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문제 정의
- 4 μm 크기의 입자를 94% 걸러낼 수 있는 성능을 의미한다. 그래서 본 연구에서는 진공상태를 이용하여 보다 간단하게 KF94 수준의 보건용 황사 마스크의 효율을 평가하는 실험을 진행하였다.
- 본 연구에서 사용한 센서기기들은 초소형의 광산란센서를 활용함으로써, 소형이고 저렴하여 많은 국민들이 사용하고 있지만 그 농도의 수준과 유용성은 검증된 적이 거의 없다. 그러므로 본 연구의 의미는, 고가의 정확한 공인장비를 사용한 검증실험을 수행하기에 앞서 현존하는 센서에 대한 많은 궁금증을 과학적인 접근 방법을 통해 해소하고자 한, 초기적인 신뢰성과 활용성 연구라는 의미를 가진다고 사료된다. 본 연구를 시작으로 향후에 공인된 장비를 통한 정확하고 신뢰성 있는 연구가 지속적으로 수행되어야 할 것이다.
- 국내의 에어컨은 보급률이 80%를 웃돌고, 이에 따라 에어컨의 공기청정기능 및 시중에 판매되는 각종 필터의 효율에 대한 관심 역시 높아지고 있다. 본 실험에서는 실내에 설치된 고정식 에어컨의 공기청정기능을 평가하였다.
- 본 연구는 현재 널리 판매되고 사용되는 휴대용 미세먼지 측정센서가 측정하는 농도의 수준이 얼마나 믿을 수 있는지에 대한 기초적인 해답을 얻고자 수행되었다. 본 연구에서 사용한 센서기기들은 초소형의 광산란센서를 활용함으로써, 소형이고 저렴하여 많은 국민들이 사용하고 있지만 그 농도의 수준과 유용성은 검증된 적이 거의 없다.
- 본 연구에서는 생활 속에서 널리 사용되고 있는 광산란법 기반의 휴대용 미세먼지 측정센서들의 신뢰성을 평가하고 그 활용성을 제고하기 위해, 1) 센서간 상호비교 및 보다 정확한 기기와의 비교를 수행하고, 2) 휴대용 센서를 활용하여 미세먼지의 농도 특성을 이해하고 영향을 저감할 수 있는 방안들에 대한 검증실험을 수행하여 보았다. 본 연구를 통해 이미 우리의 생활 속에서 많이 활용되고 있는 저가의 휴대용 측정센서가 실생활 속 미세먼지를 이해하고 수요자 개인의 건강을 보호하는데 있어 기여할 수 있는 바를 기초적으로 평가해 보고자 하였다.
- 비교적 최근에 생산된 차량을 통하여 측정을 실시한 1차, 3차 실험의 결과를 통하여 신차의 에어컨 작동에 따른 차량 내부의 대기질 변화를 확인하고자 하였다. 이때 에어컨을 내기순환 혹은 외기순환으로 작동하여 각 모드에 따른 미세먼지 농도 변화를 확인하였다.
- 하지만 시중에서 쉽고 저렴하게 구할 수 있는 기기가 과연 얼마나 신뢰성이 있는지와 이들에 대한 좀 더 올바른 활용방법에 대한 연구는 부족한 실정이다. 이에 본 연구에서는 광산란법을 활용한 저가형 휴대용 미세먼지 측정센서의 미세먼지 농도 측정값의 적정성을 평가하여, 수요자들이 실생활에서 미세먼지 오염농도의 특성을 좀 더 과학적으로 이해하고 스스로 건강 영향을 줄일 수 있도록 돕는 방안에 대한 연구를 수행하였다.
- 이에 본 연구에서는 도로변대기측정망 중 강변북로 측정소(서울특별시 한강사업본부) 바로 곁의 강변북로 위를 지나는 육교 정중앙에서 미세먼지를 측정하였다. 대상도로는 왕복 10차선이며, 측정을 실시한 육교의 도로로부터의 높이는 4.
- 그러나 시중에 판매되는 휴대용 미세먼지 측정센서는 정해진 인증기준이 없이 제작되어 판매되고 있으며, 이에 환경부는 국민들이 미세먼지에 대한 정확한 정보를 접할 수 있도록 인증 기준 마련 등 측정기의 신뢰도를 높이는 방안을 강구할 계획임을 밝혔다. 이에 본 연구에서는 일반적인 시민의 입장에서 휴대용 미세먼지 측정센서의 신뢰도의 평가가 필요하다고 판단하였다. 또한 현재의 소형센서들은 작고, 상대적으로 저가이며, 무선 통신기능을 갖추고 있어 이러한 한계를 극복할 수 있는 좋은 대안이라 할 수 있을 것이다.
- 차량통행량 변화와 미세먼지 농도 변화 사이의 관계를 확인하기 위하여 앞에서 언급한 바와 같이 강변북로 육교위에서 미세먼지와 교통량을 함께 측정하여 그 둘의 관계를 평가하고자 하였다. Table 2~3에서는 측정한 미세먼지 농도를 시간대별로 평균한 측정치와 해당시간의 국가측정망 값을 비교하였다.
제안 방법
- 본 연구에서는 생활 속에서 널리 사용되고 있는 광산란법 기반의 휴대용 미세먼지 측정센서들의 신뢰성을 평가하고 그 활용성을 제고하기 위해, 1) 센서간 상호비교 및 보다 정확한 기기와의 비교를 수행하고, 2) 휴대용 센서를 활용하여 미세먼지의 농도 특성을 이해하고 영향을 저감할 수 있는 방안들에 대한 검증실험을 수행하여 보았다. 본 연구를 통해 이미 우리의 생활 속에서 많이 활용되고 있는 저가의 휴대용 측정센서가 실생활 속 미세먼지를 이해하고 수요자 개인의 건강을 보호하는데 있어 기여할 수 있는 바를 기초적으로 평가해 보고자 하였다.
- 그 후, 오른쪽 상자로 제조된 고농도 먼지 시료를 주입하였고, 왼쪽 상자에는 진공청소기의 흡입구를 직접 연결한 후 가동하여 공기를 빨아들이도록 설정하였다. 황사마스크의 차단효율과 마스크 세탁 후의 변화를 파악하기 위해, 미세먼지 예보 기준별로 제조된 시료를, 1) 마스크를 세탁하지 않았을 때, 2) 1차 세탁하였을 때, 3) 2차 세탁하였을 때의 각각의 경우에 대해 마스크를 통과한 후 농도를 측정하였다.
- 각 차량의 에어컨 가동에 따른 차량내부 미세먼지 농도를 파악하기 위해 주행 중 창문을 개방하여 차량 내부의 대기질을 차량 외부와 동일한 수준으로 설정한 후, 창문을 폐쇄하여 외부 공기의 유입을 차단하였다. 그 후, 차량 내부에 내장되어 있는 에어컨을 내기순환과 외기순환 기능으로 각각 구별하여 선택하고, 약 10분 동안 휴대용 미세먼지 측정센서를 사용하여 차량 내부의 미세먼지 농도 변화를 측정하였다.
- 두 아이소보드 사이에 황사마스크를 끼우고 고무줄로 고정시킨 후, 실험 시작 전 양 쪽의 아크릴 내부 농도를 똑같이 맞추었다. 그 후, 오른쪽 상자로 제조된 고농도 먼지 시료를 주입하였고, 왼쪽 상자에는 진공청소기의 흡입구를 직접 연결한 후 가동하여 공기를 빨아들이도록 설정하였다. 황사마스크의 차단효율과 마스크 세탁 후의 변화를 파악하기 위해, 미세먼지 예보 기준별로 제조된 시료를, 1) 마스크를 세탁하지 않았을 때, 2) 1차 세탁하였을 때, 3) 2차 세탁하였을 때의 각각의 경우에 대해 마스크를 통과한 후 농도를 측정하였다.
- 각 차량의 에어컨 가동에 따른 차량내부 미세먼지 농도를 파악하기 위해 주행 중 창문을 개방하여 차량 내부의 대기질을 차량 외부와 동일한 수준으로 설정한 후, 창문을 폐쇄하여 외부 공기의 유입을 차단하였다. 그 후, 차량 내부에 내장되어 있는 에어컨을 내기순환과 외기순환 기능으로 각각 구별하여 선택하고, 약 10분 동안 휴대용 미세먼지 측정센서를 사용하여 차량 내부의 미세먼지 농도 변화를 측정하였다. 또한, 미세먼지 측정센서의 위치는 조수석에 위치하며, 높이는 탑승인원이 호홉하는 높이에 측정기를 설치하여 측정하였다.
- 실험은 사람들의 이동과 활동에 의한 영향을 가장 적게 받을 수 있는 오후 7시부터 11시 사이에 진행하였다. 그러나 실생활에서의 영향을 평가하는 실험인 만큼 부득이하게 실험실의 문이 열리거나, 사람들이 이동하는 것에 대한 변수는 통제하지 않고, 자연스러운 상황에서의 실험환경을 설정하여 진행하였다.
- 두 번째로는 실생활에서 휴대용 미세먼지 측정센서를 활용할 수 있는 연구를 수행하였다. 여기에는 차량에 의한 미세먼지 영향분석, 운전 중 에어컨 가동에 따른 차량 내부 미세먼지 농도변화, 고정형 에어컨 가동에 따른 실내 미세먼지 분석, 황사마스크의 효율을 평가가 포함되었다.
- 그 후, 차량 내부에 내장되어 있는 에어컨을 내기순환과 외기순환 기능으로 각각 구별하여 선택하고, 약 10분 동안 휴대용 미세먼지 측정센서를 사용하여 차량 내부의 미세먼지 농도 변화를 측정하였다. 또한, 미세먼지 측정센서의 위치는 조수석에 위치하며, 높이는 탑승인원이 호홉하는 높이에 측정기를 설치하여 측정하였다. 이를 통하여 에어컨 작동 여부와 작동 모드에 따른 차량 내부 공기의 정화효과에 대하여 분석하였다.
- 밀폐된 상자에 A1, A2, A3, B1, B2, C1, C2, C3, S 센서를 넣은 후, 연소를 통해 발생된 연기를 포집한 후 60cc주사기에 채취하여 이용하여 1회에서 15회까지 순차적으로 투입하였다. 연기 시료의 발생을 위해서는 일상생활에서 흔히 접할 수 있는 모기향을 연소시켰다.
- 최근 미세먼지 문제가 부각됨에 따라 저가형 휴대용 미세먼지 측정기가 다양하게 개발되어 시중에서 판매되고 있다. 본 연구에서는 시장에서 많이 판매되는 소형센서 중 측정기에 부착된 액정을 통해 미세먼지의 농도를 실시간으로 확인할 수 있으며, 가격수준이 비슷한 세 모델을 이용하여 연구를 수행하였다.
- 본 연구에서는 차량의 통행량 및 차종에 따른 농도 변화를 확인하기 위하여 미세먼지 측정과 동시에 측정위치를 지나는 차량을 촬영하여 차량통행량을 역시 확인하였는데, 차종은 승용차, SUV, 화물차 및 버스, 총 3가지 분류로 나눠서 기록하였다. 측정은 2017년 6월 18일 17시~22시에 진행하였고, 시간대별로 최소 2번, 최대 6번의 미세먼지 측정과 시간대별 최소 5분, 최대 15분의 교통량 측정이 이루어졌으며, 측정값을 평균하여 강변북로 도로변 측정소의 측정값과 비교하였다.
- 비교적 가벼워서 이동이 가능하긴 하지만 상시 휴대하기엔 부담스러운 무게와 부피이고, 전원 케이블을 연결하여 사용해야 하기 때문에 완전한 휴대형 측정기라고 보기는 어렵다. 본 연구에서는 휴대용 미세먼지 측정센서의 신뢰성을 평가하기 위해 일본공업규격에 의해 형식승인을 인정받은 이 기기를 기준측정기로 삼아 측정값의 비교를 실시하였다(이하 S). 이 제품의 가격은 정부 측정소에 설치된 기기에 비해서는 훨씬 더 저렴하지만, 위에서 소개한 저가형 휴대용 기기에 비해 100배정도 비싼 가격으로 판매되고 있다.
- 실험장소에 설치되어 있는 에어컨은 냉방 능력이 11,000W으로 약 30평형에 적합한 용량의 기기로 판단되며, 해당 기기를 통해 일반 필터식 공기청정기의 기능을 모사하여 실험을 진행하였다(Figure 8). 실험은 총 2회 진행하였다. 측정센서는 출입문에서 멀리 떨어져 있고 실험공간의 중앙에 위치하며 평소 사람들이 자주 이용하는 회의테이블에 설치하였다.
- 실험을 위해 측면에 지름 3cm크기의 구멍이 있는 아크릴상자(8×8×9cm)를 제작하여 그 안에 미세먼지 측정센서(B1, B2)를 넣고 가운데 5×5cm크기의 구멍 낸 아이소보드(10× 10cm)로 공기가 새어나가지 않게 막아주었다.
- 본 연구 대상지는 일반적인 사무실과 비슷한 환경이며, 에어컨은 설치되어 있지만 공기청정기는 따로 설치되어 있지 않다. 실험장소에 설치되어 있는 에어컨은 냉방 능력이 11,000W으로 약 30평형에 적합한 용량의 기기로 판단되며, 해당 기기를 통해 일반 필터식 공기청정기의 기능을 모사하여 실험을 진행하였다(Figure 8). 실험은 총 2회 진행하였다.
- 두 번째로는 실생활에서 휴대용 미세먼지 측정센서를 활용할 수 있는 연구를 수행하였다. 여기에는 차량에 의한 미세먼지 영향분석, 운전 중 에어컨 가동에 따른 차량 내부 미세먼지 농도변화, 고정형 에어컨 가동에 따른 실내 미세먼지 분석, 황사마스크의 효율을 평가가 포함되었다.
- 예보기준이 ‘보통’일 경우에 대해 실험하기 위해, 마스크를 통과하기 전의 미세먼지 농도는 40~46 μg/m3가량으로 설정하여 시료를 조제하였다.
- 기체의 혼합을 돕기 위해 소형 팬을 설치하여 오염물질 투입 후 약 15초 후부터의 측정값을 기록하였다. 오염물질의 투입 횟수에 따른 각 휴대용 미세먼지 측정센서의 농도변화를 통해 측정값의 선형성을 파악한 후, 각 기기의 측정값을 기준측정기인 S의 측정값과 비교분석하였다.
- 비교적 최근에 생산된 차량을 통하여 측정을 실시한 1차, 3차 실험의 결과를 통하여 신차의 에어컨 작동에 따른 차량 내부의 대기질 변화를 확인하고자 하였다. 이때 에어컨을 내기순환 혹은 외기순환으로 작동하여 각 모드에 따른 미세먼지 농도 변화를 확인하였다. 1차 실험의 경우 외부 공기의 초미세먼지 농도는 각 센서별로 30~50 μg/m3 정도로 나타났다(Figure 7).
- 이를 위해 첫 번째로, 휴대용 미세먼지 측정센서의 측정값의 안정성을 및 반응민감성을 분석하여 센서별 적정성을 평가하였다. 제한된 공간에서의 각 센서별 측정값을 비교한 결과, A는 동일 모델센서의 측정값사이의 오차가 다른 두 모델에 비해 컸으며, B와 C의 동일 센서간 측정값은 비교적 비슷한 수준을 보여 A에 비해 안정성이 높다고 판단되었다.
- 또한, 미세먼지 측정센서의 위치는 조수석에 위치하며, 높이는 탑승인원이 호홉하는 높이에 측정기를 설치하여 측정하였다. 이를 통하여 에어컨 작동 여부와 작동 모드에 따른 차량 내부 공기의 정화효과에 대하여 분석하였다.
- 그러나 황사마스크를 물세탁할 경우 물의 전기친화성 때문에 황사마스크의 구성하고 있는 정전기필터의 정전기 능력을 저하시키고, 나아가 나노섬유의 배열형태를 바꿔 필터 기능을 떨어뜨릴 수 있다. 이에 시중에 판매되는 황사마스크의 미세먼지 차단효율 및 세탁 후 황사마스크의 효율 변화를 분석하였다.
- 5의 배출에 기여하는 비율이 상당한 것을 알 수 있다. 이에, 휴대용 측정기를 활용하여 도로이동오염원에 의한 미세먼지의 영향을 확인하기 위하여 도로에서의 미세먼지 농도를 측정하여 도로변 대기측정망의 측정치와 비교 분석하였다.
- 차량에 내장되어있는 에어컨의 가동에 따른 차량 내부의 미세먼지 농도 변화를 파악하기 위해 총 3회의 실험을 수행하였다. 실험 차량은 스포티지(경유-2016연식)과 로체(휘발유-2007연식) 두 차종을 이용하여 측정을 실시하였다(Table 4).
- 본 연구에서는 차량의 통행량 및 차종에 따른 농도 변화를 확인하기 위하여 미세먼지 측정과 동시에 측정위치를 지나는 차량을 촬영하여 차량통행량을 역시 확인하였는데, 차종은 승용차, SUV, 화물차 및 버스, 총 3가지 분류로 나눠서 기록하였다. 측정은 2017년 6월 18일 17시~22시에 진행하였고, 시간대별로 최소 2번, 최대 6번의 미세먼지 측정과 시간대별 최소 5분, 최대 15분의 교통량 측정이 이루어졌으며, 측정값을 평균하여 강변북로 도로변 측정소의 측정값과 비교하였다.
- 황사마스크의 미세먼지 차단효율 및 세탁 후 효율 변화에 대한 실험을 위해 고농도의 시료를 제조한 뒤, 희석배수 적용을 통해 초미세먼지 예보기준별로 보통(16~50 μg/m3), 나쁨(51~100 μg/m3), 매우 나쁨(101~250 μg/m3)일 때의 농도를 만들어 마스크의 효율을 비교하였다.
- kr). 휴대용 미세먼지 측정센서 중 C3의 경우, 실외의 농도를 확인하기 위해 실험장소의 창문 외부에 부착하여 농도를 확인하였다.
대상 데이터
- 두 번째 요인으로는 주행환경의 차이로 인한 결과로 사료된다. 1차 실험의 경우 건국대학교에서 길음역까지 주행하며 실험을 실시하였다. 주행속도는 최고 60 km/hr가 넘지 않으며 신호대기로 인하여 주행과 제동을 반복하여 외기순환시 외부 대기의 유량이 적게 유입되었을 것으로 판단된다.
- 이에 본 연구에서는 도로변대기측정망 중 강변북로 측정소(서울특별시 한강사업본부) 바로 곁의 강변북로 위를 지나는 육교 정중앙에서 미세먼지를 측정하였다. 대상도로는 왕복 10차선이며, 측정을 실시한 육교의 도로로부터의 높이는 4.7m이다. 해당 위치에서의 미세먼지 측정값을 국가 측정망인 강변북로 측정소(도로변)의 값과 비교하였으며, 측정소의 위치 및 실험장소와의 거리는 Figure 3에 표시하였다.
- 5를 측정할 수 있으며, 두 물질 모두 최대 999 μg/m3의 범위까지 측정 가능하다. 본 연구에서는 해당 기기 3개를 통해 실험을 진행하였다 (이하 C1, C2, C3).
- 미세먼지의 경우, 999 μg/m3까지 측정이 가능하다. 본 연구에서는 해당 기기 3개를 통해 실험을 진행하였다(이하 A1, A2, A3).
- 시간에 따른 농도의 변화측정값을 비교하기 위해, 휴대용 미세먼지 측정센서를 총 5대 사용하였고(B1, B2, C1, C2, C3), 외부 미세먼지의 농도와의 비교를 위해 본 대상지와 거리상 가장 가까운 위치의 도시대기측정망인 서울 광진구 구의 아리수정수센터의 실시간 미세먼지 농도 측정값을 활용하였다(Air Korea, http://www.airkorea.or.kr). 휴대용 미세먼지 측정센서 중 C3의 경우, 실외의 농도를 확인하기 위해 실험장소의 창문 외부에 부착하여 농도를 확인하였다.
- 차량에 내장되어있는 에어컨의 가동에 따른 차량 내부의 미세먼지 농도 변화를 파악하기 위해 총 3회의 실험을 수행하였다. 실험 차량은 스포티지(경유-2016연식)과 로체(휘발유-2007연식) 두 차종을 이용하여 측정을 실시하였다(Table 4).
이론/모형
- 이 센서 역시 광산란기법을 이용하여 미세먼지의 농도를 측정한다. 이 기기는 PM10, PM2.
성능/효과
- 주행속도는 최고 60 km/hr가 넘지 않으며 신호대기로 인하여 주행과 제동을 반복하여 외기순환시 외부 대기의 유량이 적게 유입되었을 것으로 판단된다. 3차 실험의 경우 건국대학교에서 이대역까지 주행하였고 주행속도는 최고 80 km/hr이며 외기순환 실험 때의 도로상황이 원활하여 외부 대기의 유량이 실내로 많이 유입되었고, 이에 따라 미세먼지의 유입 또한 1차 실험의 조건보다 많아져 차량 에어컨 필터의 미세먼지의 감소율이 적게 나타난 것으로 판단된다.
- 5의 경우에는 약 60% 과다 산정하였다. PM2.5/PM10의 비율을 보면 도로변 측정망은 50%이하로, 미세먼지 측정센서는 70%이상으로 나타났다. 이러한 차이에는 두 가지 가능성이 있다고 판단된다.
- 5가 교통량과의 상관관계가 더 높음을 알 수 있었다. 그리고 PM10, PM2.5 모두 개별 차종 보다는 통행량 총계에 더 높은 상관관계를 보였다. 운전 중 에어컨 가동에 따른 차량 내부 미세먼지의 농도 변화를 분석한 결과, 에어컨을 가동했을 시 초미세먼지 농도가 줄어들며, 내기순환 에어컨이 외기순환 에어컨보다 비교적 더 큰 폭으로 감소시키는 경향임을 볼 수 있었다.
- 제한된 공간에서의 각 센서별 측정값을 비교한 결과, A는 동일 모델센서의 측정값사이의 오차가 다른 두 모델에 비해 컸으며, B와 C의 동일 센서간 측정값은 비교적 비슷한 수준을 보여 A에 비해 안정성이 높다고 판단되었다. 그리고 이 측정센서들을 밀폐된 상자에 넣은 후 오염물질을 반복 투입하여 센서별 반응민감성을 평가하였는데, 비록 센서간 오차는 컸지만 A 측정센서가 가장 민감한 반응을 보였으며, B는 동일한 모델의 센서 사이의 측정값이 매우 유사한 농도를 측정하여 센서의 재현성이 가장 높은 것으로 판단되나, 세 모델 중 오염농도에 대해 가장 둔감한 반응을 보였다. C의 경우, 동일 센서 간 측정값이 비슷한 수준을 보여 높은 안정성을 보였으나, 검증된 기기인 S의 측정값의 반응민감성에는 못 미치는 수준을 보였다.
- 또한 실내에서 사용되는 일반 에어컨 또한 미세먼지 농도를 약 40%이상 정화시켜주는 것을 확인할 수 있었다. 그리고 황사마스크의 효율 및 정전식 마스크를 세탁했을 때의 영향을 분석한 결과, 전반적으로 만족스러운 차단효과를 보여주었다. 세탁 전후의 비교에서, 세탁하지 않은 경우와 세탁의 경우는 적지 않은 차이를 보였으나 1차와 2차 세탁에서의 유의한 효율차이는 나타나지 않았고, 모두 미세먼지 ‘보통’ 이하 수준의 농도로 저감시켜 주었다.
- 다양한 경우를 가정하여 총 9번의 측정을 실시한 결과, 황사마스크는 초미세먼지를 90%가량 차단할 수 있는 것을 확인할 수 있었다. 황사마스크를 세탁하였을 경우에는 세탁하지 않았을 경우보다 차단 효율이 낮아지지만, 예보기준이 매우 나쁨인 경우를 제외하면, 대기환경기준의 연평균 목표치인 20 μg/m3 이하의 농도로 저감시켜 줌을 확인할 수 있었다.
- 운전 중 에어컨 가동에 따른 차량 내부 미세먼지의 농도 변화를 분석한 결과, 에어컨을 가동했을 시 초미세먼지 농도가 줄어들며, 내기순환 에어컨이 외기순환 에어컨보다 비교적 더 큰 폭으로 감소시키는 경향임을 볼 수 있었다. 또한 실내에서 사용되는 일반 에어컨 또한 미세먼지 농도를 약 40%이상 정화시켜주는 것을 확인할 수 있었다. 그리고 황사마스크의 효율 및 정전식 마스크를 세탁했을 때의 영향을 분석한 결과, 전반적으로 만족스러운 차단효과를 보여주었다.
- 마스크를 통과한 농도는 세탁하지 않았을 경우 9 μg/m3, 1차세탁과 2차세탁 후의 농도는 각각 16 μg/m3, 12 μg/m3의 값을 나타내었다. 마스크를 세탁한 후, 세탁하기 전보다 차단효율이 떨어졌고, 2차 세탁 후 1차 세탁보다 오히려 효율이 약간 높아졌지만 큰 차이는 보이지 않았다. 이는 ‘나쁨’ 예보일 기준의 실험 당시 기상조건으로 인하여 높은 습도의 환경에서 실험이 이루어졌기 판단된다.
- 모든 측정센서에서 투입횟수에 따른 측정값의 선형성을 확인할 수 있었다. 그러나 반응민감성 및 측정값의 선형성을 평가하기 위해 일본공업규격에 따라 제작된 S측정센서와 비교한 결과, 모든 저가형 휴대용 미세먼지 측정센서의 측정값은 S의 측정값보다 낮은 농도를 보였다(Figure 1).
- 1차 및 2차 실험에서 에어컨 작동에 따라 미세먼지 농도가 서서히 감소하여 작동 후 5시간 후에는 미세먼지 농도가 약 40% 감소하는 것을 확인할 수 있다(Figure 9). 본 실험을 통하여 가정 및 사무공간에서 사용되는 일반 에어컨이 미세먼지 정화 기능을 어느 정도 발휘할 수 있음을 알게 되었다.
- 각 실험의 초미세먼지 감소율의 산정은 실험 종료 직전의 차량 내부의 측정센서의 초미세먼지 농도값에 실험 시작 전 차량 내부의 측정센서의 미세먼지 농도값을 나눈 값을 활용하였다. 비교적 높지 않은 농도에서는 내기 순환 에어컨의 초미세먼지 감소율은 65~81% 정도였다. 하지만 3차 실험과 같이 외부 공기가 40~70 μg/m3 수준의 비교적 고농도를 나타낸 경우의 경우 내기 순환 에어컨의 초미세먼지 농도 감소율은 80%이상으로 높은 감소율을 보인다.
- 세 모델을 S와 비교한 결과, A가 기준측정기인 S와 가장 유사한 농도 값 범위를 보였지만, 15회 투입시의 A의 평균농도는 약 259 μg/m3으로 기준측정기의 평균 농도인 361 μg/m3의 72%에 못 미치는 값을 보였기 때문에, 세 모델 모두 농도의 절대값을 그대로 신뢰하기에는 문제가 있다고 판단되었다.
- 세탁 전후의 비교에서, 세탁하지 않은 경우와 세탁의 경우는 적지 않은 차이를 보였으나 1차와 2차 세탁에서의 유의한 효율차이는 나타나지 않았고, 모두 미세먼지 ‘보통’ 이하 수준의 농도로 저감시켜 주었다.
- Table 2~3에서는 측정한 미세먼지 농도를 시간대별로 평균한 측정치와 해당시간의 국가측정망 값을 비교하였다. 시간대별 측정소의 측정값과 휴대용 측정센서의 측정값 평균을 비교하여 보면, PM10의 경우에는 대체로 휴대용 측정기가 20%정도 과소산정 하였지만, PM2.5의 경우에는 약 60% 과다 산정하였다. PM2.
- 마스크를 통과한 농도는 마스크를 세탁하지 않았을 경우 4 μg/m3, 세탁 후 7~8 μg/m3의 농도를 보이며 차단 효율은 세탁하지 않았을 경우 90%, 1차 세탁이 83% 2차 84%로 나타났다. 실험 결과, 세탁 후 효율이 세탁 전에 비해 약 7~8%가 떨어지는 것을 볼 수 있었지만, 1차 세탁 이후에는 크게 차이가 없었다. ‘나쁨’ 예보일 기준으로 마스크의 효율을 보기 위해, 마스크를 통과하기 전의 미세먼지 농도를 70 ~ 74 μg/m3으로 설정하여 시료를 조제하고 실험하였다.
- 5 모두 개별 차종 보다는 통행량 총계에 더 높은 상관관계를 보였다. 운전 중 에어컨 가동에 따른 차량 내부 미세먼지의 농도 변화를 분석한 결과, 에어컨을 가동했을 시 초미세먼지 농도가 줄어들며, 내기순환 에어컨이 외기순환 에어컨보다 비교적 더 큰 폭으로 감소시키는 경향임을 볼 수 있었다. 또한 실내에서 사용되는 일반 에어컨 또한 미세먼지 농도를 약 40%이상 정화시켜주는 것을 확인할 수 있었다.
- Figure 4는 미세먼지 측정치의 시간대 평균 농도를 나타낸 것으로 강변북로의 해당시간대 값을 함께 표시하였다. 위의 표에서 나타난 바와 같이 측정지점과 불과 30여m 떨어져 있는 강변북로 측정소의 값과 비교하여 보았을 때, PM2.5는 1.5배~1.9배 높은 측정치를 보인 반면에 PM10은 측정소의 값보다 낮은 측정치를 보였다. 측정값의 수준이 옳다고 가정한다면, 이는 도로변에서 측정되는 PM2.
- 이러한 결과를 토대로 판단해 보면, 저가형 휴대용 미세먼지 측정센서의 구매자들은 측정센서를 이용하여 정확한 농도수준을 아는 것에는 어려움이 있을 것으로 예상되나, 미세먼지의 농도 변화 추이 및 오염 여부에 대한 상대적 정보를 얻기에는 적절하다고 판단되었다. 또한 실생활에서 미세먼지가 발생할 수 있는 다양한 요인들이 있는데, 소형센서가 부착된 휴대용 미세먼지 측정기를 사용함으로써 어린이나 노약자, 호흡기 질환이 있는 환자들이 측정농도의 변화를 빠르게 이해하고 대처할 수 있을 것으로 판단되며, 쾌적한 삶을 원하는 사용자들에게 유용한 도구로 활용될 수 있을 것이라 기대되었다.
- 황사마스크를 세탁하였을 경우에는 세탁하지 않았을 경우보다 차단 효율이 낮아지지만, 예보기준이 매우 나쁨인 경우를 제외하면, 대기환경기준의 연평균 목표치인 20 μg/m3 이하의 농도로 저감시켜 줌을 확인할 수 있었다. 이를 통해, 소비자는 황사마스크를 착용함으로써 호흡을 통한 미세먼지로부터의 영향을 감소시킬 수 있고, 새 제품의 구입이 어려운 경우 세탁을 하여 착용하는 것도 미착용하는 것보다는 나은 결과를 보임을 확인할 수 있었다. 그러나 앞에서의 실험들에서 보았듯이, 실험에 사용된 휴대용 미세먼지 측정센서는 광산란법을 이용하여 미세먼지를 측정하기 때문에 정확한 PM2.
- 이를 위해 첫 번째로, 휴대용 미세먼지 측정센서의 측정값의 안정성을 및 반응민감성을 분석하여 센서별 적정성을 평가하였다. 제한된 공간에서의 각 센서별 측정값을 비교한 결과, A는 동일 모델센서의 측정값사이의 오차가 다른 두 모델에 비해 컸으며, B와 C의 동일 센서간 측정값은 비교적 비슷한 수준을 보여 A에 비해 안정성이 높다고 판단되었다. 그리고 이 측정센서들을 밀폐된 상자에 넣은 후 오염물질을 반복 투입하여 센서별 반응민감성을 평가하였는데, 비록 센서간 오차는 컸지만 A 측정센서가 가장 민감한 반응을 보였으며, B는 동일한 모델의 센서 사이의 측정값이 매우 유사한 농도를 측정하여 센서의 재현성이 가장 높은 것으로 판단되나, 세 모델 중 오염농도에 대해 가장 둔감한 반응을 보였다.
- 세 모델을 S와 비교한 결과, A가 기준측정기인 S와 가장 유사한 농도 값 범위를 보였지만, 15회 투입시의 A의 평균농도는 약 259 μg/m3으로 기준측정기의 평균 농도인 361 μg/m3의 72%에 못 미치는 값을 보였기 때문에, 세 모델 모두 농도의 절대값을 그대로 신뢰하기에는 문제가 있다고 판단되었다. 즉, 기기 제조사별로 측정 절대값의 수준은 차이가 있었지만 동일 제조사의 기기 간 재현성은 나쁘지 않았고 선형성도 좋았기 때문에, 휴대형 저가 미세먼지 측정기를 활용하여 전반적인 오염도 변화를 파악하거나 오염도의 상대적 비교를 하는 용도로는 유용하다고 판단되었다. 하지만 여기에서 쓰인 모든 장비는 우리나라 대기환경 중의 미세먼지 농도를 측정하는 공인 시험방법이 아니기 때문에 본 실험은 기초적인 신뢰성 검토실험으로 이해되어야 하며, 좀 더 정확한 공인시험장비를 통한 지속적인 검증시험이 필요하다.
- 차량에 의한 도로변의 미세먼지 영향을 분석한 결과, PM2.5의 발생과 차량 통행이 밀접한 관련이 있음을 알 수 있었고, PM10보다는 PM2.5가 교통량과의 상관관계가 더 높음을 알 수 있었다. 그리고 PM10, PM2.
- Figure 6은 이를 좀 더 객관적으로 분석하기 위해 차량과 미세먼지 농도간의 상관관계를 분석한 것이다. 측정 시간동안 시간당 약 18,000대~26,000여대의 차량이 통행하는 것으로 나타났고, PM농도의 변화경향과 차량의 통행량은 유사한 형태를 보이는 것을 확인할 수 있었다.
- 황사마스크를 세탁하였을 경우에는 세탁하지 않았을 경우보다 차단 효율이 낮아지지만, 예보기준이 매우 나쁨인 경우를 제외하면, 대기환경기준의 연평균 목표치인 20 μg/m3 이하의 농도로 저감시켜 줌을 확인할 수 있었다.
- 휴대용 미세먼지 측정센서 모델 중, A가 가장 민감한 반응을 보였으나, 각 기기별 측정값의 편차가 다른 모델에 비해 높게 나타났다(Figure 2). B는 오염 물질에 대해 가장 둔감한 반응을 보였으나, 동일한 모델의 센서 사이의 측정값이 매우 유사한 농도를 측정하여 센서의 재현성이 가장 높은 것으로 판단된다.
후속연구
- 5의 농도를 산정한 것이라고는 할 수 없다. 또한 마스크의 착용은 마스크 자체의 효율에도 영향을 받지만 마스크와 안면 사이의 기밀에 따라 훨씬 더 큰 영향을 받을 수 있기 때문에 이번 실험은 상대적이며 기초적인 시도로서의 의미를 가지는 것으로 이해해야 할 것이라고 판단된다. 이와 같은 이유로 정확한 결과를 얻기 위해서는 공인시험법에 따른 추가 실험이 필요할 것이다.
- 이러한 결과를 토대로 판단해 보면, 저가형 휴대용 미세먼지 측정센서의 구매자들은 측정센서를 이용하여 정확한 농도수준을 아는 것에는 어려움이 있을 것으로 예상되나, 미세먼지의 농도 변화 추이 및 오염 여부에 대한 상대적 정보를 얻기에는 적절하다고 판단되었다. 또한 실생활에서 미세먼지가 발생할 수 있는 다양한 요인들이 있는데, 소형센서가 부착된 휴대용 미세먼지 측정기를 사용함으로써 어린이나 노약자, 호흡기 질환이 있는 환자들이 측정농도의 변화를 빠르게 이해하고 대처할 수 있을 것으로 판단되며, 쾌적한 삶을 원하는 사용자들에게 유용한 도구로 활용될 수 있을 것이라 기대되었다. 하지만 현재의 저가형 미세먼지 측정기에는 제조사에서 제공하는 기기마다의 정확한 측정 가능 스펙이 충분히 과학적으로 설명되어 있지 않기 때문에 이에 대한 보완 역시 필요하다고 판단되었다.
- 이에 본 연구에서는 일반적인 시민의 입장에서 휴대용 미세먼지 측정센서의 신뢰도의 평가가 필요하다고 판단하였다. 또한 현재의 소형센서들은 작고, 상대적으로 저가이며, 무선 통신기능을 갖추고 있어 이러한 한계를 극복할 수 있는 좋은 대안이라 할 수 있을 것이다.
- 그러므로 본 연구의 의미는, 고가의 정확한 공인장비를 사용한 검증실험을 수행하기에 앞서 현존하는 센서에 대한 많은 궁금증을 과학적인 접근 방법을 통해 해소하고자 한, 초기적인 신뢰성과 활용성 연구라는 의미를 가진다고 사료된다. 본 연구를 시작으로 향후에 공인된 장비를 통한 정확하고 신뢰성 있는 연구가 지속적으로 수행되어야 할 것이다.
- 또한 마스크의 착용은 마스크 자체의 효율에도 영향을 받지만 마스크와 안면 사이의 기밀에 따라 훨씬 더 큰 영향을 받을 수 있기 때문에 이번 실험은 상대적이며 기초적인 시도로서의 의미를 가지는 것으로 이해해야 할 것이라고 판단된다. 이와 같은 이유로 정확한 결과를 얻기 위해서는 공인시험법에 따른 추가 실험이 필요할 것이다.
- 즉, 기기 제조사별로 측정 절대값의 수준은 차이가 있었지만 동일 제조사의 기기 간 재현성은 나쁘지 않았고 선형성도 좋았기 때문에, 휴대형 저가 미세먼지 측정기를 활용하여 전반적인 오염도 변화를 파악하거나 오염도의 상대적 비교를 하는 용도로는 유용하다고 판단되었다. 하지만 여기에서 쓰인 모든 장비는 우리나라 대기환경 중의 미세먼지 농도를 측정하는 공인 시험방법이 아니기 때문에 본 실험은 기초적인 신뢰성 검토실험으로 이해되어야 하며, 좀 더 정확한 공인시험장비를 통한 지속적인 검증시험이 필요하다.
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