건축자재에서 발생되는 휘발성유기화합물(VOCs)과 포름알데히드

건축자재에서 발생되는

휘발성유기화합물(VOCs)과 포름알데히드

 

 

1. 서 론

 

 현대인들은 하루생활 중 80～90%이상 대부분의 시간을 실내에서 생활하고 있어, 실내공기질(IAQ)의 효율적인 관리가 무엇보다 중요하게 요구되고 있다. 최근 건축물은 제한된 국토의 효율적인 이용을 위하여, 점점 더 고밀도화되고 있으며, 에너지 절약을 위하여 단열화와 기밀화에는 많은 진보가 있으나, 환기량이 크게 감소하여 실내공기질은 악화되고있다.

 건축물의 단열화와 기밀화를 향상시키기 위하여 고효율 건축내장재의 사용과 다양한 공법들이 적용되고 있다. 한편, 최근 건축물에 사용되고 있는 건축내장재는 복합화합물질로 구성되어 있어서, 인체에 발암성과 위해성을 갖는 휘발성 유기화합물 (Volatile Organic Compounds : VOCs)과 포름알데히드(HCHO)를 비롯하여 다양한 유해화학물질(Hazardous Air Pollutants : HAPs)들이 방출되고 있다. VOCs와 HCHO는 빌딩증후군(Sick Building Syndrome : SBS)의 중요한 원인물질로 작용하며, 재실자들의 건강에 많은 문제점을 제기하는 등 실내공기오염의 중요한 오염물질중의 하나이다.

 

 

2. 휘발성유기화합물(VOCs)

 

 VOCs는 공기중에 존재하는 수많은 종류의 휘발성유기화합물질을 총칭하며, 방향족 탄화수소와 지방족 탄화수소(Paraffin계, Olefin계)의 일반 탄화수소와 질소, 산소 및 할로겐 원소를 포함하는 비균질 탄화수소(알데히드, 케톤류 등)가 해당된다. 다른 명칭으로는 탄화수소, 반응성 유기가스, 비메탄계 휘발성유기화합물 등으로 사용되기도 한다. 또한, VOCs는 인체에 발암과 유전독성, 중추신경계의 장해유발 등 사람들의 건강상에 많은 악 영향을 미치는 것으로 알려져 있으며, 미국, 일본, 유럽 등 각 국가마다 VOCs에 대해 조금씩 다르게 정의하고 있다.

 우리나라의 경우는 대기환경보전법 제28조의2 제1항에 “휘발성 유기화합물질”이라 함은 탄화수소류 중 석유화학제품?유기용제 기타 물질로서 환경부장관이 관계중앙행정기관의 장과 협의하여 고시하는 것으로 정의하고 있다.

 VOCs는 존재 상의 형태에 따라서 휘발성, 반휘발성, 비휘발성으로 구분하고, 증기압이 10-2kPa 이상을 휘발성, 10-2～10-8kPa을 반휘발성, 10-8kPa 이하를 비휘발성으로 분류한다. 또한, 세계보건기구(WHO)에서는 VOCs를 비등점 범위에 따라 구분하며, 비등점이 0℃～(50-100℃)를 고휘발성, (50-100℃)～(240-260℃)를 휘발성, (240～260℃)～(380-400℃)를 반휘발성, 380℃이상을 고체상태(Particulate organic compounds : POM)로 분류하고 있다.

 건축자재에서 발생되는 VOCs에 대해 일본, 미국, 핀란드, 덴마크 등 여러 선진국가에서는 총 휘발성유기화합물(TVOCs)의 개념을 사용하고 있으며, 건축자재에서 발생되는 VOCs의 종류는 매우 다양하여 모든 물질에 대한 언급이 어렵기 때문에 인체의 영향과 관련성이 큰 물질에 대해 중요성을 부각시키고 있다.

 

3. 포름알데히드(HCHO)

 

 포름알데히드는 무색의 가스로 자극성이 강하고 호흡곤란을 유발할 수 있는 악취 (냄새역치 : 0.8 ppm)를 가지고 있으며, 물에 잘 녹는 성질이 있고, 40% 수용액을 포르말린이라고 하며, 액체상태의 수용액으로 사용되기도 한다. 또한, 포름알데히드는 그 자체만으로 또는 다른 화학물질과 조합되어 여러가지 제품을 생산하는데 사용되는 것으로 끊는점이 -21℃로 낮아 폭발의 위험이 있는 물질이다.

 인체로 유입되는 경로로는 호흡, 섭취, 흡수 등이 있으며, 그 중에서 호흡에 의한 독성이 가장 강하게 나타나고 눈, 코, 피부, 호흡기 자극, 구토 및 각종 알레르기 반응을 유발하기도 한다. 포름알데히드는 국제암연구센터( IARC )의 동물실험결과 발암물질로 확인되었으나, 인체에 대해서는 코, 피부, 호흡기 자극 이외에 세포조직의 변화에 따른 돌연변이성, 기형성, 호흡에 의한 폐 자극 그리고 어린이들에게 천식 등을 유발하지만 발암성에 대한 확실한 증거는 아직 없으므로 암을 유발할 가능성이 있는 물질로 알려져 있다

 

 

4. 인체에 미치는 영향

 

 건축자재에서 방출되는 VOCs 중 80% 정도는 호흡기를 자극하고 눈의 통증이나 자극을 유발하며, 이 중에서 일부 물질은 암을 유발할 수 있는 발암성 물질로 알려져 있다. 이러한 물질이 비록 낮은 농도로 실내에 존재할지라도 오염된 공기환경에서 대부분의 시간을 생활하는 재실자에게 실내환경에 대한 불만족 요소로 작용할 뿐만 아니라 건강에도 직접적으로 나쁜 영향을 미치게 된다. 실내공기에서 VOCs 물질의 농도는 외부공기보다 수배에서 수십배정도 높게 나타나며, 특히 신축건물에서는 최고 수백배까지 높은 농도를 나타내고 있다. 이는 대부분 건축자재로부터 방출되는 것으로 재실자에게 불쾌한 냄새나 호흡기의 자극뿐만 아니라 피로감, 메스꺼움, 또는 집중력 감퇴 등을 유발한다.

 실내에서 TVOCs 농도가 1～2 ppm 또는 0.2～0.5 ㎎/㎥을 초과할 경우 주의가 요구된다. 일반적으로 TVOC 농도가 0.4 ㎎/㎥ 이하에서 재실자는 이에 대한 불쾌감을 호소하기 시작하고, 0.6 ㎎/㎥의 농도에서 재실자의 20% 정도가 자극을 느끼며, 가벼운 두통 등의 증상을 호소하게 된다. 또한, 1.0 ㎎/㎥의 농도에서 비로서 인간은 냄새 등으로 오염물질을 감지할 수 있는 정도가 된다. 고농도 VOCs에 대한 인체영향으로는 급성장해와 만성장해가 있으며, 급성장해로는 중추신경계의 마취작용이 있다. 또한, 만성장해로는 중추신경계의 장해와 말초신경계의 장해가 있으며, 중추신경계의 장해로는 감각이상, 기억력 감퇴, 수면장해 등이 있다. 만성장해 중 이황화탄소, 노르말헥산, 스티렌 등에 장기간 노출될 경우 말초신경계에 장해를 입어 손가락이나 발가락 부위에 대칭적으로 무감각이나 감각이상 현상이 발생된다.

 포름알데히드는 2～10 ppm의 범위에서 두통, 메스꺼움, 어지러움, 구토증세, 기침 등을 유발하며, 피부, 기관지, 눈에 자극을 준다.  예민한 사람의 경우에는 0.1 ppm 정도에서도 이러한 증상을 나타낼 수 있으며, 특히 천식환자에게는 매우 자극적인 물질이다.

 

<표 1> TVOC 농도와 건강상의 영향

 

건강상의 영향	TVOCs 농도(㎎/㎥)
영향이 없음	< 0.3
건강영향 발생 가능.	0.3 ～ 3.0
건강영향 발생	3.0 ～ 25
독성 범위	> 25

 

 

5. VOCs와 HCHO의 방출특성

 

 건축자재에서 VOCs와 포름알데히드는 오랜시간동안 느린 속도로 방출된다. 건축물 신축 후 초기부터 3～4년간은 지속적으로 다량의 VOCs와 포름알데드가 방출되며, 시간의 경과에 따라 방출량이 점점 감소하다가 5년이상 경과하면 거의 방출이 정지된다고 보고되고 있다. 또한, 건축자재의 종류와 생산과정, 생산 후 경과시간의 정도에 따라 방출되는 양에는 차이가 있다.

 건축자재에서 VOCs와 포름알데히드는 증발물질전달, 흡착된 화합물들의 탈착, 건축자재 내부의 확산 등의 물질전달과정을 통해 실내공기로 방출된다. 합판류 등의 건조된 건축자재의 경우 주로 내부확산에 의해 방출되고  페인트와 접착제 등은 시공초기 표면으로부터의 증발에 의해 이루어지며, 일정시간 경과 후 표면이 건조되기 시작하면 내부확산에 의해 방출되는 특성이 있다.

 포름알데히드는 건축자재의 수명, 실내 온도 및 습도조건 등에 영향을 받으며, 일반적으로 생산 년수가 짧고, 높은 온도 및 다습한 조건에서 많은 양이 방출된다. 따라서 포름알데히드의 저감을 위해 제습기를 이용한 습도조절 및 일정한 온도조건을 유지할 수 있는 에어컨의 사용과 환기량을 증가시키는 방법 등이 사용되고 있다.

 그림 1은 바닥재료에서 시간의 경과에 따라 방출되는 TVOCs와 HCHO의 방출강도(EF)를 나타낸 것으로 TVOCs는 실험초기 고농도로 방출되다가 시간의 경과에 따라 빠른 속도로 감소하는 반면 HCHO는 실험초기 TVOCs에 비해 낮은 농도의 방출을 보이고 있으나 시간의 경과에 따라 매우 느린 속도로 감소하는 것을 볼 수 있다.

 

<그림 1> 바닥재료에서 방출되는 TVOCs와 HCHO

 

  <표 2> VOCs와 포름알데히드의 방출 영향인자와 방출강도

 

영 향 인 자	방 출 강 도
방출물질 조성	오염물질의 함유량이 많을수록 크다
함유물질의 수증기압	수증기압이 높을수록 크다
표면적	재료의 방출 표면적이 클수록 크다
두께	재료의 두께에 따라 방출 기간에 영향
오염물질 함유밀도	밀도가 높을수록 크다
표면 처리상태	재료 표면의 처리에 따라 영향
흡착성	오염물질의 흡착 후 재방출 비율 증가

 

 

6. 국외 연구동향

 

 건축자재에서 방출되는 VOCs와 포름알데히드에 대한 연구는 외국의 경우 다양한 건축자재를 대상으로 여러가지 실험조건에서 실시되고 있다. 브라질의 F R de Aquino Neto는 주택과 사무실의 신축, 개조에 따른 TVOCs 농도변화에 대해 연구하였으며 페인트, 접착제, 플라스틱, 타일, 카펫트, 가구, 벽지로부터 주로 VOCs가 발생되는 것으로 보고되고 있다. 건축물의 준공 초기 실내 TVOCs 농도는 0.68～1.09㎎/㎥이었고 2개월 경과후에는 0.05～0.63㎎/㎥로 감소하였으며, 6개월 후에는 대략 0.35㎎/㎥로 감소하는 것으로 보고하고 있다.

 미국 환경청(US EPA)에서 가정집을 대상으로 VOCs와 포름알데히드를 측정한 결과 우레아수지폼 단열재(UFFI)를 사용하지 않은 오래된 집에서의 포름알데히드 농도는 0.1ppm이하인 반면, 신축된 집에서의 포름알데히드 농도는 0.3ppm이상 되는 것으로 조사되고 있다.

 포름알데히드에 대한 국제적 추세로 미국은 1980년대 초 포름알데히드의 유해성에 대한 논란이 있었으며, 이에 대한 대책을 마련하기 위하여 포름알데히드가 다량 함유한 우레아수지폼 단열재의 사용을 금지하였고, 캘리포니아주에서는 1986년 포름알데히드를 유해물질 명단에 추가하여 사용에 대해 법률화하였다. 일본의 경우는 1997년 6월에 후생성에서 포름알데히드에 대한 기준을 마련하였으며, WHO의 기준과 동일한 30분 평균농도 0.1 mg/㎥(0.08ppm)로 기준을 설정하는 등 포름알데히드에 대해 많은 연구가 진행중이다.

 

 7. 건축자재 선정기준

 

 건축자재에서 발생되는 VOCs와 포름알데히드의 농도를 감소시키고 쾌적한 실내공기질을 확보하기 위하여, 선진국에서는 건축자재에 대해 그린화와 인증제도를 적용하고 있으며, 인증제도는 TVOCs와 포름알데히드의 방출농도와 방출강도를 이용하여 기준을 설정하고 있다.

 특히, 스웨덴, 노르웨이, 핀란드, 덴마크의 연합체로 구성된 SCANVAC은 에너지, 건축환경, 의학 등을 전문으로 하는 학회이며, 건축자재에서 발생되는 TVOCs와 포름알데히드의 방출농도에 따라 실내환경을 3단계(AQ1, AQ2, AQ3)로 구분하고 최대방출강도를 측정하여 건축자재를 3등급으로 분류하고 있다. 핀란드는 내장재료를 M1, M2, M3의 3등급으로 분류하고 있으며, M1은 오염물질을 방출하지 않는 천연재료로 구성된 건축재료이고, M2는 블록, 자연 석재, 대리석, 유리재료와 같이 M1 영역의 오염 물질을 방출하지 않는 재료이며, M3는 오염물질의 방출성능을 모르는 재료와 M2에서 제한하고 있는 기준값을 초과하고 있는 재료이다. 또한, 실내환경을 S1, S2, S3의 3가지 분류영역으로 구분하고 S1에는 M1의 마감재료를 적용하고 S2에는 M2 이상의 재료를 적용하도록 하고있다.

 국내의 경우 한국공기청정협회를 중심으로 벽지, 바닥재, 목재, 판넬 등의 일반자재와 페인트, 접착제 등에 대해 표 3과 같이 각각의 건축자재에서 단위면적당 단위시간당 발생되는 VOCs와 포름알데히드의 방출강도(㎎/㎡?hr)를 이용하여 3개의 등급으로 구분하고 있다.

 

<표 3> 각 국가별 건축재료의 기준

                                                                          (단위 : ㎎/㎡?hr)

	물질	한국 (공기청정협회)	핀란드	SCANVAC	일본 (JAS-합판)
1등급	TVOCs	0.2 이하	0.2 이하	최대 0.04(MEC-A) 최대 0.1(MEC-B)	TVOCs 목표치 0.4㎎/㎥(후생성)
	HCHO	0.05 이하	0.05 이하	-	0.5㎎/ℓ(F1)
2등급	TVOCs	0.2～0.4	0.2～0.4	-
	HCHO	0.05～0.125	0.05～0.125	-	5㎎/ℓ(F2)
3등급	TVOCs	0.4 이상	0.4 이상	최대 0.45(MEC-C)
	HCHO	0.125 이상	0.125 이상		10㎎/ℓ(F3)

      * MEC : Material Emission Class

 

 

8. 건축물 환경인증 제도

 

 건축환경에 대한 관심이 증대되고 실내공기질의 개선과 효율적인 관리를 위하여 건축자재에 대한 그린화와 인증제도가 새롭게 관심을 모으고 있다. 건축물에 대한 환경인증 관련제도는 외국의 경우 1990년대 초부터 현재까지 계속해서 시행되고 있다. 1993년 영국에서는 이미 특정지역의 신축건물에 대한 환경성능 평가를 실시하였으며, 이를 토대로 건물을 평가하여 각 분야별 성능에 따른 평점제도를 도입한 인증제도를 제도화 하였다. BREEAM(building research est- ablishment environment assessment method)는 주택과 주거단지를 운영대상으로 하고 있으며, 매우 성공적으로 실시되고 있어 일반인, 건축가, 건축주, 임차인 모두에게 매우 긍정적으로 평가 되고 있을 뿐 만 아니라 건설시장에 널리 보급되고 있다. 미국은 1993년 고층공동주택을 대상으로 LEED(leadership in energy en- vironmental design)를 제정하여 실내 환경성능을 향상시키면서 외부환경에 대한 영향을 최소화하기 위한 기준을 제시하고 있다. 핀란드에서는 건축자재에서 발생되는 VOCs와 포름알데히드의 방출특성을 파악하여 실내환경과 마감재료에 대한 분류 규정을 제정하여 실내환경 설계지침으로 활용하고 있다. 이 규정에는 건축주나 시공업체, 건축가, 건축자재 생산업체 등이 필요로 하는 자료를 제공하고 있으며, 건축공사 관리규정, 건축공사 시방서, 설비공사 시방서, 건축시공 업체와 건축가를 위한 설계지침, 기타 건축행위에 따른 각종 관계서류에 첨부되어 활용되고 있다. 일본의 농림성에서는 HCHO의 방출량이 많은 바닥목재와 합판재의 규격을 설정하여 제품에 라벨을 부여하고 있으며, 합판공업조합과 함께 JAS를 제정하여 오염물질 방출강도에 따라 F1(0.5㎎/ℓ이하), F2(5㎎/ℓ이하), F3(10㎎/ℓ이하)로 구분하여 마크를 부여하도록 규정하고 있다.

 우리나라의 그린빌딩인증제도는 1999년～2000년 능률협회인증원에서 17개 공동주택에 그린빌딩시범인증을 실시하였고 2000년 4월～12월 대한주택공사에서는 8개공동주택에 대해 주거환경우수주택 시범인증을 실시하는 등 이분화되어 있었으며, 이처럼 이분화되어 있는 그린빌딩인증제도에 대해 2002년 환경부와 건설교통부를 중심으로 한국그린빌딩협의회, 한국그린빌딩위원회, 대한주택공사를 시행기관으로하여  건축물로 인한 환경영향 최소화, 에너지 사용의 효율화, 쾌적한 주거환경 조성을 목적으로하는 친환경건축물(Green building)인증제도가 시행되고 있다. 이러한 친환경건축물 인증제도의 평가항목과 평가의 배점은 실내환경의 6개항목에 대한 14점을 포함하여 총 44개항목에 대해 120점으로 구성되어 있다. 실내환경중 공기환경에는 휘발성 유기물질 저 방출자재의 사용 항목을 포함하고 있으며, 일반자재, 벽지, 목재, UFFI 등의 건축자재에 대한 TVOCs와 포름알데히드의 기준을 명시하고 있다. 또한, 배점에 있어서 UFFI의 사용여부와 건축자재의 제품수에 따라 가중치를 다르게 적용하고 있다. 또한, 인증등급은 최우수 친환경건축물과 우수 친환경건축물의 2개의 등급으로 나누어져 있으며, 총점을 기준으로 85점 이상에 대해서는 최우수 친환경건축물, 65점 이상 ～ 85점 미만의 건축물에 대해서는 우수 친환경건축물의 인증등급과 마크를 부여하고 있다. 그린빌딩 인증제도의 시행에 있어서 문제점으로는 건축물의 환경성능을 인정받지 못한 상태에서 환경친화에만 국한하여 평가기준을 작성할 경우 여러가지 부작용이 발생될수 있으므로 환경친화적인 검토와 건축환경 성능평가가 동시에 이루어질 필요가 있다. 또한, 그린빌딩 평가시 건물의 건축 설계단계에서 분석기술 수준 및 자료, 경험을 바탕으로 건물수명 전과정에 걸친 미래의 불확실한 환경성능을 예측하는 것이기 때문에 전문적인 기술과 자료, 경험의 축적이 요구되나 이러한 사항을 만족하지 못하기 때문에 평가시 정확성 및 신뢰성 확보에 한계가 있는 것으로 보고되고 있다. 이상과 같이 우리나라 정부에서도 실내공기질 관리법의 기준항목으로 VOCs와 포름알데히드를 첨부할 예정이며, 그린빌딩인증제도 등의 실내건축자재에도 VOCs와 포름알데히드의 항목이 평가될 것으로 보인다. 지금까지는 건축자재에서 배출되는 오염물질에 대하여 관심을 갖지 못하였으나 이제부터는 좀더 많은 관심을 갖고 쾌적한 실내환경을 만들 수 있도록 노력하여야 할 것이다.