서 론

라돈(²²²Rn)은 세계보건기구(WHO)에서 흡연에 이어 두 번째로 높은 폐암 발병 원인으로 지목(WHO, 2009)하고 있는 물질로, 최근 주거공간에 사용하는 침대, 타일, 대리석 등에서 발생하는 라돈이 사회적 문제로 제기되었다. 실내 라돈(²²²Rn) 노출에 대한 사회적 우려가 확산됨에 따라, 국내에서는 ｢실내공기질 관리법｣을 통해 입주 전 라돈 농도 측정을 의무화하고 그 결과를 지자체에 제출하도록 규정하고 있다. 하지만 현행 측정 방식은 준공 직후 입주 전 시점에 시행되는 단발성 측정에 의존하고 있어, 측정 당시의 환경 변수가 배제된 채 적합 여부를 판정한다는 한계를 지닌다. 특히 공동주택에서 주된 실내 라돈 발생원으로 지목되고 있는 콘크리트 및 석고보드 등 건축자재로부터의 방출 강도는 고정된 수치가 아니라 실내 환경 조건에 따라 가변적일 수 있음에도 불구하고, 실제 현장에서는 이러한 기상 요인이나 계절적 특성을 보정하는 표준화된 가이드라인 등은 부재한 실정이다(MOE, 2019).

전통적인 라돈 유입 이론에 따르면, 실내 라돈 농도는 주로 토양 내 라돈 가스가 지면의 균열이나 배관 관통부 등을 통해 실내로 유입되는 것이 주된 경로로 알려져 왔다. 환경부에서는 실내공기 중 라돈의 80% 이상은 토양에서, 2~5%는 건축자재에서 그리고 나머지는 지하수 사용 등으로부터 유입됨을 보고하였다(MOE, 2019). 그러나 최근 국내 공동주택을 대상으로 한 연구(Kim et al., 2021)에 따르면, 고층화되고 기밀화된 한국식 아파트 구조에서는 토양 라돈의 영향보다 콘크리트 및 석고보드와 같은 건축자재 자체에서 방출되는 라돈이 실내 농도 형성에 더 지배적인 영향을 미치는 것으로 밝혀졌다. 대한민국은 계절에 따른 온습도 변화와 차이가 매우 뚜렷한 기후적 특성이 있으며, 이에 따라 공동주택 내부의 습도 환경 또한 연간 큰 변동폭을 나타낸다. 이는 실내 라돈 관리에 있어 외부 토양 변수보다 자재의 물리적 특성과 이를 변화시키는 실내 환경적 요인(온도, 습도)과의 연관성에 대한 정밀한 분석이 우선되어야 함을 시사한다. 따라서 본 연구는 실내 환경 조건 변화가 건축자재의 라돈 방출 특성 및 실내 라돈 농도에 미치는 영향을 정량적으로 분석하였다.

건축자재 내 라돈 방출은 자재 내부의 공극률, 함수율, 그리고 주변 환경의 온·습도 조건에 의해 결정되는 복합적인 물리 현상이다. 온도 상승은 라돈 원자의 확산 계수를 증가시켜 자재 내부 이동을 촉진하며(Hosoda et al., 2007), 특히 콘크리트 내 적절한 함습량은 라돈의 반동 효율(Recoil efficiency)을 높여 방출량을 극대화하는 것으로 보고되었다(Stranden et al., 1984; Nazaroff, 1992). 기공 내 수분은 라돈 원자의 에너지를 감쇄시켜 공극 공기 중으로의 포집률을 높이는 감쇠제 역할을 수행하며, 자재 내부 표면에 라돈이 흡착되는 것을 방해하여 방출 속도를 가속화한다(Stranden et al., 1984; Bossew, 2003). 이러한 수분 유도 방출 메커니즘에 의해 여름철 고습 환경은 건축자재의 라돈 방출량을 증가시키는 주요 인자로 작용한다.

국내 선행 연구들은 주로 거주자가 상주하는 상태에서의 단기 측정이나 토양 라돈 유입 경로 차단에 집중되어 왔으며, 외부 간섭이 완전히 배제된 환경에서 건축자재의 방출 특성과 실내 변수 간의 인과관계를 장기적으로 규명한 사례는 부족하다(Collignan et al., 2016; Stanley et al., 2019). 이로 인해 동일한 자재를 사용한 아파트일지라도 준공의 계절적 시점에 따라 법적 기준 준수 여부가 달라지는 형평성 문제가 발생하고 있으며, 시공사 및 관리 주체는 측정 시점의 우연성에 의해 결괏값이 결정되는 불합리한 상황에 직면해 있다.

그러므로 본 연구는 1년간의 장기 실측을 통해 실내 환경 변수 변화에 따른 벽체 표면의 라돈 방출률(Exhalation Rate) 변화 및 실내 라돈농도를 분석하고, 결정계수(R²) 분석을 통해 그 상관성의 강도를 규명함으로써 계절별 습도변화가 라돈방출에 미치는 영향력을 규명하고자 한다. 연구의 객관성을 확보하기 위해 공가 세대를 대상으로 거주자의 활동에 의한 환기 등 실내라돈농도 및 라돈방출률에 영향을 줄 수 있는 인위적 변수를 통제하였으며, 능동형 라돈 측정기인 RAD7과 자체 제작한 아크릴 소재의 측정 챔버(300×300×300 mm) 및 데이터 로거(MadgeTech)를 활용하여 측정하였다. 본 연구의 결과는 측정 당시의 환경 조건을 반영한 측정결과를 실증적으로 제시함으로써, 향후 합리적인 실내공기질 관리를 위한 기초 자료로 활용될 것으로 기대된다.

공동주택 실내 라돈 농도 측정

대상건물 개요

본 연구의 실측 데이터 확보를 위해 대한민국 경기도에 소재한 신축 공동주택을 실험 대상으로 선정하였다. 대상 단지는 6개동, 약 1,000여 세대가 거주하는 아파트로서 모든 주동이 벽식 구조로 이루어져 있으며 지하 1층(주차장 사용) 및 지상 14~20층으로 계획된 일반적인 국내 아파트와 구조 및 높이가 유사한 형태이다. 주거공간은 전용면적 기준 26~46 m² 크기로 구성되어 있으며, 측정 세대는 26 m² type이다. 측정 세대는 주동의 중성대를 고려하여 14층 중 5층에 위치한 측정 세대를 선정하였다.

측정 세대의 평면 형태는 Table 1 내 그림과 같이 국내 소형 공동주택에 많이 적용되는 1 Bay 형태로 구성되었다. 본 연구에서는 내력벽을 대상으로 총 2개 지점에 라돈측정챔버(RMC, Radon measurement Chamber, 0.027 m³)를 설치하였다. Lee et al. (2023)의 연구에 따르면, 전용면적 50 m² 이하의 소형 평형 세대를 대상으로 한 라돈 기여도 분석에서, 단열재가 부착되지 않은 콘크리트 내력벽의 기여율이 약 70% 내외로 나타났으며, 이는 실내 표면 방출원 중 가장 높은 비율을 차지하였다. 이는 공동주택 내에서 실내 라돈 농도의 형성이 토양 유입보다는 콘크리트 구조체 표면 방출에 의해 지배적임을 시사한다. 본 연구에서는 측정값의 물리적 신뢰도를 높이고 실험적 불확실성을 최소화하기 위해 2개 지점의 결괏값을 병행 수집하였다.

라돈 측정 챔버 설치 시 벽면과의 기밀성을 완벽하게 유지하기 위해 전용 지지대를 활용하여 벽면에 강력하게 밀착 고정하였으며, 이를 통해 외부 공기 유입에 의한 오차를 차단하였다. 세대 중심부인 거실 중앙에는 실내 라돈 농도를 측정하기 위한 RAD7을 배치하였다. 이와 동시에 MadgeTech 데이터 로거를 동일 위치에 설치하여 실내 온도 및 상대습도를 실시간으로 모니터링하였다. 모든 측정 장비는 인간의 호흡선 높이를 고려하여 바닥면으로부터 1.2 m 높이를 유지하도록 설정하였다.

Table 1.

Floor Plan and measurement point of reference units

Classification	Floor plan (26 m2, One bay residence)	Measurement Point
Image
		Wall 1 (Point 1, 2)
		RMC Measurement for Exhalation

실험은 1년 동안 세대 내 거주자가 없는 공가 세대를 대상으로 출입과 거주를 엄격히 통제하며 진행되었다. 이는 기존 연구들에서 한계로 지적되었던 거주자의 불규칙한 환기 습관, 개구부(문, 창문) 개폐에 따른 기류 변화, 가습기 및 에어컨 가동에 의한 인위적 습도 조절 등 실내라돈농도에 영향을 줄 수 있는 휴먼 팩터(Human Factor)를 완벽하게 차단하기 위함이다.

따라서 본 실험에서 나타나는 실내 라돈 농도의 변동은 거주자 활동 및 설비 운전과 같은 인위적 요인이 최소화된 조건에서, 외부 기상 조건 변화와 이에 따른 실내 온습도 변화의 영향을 상대적으로 크게 반영한 결과로 해석할 수 있다. 다만, 온도, 기압, 누기 및 자연환기율 등 다른 영향요인을 완전히 배제하기에는 한계가 있다.

실내 라돈 농도 및 방출량 측정방법

국내 실내공기질 관리법에 따른 표준 측정 방식은 국립환경과학원 고시 ｢실내공기질 공정시험기준(ES 02301.1c)｣에 따르면, 신축 공동주택의 라돈 측정은 권고기준 준수 여부를 확인하기 위해 입주 전 준공 단계에서 수행된다. 국내 실내 라돈 농도와 관련한 표준 측정 방법은 크게 실내공기질 공정시험기준(MOE, 2020)에서 제시한 두 가지로 구분할 수 있다. 현행 기준은 수동형(Passive) 또는 능동형(Active) 측정기를 활용하여 최소 48시간 이상 밀폐된 상태에서 단회성 측정을 수행하도록 규정하고 있다. 주시험방법인 알파비적검출법은 실내 라돈 농도의 변동이 큰 점을 고려, 장기간(90일 이상) 측정을 통해 평균 라돈 농도를 산정하는 방식이다. 라돈 연속측정방법은 부시험방법으로 알파비적측정법에 비해 단기간 측정(48시간 이상)이 가능하며 실내 라돈 농도를 실시간 확인 할 수 있다.

그러나 이러한 공정시험기준은 측정 당시의 기상 조건(온도, 습도, 기압)에 따른 농도 변동성을 반영하지 못하며, 특히 준공 시점의 계절적 특성에 따라 측정 결과가 실제 거주 시의 연평균 농도와 큰 편차를 보일 수 있다는 문제점이 존재한다.

이에 본 연구에서는 국가 표준 측정 방식의 신뢰도를 보완하고 환경 변수에 따른 동적 메커니즘을 규명하기 위해, 공정시험기준의 기본 원칙을 준수하되 1년간의 장기 연속 모니터링과 라돈측정챔버(RMC)활용 방출량 측정을 병행하는 정량화된 실험 방법론을 채택하였다.

본 연구에서는 실내 환경 변수 변화에 따른 라돈 농도의 동적 거동을 정밀하게 포착하기 위해, 총 3대의 RAD7을 동시에 투입하여 실시간 모니터링 측정 시스템을 구축하였다. 고정밀 능동형 측정기인 RAD7 (RAD7 Radon Detector, DURRIDGE, U.S.)은 실내 공기를 내부 펌프로 흡입한 후, 반도체 검출기를 통해 라돈의 붕괴 생성물인 ²¹⁸Po와 ²¹⁴Po의 알파 에너지를 스펙트로스코피 방식으로 분석한다. 본 실험에서 사용한 RAD7은 환경측정기기에 대한 형식승인을 취득하였으며 환경분야 시험·검사 등에 관한 법률에 준하여 검사기관에 정도검사를 받은 장비이다. 실시간 농도 변화에 민감하게 반응하기 위해 SNIFF 모드로 설정하였으며, 단기적인 변동성보다는 계절적 추세를 확인하기 위해 1시간 단위로 데이터를 저장하였다.

Table 2와 같이, 건축자재 자체의 방출 특성을 실내 농도와 분리하여 분석하기 위해 밀폐형 챔버법(Closed Chamber Method)을 적용하였다. 내력벽에 설치된 2개의 라돈측정챔버는 각각 독립된 RAD7을 1:1로 연결하여 밀폐형으로 순환(Closed-loop)하는 시스템으로, 챔버 내 공기는 RAD7의 내부 펌프를 통해 측정기로 유입된 후 다시 챔버로 환원되는 순환 구조를 가진다. 지지대를 활용한 강한 밀착과 실링 처리를 통해 외부 실내 공기의 혼입을 원천 차단함으로써, 콘크리트 내력벽에서 방출되는 라돈의 양만을 정밀하게 측정하였다. 라돈은 콘크리트 벽체에서 방출되어 시간이 지날수록 챔버 내 농도는 초기 선형적으로 증가하다가 포화농도에 이르는데, 이 때 챔버내 포화농도를 분석하여 단위 면적당 라돈 방출량(Exhalation Rate, Bq/m²·h)을 도출하였다.

식 (1)은 포화농도에서의 정상상태에서의 라돈 농도 보존방정식(Indoor Radon Balance Equation)을 나타낸 것으로, 이를 이용하면 챔버내 포화농도(Ceq)로 식 (3)과 같이 건축재료의 표면 라돈 방출량을 추정할 수 있다.

여기서,

Ct: Indoor radon concentration (Bq/m³)

E: Exhalation rate (Bq/m²ˑh)

V: Volume (m³)

A: Surface area (m²)

λeff: Effective decay rate (1/h)

λRn: Radon decay constant, 2.1×10^-6 (s^-1)

λh: Back-diffusion rate (s^-1)

λl: The leakage rate for radon in the chamber (s^-1)

유효감쇠율 λeff는 식 (2)와 같이 라돈 자체의 감쇠항 (λRn = 2.1 × 10-6 s^-1) 콘크리트 시편의 back diffusion λh, 챔버의 누기율 λl을 고려하여 산출된다. 본 연구에서는 콘크리트 벽체가 충분한 두께(0.05 m 이상)를 갖고있어 역확산(back diffusion)의 영향은 무시하였으며 (λh=0), 챔버의 누기율 λl은 ASTM E741-23 및 추적가스법에 의거하여 벽체에 부착된 챔버의 공기교환율을 3회 측정한 결과인 0.031 h^-1 을 적용하였다.

Table 2.

Measurement devices and measurement point for indoor radon concentration

Measurement devices
Measurement of indoor radon concentration

본 실험은 2024년 8월부터 2025년 8월까지 총 13개월 동안 실내 라돈 농도와 벽체 라돈 방출률을 RAD 7을 이용하여 매월 마다 7일간 1시간 간격으로 측정 및 기록하였다. 벽체 라돈 방출률의 대푯값은 측정시점부터 챔버내 포화농도(Ceq)에 이르는 약 72시간 이후의 안정된 챔버내 농도를 측정하여 2개의 라돈측정챔버 내 측정값의 평균을 대푯값으로 활용하였다. 실내 라돈 농도는 표준 측정방법을 준용하여 측정 시작 전, 외부에 면한 모든 개구부와 실내출입문, 수납가구 문 등을 개방한 상태에서 30분 동안 환기를 실시 후 다시 외부와 면하는 개구부를 모두 닫아 5시간 밀폐를 실시한 뒤 48시간 동안 측정된 라돈농도의 평균값을 활용하였다.

측정기간 동안 대상 세대의 실내는 약 17.6℃~29.3℃의 온열 환경 조건을 형성하였으며 외부 변수 차단을 위해 누기부위를 최대한 기밀화 하였다. 측정기간 내 대상 세대는 재실자가 없는 상태로 유지되어 기계환기설비 가동이나 창문과 같은 개구부 개폐 동작이 발생하지 않았으며, 또한 냉난방 및 가습 등 인위적인 설비 가동을 배제함으로써, 외부 기상 조건에 수동적으로 반응하는 실내 환경을 모사하였다.

공동주택 연간 라돈 농도 측정 결과

계절별 실내 습도 및 라돈 방출률의 연간 변동 특성

본 연구에서 동일 주동 내 1세대를 대상으로 1년간 실내 라돈 농도 및 벽체 표면에서의 라돈방출량을 측정한 결과는 Table 3과 같다.

실험 세대에서 1년간(8월~익년 8월) 실측한 결과, 8월과 9월의 벽체 방출률은 포화농도구간을 기준으로하여 각각 5.03 Bq/m²·h, 5.75 Bq/m²·h로, 연평균(3.82 Bq/m²·h)을 크게 상회하였다. 반면 실내 습도가 30% 대로 떨어지는 12월과 1월에는 방출률이 각각 2.14 Bq/m²·h, 2.31 Bq/m²·h까지 낮아졌다. 거주자가 없어 냉난방·환기 등 인위적 요인이 배제된 환경임에도 불구하고, 실내 라돈 농도는 계절에 따라 뚜렷한 변동성을 나타냈다. 특히, 실내 상대습도의 변화에 따라 라돈 농도와 벽체표면 방출량이 민감하게 반응하는 것이 확인되었으며 8월과 7월을 기점으로 하는 여름철 고온다습한 기후 조건에서 모든 지표가 최고치를 기록하였다.

Figure 1에 나타낸 것처럼, 연평균 실내 라돈 농도는 145.6 Bq/m³로 권고기준인 148 Bq/m³에 근접해 있으나, 6월부터 9월 사이의 하절기 농도는 기준치를 상회한다 전체 측정 기간 중 라돈 농도가 가장 높았던 시기는 8월로, 실내 라돈 농도는 230.6 Bq/m³에 달했으며 이때의 실내 상대습도는 75.0%로 연중 가장 높은 수준을 보였다. 반면, 농도가 가장 낮았던 시기는 1월로 실내 라돈 농도 55.9 Bq/m³, 상대습도 26.4%를 기록하며 여름철과 극명한 대비를 나타냈다. 하절기 중 일부 구간에서 농도가 일시적으로 낮아지는 현상은 벽체 방출량 자체의 감소라기보다, 외부 풍속의 급격한 변화에 의한 일시적인 자연 환기율 변화 등 통제되기 어려운 외부적 요인이 작용했을 가능성이 크다.

Figure 1.

Indoor radon concentration by Seasonal

실측된 13개월 데이터의 상관성을 분석한 결과, 실내 상대습도와 벽체 라돈 방출률 사이에는 매우 강력한 정비례 관계가 확인되었다. Figure 2에 나타낸 것처럼 분산형 그래프(Scatter Plot)를 통해 분석한 결과, 결정계수 R² = 0.9296 (p < 0.01)을 기록하였다. 이는 벽체 라돈 방출량 변동의 약 93%가 실내 습도 변화라는 단일 변수에 의해 지배되고 있음을 통계적으로 입증한다.

Figure 2.

Correlation between indoor relative humidity (RH) and radon exhalation rate (E) (R² = 0.9296, p < 0.01)

논 의

본 연구는 지하 토양으로부터 영향이 적은 고층 공동주택에서 실내 라돈농도의 주요 방출원이 지하 토양이 아닌 내부 건축자재라는 가설을 검증하고, 현행 국가 표준 측정 방식이 가진 한계를 정량적으로 제시하고자 하였다.

국내 ｢실내공기질 공정시험기준｣에 따른 신축 공동주택 라돈 측정은 입주 전 준공 단계에서 최소 48시간 이상 수행하는 일회성 측정에 의존한다. 그러나 본 연구의 실측 데이터에 따르면, 실내 라돈 농도는 고온다습한 8월(230.6 Bq/m³)과 한랭건조한 1월(55.9 Bq/m³) 사이에 약 4.1배의 농도 편차가 발생한다. 이는 단기간의 일회성 실내 라돈농도 측정 방식이 거주자가 실제 1년 동안 노출되는 평균 농도를 정확히 나타내기 어렵다는 한계점을 보여준다.

또한, 일반적으로 겨울철에는 실내외 온도 차에 의한 연돌 효과(Stack effect)로 인해 토양으로부터의 라돈 유입이 고층부의 세대로 증가할 것으로 예상되나, 본 연구의 데이터는 이와 상반된 결과를 나타냈다. 겨울철(12~2월)의 평균 농도는 약 81.6 Bq/m³ 수준인 반면, 하절기(6~8월) 평균 농도는 약 175.2 Bq/m³로 나타났다. 이는 고층형 공동주택에서 압력 차에 의한 유입보다 상대습도 변화에 따른 자재 표면방출(Exhalation)이 실내 농도 결정에 더 지배적인 변수임을 시사한다.

본 실험은 인위적인 냉난방이나 환기 설비 가동이 배제된 정상상태 환경에서 수행되어 습도와 같은 외부 기후환경과 자재로부터의 라돈 방출 간의 물리적 상관관계를 정량적으로 확인하였다. 연평균 농도(145.6 Bq/m³)는 기준치 이내로 관리되는 듯 보이나, 특정 계절의 집중 노출은 거주자에게 상당한 위해를 줄 수 있다. 이는 일회성 측정에 의한 라돈농도 측정 및 평가법의 한계점이 있음을 시사한다.

결 론

본 연구에서는 공동주택 콘크리트 내력벽을 주요 라돈 발생원으로 설정하고, 13개월에 걸친 연간 측정 데이터를 통해 실내 습도와 벽체 라돈 방출률(Exhalation Rate) 간의 정량적 관계를 규명하였다. 이를 위해 공동주택의 공가세대를 선정, RAD7 및 RMC를 이용하여 실내 라돈 농도 및 벽체 표면라돈방출량을 측정하였다. 주요 결과를 정리하면 다음과 같다.

(1) 실내 상대습도는 벽체 라돈 방출량을 결정짓는 지배적 변수임을 확인하였다. 공동주택 1세대에서의 실내 상대습도(RH)와 실내 라돈의 주요 방출원인 벽체에서의 라돈 방출률(Exhalation)을 13개월간의 모니터링 결과, 실내 상대습도와 벽체 라돈 방출률 사이의 결정계수는 R² = 0.9296(p < 0.01)으로 나타났다. 이는 자재의 라돈 방출 변동 중 93%가 실내 습도 변화에 기인함을 의미한다.

(2) 벽체의 표면 라돈 방출량과 실내 라돈농도의 실측 및 비교 결과, 벽체 방출량은 하절기(8~9월)에 5.03 Bq/m²·h, 5.75 Bq/m²·h로 정점을 기록하였으며, 이는 연중 최저치를 기록한 1월(2.31 Bq/m²·h) 대비 약 2.5배 높은 수준이다. 실내 라돈농도 역시, 겨울철(1월 55.9 Bq/m³)보다 고온다습한 여름철(8월 230.6 Bq/m³)에 약 4.1배 높게 나타났다. 방출률의 피크가 9월(5.75 Bq/m²·h)에 나타난 현상은 장마철 동안 자재 내부 깊숙이 축적된 수분이 실내 공기 중 습도가 낮아진 이후에도 습기를 함유한 자재로부터의 방출이 지연효과를 일으킨 것으로 추정한다.

(3) 현행 신축 공동주택의 입주 전 단회성 라돈 측정 방식은 계절에 따른 약 2.5배의 방출량 편차를 반영하지 못한다. 특히 동절기에 측정이 이루어질 경우 실제 연간 노출 수준이 과소평가될 가능성이 높아, 거주자의 라돈 노출 위험도를 정확히 대표하기 어렵다. 이를 보완하기 위해서는 추후 다수의 공동주택을 대상으로, 다양한 환경조건과 자재의 함습량에 따른 라돈농도의 변화를 보다 정밀하게 분석할 필요가 있다. 또한, 측정 시점의 실내 습도를 고려한 보정계수 적용 또는 계절별 연속 측정 방식으로의 전환이 필요하다.

본 연구는 경기도 소재 공동주택 단지 내 공가 1세대를 대상으로 수행된 장기 실측 기반 사례 연구이다. 따라서 본 연구의 결과는 해당 세대의 실내외 환경 조건에 바탕을 둔 결과로, 모든 공동주택에 대한 일반화할 수 있는 대표성을 의미하지 않는다.

다만 거주자 활동, 기계환기, 냉난방 등 인위적 변수를 최대한 배제한 조건에서 계절의 변화에 따른 실내 상대습도와 벽체 라돈 방출률의 장기 변동 특성을 분석하였다는 점에서 본 연구의 의의가 있다. 이는 입주자의 건강한 생활환경을 위해서는 공동주택에서의 실내 라돈 저감을 위해서는 환기뿐만 아니라 적정 실내 습도 유지 역시 중요한 관리 요소임을 시사하며, 신축 공동주택의 라돈 측정 기준 개선 및 습도 기반의 실내 공기 오염물질 저감을 위한 관리 방안 수립에 실증적 기초 자료를 제공할 수 있을 것으로 기대된다.