Characteristics of Indoor Particulate Matter Concentrations by Size at an Apartment House During Dusty-Day

황사 발생시 아파트 실내에서 미세먼지 크기별 농도 특성

Abstract

It is recommended for the public to stay at home and to close the doors and windows when a high-particulate-matter environment such as a yellow sand event occurs outside. However, there are lack of empirical studies describing how much outdoor PM infiltrates into a closed house and how much indoor PM an inhabitant is exposed to during the period. In this study, the $PM_{10}$ and $PM_{2.5}$ were measured at the kitchen in an apartment house by an optical particle counter for 3 days including a yellow sand event. The outdoor PMs and the outdoor wind speeds were referred from surrounding weather stations. We analyzed the penetration of $PM_{10-2.5}$ and $PM_{2.5}$ at the test house against the outdoor wind speed supposed corresponding to the change of air exchange rate. In addition, the effect of an indoor activity on change in the indoor PM was investigated. In result, the indoor $PM_{10-2.5}$ was very low even a yellow sand event occurred outside; rather, a contribution of indoor activities to increase in $PM_{10-2.5}$ was higher. In contrast, the indoor $PM_{2.5}$ fluctuated following the outdoor $PM_{2.5}$ trend at high wind speeds or remained almost constant at low wind speed.

본 연구에서는 국내에서 가장 일반적인 유형의 주택으로서 3인 가구가 거주하는 공급면적 $117.69m^2$의 일반형 아파트를 측정 주택으로 선정하여 실증 측정을 진행하였다. 황사 발생이 포함된 3일 측정기간 동안 미세먼지 변화 특성을 관찰하여 분석하였다. 관측된 미세먼지($PM_{10}$)를 상대적으로 큰 먼지($PM_{10-2.5}$)와 초미세먼지($PM_{2.5}$)로 나누어 대기와 실내의 먼지의 농도변화를 분석하였다. 연구 결과로 재실자의 활동이 없는 외출이나 취침 기간에는 주택의 침기 특성을 확인할 수 있었다. 미세먼지 중 상대적으로 큰 $PM_{10-2.5}$ 크기 입자는 외기의 풍속이 5 m/s까지 증가하여 침기량이 증가해도 대기 농도 대비 실내 농도비가 7% 이하인 반면, $PM_{2.5}$의 경우 외기 속도가 5 m/s까지 증가하면 50% 이상으로 증가하였다. 황사가 심한 대기 상태에도 본 연구의 측정 주택의 경우 실내 $PM_{10-2.5}$는 시평균$15{\mu}g/m^3$로 대기 농도의 5% 수준으로 일상 조건과 비슷했다. 재실자의 활동이 있는 경우에는 미세먼지 중 초미세먼지를 제외한 상대적으로 큰 먼지는 자연환기와 실내 사람의 움직임과 같은 행동 영향이 지배적이었다. 실내 $PM_{10-2.5}$ 농도는 대기 농도가 낮은 경우에는 대기 농도의 약 50%를 차지하는 경우도 있었다. 재실자의 활동 중, 초미세먼지의 발생이 클 것으로 예상되는 굽기나 튀기기가 포함된 조리나 실내 흡연이 없었기 때문에, 재실자가 없는 경우와 마찬가지로 초미세먼지는 실내 농도가 실외 농도의 추이에 따라 함께 변동하는 양상을 보였다. 외부공기가 침기에 의해 창틈, 문틈으로 유입되는 과정에서 초미세먼지는 약 30~40% 정도가 제거되고 실내로 많은 비율이 유입되기 때문에 실외 초미세먼지의 실내에 대한 영향이 컸다. 본 연구의 분석 데이터는 측정이 이루어진 대표 주택에 해당하는 것으로, 새로 지어진 기밀 성능이 높은 신축 아파트나 침기가 상대적으로 클 것으로 예상되는 오래된 단독주택에서는 다른 특성이 나타날 것으로 예상되므로, 이에 대한 추가적인 연구가 필요하다고 생각된다.

Fig. 1. A layout of the test house showing the sampling points and the location of an air purifier.

Fig. 2. The time-series of the interior and exterior PM10 during the experimental period.

Fig. 3. The time-series of the interior and exterior PM_10-2.5 during the experimental period

Fig. 4. The time-series of the interior and exterior PM_2.5 during the experimental period

Fig. 5. Indoor-outdoor ratio (I/O ratio) of the PM_2.5 and the PM_10-2.5 corresponding to wind speed without an indoor activity by the residents (a) and with one (b).