서 론

최근 우리나라에서는 겨울철 스모그, 봄철 황사의 영향으로 인해 고농도 미세먼지 상황이 반복적으로 발생하고 있다. 미세먼지는 호흡기 및 심혈관 등의 질환을 유발하며(Jang, 2014), 국제암연구소(IARC)에서는 미세먼지를 1급 발암물질로 분류한 바 있어 미세먼지에 대한 관심이 증대되고 있다. 특히 생물학적 약자인 어린이는 호흡 시 흡입되는 미세먼지에 의한 천식, 비염 등 건강피해가 집중되므로(Yang, 2019), 어린이가 장시간 생활하는 시설의 미세먼지 농도분석과 노출저감을 위한 관리가 필수적인 것으로 판단된다.

실내 미세먼지 농도는 건물의 균열, 창호 틈새 등을 통한 침기와 환기로 인해 실내로 유입·유출되는 실외 미세먼지의 영향을 받는다. 또한, 외부활동 후 머리카락, 옷 등에 묻어있던 먼지와 실의 바닥, 벽체 표면에 쌓여있던 먼지가 재실자의 활동으로 확산하는 재부유의 영향을 받을 수 있다(Thatcher and Layton, 1995). 미세먼지의 재부유는 외부 미세먼지 농도보다 높은 미세먼지 노출 환경을 조성할 수 있어 호흡에 대한 건강 위해가 더 높을 수 있으며(Qian et al., 2008), 이러한 문제의식으로 재실자 활동에 따른 미세먼지 재부유를 분석한 연구가 다수 수행되어 왔다(Rosati et al., 2008; Serfozo et al., 2014; Kim et al., 2019). 특히 Kim et al. (2019)의 연구에서 미세먼지 입경별로 재실자의 활동 강도가 높고, 재실 인원이 높아짐에 따라 재부유 계수가 높아지는 것으로 나타났다. 이러한 결과를 고려할 때, 국내 초등학교 교실에는 평균 21.8명의 학생이 재실하여(Ministry of Education, 2020) 일반 주거 건물 대비 단위면적당 재실밀도가 높고, 성장기 학생들의 활발한 활동으로 인하여 높은 미세먼지 재부유가 예상되므로, 교실의 미세먼지 농도예측·평가 시 학생의 활동에 따른 재부유의 영향을 반드시 고려해야 할 필요가 있을 것으로 예상된다.

또한, 미세먼지 재부유는 바닥 표면의 재질 및 먼지 부하에 따라 상이하게 나타날 수 있다. Qian and Ferro (2008)에 따르면 카펫 바닥이 비닐 재질의 바닥보다 1.0-10.0 ㎛의 입경에 대해 재부유계수가 더 높게 나타났으며, Serfozo et al. (2014)는 바닥 먼지 부하가 15 g/m² (5.3 × 10^-3 h^-1)인 경우보다 25 g/m² (7.4 × 10^-3 h^-1)일 때 PM₁₀의 재부유가 더 높음을 결과로 제시하였다. 그러나 국내의 경우, 교실은 바닥 재질이 주로 나무, PVC이며 학생들은 실내화를 착용하여 생활하고 있다. 이에 따라 국내 교실의 실내 미세먼지 농도예측 · 평가 시 국외의 연구결과를 인용할 경우, 국외와의 환경·문화적 차이로 인하여 실제 미세먼지 발생상황을 재현하는 데에 한계가 있을 것으로 사료된다.

최근 국내에서는 교실의 공기환경 관리를 위한 진단·컨설팅 사업의 필요성이 증대되어 수치해석 프로그램을 통한 공기질 평가 · 개선 관련 연구가 다수 수행되고 있다(Cha et al., 2020; Choi et al., 2020; Park et al., 2020). 특히, Choi et al. (2020)는 교실 내 미세먼지 발생을 모사하기 위해 다중이용시설 실험값을 바탕으로 쉬는 시간, 점심시간에 학생 활동이 일어나는 것으로 가정하였다. 하지만 앞서 언급한 연구들은 교실 내 공기정화설비의 성능을 평가하기 위해 수행되어, 실내를 주로 학생 비재실 또는 고농도 미세먼지 상황으로 가정하는 등, 실제와 다소 상이하게 모사 될 수 있는 한계가 예상된다.

따라서 국내 교실 환경에 대해 우리나라 초등학생의 활동에 따른 미세먼지 발생을 분석하고, 학교 운영시간표를 고려하여 걷기, 뛰기 등, 다양한 활동이 동시다발적으로 일어나는 교실 내 미세먼지 발생상황에 대해 평가함으로써, 공기정화설비의 효과 ·운전 전략 등 교실의 공기환경 관련한 평가·컨설팅에 기여할 수 있을 것으로 판단된다.

본 연구는 국내 초등학교 교실 환경에서 학생 활동에 따른 재부유에 의한 미세먼지 발생률을 측정하여 제시하는 것을 목적으로 한다. 이를 위해 (1) 초등학생을 연구대상으로 하여 학생 체격, 활동 인원 및 교실에서 일어날 수 있는 활동종류에 따른 재부유 측정실험을 진행하였으며, (2) 실제 초등학교 교실인 현장에서의 재부유 현상 측정결과와 비교하여 데이터의 효용성을 검토하였다.

연구방법

본 연구에서는 초등학교 학생의 활동 별 미세먼지 재부유와 초등학교 운영시간표에 따른 미세먼지 재부유의 특성을 비교·분석하기 위하여 실험실과 실제 교실 현장 모두를 대상으로 실험을 수행하였다. 현장에서 재부유 실험을 수행하는 것이 실제적인 재부유데이터 획득에 유리할 것으로 보이나 실험환경의 통제가 어려운 한계가 있어, 환경통제 및 변수 측정이 용이한 실험실 대상 실험을 함께 계획하였다. 또한, 실험실 실험을 통해 획득한 미세먼지 재부유 결과를 현장 측정값과 비교하였으며, 그 유효성을 검토하였다.

미세먼지 재부유 측정지표

재실자 활동으로 인한 미세먼지 재부유는 재부유율(Resuspension rate, RR, h^-1), 재부유계수(Resuspension factor, RF, m^-1) 및 재부유에 의한 미세먼지 발생률(Emission rate, ER, ㎍/h)을 측정지표로 활용하여 평가할 수 있다. 재부유율(RR)은 바닥으로부터 제거(removed)되는 미세먼지 질량유속(Resuspension flux, ㎍/m²·h)과 단위면적에 대한 바닥의 미세먼지 표면 부하(Surface loading, L, ㎍/m²)의 비율로 나타낸다(Serfozo et al., 2014). 또한, 재부유계수(RF)는 공기 중 부유하는 미세먼지 농도(airborne concentration, ㎍/m³)와 바닥 단위면적 당 미세먼지 농도(surface concentration, ㎍/m²)의 비율로 나타내며(Sehmel, 1980), 발생률(ER)은 발생원으로부터 직접생성 또는 재실자의 실내활동으로 인해 표면에 침착된 미세먼지가 실내 미세먼지 농도로 편입되는 질량으로 나타낼 수 있다(Kim et al., 2019). 여기서 재부유율(RR)과 재부유계수(RF)는 바닥, 가구 등의 실내 표면에 대한 초기 미세먼지 부하를 취득·반영하며, 학생 수, 청소상태 등에 의해 실내 표면의 미세먼지 부하가 상이한 교실마다 재부유를 정밀히 평가할 수 있다. 하지만 학생들의 실제 거주 공간에 대한 실내 표면의 미세먼지 수집과 통제에 현실적인 어려움이 예상되는 한계로, 본 논문에서는 발생률(ER)을 평가 지표로 활용하였으며, 평균 발생률은 질량보존방정식 기반의 식 (1) (He et al., 2004)을 통해 산출할 수 있다.

여기에서, ER은 미세먼지 발생률(㎍/h 또는 #/h), V는 측정대상 공간의 부피(m³), C_int, C_in0, 은 각각 재실자 활동으로 인한 실내미세먼지 최고농도와 활동 전 초기농도(mg/ m³ 또는 #/m³), t는 재실 활동시간(h), C_out 은 실외 미세먼지 농도(mg/m³ 또는 #/m³), λ은 공기교환율(Air exchange rate, h^-1), P는 미세먼지의 침투계수(Penetration coefficient, -), k는 미세먼지 침착률(Deposition loss rate, h^-1)을 나타낸다.

학생의 활동이 빈번한 교실의 실내 미세먼지 농도는 교실 표면(바닥, 책상 등)에 침착되어 있던 내부먼지가 다시 비산하는 영향뿐만 아니라, 등·하교 및 이동수업 등의 외부활동으로 학생들의 신체와 의복(머리카락, 옷, 가방, 신발 바닥 등)에 묻은 외부먼지가 공기 중으로 발생하는 영향을 받을 수 있다(Jo, 2019). 이에 본 논문에서는 상기 식을 통해 산출한 발생률(ER) 결과를 활용하여, 학생 활동으로 인해 공기 중으로 편입되는 미세먼지의 영향을 재부유 현상 측면에서 분석하고자 하였다.

실험실에서의 미세먼지 발생률(ER) 측정

초등학교 학생의 단일 활동에 대한 미세먼지 재부유 특성을 분석하기 위해, 서울 동작구에 위치한 사설 기숙사 건물 1층을 실험실로 선정하여 초등학교 4학년 남학생 4명을 대상으로 재부유에 의한 미세먼지 발생률(ER) 측정실험을 수행하였다. 실험실은 바닥면적 32.6 m², 높이 2.8 m이고, PVC의 바닥 재질이며, 실험환경 내 미세먼지 확산의 영향을 최소화하기 위해 활동 영역의 면적은 6 m²로 제한하였다. 단일 활동은 초등학교 교실 내에서 이루어질 수 있는 걷기, 뛰기, 자유 놀이, 청소 활동으로 정의하였으며, 걷기와 뛰기는 거리 3 m에 대해 KOSIS(국가통계포털)의 ‘건강체력 기준: 초등학생 남자’를 참고하여 각각 1 m/s, 3 m/s의 속도로 보행하는 것으로 하였다. Figure 1은 실험실에서 학생들이 앞서 정의한 단일 활동을 수행하는 모습을 나타낸다.

Figure 1.

Performing ER experiment by activity types in laboratory

Table 1은 실험실에서의 미세먼지 재부유 실험 케이스를 나타낸다. 학생 체격에 따른 미세먼지 재부유 발생률의 특성을 분석하기 위해 체격(키·몸무게)이 대비되는 학생 A (148 cm, 40 kg)와 학생 B (175 cm, 100 kg)의 걷기, 뛰기 활동을 수행하였다. 또한, 활동 인원과 활동종류에 따른 재부유 발생률의 특성을 분석하기 위하여 학생 A, C (140 cm, 40 kg), D (164 cm, 45 kg)의 체격이 비슷한 3인의 걷기, 뛰기, 자유 놀이(신발 뺏기, 몸싸움 등) 및 청소 활동을 수행하여 걷기, 뛰기 활동을 1인의 결과와 비교하였다. 이때, 실험실은 청소되지 않은 상태였으며, 실험에 참여한 학생들은 모두 운동화를 착용하였다.

재부유 실험의 절차는 공기청정기를 이용하여 실험실의 실내 미세먼지(PM₁₀) 농도를 15 ㎍/m³ 이하로 저감시킨 후, 정의한 활동을 학생들이 3분간 1회 수행하도록 하는 것을 반복하였다. 실내 미세먼지 농도는 Portable Aerosol Spectrometer (Grimm 1.109, Grimm Aerosol Techniq, Germany)를 이용하여 6초 간격으로 질량농도(PM₁₀, PM_2.5) 및 개수농도(0.3-10 ㎛)를 측정하였으며, 실외 미세먼지는 실험 전후 10분간 측정하였다.

Table 2는 실험실의 미세먼지 침착률(Deposition loss rate, k)과 공기교환율(Air exchange rate, λ)측정결과를 나타내며, 질량보존방정식을 기반으로 발생률을 산출하기 위하여 측정값을 사용하였다. 학생 비재실 기간의 실내 미세먼지 발생이 없는 조건에서 자연감쇠법(Natural decay method) 실험을 3회 수행하였으며, 시간에 따른 실내·외 미세먼지 농도 데이터 측정결과를 바탕으로 침착률을 산정하였다. 이때, 실험실에서는 데이터 측정시간이 15분으로 비교적 짧아 미세먼지 침투의 영향이 적을 것으로 판단됨에 따라 침투계수(Penetration coefficient, P)는 고려하지 않았다. 또한, TSI 7545 (IAQ-Calc Indoor Air Quality Meters, TSI)를 이용해 CO₂를 활용한 추적가스법을 3회 수행하여 이를 바탕으로 실험실의 공기교환율을 산정하였다.

실제 교실에서의 미세먼지 발생률(ER) 측정

초등학교 교실에서 학생들의 복합활동에 의한 미세먼지 발생률(ER) 특성을 분석하기 위하여, 실제 초등학교 1개 교실에서 재부유 현장실험을 수행하였다. 복합활동은 단일공간에서 걷기와 뛰기, 놀이활동 등 여러 활동행위가 동시에 이뤄지는 것으로 정의하였다. 실험은 서울 성북구 S 초등학교 1층 1학년 교실에서 수행되었으며, 바닥면적 62.9 m², 높이 2.9 m, 그리고 실험실과 동일한 PVC 바닥 재질이었다. 교실은 학생들이 등교하기 전, 바닥 및 책상이 청소 담당 직원에 의해 물걸레 청소되어 비교적 깨끗한 상태였으며, 실험 당시 1명의 교사와 17명의 학생이 실내화를 착용하여 재실 중이었다.

초등학교 교실은 외부인원의 출입 통제로 교내 상주가 어려워, 담임교사로부터 재실 인원, 이동수업 및 환기 여부 등이 기록된 활동일지와 학교 운영시간표를 바탕으로 복합활동의 종류를 분류하였다. 복합활동의 종류는 학생들의 활동이 활발한 ‘등교 시간’, ‘쉬는 시간’, ‘놀이수업’, ‘점심시간’, ‘하교 시간’으로 구분하였으며, 좌식수업으로 인해 활동이 비교적 침체되는 일반 수업시간은 고려하지 않았다.

실제 교실에서 재부유에 의한 미세먼지 발생률은 실험실과 달리 실험환경의 통제가 어려우므로, 본 연구에서는 교실의 실내 미세먼지 농도 측정결과를 바탕으로 산출하였다. 실험 기간 중 실외 미세먼지의 영향을 최소화하고, 학생들의 활동으로 변화되는 실내 미세먼지 농도 데이터를 취득하기 위해, 2월 중 대기 미세먼지 예보기준이 ‘좋음(PM₁₀ 30㎍ m^-3 이하)’을 만족하는 날 하루에 대해 실험을 수행하였다. 실내 미세먼지 농도는 학생 재실 중 Portable Aerosol Spectrometer (Grimm 1.109, Grimm Aerosol Techniq, Germany)를 이용하여 1분 간격으로 측정하였고, 실외 미세먼지는 Optical Particle Counters (TSI 9306, TSI, USA)를 이용하여 동시에 측정되었다. 측정기기는 학생의 안전을 위해 쉽게 인지되지 않는 교실 앞 교사 책상에 위치하였다. 교실은 재실 인원에 변동이 잦고 정의된 활동의 시간 동안 학생들의 활동이 비연속적으로 이뤄지므로, 실내 미세먼지 농도 측정결과를 바탕으로 한 발생률의 산출은 해당 활동시간 동안의 농도상승·하강 구간을 모두 포함하였다. 또한, 자연 환기 여부를 파악하기 위하여, 창문 개폐 센서(Onset Hobo UX90-001)를 교실의 앞, 뒤 출입문과 복도측 및 외측 창문에 각각 설치하였다. Figure 2는 S 초등학교 실험대상 교실과 재부유 및 자연감쇠법 실험 수행 시의 모습을 나타낸다.

Figure 2.

Classroom for field experiment and measuring equipment settings

Table 2는 학생 비재실 기간에 대한 교실의 미세먼지 침착률과 공기교환율 추정실험 결과를 나타내며, 실험실과 달리 교실에서는 하루 동안 측정을 수행함에 따라 미세먼지 침투의 영향을 고려하기 위해 침투계수(penetration factor, P) 산정을 동시에 수행하였다.

미세먼지(dp≥0.1 ㎛)는 중력, 정전기력 등의 영향으로 실내에서 침착되며(Lai, 2003), Table 2에서 실험실의 미세먼지 침착률이 실제 교실에서보다 비교적 낮은 경향을 보이는 것은 두 실험대상 공간에서의 자연감쇠법 실측 시간 및 천장, 벽, 가구 등의 실내 유효표면적 차이 때문으로 판단된다.

연구결과 및 토의

실험실 측정결과

Figure 3은 실험실에서의 재부유 실험에 따른 실내 미세먼지 농도변화 및 실외 평균 미세먼지 농도, 발생률 산출구간의 일부를 나타내며, Figure 4와 Figure 5는 각각 학생의 단일 활동 별 미세먼지 재부유에 의한 PM_2.5, PM₁₀ 및 입경 범위 0.3-10.0 ㎛의 발생률 측정결과를 나타낸다. 발생률 결과는 학생의 체격 및 인원수, 활동종류로 구분하여 분석하였다.

Figure 3.

Indoor and outdoor concentrations of PM₁₀ in laboratory (an example of results)

Figure 4.

Results of PM_2.5, PM₁₀ emission rates in laboratory

Figure 5.

Results of size-resolved emission rates in laboratory

학생 체격별 미세먼지 발생률은 걷기와 뛰기 활동 모두에서 체격이 작은 학생 A (148 kg, 40 kg)보다 체격이 큰 학생 B (175 cm, 100 kg)의 발생률이 PM_2.5, PM₁₀과 0.3-10.0 ㎛ 의 전체 입경범위에서 다소 높게 측정되었으나, 큰 차이를 보이지는 않는 것으로 분석되었다. 이는 기존 연구(Qian and Ferro, 2008)에서 입경범위 0.8-10.0 ㎛ 에 대한 미세먼지 재부유가 몸무게와 상관없이 걸음이 활발할수록 높게 나타난 결과와 유사하며, 체격의 차이보다 걷기속도 증가로 인한 공기 회전속도(swirl velocity) 증가 및 정전 효과(electrostatic field effects)의 영향을 원인으로 설명할 수 있다.

학생 인원수별 미세먼지 발생률을 분석한 결과, PM_2.5는 학생 A, C (140 cm, 40 kg), D (164 cm, 45 kg)의 단체 걷기, 뛰기 활동에서 학생 A, B 평균인 1인의 경우보다 약 2.0배 높게 나타났으며, PM₁₀은 걷기와 뛰기 활동에 대해 각각 7.6배, 5.0배 높은 것으로 나타났다. 한편 작은 입자(dp< 3.0 ㎛)의 발생률은 학생 인원수에 따른 차이를 크게 보이지 않았으나, 큰 입자(dp> 3.0 ㎛)의 발생률은 3인 단체 활동인 경우가 1인의 경우보다 걷기, 뛰기 활동에 대해 각각 평균 2.6배, 5.0배 높게 나타나, 실험실 측정결과에서 발생률은 입자 직경이 커질수록, 인원의 선형 증가 폭 이상의 재부유 증대를 보이는 것으로 분석된다.

학생 활동종류(3인 단체활동 대상)에 따른 미세먼지 발생률을 분석한 결과, PM_2.5, PM₁₀ 및 개수농도(0.3-10.0 ㎛)에서 자유 놀이 활동에 의한 발생률이 가장 높게 나타났다. PM₁₀에 대한 발생률은 6.18 mg/min(자유 놀이), 5.45 mg/min(청소), 4.03 mg/min(뛰기), 0.50 mg/min(걷기)으로 나타나, 본 연구에서는 학생의 활동이 복합적이고 활발해질수록 미세먼지 재부유 현상이 높게 측정되는 경향을 보였다.

실제 교실에서의 미세먼지 발생률 측정결과

Figure 6은 교실의 학생 재실 중 실내·외 PM₁₀ 의 농도변화 및 발생률 산정구간을 나타내는 그래프이다. 4교시에는 이동수업으로 비재실 중이었으며, 교실의 창문은 환기를 위해 08:30분부터 10분, 그리고 점심시간이 종료되기 전 12:55분부터 5분간 개방되었다.

Figure 6.

Indoor and outdoor concentrations of PM₁₀ in classroom

Figure 7과 Figure 8은 교실에서 학생들의 복합활동에 의한 PM_2.5, PM₁₀ 및 입경 범위 0.3-10.0㎛의 발생률 측정결과를 나타낸다. 학교 운영시간표에 따라, 복합활동은 ‘등교 시간’, ‘쉬는 시간’, ‘놀이수업’, ‘점심시간’, ‘하교 시간’으로 구분하였다.

Figure 7.

Results of PM_2.5, PM₁₀ emission rates in classroom

Figure 8.

Results of size-resolved emission rates in classroom

복합활동에 대한 PM_2.5, PM₁₀의 발생률은 등교 시간에 가장 높은 것으로 분석되었다. 이는 등교 과정에서 학생의 옷, 머리카락 등에 침착된 실외 미세먼지가 등교 후 걷기 등의 활동으로 인해 교실 공기 중으로 방출된 영향이 큰 것으로 판단된다. 이어서 발생량은 하교 시간, 쉬는 시간과 같이 출입문 개방으로 학생 출입이 잦은 활동에서 높게 나타났으며, 점심시간과 놀이수업의 경우 실내 미세먼지 농도가 점진적으로 증가하는 경향을 보였으나, 등교 시간 대비 각각 2.0, 2.5배(PM_2.5), 2.8, 1.8배(PM₁₀) 낮은 것으로 나타났다. 이는 비연속적인 활동과 착석으로 재부유와 침착이 반복되었으며, 특히 점심시간의 경우 4교시 이동수업의 외부활동으로 초기 실내 미세먼지 농도가 급격히 증가하였으나, 식사를 위한 착석의 영향을 받은 것으로 판단된다. 실제 교실 실험에서 미세먼지 개수농도의 발생률은 상대적으로 작은 입자(dp< 3.0 ㎛)의 경우, 출입문 개폐 및 학생 출입에 따른 실외 공기 유입의 영향이 큰 것으로 나타났으며, 상대적으로 큰 입자(dp> 3.0 ㎛)는 놀이수업과 같이 학생의 활동과 밀접한 관련이 있는 것으로 분석된다.

측정결과 비교 및 토의

실험실 측정결과는 학교 강당에서 체육활동에 참가한 학생 수와 미세먼지 재부유가 높은 상관관계를 가지고, 특히 집단의 체육활동이 큰 입자(PM_10-2.5)의 높은 재부유로 이어진 기존 연구결과(Buonanno et al., 2012)와 일반적 경향은 유사하였다. 그러나 본 연구에서 학생 인원 수를 변화시키며 측정된 미세먼지 발생률로부터 입자 직경이 커질수록, 인원 수의 선형 증가 폭 이상의 재부유 증대를 관찰할 수 있었으며, 이는 집단활동이 일어나는 교실에서의 학생활동에 따른 재부유의 영향이 크게 증대되어 교실 내 미세먼지 농도 평가 시 주요한 인자로 고려해야 할 가능성을 시사한다.

학생 활동종류에 따른 미세먼지 발생률을 분석한 결과, 자유 놀이, 청소, 뛰기, 걷기의 순으로 학생의 활동이 복합적이고 활발해질수록 미세먼지 재부유 현상이 높게 측정되는 결과가 나타났다. 이는 기존 다수의 연구(Ferro et al., 2004; You et al., 2013; McDonagh and Byrne, 2014)에서 관찰된 결과와 유사한 경향이지만, 측정값의 크기에는 차이가 있었으며, 실험실에서 걷기 활동은 카펫 바닥인 국외 주거공간에서의 1인 걷기 발생률(2.4 mg/min (Qian et al., 2008))보다 약 4.8배 낮은 것으로 나타났다. 반면에 활동이 상대적으로 복합적인 자유 놀이 활동은 약 2.6배 높은 것으로 분석되었다. 리놀륨 바닥 재질인 학교 강당에서 학생 95명이 달리기, 체조 활동에 대한 기존 국외 연구에서도 발생률은 6.5 mg/min으로 나타났으며(Buonanno et al., 2012), 이는 PVC, 마루 등 비닐 재질의 바닥인 국내 교실에서도 집단의 복합적인 활동 조건에서 실내 미세먼지 농도 형성에 대한 재부유의 영향이 높을 수 있을 것으로 판단된다.

Figure 9와 Figure 10은 실험실 및 실제 교실의 학생 1인당 미세먼지 발생률 측정결과 비교한 것이다. 높은 재실자 수 및 복합활동이 일어난 실제 교실에서의 발생률이 실험실보다 높을 것으로 예상하였으나, 학생 1인당 PM_2.5, PM₁₀ 및 개수농도(1.0-10.0 ㎛)의 발생률은 실험실이 실제 교실보다 최소 10배 이상 높은 것으로 나타난 반면, 상대적으로 크기가 작은 미세먼지(dp< 1.0 ㎛)는 큰 차이를 보이지 않는 것으로 분석된다. 이는 실험실과 실제 교실에서 학생들은 각각 운동화와 실내화를 착용하였고, 실제 교실은 등교 전 물걸레 청소됨에 따른 초기 먼지 부하 조건이 상이하였으며, 실제 교실이 실외 미세먼지 유입 영향을 높게 받았기 때문으로 판단된다. 이에 따라 교내 실내화 착용과 교실의 청결관리가 미세먼지 재부유 현상에 영향을 미치는 중요한 요소일 것으로 예상되며, 향후 실험실에서의 재부유 실험을 계획할 경우, 국내 교실의 실내 미세먼지 농도예측에 반영 가능한 데이터를 취득하기 위하여, 출입문 개폐 및 실내화 착용 등 국내의 실제 교실과 유사한 조건이 반영될 수 있어야 할 것으로 사료된다. 또한, 학교 교실에서는 운영시간에 따라 미세먼지의 발생 특성이 입경마다 상이하므로, 복합활동마다 재부유 민감도가 크게 나타나는 입자에 대응할 수 있도록, 적합한 미세먼지 관리전략 수립 및 노출관리가 필요할 것으로 판단된다.

Figure 9.

Comparisons of laboratory & classroom results of PM_2.5, PM₁₀ emission rates

Figure 10.

Comparisons of laboratory & classroom results of size-resolved emission rates

결 론

본 연구에서는 초등학교 학생의 활동에 따른 미세먼지 발생률을 측정하기 위해 실험실과 실제 교실을 대상으로 재부유 실험을 수행하였으며, 실내 미세먼지 농도 측정결과를 바탕으로 단일 활동 및 복합활동에 대한 발생률을 산출·분석하였다.

실험실에서의 재부유 실험결과, 재부유 현상은 학생의 활동이 복합·활발하고, 활동 인원이 집단적일수록 선형 증가 폭 이상의 증대를 보이는 것 나타나, 교실의 실내 미세먼지 농도에 대해 학생 활동에 의한 재부유의 영향도는 높을 것으로 예상하였다. 또한, 실제 교실에서의 발생률은 개구부 개폐 및 학생 출입이 잦을수록 실외 공기의 유입 영향으로 인하여 상대적으로 작은 입자(dp< 3.0 ㎛)의 발생률이 높게 분석되며, 학교 운영시간마다 미세먼지 발생 특성이 입경 별로 상이함에 따라, 복합활동마다 재부유 민감도가 크게 나타나는 입자에 대응 가능한 적합한 미세먼지 관리전략 수립이 필요할 것으로 판단된다. 재부유 현상은 실험실보다 실제 교실에서 대체로 낮게 평가되었으며, 향후 미세먼지 재부유 실험 시 실내화 착용 등의 실제 국내 교실의 상황 반영이 필요할 것으로 판단된다.

본 연구에서 고려된 교실의 환경과 다른 조건의 교실들도 상당 수 있으므로 보다 범용적인 결론을 도출하기 위해서는 후속연구의 진행이 요구되나, 초등학생의 활동에 따른 미세먼지 재부유 특성이 파악 가능하므로, 향후 초등학교 교실의 실내 공기질 진단 컨설팅 및 미세먼지 예측·평가를 위한 기초자료 수립에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.