지하철 역사 내 라돈 및 PM-2.5 농도 특성과 발생원 유형별 관리 방안 연구
A Study on the Characteristics of Radon and PM-2.5 Concentrations in Subway Stations and Source-Type-Based Management Strategies
- 주제(키워드) 지하철 역사 , 라돈 , PM-2.5 , 발생원 유형 , 환기 , 실내 공기질 , 관리 방안
- 주제(DDC) 628.5
- 발행기관 아주대학교 공학대학원
- 지도교수 김순태
- 발행년도 2026
- 학위수여년월 2026. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 공학대학원 환경안전공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/ajou/000000036095
- 본문언어 한국어
- 저작권 아주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
초록/요약
지하철 역사는 현대 도시의 핵심 대중교통 시설로서 하루 수백만 명의 승객 이 이용하는 공간이다. 그러나 지하 공간의 특성상 자연 환기가 제한적이며, 라 돈(Radon)과 미세먼지(PM-2.5) 등의 오염 물질이 축적될 위험이 높다. 특히 라 돈은 자연 방사성 물질로 장기 노출 시 폐암 발생 위험을 높이며, PM-2.5는 심 혈관계 및 호흡기계 질환을 유발할 수 있다. 기존 연구는 주로 단일 오염 물질 또는 단기 측정에 집중되었으며, 역사별 특성을 고려한 맞춤형 관리 방안은 부 족한 실정이다. 본 연구는 수도권 주요 5개 지하철 역사(김포공항역, 홍대입구역, 인천공항역, 공덕역, 서울역)를 대상으로 2025년 8월 30일부터 11월 25일까지 88일간 라돈 및 PM-2.5 농도를 연속 측정하고, 발생원 유형을 분류하여 역사별 맞춤형 관리 방안을 제시하였다. 주요 연구 결과는 다음과 같다. 첫째, 역사별 라돈 농도는 평균 20.5~52.2 Bq/m³ 범위로 나타났으며, 일중 변화 패턴과 열차 운행 빈도와의 상관관계에 따라 5가지 유형으로 분류되었다: Type 1 내부 축적형(김포공항역), Type 2 열차 유입형(홍대입구역), Type 3 안 정 저농도형(인천공항역), Type 4 혼합형(공덕역), Type 5 약한 일중 변화형(서 울역). 김포공항역은 야간(00:00–06:00) 환기 중단 시 최대 70 Bq/m³까지 상승 하였고, 홍대입구역은 주간 열차 운행 시 터널 내 라돈이 역사로 유입되어 최 대 66 Bq/m³를 기록하였다. 인천공항역은 24시간 안정적으로 18–24 Bq/m³를 유지하여 벤치마크 사례로 확인되었다. 둘째, 기온과 라돈 농도 간 즉시 상관계수는 r = 0.824 (p < 0.001)로 매우 강 하게 나타났으며, 3–4시간 시차를 고려했을 때도 r = 0.66–0.48로 유의한 상관을 유지하였다. 이는 낮 시간대 기온 상승이 토양 내 라돈 방출을 증가시키고, 이 효과가 지연되어 저녁(18:00–19:00) 라돈 피크(평균 50.6 Bq/m³)로 나타남을 시 사한다. 저녁 피크는 온도 지연 효과(30–40%), 열차 활동(20–30%), 환기 효율 저 하(25–35%)의 복합 작용으로 발생하는 것으로 분석되었다. 셋째, PM-2.5 농도는 역사별로 평균 18.2~42.3 μg/m³ 범위를 보였으며, 홍대 입구역이 가장 높았다. 실내 PM-2.5는 모든 역사에서 외기보다 높아(실내/외기 비율 1.26~2.52) 내부 발생원이 존재함을 확인하였다. 시간대별 분석 결과, 새벽 (04:00–08:00)에는 실내외 상관계수가 r = 0.99로 외기 유입이 지배적이었으나, 낮(12:00–16:00)에는 r = -0.23으로 내부 발생원(열차 제동, 승객 활동)의 기여가 증가하였다. 주말은 평일 대비 평균 17% 낮은 농도를 보여 승객 밀도보다는 열 차 운행 빈도의 영향이 더 큰 것으로 확인되었다. 넷째, 환기량 실측 자료가 부재하여 실내외 PM-2.5 비율을 환기 대리 지표로 활용하였으며, 이는 실내 PM-2.5와 강한 양의 상관(r = 0.85)을 보여 유효성이 검증되었다. 그러나 라돈과 환기 대리 지표 간에는 역설적으로 중간 음의 상관 (r = -0.57)이 나타나, 라돈 관리에는 환기 외에 온도, 열차 활동 등 다층적 요 인 고려가 필요함을 확인하였다. 본 연구는 발생원 유형에 따른 역사별 맞춤형 관리 전략을 제시하였다. 고위 험 역사(김포공항, 홍대입구)는 야간 환기 강화, 터널 환기 개선, 바닥 균열 밀 폐, 실시간 모니터링 강화 등 단계별(단기 1개월–중기 6개월–장기 12개월) 개선 방안을 수립하였다. 또한 지하역사 라돈 관리 기준 신설(권고 50 Bq/m³, 조치 100 Bq/m³), 전국 실시간 모니터링 체계 구축, 단계별 예산 지원(2026–2028년 총 250억 원) 등 정책 제언을 제시하였다. 본 연구는 지하철 역사 내 라돈 및 PM-2.5 관리에 대한 과학적 근거를 제공 하며, 승객 및 역무원의 건강 보호를 위한 실무적 지침으로 활용될 수 있다. 향 후 전국 규모 확대 연구, 계절별 장기 측정, 환기량 실측, 건강 영향 평가 등의 후속 연구가 필요하다. 주요어: 지하철 역사, 라돈, PM-2.5, 발생원 유형, 환기, 실내 공기질, 관리 방안
more목차
제 1장. 서론 2
1.1 연구의 배경 및 필요성 2
1.2 연구의 목표 5
제 2장. 이론적 배경 및 선행연구 고찰 9
2.1 라돈(Radon)의 기본 특성 및 건강 위해성 9
2.1.1 라돈의 물리화학적 특성 9
2.1.2 라돈 자손핵종과 방사선 피폭 10
2.1.3 라돈 노출 기준 및 관리 지침 11
2.2 미세먼지(PM-10, PM-2.5)의 특성 및 건강 위해성 13
2.2.1 PM-2.5의 정의 및 분류 13
2.2.2 PM-2.5의 화학적 조성 및 특성 13
2.2.3 PM-2.5 노출 기준 및 건강 영향 14
2.3 지하철 역사 환경의 특수성 16
2.3.1 지하 밀폐 공간의 환기 특성 16
2.3.2 열차 운행 패턴과 오염물질 발생 17
2.3.3 승객 밀도와 실내 공기질 18
2.4 라돈 및 PM-2.5에 관한 선행연구 19
2.4.1 국외 지하철 역사 라돈 연구 19
2.4.2 국내 지하철 역사 라돈 연구 20
2.4.3 지하철 역사 PM-2.5 연구 20
2.4.4 라돈과 PM-2.5의 상호작용 연구 21
2.5 연구의 필요성 및 차별성 22
2.5.1 기존 연구의 한계점 22
2.5.2 본 연구의 차별성 22
2.5.3 기대 효과 23
제 3장. 연구 방법 26
3.1 연구 설계 및 개요 26
3.1.1 연구 설계 프레임워크 26
3.1.2 연구 가설 26
3.2 연구 대상 역사 선정 27
3.2.1 역사 선정 기준 27
3.3 측정 항목 및 방법 29
3.3.1 라돈 농도 측정 29
3.3.2 PM-2.5 농도 측정 31
3.3.3 승객 수 및 열차 운행 데이터 33
3.3.4 측정 기간 및 데이터 수 33
3.4 데이터 분석 방법 34
3.4.1 기술통계 분석 34
3.4.2 시계열 분석 35
3.4.3 상관분석 및 회귀분석 35
3.4.4 통계적 검정 36
3.4.5 발생원 유형 분류 36
3.4.6 데이터 시각화 37
3.5 품질 관리 및 품질 보증(QA/QC) 38
3.5.1 측정 장비 교정 및 유지관리 38
3.5.2 데이터 검증 및 보정 38
3.5.3 윤리적 고려 사항 38
제 4장. 연구 결과 41
4.1 역사별 라돈 농도 특성 41
4.1.1 기술통계 및 분포 특성 (라돈) 41
4.1.2 역사별 비교 분석 43
4.1.3 시간대별 변화 패턴 44
4.2 라돈 발생원 유형 분류 48
4.2.1 유형 분류 체계 48
4.2.2 Type 1: 내부 축적형 (김포공항역) 48
4.2.3 Type 2: 열차 유입형 (홍대입구역) 49
4.2.4 Type 3: 안정 저농도형 (인천공항역) 50
4.2.5 Type 4: 혼합형 (공덕역) 51
4.2.6 Type 5: 약한 일변화형 (서울역) 52
4.3 역사별 PM-2.5 농도 특성 53
4.3.1 기술통계 및 분포 특성 (PM-2.5) 53
4.4 승객 밀도와 오염물질 관계 55
4.4.1 이용객 수와 PM-2.5 상관분석 55
4.4.2 출근 시간대 주말/평일 비교 분석 56
4.5 라돈 PM-2.5 상호관계 58
4.5.1 상관관계 분석 58
제 5장. 고찰 61
5.1 라돈 발생원 유형별 메커니즘 분석 61
5.1.1 내부 축적형의 메커니즘 (Type 1) 61
5.1.2 열차 유입형의 메커니즘 (Type 2) 62
5.2 역사별 맞춤형 관리 방안 64
5.2.1 Type 1 역사 관리 전략 (김포공항역) 64
5.2.2 Type 2 역사 관리 전략 (홍대입구역) 65
5.3 정책 제언 67
5.3.1 법적 기준 및 제도 개선 67
5.3.2 예산 및 자원 배분 계획(안) 70
5.3.3 R&D 및 기술 개발 방향 71
5.4 연구의 학술적‧실무적 의의 74
5.4.1 학술적 기여 74
5.4.2 실무적 활용 가치 75
5.5 연구의 한계 77
제 6장. 결론 80
6.1 연구 결과 요약 80
6.2 핵심 결론 82
6.3 향후 연구 과제 84
6.4 최종 결론 86
제 7장. 참고문헌 88
