서 론

최근 주거공간에 사용하는 침대, 타일, 대리석 등에서 발생하는 라돈(²²²Rn)이 사회적 문제로 제기되었다. 특히 COVID-19 유행 이후 현대인들의 실내 거주시간이 증가하면서 실내 공기 오염물질인 라돈에 대한 관심 또한 높아지는 상황이다. 라돈은 무색, 무미, 무취의 기체로 사람의 일반적인 감각으로는 느낄 수 없어 라돈 오염을 인지하기 어렵다. 자연방사능 물질인 라돈은 호흡을 통해 인체로 유입되며 방사성 붕괴가 발생하는 과정에서 체내 세포를 손상시킨다. 세계보건기구(WHO)에서는 라돈을 흡연에 이어 두 번째로 높은 폐암 발병 원인으로 지목하였다(WHO, 2009).

일반적으로 라돈은 토양 및 암석에서 발생하며 건물의 지반 및 암반으로 이동 후 건물 외벽 및 바닥의 균열, 배수관 등 다양한 경로를 통해 실내로 유입된다. 미국 국가방사선방호위원회(NCRP)에서는 실내공기 중 라돈의 80%는 토양에서, 그리고 나머지는 지하수와 건축자재 등으로부터 유입됨을 보고하였다(Consulting & Technology for Environment Health Safety, 2014). 또한 미국 환경청(EPA)에서도 실내 라돈의 주요 발생원으로 토양, 지하수 등을 지목하며 건축자재에서 발생하는 라돈은 2~5% 내외로 추정하였다(EPA, 2016).

일반적으로 라돈의 주요 발생원인 토양이 건물의 지하 또는 지층과 접해있기 때문에 건물 내 층수가 낮을수록 실내 라돈 농도가 높은 경향이 나타난다. 건물의 기초형태, 유형, 층수 등에 따른 실내 라돈 농도를 비교한 결과, 지하실의 실내 라돈 농도가 1층 및 상층에 비해 높은 것으로 나타났다(Stanley et al., 2017). 이는 지하실이 라돈이 유입되기 쉬운 환경이며 충분한 환기가 이루어지지 않기 때문이다. 또한 저층 주택의 지하층 및 1~3층에 대한 실내 라돈 농도를 비교했을 때 지상층에 비해 지하층의 실내 라돈 농도가 약 10% 이상 높은 것으로 조사되었다(Stanley et al., 2019).

일부 다층 건물에서도 저층에서 고층으로 이동할수록 실내 라돈농도가 감소하는 경향을 보였다(Man and Yeung, 1999; Shaikh et al., 2003). 이러한 문제를 해결하기 위하여 지하층 및 토양에 라돈 배기를 위한 배출관 및 배기시스템(Subslab suction, Drain-tile suction, Sump hole suction, Block wall suction 등)을 설치하는 방법이 제시된다. 이 외에도 건물의 기초형태 또는 사용된 건축자재 유형에 따라 실내 라돈 농도 수준에 차이가 발생한다. 목조 주택 등 다른 건물에 비해 건물 기초 및 구조에 화강암 및 석재를 사용한 건물의 실내 라돈 농도가 더 높은 것으로 나타났다(Collignan et al., 2016).

위의 선행 연구에서 제시한 대상 건물은 대체로 3층 이내의 저층으로 이루어진 단독주택이다. 대상 건물에 사용된 건축자재 또한 목재, 석재 등이 혼재되었다. 이는 우리나라의 일반적인 주택 유형과 차이를 가진다. 우리나라 국민의 절반 이상이 거주하는 주거 유형은 아파트와 같은 고층형 공동주택이며(Park and Kim, 2009) 건축자재는 토양 및 암석에서 기인하는 건축자재를 주로 사용한다. 라돈의 주요 발생원이 토양 및 암석임을 감안할 때 우리나라 공동주택의 실내 라돈 농도 특성이 기존의 연구 결과와 다를 수 있다. 특히 고층 공동주택 내에서 높이(층수)에 따른 실내 라돈 오염 차에 대한 명확한 조사가 필요하다.

그러므로 본 연구의 목적은 공동주택에서의 층수별 실내 라돈 농도 비교를 통해 건물 내 높이에 따른 실내 라돈 오염도 차이를 규명하는 데 있다. 이를 위하여 실제 국내 공동주택 단지를 선정하여 동일 주동 내 저층, 중층, 고층별 실내 라돈 농도를 측정, 이에 따른 실내 라돈 오염도를 비교하였다. 측정 결과의 신뢰성을 위해 수동형 및 능동형 라돈 측정 장비인 E-PERM과 RAD7을 함께 사용하여 실내 라돈 평균 농도 비교 및 시계열 분석을 수행하였다. 또한 실제 재실 환경과 유사한 실내 환경 모사를 위해 자연환기장치를 개방하였으며, 세대 내 재실자가 존재하지 않는 환경에서 실험을 진행함으로써 사용자에 의한 실험 오차를 최소화하였다.

공동주택 실내 라돈 농도 측정

대상건물 개요

본 연구에서는 강원도에 위치한 공동주택 단지를 대상 건물로 선정하였다. 국립환경과학원에서 공개한 전국 실내 라돈 지도에 따르면 주택 기준 강원지역 내 실내 라돈 농도는 평균 93.4 Bq/m³로 전국 실내 라돈 농도 평균이 72.4 Bq/m³임에 비해 높은 수준으로 나타났다(MOE, 2018). 대상 단지는 5개동, 약 1,050여 세대가 거주하는 아파트이다. 모든 주동이 벽식 구조로 이루어져 있으며 지하 1층(주차장 사용) 및 지상 16~23층으로 계획되었다. 일반적인 국내 아파트와 구조 및 높이가 유사한 형태이다. 주거공간은 전용면적 기준 24~46 m² 크기로 구성되었다. 또한 각 세대마다 자연환기설비 및 기계환기설비를 설치하였다.

실내 라돈 농도를 측정하는 세대는 대상 단지 내 동일 주동에 위치한 18 세대를 선정하였다. 측정 세대에 대한 세부 내용은 Table 1과 같다. 측정 세대는 모두 외벽이 면한 측벽에 위치하였으며 동일한 세대 라인에 층수만 다르게 분포하였다. 주동의 중성대를 고려하여 1-8층에 위치한 측정 세대를 저층부, 9-15 층에 위치한 측정 세대를 중층부, 16층 이상에 위치한 세대를 고층부로 분류하였다. 측정 세대의 평면 형태는 Table 2 내 그림과 같이 국내 소형 공동주택에 많이 적용되는 1 Bay 및 2 Bay 형태로 구성되었다.

Table 2.

Floor Plan and measurement point of reference units

Classification	One bay residence	Two bay residence
Floor Plan
Floor area (m2)*	26, 37	46

실내 라돈 농도 측정방법

국내 실내 라돈 농도와 관련한 표준 측정 방법은 크게 실내공기질 공정시험기준에서 제시한 두 가지로 구분할 수 있다. 바로 실내 공기 중 라돈측정방법(알파비적검출법)과 실내 공기 중 라돈 연속측정방법이다. 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 있다는 장점을 가진다. 다만 측정 장비에 따라 결과값의 편차가 발생할 수 있다.

본 연구에서는 실험의 신뢰성 확보 및 측정 장비의 차이를 반영하기 위해 Table 3과 같이 수동형 라돈 측정 장비인 E-PERM (Electret-Passive Environmental Radiation Monitors, U.S.)과 연속형 라돈 측정 장비인 RAD7 (RAD7 Radon Detector, DURRIDGE, U.S.)을 함께 사용하였다. E-PERM은 전리함(Chamber)내에서 라돈이 붕괴하여 생긴 음이온이 양전기를 띈 충전막(Electret)에 결합되면서 감소되는 충전막의 전압을 측정하는 방식이다. 이 방식은 별도의 전력을 사용하지 않기 때문에 실험환경에 대한 제약 없이 측정이 가능하다. RAD7은 공기 중 라돈 가스를 포집하여 라돈 및 라돈 붕괴 생성물이 붕괴할 때 방출하는 알파 입자를 실리콘 반도체 검출기를 이용하여 계수하는 방식으로 실내 라돈 농도를 측정한다. E-PERM과 달리 RAD7은 측정한 데이터를 실시간으로 확인할 수 있다.

본 실험은 2018년 10월 중 수행하였으며 당시 대상 단지의 외기 온도는 13.4℃, 습도 54%RH, 풍속은 약 1.4 m/s로 우리나라의 일반적인 가을철 환경(최근 30년, 10월 평균값)과 유사하다. 실내 라돈 농도 표준 측정방법을 준용하여 측정 시작 전, 외부에 면한 모든 개구부와 실내출입문, 수납가구 문 등을 개방한 상태에서 30분 동안 환기를 실시하였다 .이후 다시 외부와 면하는 개구부를 모두 닫아 5시간 밀폐를 실시하였다.

Table 3.

Measurement devices and measurement point for indoor radon concentration

Measurement devices
Measurement of indoor radon concentration

측정기간 동안 대상 세대는 실내 약 22.1~30.7℃의 온열 환경 조건을 형성하였으며 일상 환기조건 모사를 위해 Table 2에 표시된 자연환기 설비를 모두 개방하였다. 측정기간 내 대상 세대는 재실자가 없는 상태로 유지되어 기계환기설비 가동이나 창문과 같은 개구부 개폐 동작이 발생하지 않았다. 또한 냉난방 시스템 및 가습기 등 별도의 설비 장치를 가동하지 않음으로서 중간기 실내 환경을 모사하였다.

실내 라돈 농도 측정 위치는 세대 내 거실 중앙지점이며 벽에서 최소 0.3 m 이격하였다. 또한 재실자의 호흡역을 고려하여 바닥면으로부터 1.3 m 높이에 E-PERM과 RAD7을 각각 설치하였다. RAD7을 이용하여 실내 라돈 농도 및 실내 토론 농도를 구분하여 1시간마다 측정, 기록하였다. 본 실험에서 사용한 RAD7은 환경측정기기에 대한 형식승인을 취득하였으며 환경분야 시험·검사 등에 관한 법률에 준하여 검사기관에 정도검사를 받은 장비이다. E-PERM의 경우 교정 시편을 사용하여 리더기(Electret Voltage Reader)의 정확도를 확보하였다. 본 연구에서는 장비에 따른 측정값의 편차를 최소화하기 위하여 측정 지점마다 동일한 E-PERM을 3대 설치하여 각 측정값에 대한 평균값을 대푯값으로 차용하였다.

공동주택 수직 높이에 따른 실내 라돈 농도 비교

층수별 실내 라돈 농도 측정 결과

본 연구에서는 공동주택 수직 높이에 따른 실내 라돈 농도를 비교하기 위해 동일 주동 내 18세대를 대상으로 실험을 수행하였다. 주동의 높이 및 중성대를 고려하여 주동 내 위치한 세대를 층수별로 저층부, 중층부, 고층부 3개의 집단으로 구분하였다. 각 집단별 측정 세대 수는 각 6세대이며, E-PERM을 사용하여 실내 라돈 농도 측정을 수행하였다. 측정 결과는 Table 4와 같다.

저층부의 평균 실내 라돈 농도는 약 84 Bq/m³, 중층부의 경우 약 90 Bq/m³, 고층부의 경우 약 118 Bq/m³이다. 저층 또는 중층과 비교하면 고층부의 평균 실내 라돈 농도가 상대적으로 높은 것으로 나타났다. 이는 저층일수록 실내 라돈 농도가 높다는 기존 연구와는 다른 양상을 보인다. 또한 Figure 1에 나타난 바와 같이 집단별 실내 라돈 농도 분포를 비교한 결과, 저층부의 경우 약 84 ~ 136 Bq/m³, 중층부에서는 약 90 ~ 117 Bq/m³, 고층부에서는 약 118 ~ 151 Bq/m³로 나타났다. 측정 결과에서 보이는 바와 같이 저층부 또는 중층부에 비해 고층부에 위치할수록 세대 간 실내 라돈 농도 차이가 적음을 의미한다.

Figure 1.

Distribution of indoor radon concentration by floor level

층수에 따른 실시간 실내 라돈 농도 변화

본 장에서는 층수에 따른 실시간 실내 라돈 농도를 비교하기 위해 저층부, 중층부, 고층부별 대표 세대를 선정, RAD7을 이용하여 실내 라돈 농도를 한시간 단위로 연속 측정하였다. 선정된 대표 세대는 주동 내 동일한 위치에 배치하였으며 수직 높이(층수)만 저층, 중층, 고층으로 차이를 보인다. 각 세대별 실내 라돈 농도 측정 결과는 Figure 2와 같다. 저층의 실내 라돈 농도 평균값은 약 46 Bq/m³이며 중층은 62 Bq/m³, 고층은 84 Bq/m³로 나타났다. 측정 장비 간 편차로 인해 RAD7 및 E-PERM의 측정값 자체의 차이가 발생하나 다른 층에 비해 고층의 실내 라돈 농도가 높게 나타나는 경향은 유사함을 알 수 있다.

Figure 2.

Continuous indoor radon concentration measurement by floor level

저층에서의 실내 라돈 농도는 시간이 경과할수록 상승하는 것으로 나타났다. 측정 시작 시점의 실내 라돈 농도는 약 40 Bq/m³이었으며 측정 종료 시점에서는 초기값보다 약 2.5배 증가한 110 Bq/m³ 내외이다. 실내 온도는 24℃ 이내로 거의 일정한 양상을 보이며 측정 시, 외기온은 8.9℃~18.8℃ 분포로 평균 약 14℃이다. 중층부의 실내 라돈 농도 추이 또한 저층부와 비슷하다. 측정 시작 시점에서 실내 라돈 농도는 약 30 Bq/m³이며 측정 종료 시점에서는 약 4배 증가한 120 Bq/m³로 나타났다. 또한 실내 온도는 26℃ 이내로 거의 변화가 없다. 측정 초기 시점에서의 고층부 실내 라돈 농도는 약 60 Bq/m³이며 측정 종료 시점에서는 약 120 Bq/m³로 측정되었다. 실내 온도는 24.5℃ 이내로 유지되었다.

논 의

기존 연구에 따르면 실내 라돈 발생원으로 언급되는 암석 및 토양에 접하는 지층 또는 저층일수록 실내 라돈 농도가 높은 것으로 알려졌다. 이러한 이유로 보강재를 이용하여 지층 및 지하층의 틈새를 막거나 지하층에 라돈 배기 시스템을 별도로 설치하는 등 저층 위주의 대안이 라돈 저감 기술로 언급되었다.

그러나 본 연구에서는 저층 또는 중층에 비해 상대적으로 고층에서의 실내 라돈 농도가 높은 것으로 나타났다. 이는 건설 기술이 발달하면서 라돈의 주발생원인 암석 및 토양을 원료로 하는 건축재료의 사용을 원인으로 들 수 있다. 특히 국내 공동주택의 주요 형태인 아파트는 대부분 벽식 구조로 이루어져 골재, 시멘트 등 암석 및 토양 기반의 건축재료를 다량 사용한다. 또한 현실적으로 동일 주동이라 할지라도 사용하는 콘크리트 원료의 균일성을 담보하기 어려워 세대 내 라돈 방출량의 차이가 발생할 수 있다. 이러한 상황에서 단순히 토양과 거리가 멀어졌다는 이유로 고층일수록 실내 라돈 오염으로부터 안전한 환경임을 단언하기 어렵다.

또한, 본 연구에서는 창호부착형 자연환기장치를 개방한 상태에서 측정을 수행하여 자연환기 조건에서 층수별 실내 라돈 농도를 비교하였다. 자연 환기량은 풍압 및 실내·외 온도 차에 따라 달라질 수 있다. 측정 기간 동안 외부 풍속은 0.1 ~ 4.6 m/s 범위로, 평균 약 1.4 m/s이다. 대상 세대의 층수가 높아질수록 풍압이 증가하기 때문에 자연환기장치 성능이 동일하다는 가정하에 저층보다 고층 세대의 환기량이 더 클 확률이 높다.

Figure 3과 같이 실시간 실내 라돈 농도를 비교한 결과, 다른 층수에 비해 고층 세대의 실내 라돈 농도가 가장 높았으며 측정 기간 내 라돈 농도 변화 또한 가장 큰 것을 볼 수 있다. 저층 및 중층의 대상 세대는 측정 초기부터 완료 시점까지 실내 라돈 농도가 점진적으로 증가한 반면 고층 세대의 실내 라돈 농도는 증감을 반복하는 양상을 보였다. 이는 측정 기간 동안 대상 세대별 자연 환기량이 유사하지 않으며 동일 주동이라도 각 세대별 라돈 방출량이 다를 수 있다는 점을 시사한다.

Figure 3.

Comparison of indoor radon concentration and difference between indoor and outdoor temperatures

결 론

본 연구에서는 우리나라의 주요 주거 유형 중 하나인 공동주택을 대상으로 세대별 수직 높이에 따른 실내 라돈 농도 차이를 규명하고자 하였다. 이를 위해 동일 주동 내 저층, 중층 및 고층에 위치한 대상 세대를 선정, E-PERM 및 RAD7을 이용하여 실내 라돈 농도를 측정하였으며 결과는 다음과 같다.

(1)층수에 따른 실내 라돈 농도를 비교한 결과, 고층부의 평균 실내 라돈 농도는 저층부 또는 중층부의 평균 실내 라돈 농도보다 높은 것으로 나타났다. 이는 토양에 접한 저층일수록 실내 라돈 농도가 높다는 기존 연구 결과(Man and Yeung, 1999; Shaikh et al., 2003)와 상이하다. 국내 공동주택 유형이 토양 및 암석 기반의 건축재료로 이루어진 벽식 구조가 다수임에 따라 국외 주거에서 규정하는 실내 라돈 방출원의 차이가 있을 것으로 판단한다.

(2)자연환기 조건에서 각층별 실내 라돈 농도를 실시간 비교한 결과, 저층 및 중층부의 실내 라돈 농도가 점차 증가하는 것에 반해 고층에서의 실내 라돈 농도는 증감을 반복하였다. 이는 동일한 자연환기장치를 사용하더라도 수직 위치에 따라 자연 환기량은 다를 수 있음을 의미한다. 또한, 각층별 실내 라돈 농도 증가 추이를 비교해보면 세대마다 실내 라돈 방출량에 차이가 있을 것으로 추정한다.

본 연구의 결과는 가을철 실제 공동주택을 대상으로 동일 주동 내 위치한 18세대의 실내 라돈 농도를 측정, 비교하였다. 본 연구의 결과는 측정 기간, 대상 지역 및 세대 수 등이 한정되어 통계적인 유의성을 확보하기에 일부 한계가 있음을 밝힌다. 차후 측정 기간 연장, 대상 지역의 확대, 추가 샘플 세대 수 확보 등을 통해 더욱 신뢰성 있는 실증연구가 수반될 필요가 있다.