KR20130047723A - 실내공기 라돈농도 저감용 창틀 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 고가의 환기설비를 설치하지 않고 또한 창문을 열어 자주 환기를 하지도 않으면서 시중에서 쉽게 구할 수 있는 프로파일, 필터 및 철망을 이용하여 가장 경제적으로 실내공기의 라돈농도를 낮출 수 있는 기술에 해당한다.

Description

실내공기 라돈농도 저감용 창틀 {Window frames to Reduce the Concentration of Radon in Room air}

본 발명의 기술 분야는 주택, 학교, 군부대, 다중이용시설 등 라돈농도 관리가 필요한 시설을 대상으로 실내공기의 라돈 농도를 관리기준치 이하로 낮추기 위한 기술이다.

폐암을 유발하는 1급 발암물질로 분류되어 있는 라돈이 실내공기 중에서 높은 농도로 검출된 경우 그 원인을 분석해 보면, 건물 주변 토양가스에 존재하는 라돈이 건물 바닥의 틈을 타고 토양가스와 함께 실내로 유입되었거나 인산부생석고를 원료로 사용한 석고보드 또는 라돈방출률이 높은 화강암과 황토를 실내마감재로 사용한 경우가 대부분이며, 라돈농도가 높은 지하수를 건물 내에서 사용하는 경우에도 라돈농도가 높아질 수 있다.

기존의 라돈 저감화 기술에는 위에서 열거한 3가지 유입 경로를 조사한 후 주요 유입 경로를 차단하는 보다 근본적인 방법과 환기에 의하여 실내공기 중에 존재하는 라돈을 희석시키는 간접적인 방법이 있을 수 있다. 라돈 저감화 기술에 있어서 지금까지 알려진 방법들을 간단하게 열거한다면, 건물의 균열 부분을 실리콘 등의 실링제로 충전하든가 라돈방출률이 높은 건축자재의 표면을 페인트로 도포하든가 또는 라돈의 농도가 높은 지하수가 실내로 유입되지 않도록 하는 등의 근본적인 저감화 기술 및 다음에 열거한 바와 같이 배기펌프가 구비된 환기설비를 사용하거나 주기적으로 창문을 열어 실내공기를 환기시키는 간접적인 저감화 기술이 있을 수 있다.

① 공개특허 10-2012-0040927: 라돈 가스 배출용 마감재와 이를 이용한 유해 물질 배출 시스템 및 시공 방법

② 공개특허 10-2012-0100532: 라돈 제거기

③ 공개특허 10-2013-0020101: 건물 1층의 바닥 하부 공간을 활용한 실내 라돈 저감장치 및 설치 공법

배기펌프가 구비된 환기설비를 사용하는 저감화 기술의 경우에는 초기설치비의 부담뿐만 아니라 운영에 따르는 비용도 무시할 수는 없으며 건물 바닥의 균열된 정도 및 건물 구조에 따라 라돈 저감효과가 높지 않을 수도 있다. 주기적으로 창문을 열어 실내공기를 환기하여 라돈농도를 낮추는 방법을 적용하는데 있어서도 통상적으로 환기 후 약 12시간 정도 지나면 실내의 라돈 농도는 다시 최고의 농도에 근접해지기 때문에 1일 2회 이상의 환기가 필요할 수 있으며, 또한 30분 정도 충분하게 환기해야 하므로 별도의 냉난방 장치가 가동되는 여름철과 겨울철에는 에너지 손실에 따르는 경제적인 부담을 감수해야 한다. 그뿐만 아니라 자동차 도로에 근접한 건물의 경우와 황사 발생철인 경우와 같이 외부 공기가 심하게 오염된 경우에는 환기 자체가 어려울 수도 있으며 또한 환기를 위하여 창문을 열어 놓는 경우에는 해충과 외부인의 무단침입 등이 발생할 수 있으므로, 창문을 열어 실내공기를 환기하는 방식은 실내공기의 라돈농도를 낮추는데 있어서 근본적인 해결책에 해당된다고 할 수 없을 것이다.

본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제는, 일반인들도 쉽게 적용할 수 있는 간접환기 방식으로 실내 라돈농도를 가능한 낮게 유지할 수 있는 방법을 구현해 내는 것이다.

본 발명의 목적을 달성하기 위한 수단으로는 건물 바닥의 균열부로부터 실내로 유입되는 라돈의 양을 최소한으로 줄일 수 있도록 하는 것이며 또한 실내로 유입된 라돈은 간접환기 방식으로 희석시키되 그 효과가 24시간 동안 지속 되도록 하는 것이다.

본 발명으로 인하여, 고가의 환기설비를 설치하지 않고 또한 일정시간 간격으로 창문을 열어 환기를 하지 않더라도, 가장 저렴한 비용으로 실내공기 중의 라돈 농도를 낮게 유지할 수 있게 되었다.

도 1. 두께 1.2mm 망목 12mm 규격의 스테인레스철망(2)이 알루미늄 프로파일(1) 안쪽에 견고하게 고정된 형태의 사각형 구조물을 설명하기 위한 것이며, 측면도(11) 상면도(12) 측단면도(201) 하단면도(202)를 함께 표시한 그림이다.
도 2. 오링 또는 프로파일 공급사에서 제공하는 커버(4)를 사용하여 '도1'의 구조물에 필터(3)를 장착한 형태의 창틀을 설명하기 위한 것이며, 측단면도와 하단면도를 함께 표시한 그림으로써, 실내에 위치한 필터의 단면은 311 및 321로 표현하였으며 실외에 위치한 필터의 단면은 312 및 322로 표시하였다.
도 3. 유리창을 분리한 기존의 창틀(5) 형태의 구조물에 '도2'에서 소개한 창틀을 실리콘접착제(6)와 기타 기구를 이용하여 고정한 집합체를 설명하기 위한 것이며, 측면도(51) 상면도(52) 측단면도(521) 하단면도(511)를 함께 표시한 그림이다.
도 4. 그림이 그려진 염색 한지를 필터로 사용하면 인테리어 효과를 나타낼 수 있다는 것을 시각적으로 표현하기 위한 그림이다.
도 5. 7.5m×9.0m×2.7m 규격의 가상의 초등학교 교실에서 상부에 위치한 1.6m×0.9m 규격의 유리창 2장을 필터가 장착된 창틀로 교체한 것을 그림으로 나타낸 것이며, 이때 필터가 차지하는 면적은 측벽 4면과 바닥 및 천정을 포함한 실내 전체면적의 약 1.28%에 해당한다.
도 6. 외기와 접한 창이 없거나 또는 외기와 접한 창틀에 필터를 장착하기 곤란한 방이 있는 경우에도 적용할 수 있다는 것을 설명하기 위한 것으로써, 방문에 창을 낸 후 쫄대 또는 오링을 사용하여 필터를 장착한 그림이다.
도 7. 프로파일의 다양한 구조를 시각적으로 설명하기 위한 그림이다. 알루미늄 또는 플라스틱으로 사출성형이 가능한 범위 내에서 모든 형태의 프로파일 구현이 가능하며, 결국 유리를 사용하지 않는 창틀을 제작하는데 있어서 프로파일을 사용한다면 사각형의 창틀뿐만 아니라 여러 형태의 창틀 구현이 가능하다는 것을 알 수 있다.

기체상태방정식(PV=nRT, P,V,T는 각각 압력,부피,절대온도, n은 기체의 몰 수, R은 기체상수로써 8.314 Joule/mol·K)에 의하면 압력과 온도는 비례관계에 있으므로 일정한 공간 내에서 온도가 증가하면 압력이 증가하게 되고 온도가 내려가면 압력도 따라서 내려가게 된다는 것을 알 수 있다. 주택이나 학교 등 라돈 농도 관리가 필요한 건물은 대부분 철근 콘크리트 골격에 시멘트 벽돌이나 석고보드 등으로 이루어진 벽체 및 유리창으로 구성된 밀폐형 구조이므로, 대기압의 변화뿐만 아니라 냉난방장치의 가동에 따라 실내 온도가 변화할 때 발생하는 실내외의 압력 차이는 일정시간 동안 지속 될 수밖에 없으며, 이런 압력 차이가 사라질 때까지는 건물의 여러 미세한 틈을 통한 공기의 출입은 계속될 것이다. 특히 건물의 바닥에 균열이 있는 경우에는 실내 공기의 압력이 낮아지는 시점에 건물 바닥의 균열부를 통하여 실내로 유입되는 토양가스의 양이 급격하게 증가하는 펌핑(Pumping) 효과가 나타나게 되는데 이 시점에서 실내공기 중의 라돈농도는 급격하게 높아질 수 있다.

본 발명에서는 필터를 장착한 창틀을 사용하여 대기압 및 실내온도 변화에 따르는 실내외의 압력 차이를 신속하게 없애주어 실내외 압력차에 따르는 펌핑(Pumping) 효과가 발생하지 않도록 하여 건물의 미세한 틈으로부터 유입되는 라돈의 양을 최소화하였으며, 또한 직접환기에 따르는 열손실, 콜드드래프트 및 미세먼지와 해충 침입의 우려 없이 필터를 이용한 간접환기 방식에 의하여 실내 라돈농도를 낮출 수 있도록 하였다. 다음의 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것이며, 본 발명은 이에 국한되지 않는다.

19.5cm×27cm×30cm 크기의 밀폐용기 내부에 라돈방출선원과 라돈측정기를 넣고 24시간 동안의 평균 라돈농도를 측정한 결과와, 같은 규격의 밀폐용기 한쪽 면에 전체면적의 약 0.45%에 해당하는 5cm×3.5cm 크기의 직사각형 구멍 1개를 뚫은 다음 24시간 동안의 평균라돈농도를 측정하여 창문을 하루 종일 열어 놓은 상태와 유사한 조건에서의 자연환기에 의한 라돈저감 효과를 도출해 보았다. 또한, 기공이 1.2um, 두께가 0.17mm인 유리섬유필터 및 두께 0.07mm인 한지를 5cm×3.5cm 직사각형의 구멍에 부착한 상태에서 24시간 동안 밀폐용기 내부의 평균라돈농도를 각각 측정한 후 필터를 장착한 창틀의 상태와 유사한 조건에서의 간접환기에 의한 라돈저감 효과를 도출해 보았으며 그 결과를 '표1'에 나타내었다.

간접환기 방식에 있어서 필터의 종류에 따른 라돈 저감효과 비교

구 분		밀폐용기 (close)	구멍창 (open)	유리섬유필터(0.17mm)		한지부착(0.07mm)
				1 장	2 장	1 장	2 장
라돈농도 (pCi/L)	내부	5.13	1.33	2.56	2.98	1.95	2.28
	외기	0.81	1.00	0.57	0.56	0.49	0.80
라돈저감율(%)		-	92.36	53.94	43.98	66.20	65.74

'실시예 1'을 통하여, 구멍창에 필터를 부착하지 않고 24시간 열여 둔 상태에서는 약 92%의 라돈저감 효과가 있는 것을 확인하였으며, 구멍창에 0.17mm의 유리섬유 필터와 0.07mm의 한지를 각각 1장씩 부착한 경우는 각각 54% 및 66% 정도의 라돈저감 효과가 있음을 확인할 수 있었다. 특히, 얇은 한지가 상대적으로 라돈저감 효과가 우수하다는 결과로부터, 두꺼운 재질의 필터는 단열 면에서는 상대적으로 우수하겠지만 두꺼운 만큼 라돈저감 효과는 낮아지게 된다는 것을 확인할 수 있었다. 결국, 필터의 두께가 얇을수록 필터로 교체해야 하는 면적을 줄일 수 있게 될 것이며 또한 채광효과도 우수할 것이므로 실험결과만으로 판단한다면 본 발명의 목적을 달성하는데 있어서는 기존의 여러 종류의 필터보다는 상대적으로 더 얇게 가공할 수 있는 한지가 적합하다고 할 수 있을 것이다. 한지의 열관류율(W/㎡k, ㎉/㎡h℃)은 두께 3mm의 플로트유리와 유사하다고 알려져 있으므로 측벽 4면과 바닥 및 천정을 포함한 실내 전체면적의 약 0.45% 정도에 해당하는 면적을 필터로 교체하였다고 하더라도 이에 따르는 열손실은 무시할 수 있을 것이라 여겨지며, 결국 어떤 환경 또는 어떤 형태의 건물이라 할지라도 외기와 접촉하는 창틀에 장착된 필터가 차지하는 면적이 측벽 4면과 바닥 및 천정을 포함한 실내 전체면적의 0.1% 내지 3.0% 정도의 범위에서 열손실과 채광의 손실 등에 대한 큰 우려 없이 본 발명의 현장 적용은 가능할 것이라 여겨진다.

다만, 현장 적용에 있어서는 채광을 고려해야 할 뿐만 아니라 풍압에도 견딜 수 있어야 하며 건물의 구조 및 온도변화 등 현장 상황에 따라서 필터의 선택 폭은 달라질 것이므로 이에 따른 라돈저감 효과 역시 실험실의 데이터와 완전히 일치하지는 않을 것이다. 또한, 건물의 창틀은 대부분 외기에 직접 접촉하고 있으므로 외기와 접한 유리창의 일부를 필터로 교체하는 경우에는 비바람에 견딜 수 있는 필터의 선택 및 조류와 같은 동물의 충돌에 의한 파손 방지를 위한 조치가 필요할 수 있다. 특히, 방수효과가 높은 테플론 재질의 필터를 사용하지 않는 경우에는 실리콘 등으로 처리하여 방수 또는 발수 효과를 부여할 수 있을 것이며, 프로파일을 이용하여 필터와 필터 사이에 철망이 삽입된 형태로 창틀에 견고하게 고정할 수 있다면 풍압과 충격에도 견딜 수 있게 될 것이다. 본 발명에서 프로파일이라 함은 아노다이징으로 다양한 색상을 구현할 수 있는 알루미늄 재질의 프로파일뿐만 아니라 PVC 와 PC 등의 플라스틱 및 창틀로 사용 가능한 모든 재질의 프로파일을 포함하며, 철망이라 함은 도면의 설명에서 언급한 두께 및 망목이 각각 1.2mm 및 12mm에 국한하지 않고 시중에서 구입 가능한 모든 규격 및 스텐레스스틸 재질의 철망뿐만 아니라 모든 금속재질의 철망을 포함하며, 필터라 함은 천연섬유, 합성섬유, 유리섬유, 펄프, 활성탄, 세라믹, 펠트, 부직포, 한지 및 이들을 상호 복합한 형태뿐만 아니라 철망과 일체화한 것도 포함한다. 또한, 본 발명의 창틀은 벽에 고정된 형태뿐만 아니라 여닫을 수 있는 형태에도 적용이 가능하며, 건설단계에서뿐만 아니라 완공 후 기존의 창틀에서 유리창의 일부를 필터로 대체하는 형태로도 적용할 수 있다.

'실시예 1'을 통하여 얻은 결과를 가상의 초등학교 교실에 적용하여 해석해 본 결과는 다음과 같다. 가상의 초등학교 규격이 '도5'와 같다고 가정한다면 교실 전체면적의 약 1.28%가 필터로 교체된 것을 알 수 있으며 이는 '실시예 1'에서 시험한 필터가 차지하는 면적의 약 2.8배에 해당하는 크기이다. 가상의 초등학교 교실에서 사용한 필터가 한지라고 가정한다면 2개의 유리창 중에서 1개의 유리창만을 필터로 교체하였다고 하더라도 65% 이상의 라돈저감 효과를 기대할 수 있을 것이며, 한지로 교체하기 전의 실내 라돈농도가 10pCi/L이고 외기의 라돈농도가 0.4pCi/L라고 가정한다면 한지로 교체한 후의 실내공기 라돈농도는 관리기준치 이하가 될 것이라고 충분히 예측할 수 있다.

외기와 접촉한 창이 없거나 또는 본 발명을 적용할 수 없는 밀폐된 방의 경우에는, 방문의 구조를 '도6'과 같은 구조로 변경한 후 이와 동시에 방과 연결된 거실의 창문 중에서 외기와 접촉하고 있는 창틀의 일부를 '도3'의 구조로 시공한다면 밀폐된 방에서도 라돈저감 효과를 얻어낼 수 있을 것이다.

Claims (2)

1. 실내공기 라돈농도 저감용 창틀에 있어서,
   프로파일을 창의 규격에 맞게 재단하는 단계, 철망이 장착된 형태로 창틀 구조물을 조립하는 단계, 오링 또는 프로파일 공급사에서 제공하는 커버를 사용하여 창틀 구조물에 필터를 장착시키는 단계를 통하여 제작한 것을 특징으로 하는, 실내공기 라돈농도 저감용 창틀
   
2. 실내공기 라돈농도 저감용 창틀에 있어서,
   프로파일과 철망 및 필터로 구성된 것을 특징으로 하는, 실내공기 라돈농도 저감용 창틀
   
   

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