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문제 정의
- 이에 본 논문의 목적인 건축마감자재에서 방출되는 실내오염물질의 방출수준 현황파악을 위하여 실 내공기질공정시험방법을 이용하여 실내에 주로 사용되는 다수의 주요 마감재에서 방출되는 VOCs 물질의 발생량 테스트를 실시하였다. 그리고, 실내공 기질공정시험방법의 주된 실험 기구인 소형챔버의 내부 기류의 흐름 및 농도의 균일성등을 STAR CD3.
제안 방법
- 1. 소형챔버내 기류의 흐름 및 농도의 균일성을 CFD 해석을 이용, 검증하여 보았다. 실내공기질공정시험방법에서 건축자재로부터 발생하는 오염물질 측정에 적용되는 소형챔버법의 성능 검증을 위하여 수행한 CFD(STAR CD3.
- 각 마감자재의 종류별로 방출량 실험결과를 분석해보았다. 본 연구의 오염물질 방출량 실험의 대상이 된 측정 건축자재의 경우 대부분이 오염물질 방출량을 저감시킨 신제품이 대부분이란 점을 감안하여 오염물질 방출량 측정 결과값을 비교 검토하여야 할 것이다.
- 표 4는 알데히드류 분석을 위해 설정한 HPLC 의 분석조건을 나타낸다. 검량선 작성은 구입한HCHO 표준용액 (carb carbonybDNPHmix, 200 ppm)을 아세트니트릴 용액으로 희석해가면서 검량선 작성에 필요한 표준용액을 제조하였고, 각 표준용액을 HPLC에 의해 분석하여 각 성분별 면적을 기준으로 검량선을 작성하였다. 그림 9, 10, 11은 표준용액의 분석에 의해 나타난 알데히드류의 크로마토그램과 실제 시료의 크로마토그램 및 작성된 검량선을 각각 나타낸다.
- 이에 본 논문의 목적인 건축마감자재에서 방출되는 실내오염물질의 방출수준 현황파악을 위하여 실 내공기질공정시험방법을 이용하여 실내에 주로 사용되는 다수의 주요 마감재에서 방출되는 VOCs 물질의 발생량 테스트를 실시하였다. 그리고, 실내공 기질공정시험방법의 주된 실험 기구인 소형챔버의 내부 기류의 흐름 및 농도의 균일성등을 STAR CD3.15를 이용하여 CFD 해석하여 보았다
- 도료는 공동주택에서 주로 쓰이는 건축용 마감용(베란다 벽)을 중점으로 방출량을 조사하였다. 도료의 경우 샘플의 수가 2종으로 적음으로 추후 도 료부분의 추가적인 방출량 실험을 실시하여야 할 것이다.
- 알데히드류의 분석시 시료가스의 일정량을 채취하여 시료중의 알데히드류를 2, 4-dinitro- phenylhydrazine (2, 4-DNPH 시약)으로 유도 체화한 후 이 2, 4-DNPH 유도체를 고속액체크로마토그래프 (HPLC)에 도입하여 자외선흡광검출기 의 흡수파장 360nm에서 검출되는 크로마토그램의 높이나 면적 등으로 포름알데히드 농도를 구한다. 표 4는 알데히드류 분석을 위해 설정한 HPLC 의 분석조건을 나타낸다.
- 국내에서 소형챔버 내부의 CFD해석은 아직 활발하게 이루어지지 않았다. 이에 STAR CD3.15를 이용하여 소형챔버내부의 기류 및 농도분포 그리고 균일성등에 관한 CFD해석을 실시하였다.
- 공동주택의 바닥재는 일반적으로 온돌마루와 PVC장판(비닐장판)이 주 마감재로 쓰이고 있다. 이에 실내바닥의 일반적인 내장재중에서 목질계와 PVC 계통의 2종의 바닥재를 선정하여 오염물질 방출량 실험을 실시하였다. 여기서 목질계의 바닥재란 일반적으로 온돌마루와 강화마루를 포함하는 것으로 여기서는 온돌마루만을 선택하여 실험을 실시하였다.
- 작성방법은 표준가스를 일정유량으로 흘린 상태에서, 흡착관을 이용하여 시간을 달리하면서 채취를 실시함으로서 각 흡착관에 채취되는 각 성분의 절대량 대비 면적을 기준으로 검량선을 작성하였다. 그림 6, 7, 8은 검량선 작성에 이용된 휘발성유기화합물 성분들의 크로마토그램과 실제 시료의 크로마토그램 및 톨루엔의 검량선을 나타낸 것으로 분석시 수시로 작성하여 적용하였다.
대상 데이터
- 건축자재의 실측에 사용된 49개의 건축 마감자재는 국내 판매량 상위 건축자재 제조업체에서 친환경 제품 인증을 받기 위하여 오염물질 방출강도 값의 실험을 의뢰한 자재들이며, 친환경 인증을 받기위한 제품들이라 대부분이 오염물질 배출량이 적고 우수한 제품들로 구성되어 있다. 실험의 조건은 시료당 챔버내에서 7일동안 수행되었으며 7일후 챔버에서 공기시료를 포집하였다.
- 건축자재의 실측에 사용된 49개의 건축 마감자재는 국내 판매량 상위 건축자재 제조업체에서 친환경 제품 인증을 받기 위하여 오염물질 방출강도 값의 실험을 의뢰한 자재들이며, 친환경 인증을 받기위한 제품들이라 대부분이 오염물질 배출량이 적고 우수한 제품들로 구성되어 있다. 실험의 조건은 시료당 챔버내에서 7일동안 수행되었으며 7일후 챔버에서 공기시료를 포집하였다.
- 이에 실내바닥의 일반적인 내장재중에서 목질계와 PVC 계통의 2종의 바닥재를 선정하여 오염물질 방출량 실험을 실시하였다. 여기서 목질계의 바닥재란 일반적으로 온돌마루와 강화마루를 포함하는 것으로 여기서는 온돌마루만을 선택하여 실험을 실시하였다.
- 휘발성유기화합물의 검량선 작성을 위해서 각 성분별 lOOppb의 농도를 가진 TO-14 표준기체를 사용하였다.
이론/모형
- VOCs포집에는 Tenax-TA흡착관등을, 포름알데히드 및 다른 카르보닐화합물의 포집에는 DNPH카트리지를 사용한다. 측정 및 분석방법은 "다중이용시설 등의 실내공기질관리법에서 규정하고 있는 실내공기질 공정시험방법중 소형 챔버법에 준하여 분석하였다.
성능/효과
- 챔버내부의 오염물질 농도해석시의 오염물질 농도는 q/Q 로 무차원화한 농도값이며, q는 발생량(kg/s), Q는 유입공기(kg/s)이다. CFD(STAR CD 3.15) 해석결과는 기류의 분포와 내부흐름이 챔버내부에 균일한 흐름을 형성하고 있었으며 농도 분포역시 청정공기의 급기구 부분에서부터 시료틀의 시료노출면까지 상당히 균일한 농도분포를 형성함을 볼 수 있었다. 챔버내부의 기류의 흐름의 불균일성이나 그로 인하여 발생할 수 있는 오염물질의 불균등 분포로 인한 시료채취시 챔버내 농도의 몰림현상이나 난류로 인한 농도분포의 불균일성, 그로 인한 시료채취시의 불균일한 농도검출 가능성이 크지 않음을 알 수가 있었다.
- 시험 결과 모두 표 12의 환경부오염물질 기준을 만족하였다. 각각의 오염물질 방출량 시험을 살펴보면 일반적인 목질계 바닥재보다는 전체적으로 PVC 바닥재에서 휘발성 유기화합물이 상대적으로 많이 검출되는 것으로 나타나고 있다. 물론 일반적인 목질계 바닥재가 단순한 목재 하나만으로 이루어지지 않고 접착제등을 포함한 복합자재인 점을 감안하면 PVC 바닥재보다 목질계 바닥재에서 휘발성유기화합물의 농도가 높게 검출될 수 있을 것으로 예측될 수 있다.
- 물론 일반적인 목질계 바닥재가 단순한 목재 하나만으로 이루어지지 않고 접착제등을 포함한 복합자재인 점을 감안하면 PVC 바닥재보다 목질계 바닥재에서 휘발성유기화합물의 농도가 높게 검출될 수 있을 것으로 예측될 수 있다. 그러나 실험의 결과는 목질계보다는 PVC 바닥재에서 많은 휘발성 유기화합물이 방출되는 것으로 나타났으며, 그것은 자재의 제조시 또는 자재 원재료의 문제점에 기인한 것으로 사 료된다.
- 실험의 결과에 의하면 일반적인 목질계 바닥재보다는 전체적으로 PVC바닥재에서 휘발성유기화합물이 많이 검출되었다. 물론 일반적인 목질계바닥 재가 단순한 목재 하나만으로 이루어지지 않은 복합자재인 점을 감안하면 PVC바닥재보다 목질계 바닥재에서 휘발성유기화합물이 많이 검출될 수 있을 것으로 유추할 수도 있으나 실험의 결과는 목질계보다는 PVC바닥재에서 많은 휘발성유기화합물이 방출되는 것으로 나왔으며 포름알데히드의 방출량은 적은량이 검출되는 것으로 나타났다.
- 그림 17의 경우를 살펴보면 평균적으로 목재 바닥재보다는 PVC 바닥재가 PVC 바닥재보다는 접착제와 도료가 TVOC 방출농도가 더 높은 것을 알 수 있으며 포름알데히드의 경우는 접착제에서 높게 측정됨을 알 수 있다. 방출량 측정결과 전체적인 건축자재의 방출농 도는 표 12의 국내 환경부 기준은 만족하는 것을 볼 수 있으나 위에서도 언급했듯이 본 연구에 사용된 대부분의 건축자재가 신제품인 점을 감안하여야 할 것이다.
- 소형챔버내 기류의 흐름 및 농도의 균일성을 CFD 해석을 이용, 검증하여 보았다. 실내공기질공정시험방법에서 건축자재로부터 발생하는 오염물질 측정에 적용되는 소형챔버법의 성능 검증을 위하여 수행한 CFD(STAR CD3.15) 해석의 결과인 그림 12과 13을 살펴보면 기류 분포와 흐름의 방향이 챔버내부에서 균일한 상태를 형성하고 있고, 농도 분포 역시 청정공기의 급기구 부분에서부터 시료틀의 시료노출면까지 매우 균일한 농도분포를 형성함을 볼 수 있었다. 챔버내부 기류흐름의 불균일성과 오염물질의 불균등 분포로 인한 시료채취시의 챔버 내 농도 집중현상이나, 난류에 의한 농도분포의 불균일성으로 인하여 시료채취시 불균일한 농도의 검출 가능성이 크지 않음을 알 수 있었다.
- 도료의 경우 샘플의 수가 2종으로 적음으로 추후 도 료부분의 추가적인 방출량 실험을 실시하여야 할 것이다. 실험결과에 의하면 전체적으로 바닥재에 비하여 평균적으로 약간씩 높은 수치를 보여주고 있다. 도료의 경우 샘플수가 적어 모든 도료를 대표한다고 볼 수 없으나, 평균적으로 다른 건축자재보다 높은 수치를 보여주고 있다.
- 실험의 결과에 의하면 일반적인 목질계 바닥재보다는 전체적으로 PVC바닥재에서 휘발성유기화합물이 많이 검출되었다. 물론 일반적인 목질계바닥 재가 단순한 목재 하나만으로 이루어지지 않은 복합자재인 점을 감안하면 PVC바닥재보다 목질계 바닥재에서 휘발성유기화합물이 많이 검출될 수 있을 것으로 유추할 수도 있으나 실험의 결과는 목질계보다는 PVC바닥재에서 많은 휘발성유기화합물이 방출되는 것으로 나왔으며 포름알데히드의 방출량은 적은량이 검출되는 것으로 나타났다.
- 도료의 경우 샘플수가 적어 모든 도료를 대표한다고 볼 수 없으나, 평균적으로 다른 건축자재보다 높은 수치를 보여주고 있다. 접착제의 경우도 접착제의 용도와 제조특성상 휘발성 유기화합물과 포름알데히드 방출량이 높을 것으로 유추할 수 있었으나 바닥용 건축자재등에 비하여는 전반적으로 높게 나타났으나 도료보다 상당히 적은 값을 보여주는 결과들도 있었다.
- 도료의 경우 샘플수가 적어 모든 도료를 대표한다고 볼 수 없으나, 평균적으로 다른 건축자재보다 높은 수치를 보여주고 있다. 접착제의 경우도 접착제의 용도와 특성상 휘발성 유기화합물과 포름알데히드 방출량이 바닥용 건축자재등에 비하여 전반적으로 크게 나타났으나, 전체적으로 유의한 수준의 결과값을 보여주지는 않았다.
- 15) 해석의 결과인 그림 12과 13을 살펴보면 기류 분포와 흐름의 방향이 챔버내부에서 균일한 상태를 형성하고 있고, 농도 분포 역시 청정공기의 급기구 부분에서부터 시료틀의 시료노출면까지 매우 균일한 농도분포를 형성함을 볼 수 있었다. 챔버내부 기류흐름의 불균일성과 오염물질의 불균등 분포로 인한 시료채취시의 챔버 내 농도 집중현상이나, 난류에 의한 농도분포의 불균일성으로 인하여 시료채취시 불균일한 농도의 검출 가능성이 크지 않음을 알 수 있었다.
- 15) 해석결과는 기류의 분포와 내부흐름이 챔버내부에 균일한 흐름을 형성하고 있었으며 농도 분포역시 청정공기의 급기구 부분에서부터 시료틀의 시료노출면까지 상당히 균일한 농도분포를 형성함을 볼 수 있었다. 챔버내부의 기류의 흐름의 불균일성이나 그로 인하여 발생할 수 있는 오염물질의 불균등 분포로 인한 시료채취시 챔버내 농도의 몰림현상이나 난류로 인한 농도분포의 불균일성, 그로 인한 시료채취시의 불균일한 농도검출 가능성이 크지 않음을 알 수가 있었다.
후속연구
- 도료는 공동주택에서 주로 쓰이는 건축용 마감용(베란다 벽)을 중점으로 방출량을 조사하였다. 도료의 경우 샘플의 수가 2종으로 적음으로 추후 도 료부분의 추가적인 방출량 실험을 실시하여야 할 것이다. 실험결과에 의하면 전체적으로 바닥재에 비하여 평균적으로 약간씩 높은 수치를 보여주고 있다.
- 각 마감자재의 종류별로 방출량 실험결과를 분석해보았다. 본 연구의 오염물질 방출량 실험의 대상이 된 측정 건축자재의 경우 대부분이 오염물질 방출량을 저감시킨 신제품이 대부분이란 점을 감안하여 오염물질 방출량 측정 결과값을 비교 검토하여야 할 것이다.
- 전체적으로 휘발성 유기화합물과 포름알데히드의 방출 특성은 실제적인 건축자재 생산지에서의 직접수거의 유무와 실험실까지의 운반경로와 보관기간 등의 여러 가지 주변 여건을 고려해보면 좀더 많은 건축자재의 오염물질 방출실험을 통한 데이터의 수집이 필요하다 할 수 있겠다.
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