미세먼지 입경에 따른 실외 미세먼지의 실내 영향도 분석

Abstract

최근, 대기 중에 부유하고 있는 액체 또는 고체 입자상 물질을 일컫는 미세먼지가 중요한 사회적 이슈로 등장하고 있다. 특정한 발생원이 부재한 실내공간에서의 미세먼지 농도는 외부로부터 유입된 미세먼지에 영향을 받는다. 따라서 최근의 대기 오염도 악화는 곧 대기 중 미세먼지의 실내 침투 가능성의 증대로 이어진다. 자연환기 또는 기계환기의 경우 개구부의 의도적인 개폐 또는 공조기의 가동여부 조절, 필터의 설치 등을 통해 오염물질을 차단하는 조절행위가 가능한 반면, 외피, 각종 개구부 및 벽체 균열, 창과 문의 틈새 등을 통한 침기와 함께 유입되는 외부 오염물질의 경우 제어가 어려워 1차적인 미세먼지의 침투 경로로 작용 가능하다. 따라서 적절한 실내 미세먼지 관리 방안을 제시하기 위해서는 실내 미세먼지 농도에 대한 실외 미세먼지의 영향도(impact)에 대한 평가가 선행되어야 한다. 또한 흔히 일컬어지는 미세먼지(PM10, PM2.5)는 다양한 성분과 입경의 입자들로 구성된 일종의 혼합물로써 미세먼지의 인체 위해도는 입자의 크기(입경)와 밀접하게 연관되어 있으며, 입경에 따른 물리적 거동의 상이성은 실내·외 미세먼지 농도 관계에 영향을 미친다. 따라서 실내 미세먼지 농도에 대한 실외 미세먼지의 영향도를 평가함에 있어 미세먼지의 입경별 분석을 실시 할 필요가 있다. 그러므로 본 연구에서는 침기 시, 실외 미세먼지의 침투로 형성되는 입경별 실내 미세먼지 농도를 통하여 미세먼지 입경에 따른 실외 미세먼지의 실내 영향도(impact)를 밝히고자 한다. 침기량이 큰 겨울철, 실내 발생원이 부재하여 실내 미세먼지의 농도가 실외의 농도에 기인하는 공간을 대상으로 실내·외 미세먼지의 입경별 농도를 측정하였다. 측정 농도를 활용하여 실내·외 미세먼지 농도 관계를 직관적으로 표현하는 I/O ratio을 산출하고, 입경별 penetration coefficient와 deposition rate의 값을 추정함으로써 실내 미세먼지 농도에 대한 실외 미세먼지의 입경별 영향도를 평가하고 그 원인을 규명하였다. 또한 시뮬레이션을 활용하여 공기유동과 오염물질 농도 해석함으로써 환경조건변화에 따른 실내 미세먼지 입경별 농도를 예측하고, 환경조건에 따른 미세먼지의 입경별 영향도의 변화를 분석하였다. 본 연구의 결과를 요약하면 다음과 같다.

1) 침기량이 큰 겨울철의 실내·외 입경별 미세먼지 측정 데이터를 바탕으로 침기 시, 입경에 따른 실내·외 미세먼지의 개수 농도 특성을 파악한 결과, 겨울철 미세먼지의 개수농도는 실내·외 모두 입경의 크기가 클수록 감소하는 경향을 보였다. 특히 입경 0.3과 0.5㎛ 입자의 개수농도는 1㎛ 이상의 입경을 갖는 입자의 개수농도에 비해 평균 102에서 103배 높은 것으로 확인되었다. 미세먼지 입경별 I/O ratio를 산출한 결과, 0.3과 0.5㎛ 입경의 입자는 1에 근접한 값을 가졌으며 0.5㎛를 초과하는 입경의 입자의 경우 입경의 크기가 증가할수록 I/O ratio가 감소하였다. 본 연구에서의 실내 미세먼지 농도는 오직 실외의 미세먼지에 기인하므로 산출된 I/O ratio를 통하여 실내 미세먼지 농도에 대한 실외 미세먼지의 영향도(impact)가 미세먼지의 입경에 관계하며, 입자의 입경이 작을수록 실외의 미세먼지에 큰 영향을 받음을 확인하였다. 이렇듯 실내·외 공기 중 인체의 위해성이 상대적으로 높은 입경 범위의 입자 분포 비율이 높으며 입경이 작을수록 실외의 미세먼지에 큰 영향을 받아 실내 농도가 높게 형성될 가능성이 크므로 작은 입경의 입자에 대한 관리에 유의해야 한다.

2) 측정 결과를 바탕으로 평가 대상실의 입경별 penetration coefficient와 deposition rate 값을 추정하였다, 이를 통해, 미세먼지의 입경이 감소할수록 외부로부터 침투되는 입자의 비율은(penetration coefficient) 증가하는 반면 실내로 침투 된 입자가 제거되는 속도(deposition rate)는 감소함을 확인하였다. 이렇듯 실내 미세먼지 농도 형성에 대한 실외 미세먼지의 영향도(impact)는 미세먼지의 입경별 penetration coefficient와 deposition rate에 기인한다. 그러므로 입자의 입경에 따른 침투와 실내 거동 특성을 고려하여 외부로부터의 침투를 저감시키고 실내에서의 제거를 촉진하는 입경별 실내 미세먼지 관리방안을 제공한다면 보다 효과적인 미세먼지의 저감 및 관리 대책 수립이 가능할 것이다.

3) 환경조건의 변화에 따른 미세먼지의 실내 침투 정도를 평가 한 결과, 외외부 미세먼지 농도 오염수준이 실내 미세먼지 농도에 대한 실외 미세먼지의 영향도(impact)에 미치는 영향은 매우 미미했다. 반면, 외기온과 풍속의 경우 그 변화에 기인하는 침기량의 증감이 미세먼지 실내 침투 정도의 변화에 영향을 미침을 확인하였다. 미세먼지의 실내 침투 정도(미세먼지의 실내 유입 비율)에 영향을 미치는 환경조건을 고려할 때, 외기 미세먼지 농도의 증가와 함께 침투 정도를 증가시키는 기상조건을 충족하는 겨울철 및 봄철, 미세먼지의 실내 침투 영향도가 증가할 것으로 예상되므로 미세먼지 실내 침투 방지 및 관리에 각별한 주의를 기울여야 할 것으로 판단된다.