라돈은 무색, 무취, 무미의 방사성 기체로, 짧은 반감기 동안 라돈에서 방출되는 방사선이 폐에 노출될 경우 건강에 심각한 악영향을 끼칠 수 있다. 인체로의 라돈 노출은 약 95%가 호흡을 통해 이루어진다.¹⁾ 호흡을 통해 폐로 들어온 라돈은 폐 속에서 알파 붕괴하여 라돈의 자핵종을 생성하고, 알파선을 방출한다.²⁾ 방출된 알파선은 폐 세포의 DNA 손상, 활성산소종 형성, 염색체 돌연변이 등을 일으켜 폐암을 유발한다.³⁾ 이러한 이유로 미국 환경보호청은 2010년 미국에서 매년 약 21,000명의 폐암 사망자가 라돈으로부터 기인한다고 발표하였다.⁴⁾ 그리고 세계보건기구는 라돈이 담배에 이어 폐암 발병 원인의 14.4%를 차지한다고 보고하였고, 국제 암 연구 기관은 라돈을 Group 1 발암 물질로 분류하였다.^5,6) 라돈의 위해성을 고려할 때, 실내 라돈 농도를 낮추기 위한 저감 기술의 개발과 적용은 공중 보건을 보호하는 데 필수적이다.

현재 사용되는 라돈 저감 기술은 크게 건설 전 시공과 건설 후 시공 기술로 나뉘며, 건설 전 적용될 수 있는 기술에는 토양배기법이 대표적으로 사용된다.⁷⁾ 토양배기법은 건물 내외의 온도와 기압 차이를 이용하여 지하에 축적된 라돈 가스를 제거하는 기술이다.⁸⁾ 굴뚝 효과를 이용하는 수동 토양배기법은 설치 비용이 적고, 소음이 발생하지 않으며 유지 관리가 간편하지만 저감 효율은 약 30%로 상대적으로 낮다.⁹⁾ 강제 배기팬을 사용하는 능동 토양배기법은 라돈 농도를 평균적으로 82~95%의 저감 효율을 보여주며,^10-12) 안정적인 성능을 발휘하는 장점이 있다. 그러나 능동 토양배기법은 초기 설치 비용과 유지 관리 비용이 높고, 팬 작동으로 인한 소음이 발생할 수 있다는 단점이 존재한다.¹³⁾ 또한, 이러한 라돈 저감 기술들은 건물의 완공 전에 설치해야 하므로, 완공된 건물에 적용하기 어렵다는 문제가 있다.

건설 후 적용될 수 있는 라돈 저감 기술은 외부공기유입법과 틈새 및 균열 차단 기술이 주로 사용된다.⁷⁾ 외부공기유입법은 실외 공기를 실내로 유입시켜 실내에 양압을 형성하는 방법이다. 형성된 양압으로 인해 실내 압력이 외부보다 높아지면, 바닥 및 벽체의 틈새를 통한 라돈의 유입을 방지할 수 있다.¹⁴⁾ 이는 약 56%의 라돈 저감 효율을 보이며, 설치가 간편하여 기존 건물에도 쉽게 적용할 수 있다.¹⁵⁾ 그러나 이 방법은 에너지 효율이 낮아 냉난방 비용이 증가할 수 있으며, 시스템 작동 시 소음이 발생할 가능성이 있다. 틈새 및 균열 차단 기술은 건물 바닥과 벽면의 균열에서 나오는 라돈을 차단하는 기술로 설치 비용이 저렴하고 유지 관리가 용이하다는 장점이 있다.¹⁶⁾ 하지만 모든 균열을 차단하는 것이 현실적으로 어려우며 저감 효율은 24~47.6%로 앞서 언급한 라돈 저감 기술과 비교했을 때 낮은 효율을 보인다.^11,12)

라돈 차단막은 건설 전 적용될 수 있는 저감 기술로, 건물의 토양 바닥을 덮어 라돈과 습기의 유입을 차단한다.⁶⁾ 이 기술은 라돈 가스의 이동을 물리적으로 차단하여 실내로의 라돈 유입을 억제하는 고밀도의 금속층을 활용한다.¹⁷⁾ 선행 연구에 따르면, 라돈 차단막은 실내 라돈 농도를 평균 80%에서 최대 93%까지 저감할 수 있다.^18-20) 특히 라돈 농도가 높은 지역에서 실내 라돈 농도 관리에 매우 효과적인 것으로 평가되고 있다. 하지만 라돈 차단막은 건설 전 지하에 시공하는 기술로 파손 확인이 어렵고, 보수가 어렵다는 단점이 있다.

라돈 차단벽지는 라돈 차단막의 라돈 차단 기술을 활용하여 실내 건축 자재 및 틈새를 통해 유입되는 라돈을 건물 내부에서 차단할 수 있는 기술이다.²¹⁾ 라돈 차단벽지는 건설 전 시공되는 라돈 차단막과 달리, 건설 전후에 상관없이 시공이 가능하여 기존 건축물에도 쉽게 적용할 수 있다. 또한, 교체가 용이한 벽지의 장점과 라돈 가스 이동을 차단하는 고밀도 금속층의 원리를 결합한 라돈 차단벽지는 건물 내부에서 다른 실내 마감재에 쉽게 적용할 수 있다. 라돈 차단벽지는 파손되더라도 시공과 유지 관리가 간편한 장점이 있어 파손 시 보수가 어려운 라돈 차단막의 단점을 해소할 수 있다.

이에 본 연구는 라돈 차단벽지의 실내 라돈 농도 저감 성능을 평가하기 위해 측정 공간의 크기, 시공 방식과 측정 기간을 조절하여 측정하였다. 실험실 조건에서 밀폐 챔버법을 통해 라돈 차단벽지의 저감 성능과 중첩 폭에 따른 라돈 저감 효율을 평가하였다. 실제 환경과 유사한 주거환경실습시험동에서 시공 전후 측정과 시공 후 6개월 뒤 추가 측정을 진행하여 라돈 차단벽지의 지속적인 실내 라돈 저감 효과를 검증하였다. 이를 통해 라돈 차단벽지의 장기 실효성을 평가하고, 라돈 차단벽지의 적용이 실내 공기질 개선에 효과적으로 기여할 수 있는지에 대한 과학적 근거를 제시하고자 하였다.

1. 실증 대상 제품

본 연구에서 사용된 라돈 차단벽지는 건축 자재 및 지면에서 방출되는 라돈 가스와 알파 입자를 차단하기 위해 설계된 다층 구조의 특허 제품이다. 이 제품은 제1 종이층, 제1 접착층, 금속층, 제2 접착층, 제2 종이층 순으로 구성되어 있다. 이는 대한민국 특허 [10-2023-0407896]로 등록된 기술을 기반으로 한 제품이다.²¹⁾ 이 라돈 차단벽지는 중앙의 고밀도 금속층을 통해 라돈 가스와 알파 입자의 침투를 근본적으로 막으며, 양측 종이층과 접착층이 추가적인 장벽 역할을 한다. 특히, 접착제를 통해 층간 결합력을 강화하여 장기간 안정적인 성능을 유지하도록 설계되었다.

2. 라돈 벽지 성능 평가

2.1. 라돈 차단벽지의 저감 성능 확인

본 실험은 라돈 차단벽지의 저감 성능을 확인하기 위해 밀폐 챔버법을 활용하였다. Fig. 1과 같이 라돈 차단벽지를 설치한 콘크리트 블록 위에 한 변의 길이가 40 cm인 정육면체 아크릴 챔버를 올리고, 블록과 챔버 사이의 틈을 알루미늄 테이프로 밀폐하였다. 실험은 총 3개의 챔버에서 독립적으로 진행되었다. 2개는 라돈 차단벽지가 상단에 시공된 콘크리트를, 나머지 1개는 벽지가 시공되지 않은 콘크리트를 사용하였다. 라돈 차단벽지가 시공된 2개의 챔버는 저감 효과의 재현성을 검증하기 위해 활용하였고, 설치하지 않는 챔버는 대조군으로 설정하였다. 각 챔버 내 라돈 농도는 Radon Eye (Radon FTLab, Korea) 장비를 사용하여 1시간 간격으로 1개월 동안 측정하였다.

Figure 1. Experimental setting using a closed chamber method for radon blocking wallpaper efficiency testing

2.2. 라돈 차단벽지 중첩 폭에 따른 저감 효율 평가

본 실험은 라돈 차단벽지의 중첩 폭이 라돈 차단 효율에 미치는 영향을 비교하기 위해 수행되었다. 콘크리트 블록 상단에 라돈 차단벽지를 단일 시공과 중첩 조건(1, 5, 10 cm)을 설정하여 설치하였다. 중첩 폭은 두 벽지가 일정 간격으로 겹치도록 설치하였다. 벽지를 설치한 블록 위에 정육면체 아크릴 챔버를 중첩 구역이 중앙에 위치하도록 배치한 뒤 밀폐하였다. 챔버 내 라돈 농도는 Radon Eye 장비를 활용하여 1시간 간격으로 측정하였다. 측정은 각 조건에서 라돈 차단벽지 설치 조건 별로 각각 7일 동안 연속적으로 진행하였다.

2.3. 라돈 차단벽지의 실효성 평가

본 실험은 라돈 차단벽지가 실제 환경에서도 실내 라돈 농도를 저감할 수 있는지 평가하기 위해 진행하였다. 충청북도 진천군에 위치한 주거환경실증시험동은 3층 규모의 아파트 형식으로 2015년에 완공되었다. 이 시험동은 실제 주거환경과 유사하게 조성 및 통제할 수 있으며, 라돈 차단벽지 시공 전 일반 벽지로 시공되어 있었다. 실험은 시험동 1층 방안에서 진행되었으며, Fig. 2와 같이 유리창을 제외한 모든 벽면, 천장, 바닥에 라돈 차단벽지를 시공하였다. 시공 시 접합 부분의 중첩은 5cm로 설정하였다. 실내 공기 중 라돈 농도 측정은 「실내공기질 공정시험기준」 ES 02901.1f에 명시된 라돈 연속 측정방법을 사용하여 수행하였으며, 환경부 적격 승인을 받은 FRD-500 (Radon FTLab, Korea) 측정 장비를 이용하였다. 라돈 차단벽지 시공 전과 후의 라돈 농도를 1시간 간격으로 48시간 연속 측정하였다. 시공 전 측정은 2024년 2월 19일부터 2월 21일까지, 차단벽지 시공은 2024년 2월 21일부터 2월 23일까지 진행되었다. 시공 이후 측정은 2024년 2월 26일부터 2월 28일까지 이루어졌다. 라돈 차단벽지의 장기간 사용 후에도 저감 효율을 유지하는지를 평가하기 위해, 시공 후 6개월이 지난 2024년 8월 21일부터 8월 23일까지 추가 측정하였다.

Figure 2. Radon blocking wallpaper installed in a simulated residential environment

1. 라돈 차단벽지의 저감 성능 결과

1개월간 밀폐 챔버에서 측정한 결과, 라돈 차단벽지를 설치하지 않은 챔버에서는 라돈 평균 농도가 1,454.5 Bq/m³로 나타났고, 차단벽지를 설치한 두 챔버에서는 라돈 평균 농도는 각각 39.7 Bq/m³와 53.2 Bq/m³로 유사하게 나타났다. 라돈 차단벽지가 설치된 두 챔버는 차단벽지를 설치하지 않은 챔버에 비해 매우 낮은 농도를 보였으며, 이는 라돈 차단벽지의 성능이 일관되게 나타났음을 시사한다. 또한, 두 챔버 모두 실내 라돈 권고 기준인 148 Bq/m³를 충분히 만족하였다.

2. 라돈 차단벽지 중첩 폭에 따른 저감 효율 평가 결과

중첩 폭에 따른 저감 효율 평가 결과는 Table 1에 제시하였다. 라돈 차단벽지 설치 전 챔버 내 농도는 229.9 Bq/m³로 측정되었다. 단일 시공의 경우, 설치 후 라돈 농도는 25.1 Bq/m³로 감소하였다. 중첩 폭 1, 5, 10 cm에서는 각각 10.9 Bq/m³, 18.1 Bq/m³, 18.9 Bq/m³로 나타났다. 이를 저감 효율로 환산했을 때, 단일 시공이 88.8%, 중첩 폭 1, 5, 10 cm 각각 95.2%, 92.1%, 91.8%로 나타났다. 모든 중첩 조건에서 설치 후 라돈 농도는 감소했으며, 중첩 폭의 증가가 라돈 저감 성능에 미치는 영향은 제한적인 것으로 나타났다.

Table 1 . Radon reduction concentration based on overlapping width of radon blocking wallpaper.

	Installation condition
	Before installation	Single installation	1 cm	5 cm	10 cm
Radon concentration (Bq/m3)	229.9	25.1	10.9	18.1	18.9

3. 라돈 차단벽지의 실효성 평가 결과

주거환경실증시험동에서 라돈 차단벽지를 시공한 후 6개월간 측정한 실내 라돈 농도는 Fig. 3에 시간의 흐름에 따라 제시되어 있다. 라돈 차단벽지 시공 전 일반 벽지가 시공된 시험동의 시공 전 측정된 48시간 실내 라돈 농도는 평균 202 Bq/m³로, 이는 실내 라돈 농도 권고 기준인 148 Bq/m³을 초과하였다. 차단벽지 시공 후 실시된 측정에서는 실내 라돈 농도가 평균 44.5 Bq/m³로 나타났으며, 약 77.9%의 저감 효율을 기록하였다. 라돈 차단벽지 시공 후 6개월이 경과한 후, 시험동의 실내 라돈 평균 농도는 실내 라돈 권고 기준보다 낮은 102 Bq/m³로 측정되었다. 시공 전 실내 라돈 평균 농도인 202 Bq/m³를 기준으로 하여 라돈 차단벽지의 저감 효율을 계산하였을 때 약 49.5%의 저감 효율을 보였다.

Figure 3. Radon concentration in a simulated residential environment: before, immediately after, and 6 months after radon blocking wallpaper installation

본 연구에서는 라돈 차단벽지가 실험실과 실제 주거환경과 유사한 조건에서 실내 라돈 농도를 효과적으로 저감할 수 있음을 확인했다. 밀폐 챔버 실험 결과, 라돈 차단벽지는 1개월 동안 실내 라돈 권고 기준(148 Bq/m³)보다 낮은 농도를 유지했다. 라돈 차단벽지를 설치한 두 챔버에서 유사한 저감 성능이 관찰되었고, 해당 실험의 재현성을 입증했다. 반면, 라돈 차단벽지를 설치하지 않은 챔버에서는 평균 라돈 농도가 1,454.5 Bq/m³까지 상승하여 라돈 저감 기술의 부재 시 라돈 농도가 관리되기 어려움을 보여주었다. 이러한 결과는 라돈 차단벽지가 실내 공기질 개선에 효과적으로 적용한다는 기초적이고 과학적인 근거를 제공한다.

라돈 차단벽지의 중첩 시공은 벽지의 접합 부위에서 발생할 수 있는 라돈의 누출을 최소화하는 데 필수적이다. 이를 고려하여 본 연구에서는 중첩 폭이 라돈 저감 효율에 미치는 영향을 평가했다. 중첩 폭 실험 결과, 단일 시공과 중첩 시공 모두 실내 라돈 농도 기준 이하의 농도를 기록했으며, 중첩 폭이 증가해도 저감 효율에 큰 차이는 없었다. 모든 중첩 조건에서 90% 이상의 저감 효율이 나타났으며, 이는 중첩 조건에 관계없이 라돈 차단벽지가 실내 공기질 개선을 위한 안정적인 기술로 적용될 수 있음을 보여준다.

시험동에서 측정된 실내 라돈 농도는 라돈 차단벽지 시공 직후 48시간 동안 실내 라돈 권고기준인 148 Bq/m³ 이하로 유지되었다. 반면, 시공 전 일반 벽지가 설치된 시점에는 평균 202 Bq/m³로 실내 라돈 기준을 초과했다. 이는 주거 환경에서도 라돈 차단벽지가 라돈 농도를 즉각적으로 낮출 수 있음을 의미한다. 또한, 시공 후 6개월이 지난 시점에도 라돈 차단벽지는 실내 라돈 농도를 권고 기준 이하로 유지했다. 이러한 결과를 통해 라돈 차단벽지가 장기적인 저감 성능을 제공한다는 점을 확인할 수 있었다. 다만, 장기 저감 효율은 49.5%로 시공 직후보다 다소 감소했다. 이는 6개월 동안 환기나 사람의 활동이 없었던 시험동 내부에서 라돈이 축적된 결과로 보인다. 하지만 환기가 부족한 환경에서도 안정적인 저감 성능을 유지한 것은 선행 연구 결과와 일치하며,²²⁾ 이러한 환경에서도 라돈 차단벽지는 장기적으로 실내 라돈 농도를 안정적으로 관리했다. 본 연구 결과는 실내 공기질 개선을 위한 라돈 저감 전략에 있어 중요한 시사점을 제공한다. 그러나 일반 가정에서 벽지는 6개월보다 더 장기적으로 사용하기 때문에 내구연한에 대한 평가가 필요하다. 본 연구는 라돈 차단벽지의 시공 후 6개월간의 성능만 평가하였으므로, 향후 연구에서는 장기 사용 환경에서 라돈 차단벽지의 물리적 내구성과 지속가능성을 평가할 필요가 있다.

라돈 차단벽지는 기존 라돈 저감 기술과 비교했을 때에도 우수한 성능을 보였다. 기존 기술인 토양배기법의 저감 효율(82~95%)^10-12)과 외부공기유입법의 저감 효율(56%)¹⁵⁾과 비교하여, 본 연구에서 사용한 라돈 차단벽지의 저감 효율(77.9~95.2%)도 실내 라돈 농도를 효과적으로 제어할 수 있음을 보여준다. 특히, 이전 연구에 따르면 일반 벽지는 8.93%의 저감 효율을 보였으나, 라돈 차단벽지는 90.9%의 저감 효율을 나타내었다.²³⁾ 이전 연구에서 사용된 라돈 차단벽지는 본 연구에서 사용한 라돈 차단벽지와 다른 제품이지만 유사한 저감 효율을 보였다. 이러한 결과는 라돈 차단벽지가 실내의 라돈을 실외로 배출하는 방식이 아닌, 실내로의 라돈 유입을 차폐하는 특성을 가지고 있어 기존의 저감 기술과 차별화된 경쟁력을 갖춘다는 점에서 중요한 의의를 가진다. 또한, 기존 기술과 비교하여 손상 관리가 용이하고, 시공이 간편하다는 장점이 있다. 따라서 본 연구의 결과는 기존 라돈 저감 기술의 대안으로서 라돈 차단벽지가 실용적이면서도 효과적인 저감 방안임을 강조한다.

본 연구를 통해 라돈 차단벽지가 실내 라돈 농도를 실내 권고 기준 이하로 저감할 수 있음을 입증했다. 밀폐 챔버 실험을 통해 라돈 차단벽지의 성능과 중첩 폭 조건에 따른 효율성을 확인했으며, 이를 기반으로 주거 환경 실증 시험동에서 실효성을 검증했다. 라돈 차단벽지는 간편한 시공 방식과 낮은 유지 관리 비용을 갖추어 신축 및 기존 건축물에 모두 적용 가능하다. 이러한 특성은 라돈 농도가 높은 지역에서 즉각적인 저감 기술로 활용될 가능성을 보여주며, 주거 환경의 실내 공기질 개선에 기여할 수 있음을 시사한다.

이 논문은 (주)EHS기술연구소와 2024년 대한민국 교육부와 한국연구재단의 지원을 받아 수행된 연구(BK21 FOUR 5199990214126)입니다. 또한 2024년도 환경부의 재원으로, 한국환경산업기술원(KETTI)의 「미세먼지관리 특성화대학원 전문인력 양성사업」의 지원을 받아 수행된 연구입니다. 이에 감사드립니다.

No potential conflict of interest relevant to this article was reported.

김차훈(석사과정), 이진성(석사과정), 이동현(연구원),

이기영(교수)