KR20150024375A - 실내공기 라돈농도 저감을 위한 기체확산식 필터가 장착된 창틀 - Google Patents

Abstract

본 발명은 외기와 접한 창의 유리를 기체확산식 필터로 교체하는 것을 수단으로 하여 실내공기의 라돈농도를 낮추기 위한 기술에 해당하며, 온도 변화에 의한 펌핑효과에 따르는 토양가스의 실내 유입을 억제하고 또한 실내 건축자재 표면에서 방출된 라돈 및 기타 경로를 통하여 실내로 유입된 라돈을 배출하기 위하여 환기팬을 가동하거나 또는 매일 1회 이상 창을 열어 환기해야 하는 불편함을 해소할 수 있는 기술이라고 할 수 있다.

Description

실내공기 라돈농도 저감을 위한 기체확산식 필터가 장착된 창틀 {Window Frame with Gas Diffusion Filter for Reducing Indoor Radon Concentration}

본 발명은, 주택, 학교, 다중이용시설 등 실내공기의 라돈농도 관리기 필요한 시설에서 실내공기의 라돈농도를 저감하기 위한 기술이며, 간접환기의 원리를 적용한 창틀 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 실내 라돈농도 증가의 원인이 될 수 있다.

기존의 라돈농도 저감화 방법에는 위에서 열거한 3가지 유입 경로를 조사한 후 주요 유입 경로를 차단하는 근본적인 방법과 직접환기에 의하여 실내공기 중에 존재하는 라돈을 희석시키는 임시적인 방법으로 구분할 수 있다. 건물의 균열부분을 실리콘 등의 실링제로 충전하든가 라돈방출률이 높은 건축자재의 표면을 페인트 등으로 도포하든가 또는 라돈의 농도가 높은 지하수가 실내로 유입되지 않도록 하는 등의 조치를 취하는 것이 근본적인 방법에 해당된다고 하면, 배기팬 또는 흡입팬이 구비된 설비를 사용하거나 또는 주기적으로 창문을 열어 공기를 순환시키는 것과 같은 직접환기 방식은 임시적인 방법에 해당된다고 할 수 있다. 특히 임시적인 방법에 있어서는, 실외의 먼지가 바람의 형태로 실내로 유입될 수 있으며 또한 필터를 흡입팬과 함께 사용한다고 하더라도 필터가 막힐 우려가 있기 때문에, 외부공기가 황사 등 미세먼지 등으로 오염된 기간에는 적용하기가 곤란하다고 할 수 있다.

① 등록특허 10-0476156: 환기장치가 구비된 창

② 등록특허 10-0577208: 환기 시스템

③ 등록특허 10-10-0662657: 미세 조절이 가능한 환기 창문

④ 등록특허 10-1302744: 디벨류 커튼월 창

기존의 직접환기 방법은 실외의 미세먼지가 바람의 형태로 실내로 유입될 수 있다는 것뿐만 아니라, 추운 겨울철에는 바람의 형태로 들어오는 실외의 차가운 냉기를 느낄 수 있으며 또한 이로 인하여 실내의 온도가 낮아질 수 있다. 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제는, 환기를 위해 창문을 열지도 않고 또한 미세먼지와 바람의 형태로 들어오는 공기의 유입을 차단하면서 실내공기 라돈농도 저감에 필요한 환기효과를 구현해 내는 것이다.

본 발명은, 외기와 접한 창의 유리를 기체확산식 필터로 대체하는 형태의 간접환기 방식으로 실내공기의 라돈농도를 저감하기 위한 기술로써, 바람 형태의 외부공기 유입 없이 오직 기체확산 과정만으로 실내공기의 라돈농도를 저감할 수 있도록 하는 것이다. 확산에 의한 라돈배출능력은 필터의 면적에 비례하겠지만 필터의 면적이 커지면 커질수록 상대적으로 단열효율은 낮아지게 될 것이므로 본 발명을 적용함에 있어서는 유리를 대체하는 기체확산식 필터를 최적의 면적으로 시공하는 것이 중요하다고 할 수 있다.

외기와 접한 창의 유리를 기체확산식 필터로 교체하는 간접환기 기술에 해당하는 본 발명으로 인하여, 소음의 우려가 있는 배기팬 또는 흡입팬을 사용하지 않고도 환기장치를 설계할 수 있게 되었으며, 일정시간 간격으로 창을 열어 환기할 필요도 없게 되었으며, 외부공기의 미세먼지 오염 여부에 상관없이 환기 효과를 1일 24시간 1년 365일 지속시킬 수 있게 되었으며, 또한 실내온도 변화에 따른 공기의 수축 및 팽창 과정에 따른 펌핑효과(Pumping Effect)를 억제할 수 있게 되어 토양가스와 함께 실내로 유입되는 라돈의 양을 줄일 수 있게 되는 등의 효과도 기대할 수 있게 되었다.

도 1. 창틀(101)에서 유리를 제거한 자리에 기체확산식 필터(201)를 장착한 것을 나타낸 그림으로써, 열 수 없는 고정된 형태(A) 또는 미닫이 형태로 열 수 있는 형태(B)를 구분하여 표현하였다.
도 2. 거실에 위치한 창틀을 일부 개조(102)하여, 상부에 새로 만들어진 창의 자리에 기체확산식 필터(202)를 장착한 것을 나타낸 그림에 해당한다.
도 3. 7.5m×9.0m×2.7m 규격의 가상의 초등학교 교실에서 창틀(103)의 상부에 위치한 1.6m×0.9m 규격의 유리 2장을 기체확산식 필터(203)로 교체한 것을 그림으로 나타낸 것이며, 이때 기체확산식 필터가 차지하는 면적은 측벽 4면과 바닥 및 천정을 포함한 실내 전체면적의 약 1.28%에 해당한다.
도 4. 기체확산식 필터(204)를 격자모양의 창살 지지대(304)로 샌드위치 형태로 고정한 것을 설명하기 위한 그림으로써, 정면도(C)와 단면도(D)로 구분하여 나타내었다.
도 5. 격자모양의 창살 지지대(305)와 기체확산식 필터(205)를 창틀(105)과 함께 나타낸 그림으로써, 정면도와 단면도 및 일부 확대하여 표현하였다.

본 발명은, 창의 유리를 기체확산식 필터로 교체하여 직접환기에 따르는 열충격 및 미세먼지와 해충의 침입 우려 없이 실내로 유입된 라돈을 기체확산 과정을 통하여 실외로 배출할 수 있도록 하였을 뿐만 아니라, 대기압 및 실내온도 변화에 따르는 실내외의 압력 차이를 신속하게 없애주어 실내외 압력차에 따르는 펌핑효과가 발생하지 않도록 하여 건물의 미세한 틈으로부터 유입되는 라돈의 양이 적어지도록 한 발명이며, 특히 펌핑효과에 대해서는 다음과 같이 보충 설명하고자 한다.

기체상태방정식(PV=nRT)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 통하여 공기의 출입이 이루어질 수 있다. 특히 건물의 바닥에 균열이 있는 경우 또는 많은 양의 라돈이 방출되는 건축자재로 실내 벽을 마감한 경우에는 실내 공기의 압력이 낮아지는 시점에 건물 바닥의 균열부로부터 토양가스를 빨아들이는 펌핑효과가 발생하게 되며 또한 건축자재의 표면으로부터 방출되는 라돈의 양이 증가할 수 있는데 이 시점에서 실내공기 중의 라돈농도는 급격하게 높아질 수 있다. 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 유리섬유 및 두께가 0.07mm인 한지를 각각 5cm×3.5cm 직사각형의 구멍에 부착한 상태에서 24시간 동안 밀폐용기 내부의 평균라돈농도를 각각 측정한 후 기체확산식 필터를 부착한 창의 상태와 유사한 조건에서의 간접환기에 의한 라돈저감 효과를 도출해보았으며 그 결과를 표 1에 나타내었다.

간접환기를 위한 필터의 종류에 따른 라돈 저감효과 비교

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

다만, 현장 적용에 있어서는 채광뿐만 아니라 풍압에도 견딜 수 있어야 하며, 기체확산식 필터의 두께와 기공 또는 건물의 구조 및 온도변화 등 상황 변화에 따라서 필터의 선택 폭은 달라 지게 될 것이므로 이에 따른 라돈저감 효과 역시 실험실의 데이터와 일치하지는 않을 것이다. 또한, 본 발명에서와 같이 외기와 접한 유리창의 일부를 기체확산식 필터로 교체하는 경우에는 비바람에 견딜 수 있는 필터의 선택 및 조류와 같은 동물의 충돌에 의해 필터가 파손되는 것을 방지하기 위한 조치가 필요할 수 있다. 특히, 방수효과가 낮은 재질의 기체확산식 필터인 경우에는 실리콘 등으로 처리하여 방수 또는 발수 효과를 부여할 수 있을 것이며, 필터와 필터 사이에 철망이 삽입된 형태로 시공하든가 또는 도 4와 같이 격자모양의 창살 지지대를 필터와 함께 사용한다면 풍압과 물리적인 충격에도 견딜 수 있게 될 것이다. 결국, 창의 유리를 필터로 교체함에 따라 도출될 수 있는 현장에서의 문제는 대부분 해결할 수 있을 것이라 여겨지며, 현장상황이 어떻든지 간에 기체확산식 필터가 차지하는 면적이 측벽 4면과 바닥 및 천정을 포함한 실내 전체면적의 0.1% 내지 3.0% 정도라면 열손실과 채광의 손실 등의 우려 없이 본 발명의 현장 적용은 가능하다고 판단된다.

실시예 1을 통하여 얻은 결과를 가상의 초등학교 교실에 적용하여 해석해 본 결과는 다음과 같다. 가상의 초등학교 규격이 도 3과 같다고 가정한다면 교실 전체면적의 약 1.28%가 기체확산식 필터로 교체된 것을 알 수 있다. 이는 실시예 1에서의 필터 면적의 약 2.8배에 해당하므로, 가상의 초등학교 교실에서 사용한 필터가 한지라고 가정한다면 2개 중에서 1개의 창만을 필터로 교체하였다고 하더라도 약 65% 이상의 라돈저감 효과를 기대할 수 있을 것이며, 한지로 교체하기 전의 실내 라돈농도가 10pCi/L이고 실외의 라돈농도가 0.4pCi/L라고 가정한다면 한지로 교체한 후의 실내공기 라돈농도는 관리기준치 이하가 될 것이라고 충분히 예측할 수 있을 것이다.

본 발명에서는, 알루미늄이나 PVC로 만들어진 샤시 중에서 외기와 접한 창의 용도로 사용할 수 있도록 견고하게 만들어진 성형제품을 '창틀'이라고 표현하였으며, 바람과 먼지는 차단하되 기체 분자는 확산과정을 통하여 통과시킬 수 있도록 만들어진 얇은 막을 '기체확산식 필터'라고 표현하였다. 또한, '기체확산식 필터'는 천연섬유, 합성섬유, 유리섬유, 펄프, 활성탄, 세라믹, 펠트, 부직포 등 다양한 소재 및 형태의 것을 사용할 수 있다.

Claims (1)

1. 실내공기 라돈농도 저감을 위한 기체확산식 필터가 장착된 창틀에 있어서,
   외기와 접한 창틀, 유리를 대체한 기체확산식 필터, 기체확산식 필터를 물리적인 충격으로부터 보호하기 위한 철망 또는 지지대, 유리를 대체한 기체확산식 필터가 차지하는 면적은 측벽 4면과 바닥 및 천정을 포함한 실내 전체면적의 0.1% 내지 3.0%에 해당하는 것을 특징으로 하는, 실내공기 라돈농도 저감을 위한 기체확산식 필터가 장착된 창틀
   

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