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문제 정의
- 본대상 지하역사도 2008년 11월에 승강장 스크린도어를설치, 운영하여 지하역사의 공기질을 개선시키고 있다.본 연구에서는 승강장 스크린도어 설치 전후에 지하역사 내 PM10 농도의 변화 특성을 비교, 분석하였다.
- 5 m이다. 측정지점별 설치목적을 보면, 외기 도입부 부근 지점은 실내 환기를 위해 도입되는 외부 공기질을 확인하고, 대합실 및 승강장 시설 중앙부 지점은 시설 내 실내공기질을 대표할 수 있는 공기질을 확인하기 위한 것이다. 설치된 자동측정기를 이용하여 PM10은 베타선흡수법(E-BAM, Metone, USA), NO2는 화학발광법(200E, API, USA), CO2는 비분산적외선법(360 EM, API, USA)으로 측정하였으며, 측정자료는 무선모뎀(E802F, ISO Wireless, Korea)을 이용한 무선통신으로 전송되고, 무정전전원장치(B6KVA, Daenongenc, Korea)를 설치하여 측정장치에 대한 전력공급을 제어하고 있다.
제안 방법
- Frequency histogram of PM10, CO2, and NO2 concentration at 03:00 (an uncongested time) and 08:00 (a congested time) in concourse and platform.
- 농도자료를 이용하여 통계분석을 실시하였다. 또한, 실내오염물질 농도에 영향을 미칠 수 있는 다양한 조건과의 상관성을 분석하여 장래 실내공기질을 관리하는 측면에서 쾌적한 공기질을 확보하기 위한 지하역사의 체계적이고 과학적인 관리 및 유지에 필요한 기초자료로 활용할 수 있도록 보다 심층적인 분석을 실시하였다.
- 를 측정하고 있다. 본 연구에서는 2008년 1월 1일부터 2012년 12월 31일까지 각 물질별로 365일 24시간 측정된 측정자료의 1시간 평균농도를 이용하여 통계분석을 수행하였다. 빈도분석을 포함한 모든 통계분석은SPSS (v.
- 본 연구에서는 실내공기질자동측정망에 의해 장기간 연속적으로 측정되고 있는 지하역사를 대상으로대합실, 승강장, 터널 유입부 및 외기의 PM10, CO2 및NO2 농도자료를 이용하여 오염물질 농도의 특성을다양하게 분석하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 측정지점별 설치목적을 보면, 외기 도입부 부근 지점은 실내 환기를 위해 도입되는 외부 공기질을 확인하고, 대합실 및 승강장 시설 중앙부 지점은 시설 내 실내공기질을 대표할 수 있는 공기질을 확인하기 위한 것이다. 설치된 자동측정기를 이용하여 PM10은 베타선흡수법(E-BAM, Metone, USA), NO2는 화학발광법(200E, API, USA), CO2는 비분산적외선법(360 EM, API, USA)으로 측정하였으며, 측정자료는 무선모뎀(E802F, ISO Wireless, Korea)을 이용한 무선통신으로 전송되고, 무정전전원장치(B6KVA, Daenongenc, Korea)를 설치하여 측정장치에 대한 전력공급을 제어하고 있다.
- 실내공기질자동측정기기는 실내공기질공정시험기준에 근거하여 그림 1과 같이 대합실 및 승강장 중앙부 지점, 외기 도입부 부근 지점 및 터널 유입부에 설치하여 측정, 분석하였으며, 시료채취 높이의 경우외기는 2.5 m이고 대합실, 승강장 및 터널유입부는 1.5 m이다. 측정지점별 설치목적을 보면, 외기 도입부 부근 지점은 실내 환기를 위해 도입되는 외부 공기질을 확인하고, 대합실 및 승강장 시설 중앙부 지점은 시설 내 실내공기질을 대표할 수 있는 공기질을 확인하기 위한 것이다.
대상 데이터
- 본 연구에서는 실내공기질자동측정망에 의해 장기간 연속적으로 측정되고 있는 지하역사를 대상으로 대합실, 승강장, 터널 유입부 및 외기의 PM10, CO2 및 NO2 농도자료를 이용하여 통계분석을 실시하였다. 또한, 실내오염물질 농도에 영향을 미칠 수 있는 다양한 조건과의 상관성을 분석하여 장래 실내공기질을 관리하는 측면에서 쾌적한 공기질을 확보하기 위한 지하역사의 체계적이고 과학적인 관리 및 유지에 필요한 기초자료로 활용할 수 있도록 보다 심층적인 분석을 실시하였다.
- 본 연구의 연구대상인 지하역사는 지하철 4호선에 위치한 역으로 1985년 준공되었으며, 총 면적은 6,994 m2이고 구조는 지상 0층 및 지하 2층으로 이루어져 있다.
- 연구대상인 지하역사에서는 시설 및 대상지점의 실내공기질 특성을 고려하여 대합실과 승강장에서는 PM10, CO2와 NO2를 측정하고 있으며, 터널 유입부에서는 PM10, 외기 측정지점에서는 PM10과 NO2를 측정하고 있다.
데이터처리
- 본 연구에서는 2008년 1월 1일부터 2012년 12월 31일까지 각 물질별로 365일 24시간 측정된 측정자료의 1시간 평균농도를 이용하여 통계분석을 수행하였다. 빈도분석을 포함한 모든 통계분석은SPSS (v.12.0) 프로그램을 이용하였으며, 실내공기오염물질과 영향인자와의 상관성은 피어슨 상관분석(Pearson correlation analysis)을 이용하였고, 회귀분석은 선형 회귀분석(linear regression analysis)을 이용하였다.
- 이와 같이 일반 대기 중에서 황사발생 유무에 따른 PM10 농도의 변화가 명확하기 때문에 일반 대기중의 PM10 농도와 지하역사에서 측정된 PM10 농도와의 관계를 살펴보기 위해 회귀분석을 실시하여 그림5에 그 결과를 나타내었다. 그림 5(a)는 황사발생일의대기 중 PM10 농도와 지하역사 내에서 측정된 PM10농도와의 관계를 나타낸 것으로 결정계수(r2)를보면, 0.
성능/효과
- 2008~2012년 1시간 평균 농도의 실내공기질 유지/권고기준 초과율을 조사한 결과, 표 3과같이실내공기질의 지표인 CO2 농도의 기준초과율은 0~1.1%로 상당히 낮은 값을 나타냈지만, 외기 및 대합실 NO2와 터널 유입부 PM10 농도의 기준초과율이 각각 24.8 ~72.5%, 9.4~85.4%, 53.2~64.0%로 상당히 큰 것으로 나타났다. 그러나 대합실과 승강장 PM10 농도의기준초과율은 2008년에 각각 6.
- 5월전체 PM10 평균농도는 75±76 μg/m3 (대기환경기준 100 μg/m3 에 대한 기준초과율 16.8%)이며, 그 중 황사발생일(5월 1~3일과 5월 12~13일)평균 PM10 농도는 180±134 μg/m3 (기준초과율 63.6 %)이며, 황사발생일을 제외한 기간의 평균 PM10 농도는 55±28 μg/m3 (기준초과율 7.5%)으로 나타났다.
- 측정지점별로 보면, 승강장의 경우 스크린도어 설치 전 130±45 μg/m3에서 설치 후 73±35 μg/m3로 감소되었으며, 대합실의 경우 설치전 80±27 μg/m3에서 55±25 μg/m3로 감소되었다. 따라서 승강장 스크린도어 설치에 따른 PM10농도의 감소율은 승강장이 43.8%, 대합실이 31.2%로 나타나 PM10 농도에 대한 저감효과는 상당히 큰 것으로 나타났다. 한편 동일한 시기에 측정된 외기와 터널유입부의 PM10 농도를 보면, 스크린도어 설치 전에 64±22 μg/m3 (외기) 및 164±64 μg/m3 (터널 유입부)이고, 설치 후 64±20 μg/m3 (외기) 및 159±51 μg/m3 (터널 유입부)으로 외기와 터널 유입부의 PM10 농도는 변화가 없지만, 스크린도어의 설치로 지하역사 내승강장 및 대합실의 PM10 농도는 상당량 감소하는 것으로 나타났다.
- 이것은 승강장 스크린도어미설치에 따른 터널 내에 존재하거나 열차풍에 의해 비산하는 PM10의 영향을 많이 받은 것으로 보인다.또한 2008년도에 비해 2009년부터는 I/O비가 상당히 감소하여 전동차 운행에 의한 PM10의유입영향이 뚜렷하게 감소된 것으로 나타났다. 2012년에는I/O비가 1 이하로 나타났기 때문에 강제환기에 의한외기 도입 및 승객 등에 의한 외부로부터의 영향을고려하여 실내공기질을 관리하는 데 주의할 필요가있다.
- 이러한 결과는 시간별 평균 승하차 인원과 오염물질의 평균농도 변화에서도 뚜렷한 경향을 보였다. 또한 비혼잡시(오전 03시)와 혼잡시(오전08시)의 오염물질 농도의 빈도분포를 보면, 승객의 유무에 따른 농도분포의 특성이 뚜렷하게 나타났다.따라서 시간별 오염물질 농도의 빈도분포를 통해 각지점에서의 분포 특성을 쉽게 파악할 수 있을 것으로 생각된다.
- 또한 스크린도어 설치 전후, 승강장 PM10 농도의 실내외 비(indoor/outdoor ratio, I/O비)를 비교한 결과,설치 전 평균 I/O비값은 4.60이었으며, 설치 후에는 I/O비값이 1.58로 나타나 스크린도어 설치 전에 터널에서 유입된 PM10과 같이 내부오염원에 의한 영향이 큰 것으로 나타났으며, 스크린도어 설치 후 내부오염원의 영향이 크게 감소한 것으로 나타났다.
- 는 낮은 기준초과율을 나타내고 있지만, 일부 측정지점에서 NO2와PM10의 기준초과율은 상당히 크게 나타났다. 또한 시간대별로 보면 종합적으로 기준초과율이 높은 시간대는 09, 10, 15, 21시 등으로 나타나 출퇴근 혼잡시에 오염물질의 농도가 증가하는 것을 알 수 있다.
- 또한 외기의 PM10 농도는 황사발생일의PM10 농도와 상관성(r2==0.805)이 높은 것으로 나타나 외기를 유입시켜 실내공기질을 개선할 때 주의가필요할 것으로 판단된다.
- 승하차 인원과 오염물질과의 상관관계를 보면, 대합실과 승강장에서 측정된 PM10 및 CO2 농도와 유의한 상관관계가 나타났으나 NO2는 상관성이 낮은 것으로 나타났다.
- 일반 대기 중 PM10 농도가 황사주의보 수준인 400 μg/m3 이상이 관측된 날은 3일로 이 시점의 외기와 대합실 및 승강장의 PM10 농도변화를 보면 유사하게 변동하고 있는 것으로 나타났다.
- 지하역사의 공기질 개선을 위한 검토사항으로 시간별 기준초과율을 조사한 결과 CO2는 낮은 기준초과율을 나타내고 있지만, 일부 측정지점에서 NO2와PM10의 기준초과율은 상당히 크게 나타났다. 또한 시간대별로 보면 종합적으로 기준초과율이 높은 시간대는 09, 10, 15, 21시 등으로 나타나 출퇴근 혼잡시에 오염물질의 농도가 증가하는 것을 알 수 있다.
- 측정지점별로 보면, 승강장의 경우 스크린도어 설치 전 130±45 μg/m3에서 설치 후 73±35 μg/m3로 감소되었으며, 대합실의 경우 설치전 80±27 μg/m3에서 55±25 μg/m3로 감소되었다.
- 터널유입부와 외기의 PM10 농도는 각각 150 ~168 μg/m3과 61~69 μg/m3으로 연도별로 큰 변화가 나타나지 않았지만, 지하역사 내부 측정지점인 대합실과 승강장의 경우 PM10 농도가 최근에 오면서 점차 감소하는 경향이 나타났다.
- PM10과 CO2의경우혼잡시에농도가 넓게 분포하고 있으며, 가장 높은 빈도를 나타내는 히스토그램의 정점이 비혼잡시보다 상대적으로 높은 농도에 위치하고 있다. 특히 CO2의경우승객의 유무(혼잡시/비혼잡시)에 따른 농도분포가 명확하게 차이가 나고 있으며, 대합실보다 승강장의 경우혼잡시에 분포도 곡선의 폭이 크고 고농도에 걸쳐 넓게 분포하고 있는 것으로 나타났다. 그러나 NO2의경우는 대합실이 승강장보다 농도가 넓게 분포하고 있는 것으로 나타났으나, 혼잡시 및 비혼잡시의 차이는뚜렷하게 나타나지 않았다.
- 표 2는 2012년 5월 1일에서 31일(이용시간대: 새벽 05시~다음날 새벽 01시)까지 대상 지하역사를이용한 시간별 승하차 인원과 동일한 시간에 측정된오염물질과의 회귀분석 결과를 나타낸 것으로 승하차 인원과 대합실 및 승강장에서 측정된 PM10과 CO2사이에는 유의한 상관관계를 보이고 있었다. 특히 CO2의 경우 승하차 인원과의 상관계수가 0.
- 38이었다. 하루 중 가장큰 I/O비를 나타낸 시간은 대합실(I/O비==1.76) 및승강장(I/O비==2.69) 모두 오전 10시이며, 가장 작은 I/O비를 나타낸 시간은 대합실이 오전 06시(I/O비==0.83)이고 승강장이 오전 05시(I/O비==1.03)로 나타났다.이와 같은 결과로부터 전동차의 운행에 따른 승객의이동이 실내 PM10 농도의 증가에 의한 영향을 미친것으로 생각된다.
- 01)으로 매우 유의한 상관관계를 나타내어 두 지점의 PM10 농도는 서로 지배적으로 영향을 미치는 것으로 생각된다. 한편 강우량 및 상대습도와 PM10 농도는 음의 상관관계가있는 것으로 나타났으며, 외기의 PM10 농도와 상대습도 및 강우량은 유의한 음의 상관관계를 나타내어 여름철 강우량이 많거나 높은 상대습도 조건에서는PM10의 농도가 낮아진다고 생각할 수 있으며, 이러한 영향은 지하역사 내의 PM10 농도에도 일부 영향을 미친 것으로 생각된다. 따라서 지하역사 내에서적절한 상대습도의 유지는 PM10의 비산등을 억제하여 PM10에 의한 실내공기질 악화를 개선할 수 있을 것으로 생각된다.
- 한편 동일한 시기에 측정된 외기와 터널유입부의 PM10 농도를 보면, 스크린도어 설치 전에 64±22 μg/m3 (외기) 및 164±64 μg/m3 (터널 유입부)이고, 설치 후 64±20 μg/m3 (외기) 및 159±51 μg/m3 (터널 유입부)으로 외기와 터널 유입부의 PM10 농도는 변화가 없지만, 스크린도어의 설치로 지하역사 내승강장 및 대합실의 PM10 농도는 상당량 감소하는 것으로 나타났다.
후속연구
- PM10과 NO2의 시간대별 농도분포 특성이 다르기 때문에 일정한 경향은 나타나고 있지 않지만, 기준초과율을이용한 순위를 종합적으로 검토함으로써 실내공기질개선을 위해 참고할 수 있을 것을 생각된다.
- 29로 지하역사 내부의 오염원에 의한 영향을 받거나 외기의 NO2 농도가 지하역사 내부보다훨씬 낮았던 것으로 생각된다. 그러나 대합실에서NO2가 높게 유지되는 원인은 명백하게 밝혀지지 않아 지하역사 등과 같은 실내에서의 NO2 거동에 대한추가적인 연구가 필요할 것으로 생각된다.
- 1%로 컸지만점차 감소하는 것으로 나타났다. 따라서 기준초과율의 관점에서 보면, 대합실 및 승강장의 NO2와터널내부의 PM10에 대한 대책을 수립해서 지하역사의 실내공기질을 개선해야 할 것으로 생각된다.
- 또한 비혼잡시(오전 03시)와 혼잡시(오전08시)의 오염물질 농도의 빈도분포를 보면, 승객의 유무에 따른 농도분포의 특성이 뚜렷하게 나타났다.따라서 시간별 오염물질 농도의 빈도분포를 통해 각지점에서의 분포 특성을 쉽게 파악할 수 있을 것으로 생각된다.
- 한편 강우량 및 상대습도와 PM10 농도는 음의 상관관계가있는 것으로 나타났으며, 외기의 PM10 농도와 상대습도 및 강우량은 유의한 음의 상관관계를 나타내어 여름철 강우량이 많거나 높은 상대습도 조건에서는PM10의 농도가 낮아진다고 생각할 수 있으며, 이러한 영향은 지하역사 내의 PM10 농도에도 일부 영향을 미친 것으로 생각된다. 따라서 지하역사 내에서적절한 상대습도의 유지는 PM10의 비산등을 억제하여 PM10에 의한 실내공기질 악화를 개선할 수 있을 것으로 생각된다.
- 농도의 실내외 비를 보면, 시간대별변화에서 뚜렷한 시간대별 특성이 나타나고 있다. 따라서 지하역사 실내공기질을 개선하기 위해서는 오염물질 농도가 증가하는 시간대별로 적절한 환기장치의 운용이 필요할 것으로 생각된다.
- 본 연구에서는 막대한 양의 실내오염물질 농도자료를 이용하여 지하역사의 오염물질 배출 특성을 살펴 본 것으로 실제 지하역사의 실내공기질 상황과 앞으로 대응해야할 과제 등을 도출할 수 있었으며, 지하역사에서 기준초과율이 높고 거동이 명확하지 않은 오염물질에 관해서는 공간분포 파악 등 실내에서의 거동을 규명할 수 있는 추가적인 연구가 필요할 것으로 생각된다.
- 승강장 스크린도어 설치로 터널 내 PM10의유입억제 효과가 지속적으로 나타났으며, PM10의경우기상요소(강우량, 상대습도)와 황사와 유의한 상관관계가 있는 것으로 나타나 환기장치에 의한 외기 유입시 주의가 필요할 것으로 생각된다.
- 또한 전동차가 운행하지 않는 새벽시간대에 선로 및 시설물 보수를 위한 유지보수차량 및 청소차량이 운행하는 경우가 있기 때문에 이러한 디젤동력을 사용하는 차량에 의해 배출된 NO2의 영향이 있을 것으로 생각된다. 이와 같이 시간별 오염물질 농도의 빈도분포를 통해 각 측정지점에서의 오염물질분포 특성을 쉽게 파악할 수 있을 것이다.
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