 24개 주택(H1~H24)의 HCHO와 TVOC 농도를 나타낸 그래프 이다. HCHO와 TVOC의 농도가 상대적으로 낮은 주택과 높은 주택의 그 원인을 마감재와 환기를 중심으로 분석하면 다음과 같다. HCHO 농도 기준치를 초과한 주택은 H1, H14, H21로 3개 주택이었으며. TVOC 농도 기준치를 초과한 주택은 H1, H4, H6, H8, H10, H14, H16, H17, H18, H19, H20, H21, H22, H23로 14개 주택이었다. 24 주택 중 HCHO 농도 기준치를 초과한 주택은 12.5%이였으며, TVOC 농도 기준치를 초과한 주택은 58%이었다.

Fig. 1.

HCHO· TVOC concentration of housing

이들 오염물질 농도 기준을 초과한 14개 주택의 오염물질 발생 원인을 분석하면 다음과 같다. 우선, 동절기로 환기 횟수가 여름에 비하여 상대적으로 적었다. 조사당시 환기를 확인한 바 환기를 한 주택은 14개 주택 중 6개 주택에 불과하였다. 또한 접착제 및 우레탄 폼도 HCHO의 발생 원인으로 분석되었다. TVOC 발생원으로는 페인트와 방향제, 옷의 세정제과 함께 겨울철 난방으로 온도의 상승으로 인하여 페인트 결합물의 발화도 지적할 수 있다. 14개 주택 중에서 8개 주택이 준공된 지가 10년 미만이었으며, 6개 주택은 10년 이상 주택이었다. 실내 거실 환경으로 도배 및 장판을 교체한 지가 5년 미만인 집이 많았으며, 오염물질의 방출이 많은 실크벽지로 벽체를 한 집이 합지(일반 종이 벽지)로 도배한 집보다 많았다. 이러한 면도 오염물질 농도에 영향을 주었을 것으로 추정한다.

HCHO와 TVOC의 농도가 기준치보다 낮은 주택은 H2, H3, H9, H11, H12, H13, H15, H24으로 8개 주택이었다. 전체 24 주택 중 33%이였다. 나머지 주택은 HCHO와 TVOC의 농도 중 한 가지 이상이 기준치를 초과하고 있었다.

4.2. CO₂ 농도 특성 분석

그림 2.는 24개 주택(H1~H24)의 거실 아침, 거실 밤, 안방 아침, 안방 밤 4가지 경우의 CO₂ 농도를 나타낸 그래프이다. 4가지 경우 모두가 기준 CO₂ 농도를 초과한 주택은 H2, H3, H6, H13, H17, H24로 6개 주택이다. 전체 주택 중 25%이다. 가장 높은 주택은 H3으로 거실 아침이 2,390ppm, 안방 아침이 2,850ppm이다. 이 주택은 장시간 이런 상태를 유지할 경우, 질병을 유발할 위험 군에 속해 있다. 이들 6개 주택의 평균 가족 수는 4명이었다. 주택의 평면 면적은 112㎡ 1주택, 99㎡ 2주택, 92㎡ 1주택, 79㎡ 2주택으로 평균 80㎡이었다. 가족 1인당 면적은 20㎡으로 상대적으로 작다.

Fig. 2.

CO₂concentration of housings

전체 24개 주택 중 70%인 17개 주택이 거실 아침, 거실 밤, 안방 아침, 안방 밤 중 하나 이상이 CO₂ 농도 기준치를 초과하였다. 11개 주택이 거실 아침과 거실 밤이, 15개 주택이 안방 아침이, 11개 주택이 안방 저녁이 기준치를 초과하였다. 안방 아침에 CO₂ 농도 초과 주택 수가 안방 밤보다 4개 더 많다. 겨울철이라서 취침 중에 환기를 부족해서 일어나는 것으로 분석된다. 주택의 바닥면적은 112㎡ 3개 주택, 99㎡ 4개 주택, 92㎡ 2개 주택, 79㎡ 6개 주택, 66㎡ 1개 주택, 59㎡ 1개 주택이었다. 작은 바닥 면적 주택이 CO₂ 농도가 상대적으로 높았다.

안방 아침에 CO₂ 농도 기준치를 초과하는 주택을 순위로 나열하면 H3, H22, H17, H6, H20이며, 안방 밤에는 H22, H3, H6, H2, H7이다. 이들 주택의 CO₂ 농도 원인을 분석하면 다음과 같다. H3은 안방 오후7시30분에 측정한 CO₂ 농도는 1,650ppm 에 분포하고 있지만 오전 7시에는 2,850ppm으로 아침에 최대 1.73 배 높아진 것으로 조사되었다. 이 주택은 1991년에 준공된 다세대로서 바닥면적 79.2m²에 4인이 거주하고 있다. 거주밀도가 높으면서도 창문을 열지 않은 밀폐된 안방에서 취침하였기 때문으로 분석된다. H22는 안방 CO₂ 농도는 오후 6시에는 1,950ppm, 오전 9시에는 2,490ppm으로 조사되었다. 오전과 오후사이에 CO₂ 농도 차이는 1.28배 차이를 보이고 있다. 2014년에 준공된 아파트로 바닥면적 79.2m²에 5인이 거주하고 있다. 최근 준공한 아파트이면서 거주 밀도가 높은 것이 원인으로 분석된다. H17은 오후 8시에 측정한 CO₂농도는 1,065pmm이었으며 오전 9시에는 2,190ppm이었다. 2007년에 준공된 아파트로 바닥면적은 112m²이며 4인이 거주하고 있다.

거실 아침, 거실 밤, 안방 아침, 안방 밤 경우 모두, CO₂ 농도가 기준치 이하인 주택은 H5, H8, H9, H11, H14, H18, H23이다. 7개 주택으로 전체 주택 중에 29%에 해당한다. 주택 바닥면적은 112㎡ 3개 주택, 99㎡ 1개 주택, 92㎡ 1개 주택, 79㎡ 1개 주택, 59㎡ 1개 주택이다. 바닥 면적이 큰 주택이 작은 주택보다 CO₂ 농도가 낮게 나왔다. 특이할 점은 H14는 2005년 준공된 바닥면적 59㎡에 4인 가족이 거주하고 있는데, 4가지 경우 모두 CO₂ 농도가 기준치 이하를 유지하고 있었다. 가족 구성원은 30대 후반 부부와 중1, 초등5년생 아들 2명으로 구성되었는데, 자주 환기를 시키고 있었다.

Table 6.

Housings of lower CO₂ concentration (ppm)

5.1. HCHO와 TVOC 농도 비교분석

Table 7.

HCHO and TVOC concentration of summer4) and winter

24개 주택의 하절기와 동절기 거실에서 측정된 HCHO와 TVOC 농도를 비교 분석하면 다음과 같다. HCHO 농도는 하절기 평균은 0.048ppm이며, 동절기 평균은 0.092ppm이다. 동절기 농도는 하절기 농도보다 약 2배 높은 것으로 나타났다. 하절기 농도는 최소 0.010ppm에서 최대 0.090ppm에 분포하며, 동절기 농도는 최소 0.010ppm에서 최대 0.280ppm에 분포한다. HCHO 농도 동절기 최소치는 하절기 최소치와 같게 나타나고, 동절기 최대치가 하절기 최대치의 3배 정도로 높은 것으로 분석된다.

그림 3.은 하절기와 동절기에 24개 주택의 거실에서 측정된 HCHO 농도를 나타낸 그래프이다. 동절기 HCHO 농도가 하절기에 비하여 높게 나타나고 있으며, 하절기 HCHO 농도 편차보다 동절기 편차가 큰 것으로 나타나고 있다. 즉 하절기에 비하여 동절기에 주택들 사이에 HCHO 농도 차이가 큰 것으로 분석된다.

Fig. 3.

HCHO concentration of summer and winter

TVOC 농도는 하절기 평균은 0.063ppm이며, 동절기 평균은 0.170ppm이다. 동절기 농도는 하절기 농도보다 약 2.7배 높은 것으로 나타났다. 하절기 농도는 최소 0.016ppm에서 최대 0.160ppm에 분포하며, 동절기 농도는 최소 0.010ppm에서 최대 0.400ppm에 분포한다. TVOC 농도 동절기 최소치는 하절기 TVOC 농도와 큰 차이가 없으나 최대치에서는 큰 차이가 있다. 동절기 최대치는 하절기 최대치의 2.5배 정도로 높은 것으로 분석된다.

그림 4.는 하절기와 동절기에 24개 주택의 거실에서 측정된 TVOC농도를 나타낸 그래프이다. 동절기 TVOC 농도가 하절기에 비하여 높게 나타나고 있으며, 하절기 TVOC 농도 편차보다 동절기 편차가 큰 것으로 나타나고 있다. 즉 하절기에 비하여 동절기에 주택들 사이에 TVOC 농도 차이가 큰 것으로 분석된다. 하절기와 동절기의 HCHO농도를 평균한 HCHO농도는 0.094ppm이며, 하절기와 동절기의 TVOC 농도를 평균한 TVOC 농도는 0.145ppm이다.

Fig. 4.

TVOC concentration of summer and winter

본 분석 대상 주택의 연중 평균 HCHO농도는 0.094ppm, TVOC 농도는 0.145ppm으로 볼 수 있겠다. TVOC 농도는 HCHO 농도보다 1.54배 높은 것으로 분석된다.

겨울철에서 이렇게 여름보다 높게 검출되는 원인은 난방 온도와 밀접한 관계가 있는 것으로 분석된다. 환경부 기준 겨울철 실내 온도는 24°C이나 아기가 있는 주택이나 70세이상 노인이 거주하는 주택은 평균 실내온도가 28°C~32°C이상이었다. 30°C이상 되는 H1의 경우 HCHO, TVOC 기준치를 훨씬 초과하여 각각 0.2ppm, 0.4ppm 검출되었다. 이에 비해 젊은이들이나 중장년층이 거주 주택은 HCHO, TVOC가 기준치 이하로 조사되었으며, 이들 주택은 겨울철에도 환기 횟수가 많았다.

5.2. CO₂농도 비교 분석

Table 8.

CO₂ concentration of summer 5) and winter

하절기와 동절기 CO₂ 농도를 비교하면 다음과 같다. 거실에서 아침에 측정한 CO₂ 농도는 하절기에는 평균이 816ppm이었으며, 동절기에는 1071ppm이었다. 거실에서 아침에 측정한 동절기 CO₂ 농도가 하절기 CO₂ 농도에 비하여 1.31배 높다. 거실에서 밤에 측정한 CO₂ 농도는 하절기에는 평균이 748ppm이었으며, 동절기에는 966ppm이었다. 거실에서 밤에 측정한 동절기 CO₂ 농도도 하절기 CO₂ 농도에 비하여 1.29배 높다. 거실의 동절기 CO₂ 농도는 하절기 농도보다 1.3배 높은 것으로 분석된다. 안방에서 아침에 측정한 CO₂ 농도는 하절기에는 평균이 1,137ppm이었으며, 동절기에는 1,258ppm이었다.

안방에서 아침에 측정한 동절기 CO₂농도는 하절기 CO₂농도보다 1.1배인 것으로 분석되었다. 안방에서 밤에 측정한 CO₂ 농도는 하절기에는 평균이 835ppm이었으며, 동절기에는 1,018ppm이었다. 안방에서 밤에 측정한 동절기 CO₂ 농도도 하절기 CO₂ 농도에 비하여 1.2배 높다. 안방의 동절기 CO₂ 농도는 하절기 농도보다 1.2배 이하로 분석된다.

그림 5.6.은 하절기와 동절기의 아침과 밤에 24개 주택의 안방에서 측정된 CO₂ 농도를 나타낸 그래프이다. 동절기 CO₂ 농도가 하절기에 비하여 높게 나타나고 있으며, 하절기 CO₂ 농도 편차보다 동절기 편차가 큰 것으로 나타나고 있다. 즉 하절기에 비하여 동절기에 주택들 사이에 HCHO 농도 차이가 큰 것으로 분석된다.

Fig. 5.

CO₂concentration of master bedroom morning

Fig. 6.

CO₂concentration of master bedroom night