본 실험은 경기도 내 법정 실내공기질 검사 대상인 키즈카페 14개소를 대상으로 70개 지점에 대해 2021년 3월 31일부터 2021년 5월17일까지 수행하였고, Table 1에 검사대상 키즈카페에 대한 시료채취일과 개업연도, 인근 도시 대기 측정소 위치 정보를 제시하였다. 측정 지점은 대조군으로 키즈카페 주변의 바탕 농도를 찾기 위해 옥상이나 건물 외부의 가든 등을 선정하였고, 실험군으로는 어른들이 주로 이용하는 카페공간(휴게공간) 1지점과 아이들이 주로 활동하는 놀이공간 3지점, 키즈카페 1개소당 대조군 포함 총 5지점을 선정하였다. 연구방법은 환경실태조사와 오염원검사를 병행하였고, 오염원검사 항목은 PM₁₀, PM_2.5, 폼알데하이드(HCHO), 휘발성유기화합물(VOCs), 총부유세균수이다.

항목별 분석은 실내공기질공정시험기준[20]에 준하여 분석하였다. PM₁₀, PM_2.5는 teflon재질의 2.0 μm pore size PTFE membrane filter(46.2 mm with PP support ring, GVS North America, USA)를 사용하여 유량 5 L/min, 7 L/min으로 24시간 시료 채취하고 전후 여지 무게를 중량하여 측정하였다. 사용한 PM₁₀ 시료채취기는 BMW- 3500, Total Engineering Company Limited, Korea이고 PM_2.5는 BMW-3500, Total Engineering Company Limited, Korea이다. 다만, 미세먼지의 대조군 자료는 Air Korea의 인근 도시 대기 측정소 자료를 이용하였다. 폼알데하이드(HCHO)는 2,4-DNPH 카트리지(Sibata Scientific Technology Limited, Saitama, Japan) 앞단에 오존스크러버를 연 결하여 시료를 1 L/min으로 30분간 2회 채취하고 High performance liquid chromatography(HPLC, Waters2695, Waters Corpotation, Milford, USA)로 분석하였으며 분석 조건은 Table 2과 같다. 휘발성유기화합물(VOCs)은 Tenax tube에 100 mL/min으로 30분간 2회 포집하여, Gas Chromatography/Mass Spectrometry-Thermal Desorption(GC/MS-TD, Scion SQ, Scion Instruments, Maryland, USA)로 n-헥산에서 n-헥사데칸 사이의 full scan 모드에서 검출되는 모든 크로마토그램 피크 면적 합을 full scan 모드의 톨루엔 감응계수를 이용하여 톨루엔 질량단위로 환산하여 정량하였다. m은 시료 중 휘발성유기화합물질양(ng)이고 a는 n-헥산에서 n-헥사데칸 사이의 피크 총면적, c는 톨루엔 검정곡선의 세로절편이며, b는 톨루엔 검정곡선 기울기이다.

TD의 분석조건은 Tenax tube를 온도 280°C에서 유량 50 ml/min(He)으로 10분 동안 열탈착한 후, 저온 농축 트랩에서 흡착온도 −20oC로 재흡착을 유도하고 다시 300oC로 1분간 탈착하여 GC/MS로 분석했다. GC 분석조건은 주입기 온도 280oC, 운반기체 헬륨, 유량 1 ml/min, 컬럼은 길이 60 m, 안지름 0.25 mm의 High performance GC capillary columns(SC32128, Scion Instruments, Maryland, USA)을 사용하였으며, 온도 프로그램은 50oC에서 5분간 유지한 후 6oC/min로 160°C까지 올리고 다시 1분간 유지하고, 마지막으로 10oC/min으로 290oC까지 올린 다음 4분간 유지했다. 톨루엔 방법검출한계는 1.29 μg/m³, 정량 한계는 4.12 μg/m³이다.

총부유세균은 충돌법(MAS-100Eco, Merk, Switzerland)을 사용하였으며, 총 공기 채취량은 50 L이고, 배지는 TSA(Tryptic Soy Agar)이다. 총부유세균의 배양온도는 35 ± 1oC이며 배양시간은 48시간이고, 배양 중 증식되는 세균의 확산으로 인해 계수가 곤란할 수 있으므로 24시간 단위로 증식 상태를 관찰하고 집락(colony)수를 세어 집락계수 환산표로 보정하여 농도 계산하였다.

비교실험은 이용객 증가에 따른 키즈카페 내 오염물질들의 변화를 파악하기 위한 실험으로 경기도 내 법정 실내공기질 검사 대상인 키즈카페 5개소를 대상으로 2021년 10월13일부터 2021년 10월 31일에 평일과 주말 시설별로 2회 반복 수행하였다. 모든 비교실험은 공간별 오염도 특성 파악 실험과 중복되지 않는 5개소를 대상으로 진행하였고 Fig. 1에 공간별 오염도 측정 대상 키즈카페 14개소와 이용객 증가에 따른 유해물질 변화 비교 실험 대상 5개소 총 19개소의 위치를 표시하였다. 지점은 대조군 1지점과 카페공간 1지점, 놀이공간 1지점, 시설별로 총 3개 지점에 대해 2.1의 실험과 동일하게 수행하였다. 비교실험 시 키즈카페별 평일과 주말의 이용객 수 및 정보는 Table 3에 나타냈다. 실험 기간에 실시한 설문조사 결과, COVID19 팬데믹이라는 특수한 상황과 맞물려 평일의 이용객 수는 모든 시설에서 주말보다 현저히 적었으며, 주말은 평일 대비 평균 3.7배, OSO 키즈카페는 14.6배 많았다.

주말과 평일의 오염물질 변화 특성에 대한 비교실험의 결과를 확인하기 위해 평일 가스상 오염물질 반복실험과 주말 생물학적 오염물질 반복실험을 추가로 진행하였다. 평일 가스상 오염물질 반복실험은 가스상 오염물질의 농도가 비교적 높고 기계식환기 장치만 가동되는 YIC 키즈카페를 평일에 2회 방문하여 폼알데하이드(HCHO)와 휘발성유기화합물(VOCs)의 농도를 측정하였다. 주말 생물학적 오염물질 반복실험은 평일과 주말의 이용객 차이가 가장 큰 YIC을 대상으로 주말에 2회 총부유세균을 측정하여 부유미생물의 변화를 확인하였다. 이용객 증가에 따른 미생물 군집의 변화를 알아보기 위해 총부유세균의 유전자 분석을 시행했다. 총부유세균은 플레이트에서 독립되어 보이는 집락을 대상으로 518F, 800R 프라이머를 이용하여 PCR를 시행한 후, sanger method 방식의 high throughput DNA analyzer(3730xl DNA Analyzer)로 16SrRNA 염기서열 분석하여 NCBI의 BLAST search를 통해 동정하였다.

키즈카페의 공간별 평균 차이를 비교하기 위해 각 실험군 데이터의 정규성(Shapiro-Wilk normality test)과 등 분산성(Levene's Test)을 확인하였고, 카페공간과 놀이공간, 대조군(외기)의 평균 차이 검정 시 비모수 검정인 Kruskal-Wallis rank sum test를 사용하였다. 평균차이 검정 결과 p < 0.05(평균이 같지 않다)일 때, 사후검정으로 Nonparametric Multiple Comparisons for relative contrast effects를 실시하였다. 외기와의 상관분석은 70개 지점으로 중심극한정리에 의해 모집단이 어떤 분포를 가지고 있든지 간에 표본의 크기가 충분히 크다면(30개 이상) 표본 평균들의 분포가 모집단의 모수를 기반으로 한 정규분포[21]를 이루므로 Pearson’s correlation coefficient를 산출하여 상관관계를 파악하였다. 통계적 검정은 공개 프로그램 R version 4.1.1를 사용하였고, 패키지는 readxl, dplyr, car, agricolae, exactRankTests를 이용하였으며, 95% 신뢰수준 하에서 통계적 유의성을 검정하였다.

공간별 오염물질의 분포를 알아보기 위해 대조군, 카페공간, 놀이공간 세 그룹에 대해 Shapiro-Wilk normality test와 Levene's Test를 하여 모든 그룹이 정규성을 따르지 않음을 확인하였고, 그에 따라 비모수검정법으로 평균 차이를 검정한 결과를 Table 4에 나타냈고, Table 5는 사후검정 결과이다. 평일 키즈카페의 폼알데하이드(HCHO), 휘발성유기화합물(VOCs)은 p < 0.05로 대조군인 외기와는 평균 차이가 있으나 카페공간과 놀이공간은 95% 신뢰수준 하에서 통계적으로 유의미한 차이가 없는 것으로 나타났다. Fig. 2는 카페공간과 놀이공간, 외기의 오염 물질 분포를 나타낸 것으로 키즈카페 내 카페공간과 놀이공간의 폼알데하이드(HCHO)는 각각 평균 16.4 μg/m³, 16.9 μg/m³, 휘발성유기화합물(VOCs)은 329.9 μg/m³, 367.8 μg/m³로 외기 폼알데하이드(HCHO) 2.8 μg/m³, 휘발성유기화합물(VOCs) 82.3 μg/m³보다 높았다.

Fig. 3(a)는 공간별 폼알데하이드(HCHO)의 분포를 나타내는 것으로 4지점이 한 시설의 키즈카페이다. 폼알데하이드(HCHO)는 볼풀이 높다거나 정글짐이 높다는 것과 같은 발생원에 따라 검출 농도가 공간별로 달라지는 특성은 없었고, 시설별로 공기 순환과 확산으로 어느 정도 농도 평형이 이루어져 있다는 것을 알 수 있었다. 선행연구에 의하면 폼알데하이드(HCHO)는 실내외의 높은 온도와 습도에서 그 방출 양이 증가하고, 실내에서 방출 수준이 반으로 감소하는데 2-4.4년이 걸리며, 신축 공동주택에서 10개월 이후부터 폼알데하이드(HCHO) 농도가 빠르게 감소한다고 한다[22-24]. 본 연구의 시험 대상 키즈카페는 2019년 8월에 개업한 시설이 가장 최신 시설로 실험군 대부분이 폼알데하이드(HCHO) 반감기가 지났으며, 그 농도 분포는 5.0-37.0 μg/m³로 다중이용시설 ‘나’ 시설군 실내공기질 유지기준 80 μg/m³의 50%에도 못 미치는 수준이었다.

Fig. 3(b)는 공간별 휘발성 유기화합물의 분포를 나타낸 그래프이다. 휘발성유기화합물(VOCs)은 18.4-748.1 μg/m³ 농도 분포를 보였으며, 실내공기질 권고기준 400 μg/m³를 넘는 지점은 26지점으로 전체 70지점의 37.1%였다. 휘발성 유기화합물은 키즈카페 내에서는 전체적으로 비슷한 농도 분포를 보였으나 일부 지점에서 같은 시설이지만 농도 편차가 있었다. 각 키즈카페별 평균과 편차가 큰 지점들은 다음과 같다. SNP 트램펄린은 측정 지점이 SNP 키즈카페의 안쪽 모서리 부분이었고, 농도는 784.1 μg/m³(평균 대비 18.9% 증가)로 평균 659.3 μg/m³보다 높았다. GPJ 편백룸은 벽으로 둘러싸인 다른 공간과 분리된 독립공간으로 창문 없이 입구만 트여있는 키즈카페 내 다른 지점과 농도 평형을 이루기 어려운 구조였으며, 평균 179.5 μg/m³보다 38.7% 증가한 249.0 μg/m³가 측정되었다. AYC편백룸은 출입구와 가깝고 오픈되어있는 공간으로 자연환기가 다른 지점보다 쉽게 일어날 수 있는 지점이었으며, AYC 키즈카페 평균 245.0 μg/m³ 보다 낮은 164.0 μg/m³(평균 대비 33% 감소)가 검출되었다. AYC터치슬라이드는 AYC 키즈카페의 모서리 구석진 곳에 있는 시설로 앞에 설명한 SNP의 트램펄린 위치와 전체 평면도상 비슷한 위치에 있는 지점(휘발성유기화합물 354.7 μg/m³)으로 시설 평균(195.9 μg/m³)보다 79.5% 높게 검출되었다. AYA에어바운스도 ‘ㄷ’자 구조의 거의 말단에 위치한 시설로 한쪽 끝은 입구이고, 다른쪽 끝이 이 지점으로 기계식 환기가 똑같이 이루어졌다는 가정하에 공기 순환에 의한 농도 평형보다 발생원에 의한 축적이 되기 쉬운 지점이었으며, 평균 407.1 μg/m³보다 38.9% 높은 565.5 μg/m³가 검출되었다. GMT시네마존은 독립공간으로 휘발성유기화합물(VOCs) 농도가 평균 626 cdre.6 μg/m³ 대비 17.8% 높은 737.9 μg/m³였다. BCC1편백은 오픈공간이며, 바로 옆에 문이 설치되어 있어 외부의 공기 유입이 쉽게 이루어지는 곳으로 평균(406.8 μg/m³)의 63.4% 감소한 149.0 μg/m3의 휘발성유기화합물(VOCs)이 측정되었다. BCK빅블럭은 벽면 윗부분에 실내공기를 외부로 배출하여 환기효과를 높이는 알루미늄 루바가 설치되어 있는 곳으로 시설 평균농도 396.0 μg/m³에서 10.5% 감소한 354.6 μg/m³가 검출되었다. BCC2카페는 근처에 공기청정기가 설치되어 있고, 배기창이 설치되어 있는 지점으로 평균 529.5 μg/m³보다 현저히 낮은 167.7 μg/m³(평균 대비 68.3% 감소)가 측정되었다. 이상의 지점들을 종합해보면 휘발성유기화합물(VOCs) 농도는 공간구조가 독립공간으로 이루어져 있거나 키즈카페 내 구석진 곳에서 평균 대비 17.8%-79.5% 증가하였고, 외부공기가 유입되는 곳에서 10.5%-68.3% 감소하였다.

‘x’로 표시된 부분은 주변에 공기청정기가 설치되었던 지점으로 AYA키즈카페는 이 시설 최고농도 대비 65.1%, BCC2 키즈카페는 22.5% 수준으로 휘발성유기화합물(VOCs)의 공기청정기에 의한 감소 효과가 폼알데하이드(HCHO)(시설 최고 농도를 100%로 봤을 때 폼알데하이드의 농도 AYA 87.9%, BCC2 87.8%)보다 뚜렷하게 나타났다. Park et al.,(2013)의 연구[25]에서도 24 가구(세대)를 대상으로 공기청정기 사용 전과 24주 사용 후 실내공기질을 비교하였을 때 실험군 18가구에서 입자상오염물질 PM₁₀은 56.1 μg/m³에서 31.54 μg/m³, 휘발성유기화합물(VOCs)은 1,594.1 μg/m³에서 256.2 μg/m³로 감소한 반면, 폼알데하이드(HCHO)는 농도 변화가 거의 없었다는 유사한 결과를 발표했다. 일반적으로 공기청정기의 필터는 프리필터, 탈취필터, 집진필터 순으로 구성되어 있으며, 2차 필터인 탈취필터는 톨루엔, 폼알데하이드 등과 같은 가스상오염물질을 제거하기 위해 사용한다[26]. 탈취필터의 주원료는 활성탄으로 흡착성능이 탁월하기는 하나 폼알데하이드와 같은 극성 물질의 흡착은 상대적으로 어려우며, 흡착능이 높은 비극성 물질과 극성 물질이 동시에 활성탄 흡착층에 유입될 경우 흡착능의 차이로 인해 기흡착된 극성 물질이 탈착(desorption)되기도 한다[27]. 공기청정기에 의한 폼알데하이드 제거효율이 휘발성유기화합물 제거효율보다 낮은 원인은 키즈카페 내 비극성 휘발성유기화합물과 극성인 폼알데하이드의 화학적 특성 때문인 것으로 판단된다.

키즈카페별로 가스상 유해물질의 농도가 다른 원인을 규명하기 위해 같은 프랜차이즈 업체의 키즈카페만을 추출하여 키즈카페의 면적과 비교하였고 Fig. 4에 도시하였다. 동일 프랜차이즈의 키즈카페를 선택한 이유는 비슷한 유형과 재질의 놀이시설이 설치되어 오염물질의 다양성 보다는 발생량의 차이를 볼 수 있을 것으로 판단했기 때문이고, 놀이시설 수로 관련성을 찾기보다 면적으로 발생량을 비교하는 것은 놀이시설의 수는 하나인데 키즈카페 면적이 커짐에 따라 그 크기가 커져 오염물질 발생량이 증가하는 경우를 보완하기 위함이다. 선택된 프랜차이즈업체의 키즈카페는 카페공간과 놀이공간이 개방되어 있고 놀이공간의 놀이시설들이 한 공간에 놓여있는 벽이 없는 구조를 하고 있다.

Fig. 4(a)에서 보는 것과 같이 면적이 커지면 폼알데하이드(HCHO)의 농도가 높아지는 것을 확인할 수 있었다. 즉, 발생이 많은 시설이 적은 시설보다 평균 농도가 높게 나타났다. 반면 휘발성유기화합물(VOCs)은 폼알데하이드(HCHO)보다 경향성이 떨어졌으며, 발생량보다는 다른 요인들 환기나 공기청정기 사용 등에 영향을 많이 받는 것으로 추정된다(Fig. 4(b)). 가스상 유해 물질은 내부 발 생원에 의해 실내 오염도가 영향을 받음을 알 수 있었고, 향후 키즈카페 실내공기 중 휘발성유기화합물(VOCs)에 의한 2차 폼알데하이드(HCHO)의 생성 기여율을 평가해 볼 필요성이 있다.

키즈카페 내 이용객 증가에 따른 평일과 주말 폼알데하이드(HCHO) 비교실험 결과는 Fig. 5(a)와 같다. 평일 폼알데하이드(HCHO)는 8.1-12.8 μg/m³ 범위였고, 주말은 8.5-27.6 μg/m³였다. 키즈카페별로 살펴보면 ICD, OSO, YJC 키즈카페는 주말에 폼알데하이드(HCHO) 농도가 눈에 띄게 증가했지만 SNC, YIC는 감소하였다.

차량 통행량이 많은 도로변에 위치한 ICD 키즈카페는 2층은 놀이공간, 3층은 33㎡의 조리시설을 갖춘 카페공간과 놀이 공간이 혼재된 시설로, 기계식 환기 시설은 없고 창문을 통한 자연환기만 가능한 곳이다. ICD의 주말 카페공간 폼알데하이드(HCHO) 농도는 평일보다 15.7 μg/m³ 증가한 27.6 μg/m³이었고, 놀이공간은 4.7 μg/m³ 증가한 12.8 μg/m³이었다. 외기도 주말 통행량 증가로 2.3 μg/m³ 증가하였으나 바탕 값으로 주말 측정값을 보정하더라도 주말 측정값은 카페공간 13.4 μg/m³(평일 대비 112.6%), 놀이공간 2.4 μg/m³(평일 대비 29.6%)증가하였다. 선행연구[28-30]에 의하면 조리 시 연소과정과 조리과정에서 폼알데하이드(HCHO)가 발생하며, 조리기기별로는 오븐에서 쿡탑버너나 브로일러보다 폼알데하이드 농도가 높게 나타나고, 튀기기와 같은 조리방법에서 발생하는 요리 연기(cooking fume)중 휘발성유기화합물(VOCs)로 알데하이드류, 알코올류, 케톤류 등을 언급하고 있다. 이상의 선행연구와 ICD 키즈카페의 데이터를 종합해 볼 때 3층 카페공간의 주말 폼알데하이드(HCHO) 증가는 조리 음식 판매 증가에 따른 조리 과정 중 발생되는 1차 폼알데하이드(HCHO)가 주원인으로 판단되며, 2층의 폼알데하이드(HCHO) 증가요인은 창문이나 계단을 통해 3층의 폼알데하이드(HCHO)가 유입된 것으로 판단된다. OSO는 외부에 바베큐시설이 갖추어진 시설로 창문과 공기청정기가 없으며, 출입문에 의한 자연환기만 있는 시설로 입구의 앞쪽이 카페공간, 뒤쪽이 놀이공간이다. 주말에 폼알데하이드(HCHO)는 카페공간 158.5%(21.2 μg/m³), 놀이공간 124.0%(21.5 μg/m³) 증가하였다. 주말 바비큐시설의 사용이 폼알데하이드(HCHO)의 증가 원인으로 보인다. YJC 키즈카페는 도심 외곽에 있는 아울렛 내 푸드코트 위층에 자리 잡고 있으며, 측정 시간대는 점심시간대로 조리음식 판매 증가에 따른 폼알데하이드(HCHO) 배출이 외기의 상승을 가져온 것으로 보인다. 외기의 값을 바탕 값으로 보정할 경우 YJC 폼알데하이드(HCHO)는 증가로 판단하기 어렵다(까페공간 1.0 μg/m³ 감소, 놀이공간 1.5 μg/m³ 증가). SNC와 YIC의 폼알데하이드(HCHO) 감소는 주말 외기의 농도가 평일보다 SNC는 3.4 μg/m³, YIC 5.3 μg/m³ 낮았고, SNC 카페공간과 놀이공간에서 각각 2.4 μg/m³, 0.7 μg/m³, YIC는 1. μg/m³, 1.4 μg/m³로 외기의 농도 차이보다도 적게 낮아진 것을 고려하면 인구밀집도 증가에 따른 감소로 보기 어렵고 오히려 약간 상승이나 보합으로 판단함이 적합할 것이다.

Park et al.,(2013)의 연구[31]는 키즈카페 2개소를 대상으로 평일과 주말의 폼알데하이드(HCHO)의 농도 변화를 간이 가스 측정기를 이용하여 비교하면서 이용고객이 많아질수록 놀이기구를 사용하는 빈도가 높아지고 그 과정에서 외부 압력으로 인해 시설물에 내재되어 있던 유해물질이 추가적으로 방출될 수 있음을 보여 주었으나, 본 비교실험에서는 주말에 놀이공간보다 카페공간의 폼알데하이드(HCHO) 증가세가 더 뚜렷하게 나타나고, 조리과정과 연관이 적은 시설에서는 그 농도가 감소하거나 약간 상승한 것으로 나타나 외압에 의한 내재된 폼알데하이드(HCHO) 방출보다 조리과정에서 방출되는 양이 실내공기질에 더 큰 영향을 주고 있음을 보여줬다.

Fig. 5(b)는 휘발성유기화합물(VOCs)의 주말과 평일의 비교실험 결과이다. 평일에 OSO의 고농도 휘발성유기화합물(VOCs) 검출이 관찰되었으며, 이용객 증가에 따른 뚜렷한 휘발성유기화합물(VOCs) 농도변화는 관찰되지 않았다. 평일 OSO의 휘발성유기화합물(VOCs) 농도는 카페공간 551.3 μg/m³, 놀이공간 935.4 μg/m³, 출입구에서 30 m 정도 떨어진 외기에서 195.0 μg/m³이었으며, 개별 휘발성유기화물질로 정량 했을 때는 xylene 240.8 ㎍/㎥, Ethylbenzene 48.7 μg/m³, Toluene 14.8 μg/m³ (놀이공간)이 검출되었고, 시료채취 시점이 키즈카페 출입구 바로 옆에서 방수 페인트칠을 마친 직후임을 고려해 봤을 때 외부 유입에 의한 농도 상승으로 판단된다. 자연환기만 이루어지는 ICD는 주말에 까페공간만 휘발성유기화합물(VOCs)농도가 평일의 2.1배(129.2 μg/m³) 높게 측정되었다. 이는 폼알데하이드(HCHO)와 같이 주말의 조리음식 판매 증가에 따른 연소과정 중 휘발성유기화합물(VOCs) 방출이 증가 요인으로 사료된다. 그러나 휘발성유기화합물(VOCs)은 폼알데하이드(HCHO)와 달리 주말의 상승세가 다른 키즈카페에서는 관찰되지 않았다. 이상의 결과들로 볼 때, 휘발성유기화합물(VOCs)은 기계식 환기 장치에 의한 감소가 폼알데하이드(HCHO)보다 더 클 것으로 추정된다. 이를 확인하기 위해 기계식 환기 장치만 작동하며 평일에 가동률이 주말보다 낮은 YIC의 폼알데하이드(HCHO)와 휘발성유기화합물(VOCs) 농도를 평일 2회 방문하여 반복 측정하고 농도변화를 비교하였다(Fig. 6). 폼알데하이드(HCHO)는 그 농도 차이가 약 2배, 휘발성유기화합물(VOCs)은 약 7배 났다. 측정 시점의 외부 가스상오염물질의 농도는 1차 실험(폼알데하이드 6.8 μg/m³, 휘발성유기화합물 106.7 μg/m³)보다 2차 실험(폼알데하이드 2.3 μg/m³, 휘발성유기화합물(VOCs) 59.0 μg/m³)에서 더 낮았고, 키즈카페 내 환경조건은 1차 때 온도 21.8oC, 습도 41%, 2차 때는 22.2oC, 58%였다. 신축 공동 주택에서 60%와 80%의 습도 차이와 폼알데하이드(HCHO) 방출량과의 상관관계를 연구한 논문에 의하면 실내의 20% 습도 차이는 폼알데하이드(HCHO) 방출량에 영향을 주지 않는다고 했다[23]. 또한, 이번 반복실험 결과는 기존의 실내주차장에서 이루어진 환기시설 작동 유무에 따른 휘발성유기화합물(VOCs) 저감효과를 측정한 결과 미가동시 평균 1401.2 μg/m³, 작동 4시간 후 290.5 μg/m³였다는 연구결과와 일치했으며, 국립환경과학원 2019년 보고서에서도 이번 반복 실험과 유사한 데이터를-폼알데하이(HCHO)와 휘발성유기화합물(VOCs) 농도가 높은 5개 키즈카페의 반복측정 시 폼알데하이드(HCHO)는 2.1-5.8배, 휘발성유기화합물(VOCs)은 3.7-10.5배 편차가 있음 -확인할 수 있었다[3,32]. 즉, 기계식 환기설비가 가동되면 외기가 유입되면서 실내의 가스상오염물질은 희석이 일어나며, 외기의 농도와 실내의 농도차이가 폼알데하이드(HCHO)보다 큰 휘발성 유기화합물(VOCs)이 환기설비 가동 후 희석배율이 높아져 농도변화가 더 크게 나타남을 유추해 볼 수 있다. 또한 박진철(2004)의 연구에 의하면 폼알데하이드(HCHO)는 목재 가구가 주 발생원이며, 페인트는 휘발성유기화합물(VOCs) 방출량이 높은 반면 폼알데하이드(HCHO)의 방출량은 낮은 것으로 나타났고, 리노륨 바닥재에는 톨루엔이, 고무바닥재에는 스틸렌이 다량 방출된다고 했다[33]. 키즈카페는 특성상 목재가구의 사용량이 적으며, 놀이시설의 인테리어와 안전 문제로 인해 페인트의 사용량과 탄성있는 바닥재를 많이 사용한다. 이런 이유에서 키즈카페 내 휘발성유기화합물(VOCs)의 농도는 폼알데하이드(HCHO)보다 높게 검출될 수 밖에 없다.

위의 확인 실험과 선행연구로부터 환기시설의 가동률 차이에 의한 휘발성유기화합물(VOCs) 농도 변화는 폼알데하이드(HCHO)보다 크며, 발생원에 의한 농도 변화보다도 크다는 것을 알 수 있었다.

2.1 실험 결과 키즈카페의 입자상 오염 물질은 평균 PM₁₀ 16.7 μg/m³, PM_2.5 10.7 μg/m³로 대조군(외기) PM₁₀ 55.9 μg/m³, PM_2.5 20.7 μg/m³의 22.9%, 51.8% 수준으로 외기보다 낮은 수준이었다. 각 키즈카페의 입자상 오염물질 I/O비를 구하여 평균하였을 때 PM₁₀은 0.4로 실내오염원이 없을 때 실내의 먼지농도가 대기 중의 농도와 평형상태에 이르렀을 때 평형상태의 I/O비 평균값 범위 약 0.15-0.50 안에 있었으나, PM_2.5는 0.9로 I/O비 평균값 범위 0.35-0.85보다 높아 실내에 오염원이 존재할 가능성을 시사했다[34]. 입자상 오염물질의 평일의 공간별 차이를 비교하기 위한 평균차이검정(Kruskal-Wallis rank sum test)과 사후 검정 결과, 카페공간과 놀이공간의 입자상 오염물질의 농도는 p > 0.05로 통계적으로 유의미한 차이가 없었다(Fig. 2, Table 4, Table 5).

2.2의 주말과 평일의 비교실험결과, 입자상 오염 물질은 이용객 증가에 따른 영향을 받는 것으로 나타났다. Fig. 5(c)은 평일과 주말에 PM₁₀의 농도 변화를 공간별로 나타낸 것으로 실험 대상 모든 키즈카페에서 주말 PM₁₀ 농도(25.7 μg/m³)가 평일 PM₁₀농도 (19.3 μg/m³) 대비 약 33.2% 상승했다. 특히, PM₁₀ 증가는 어른들이 주로 이용하는 카페공간(23.3 μg/m³) 18.3% 상승, 아이들이 활동하는 놀이 공간(28.2 μg/m³) 49.2% 상승으로 놀이공간에서 두드러졌다. 실내의 미세먼지는 대기 중의 미세먼지의 실내 유입과 실내에 존재하는 오염원으로서 실내 조리, 연소, 실내의 미생물 오염 그리고 실내 거주자의 행동(진공청소, 흡연 등)에 영향을 받을 수 있고, 사람 자체도 중요한 실내 오염원이다[16,35]. 일반적으로 모든 사람은 2-4주 이내에 피부 최외각의 모든 세포가 벗겨지고 새로 재생되고 분당 20만에서 60만 개의 피부 조각(skin scales or skin flakes)이 벗겨져 공기 중으로 배출된다고 한다[36,37]. 이런 피부조각은 주로 입자의 크기가 비교적 큰 PM₁₀16) 으로 사람 피부에 서식하는 세포수의 10배의 미생물을 포함한다. 카페공간은 어른들이 주로 정적으로 머무르는 곳이고, 놀이공간은 아이들이 움직이는 공간으로 아이들의 활동에 의해 의류 등에 묻어 있다 떨어져 나온 미세먼지와 공기 중으로 배출된 인간의 피부조각들이 까페공간보다 훨씬 많았을 것으로 보이며, 놀이공간의 PM₁₀농도가 까페공간의 PM₁₀농도보다 높은 증가 원인으로 판단된다. 피부조각에 의한 PM₁₀의 증가는 총부유세균의 미생물 동정으로 확인할 수 있었다.

Fig. 5(d)은 이용객 증가에 따른 PM_2.5의 농도변화를 도시한 것이다. 비교실험 키즈카페 중 조리시설이 유일하게 내부에 있는 ICD는 주말에 카페공간의 PM_2.5 농도가 24.9 μg/m³로 평일의 PM_2.5 농도보다 13.2 μg/m³(113% 상승) 높았고, 놀이공간의 PM_2.5도 25.2 μg/m³로 평일 농도보다 9.8 μg/m³(63.6% 상승) 높았다. 카페공간의 PM_2.5가 놀이공간보다 높게 상승한 것은 주말에 카페공간의 휘발성유기화합물(VOCs)이 129.2 μg/m³로 평일의 2.1배가 높았지만, 놀이공간은 23.7 μg/m³로 평일보다 15.9 μg/m³ 낮고, 공간이 2층, 3층으로 분리된 것으로 봤을 때, 이용객 증가에 따른 직접적인 영향과 조리과정에서 발생한 휘발성유기화합물(VOCs) 의한 2차 유기먼지의 영향을 동시에 받은 것으로 판단된다. 입자상 오염 물질은 일차먼지와 이차먼지로 나뉠 수 있는데, 이차먼지는 가스상 물질이 광화학반응을 거쳐 ‘먼지’로 변화되는 과정을 거쳐 생성된 먼지를 말한다[16]. 이런 이차 먼지가 생성되기 위해서는 전구물질(precursor), 산화제(oxidant), 그리고 에너지라는 세 가지 조건이 갖춰져야 한다. 실내에는 휘발성 유기화합물(VOCs)이라는 전구물질이 존재하고, 화학 용매 혹은 살균제를 사용한 청소 후에 발생하는 유기 과산화물이나 질산염, 2차 폼알데하이드(HCHO)에 의한 OH라디칼(radical), 혹은 오존 등과 같은 산화제가 있으며, 직간접적으로 들어오는 햇볕이라는 에너지원이 있다[38,39]. 휘발성유기화합물(VOCs)과 같은 전구물질은 산화제를 만나 에너지를 얻으면 극성이 있는 분자 critical nuclei가 형성되고 이 critical nuclei를 중심으로 응축과 응집이 거의 자동으로 일어나 실내의 가스상 유해물질은 주로 PM_2.5로 변화하게 된다[36,40]. 선행연구 결과에 따르면, 유기화합물이 풍부한 실내에서 PM_2.5가 새롭게 분비되거나 생성되고, 대기에서 실내로 유입된 PM_2.5도 실내에서 여러 화학 반응을 거쳐 실내 PM_2.5에 유기물질의 질량이 대기 PM_2.5보다 1.5-2배 가까이 높아진다고 한다[16]. 추후 키즈카페뿐만 아니라 다중이용시설의 시설군별 PM의 성분을 분석하여 비교해볼 필요성이 있다.

OSO는 평일 PM_2.5가 카페공간 30.9 μg/m³, 놀이공간 31.7 μg/m³로 주말 카페공간 PM_2.5 24.7 μg/m³, 놀이공간 PM_2.5 25.7 μg/m³보다 각각 6.2 μg/m³, 6.0 μg/m³ 높았고, 평일 휘발성유기화합물(VOCs) 농도도 카페공간 551.3 μg/m³, 놀이공간 휘발성유기화합물(VOCs) 935.4 μg/m³로 주말보다 각각 6.5배, 9.9배 높았던 반면, 폼알데하이드(HCHO)는 주말에 평일보다 카페공간 13.0 μg/m³, 놀이공간 11.9 μg/m³ 증가한 사실로부터 최소한 주말 대비 평일 PM_2.5의 증가분 카페공간 6.2 μg/m³, 놀이공간 6.0 μg/m³는 2차 유기 먼지에 의한 증가임을 유추해 볼 수 있다. 이상의 상반된 결과는 평일 측정 당시 방수페인트칠을 막마친 상태로 시료 채취 시간이 가스상오염물질은 1시간이며, PM_2.5는 24시간으로 휘발성유기화합물(VOCs)에 의해 생성된 폼알데하이드(HCHO)는 1시간 동안의 발생량이 반영된 것이고, 2차 유기 먼지는 24시간 동안 발생한량이 정량된 것이기 때문으로 판단된다. YIC는 외기의 PM_2.5(평일 28.0 μg/m³, 주말 13.0 μg/m³)가 평일에 높고, 주말과 평일의 이용객 차이는 실험군 중 가장 컸던 곳으로, 어른들이 머무르는 카페공간의 PM_2.5는 외기처럼 평일의 PM_2.5가 12.8 μg/m³로 주말의 PM_2.5보다 20% 높아 이용객 증가에 따른 실내오염원 증가보다 외기의 영향을 더 받았고, 아이들이 뛰어노는 놀이공간의 PM_2.5는 주말에 9.9 μg/m³로 평일 PM_2.5보다 10% 더 높아 이용객 증가에 따른 실내오염원의 증가가 외기의 영향보다 더 컸다. YJC의 주말과 평일의 외기 PM_2.5 농도는 각각 10.0 μg/m³, 12.0 μg/m³로 평일 PM_2.5가 다소 높았으나 비슷한 수준이었으며, 도심 외곽의 아울렛에 위치한 키즈카페로 주로 아이들만 놀이공간을 이용하고 카페공간을 이용하는 어른들은 적은 곳이었다. 카페공간은 평일 PM_2.5 농도가 16.5 μg/m³로 주말 PM_2.5 보다 2.9 μg/m³ 높았으며, 놀이공간은 주말 PM_2.5가 17.0 μg/m³로 평일 PM_2.5보다 4.4 μg/m³(34.9% 상승) 높아 놀이공간이 이용객 증가에 따른 영향을 까페공간보다 더 받았다. Fig. 5(c)과 Fig. 5(d)의 앞 두 키즈카페 ICD와 OSO는 영업시간 동안 창문을 통해 자연 환기만 하는 곳이고, 뒷부분의 YIC, YJC는 기계식 환기시설만 가동되는 키즈까페다. 가운데 SNC는 기계식 환기시설과 자연환기가 동시에 이루어지는 곳으로 실험군 중 PM의 농도가 가장 낮았다. 또한, 기계식 환기가 이루어지는 키즈카페가 자연식 환기에만 의존하는 키즈카페보다 PM 농도가 낮았다.

전체적으로 비교실험의 평일 PM₁₀ I/O비는 0.37, PM_2.5 I/O비는 0.62였고, 주말 PM₁₀ I/O비는 0.70, PM_2.5 I/O비는 1.39로 이용객 증가에 따른 키즈카페 내의 오염원의 변화가 PM을 생성하고 있음을 알 수 있었다.

총부유세균의 공간별 분포를 분석한 결과, 평일 카페공간과 놀이공간의 총부유세균수는 p > 0.05로 평균 차이가 없는 것으로 나타났으나 외기보다는 실내가 총부 유세균이 많았고, 그 수는 외기 총부유세균수와 Pearson’s correlation coefficient가 0.58로 서로 상관관계가 있다고 나타났다. 카페공간의 총부유세균수는 평균 369 CFU/m³, 놀이공간은 304 CFU/m³, 외기는 181 CFU/m³이었다(Fig. 2, Table2, Table3).

주말과 평일 비교실험 결과 총부유세균은 Fig. 5(e)와 같이 모든 지점에서 인구밀집도가 높은 주말에 1.4-11.2배 증가하였고, 놀이공간이 카페공간보다 총부유세균수 증가율이 더 높았다. OSO는 키즈카페 안팎에 동물사육장이 있는 곳으로 외기의 총부유세균수(214 CFU/m³)가 다른 키즈카페와 비슷했던 평일에도 2,128 CFU/m³로 타 키즈카페보다 월등히 높았다. 공간별 분포 특성에 관한 실험에서도 애완동물의 동반입장이 가능한 대형쇼핑몰 안에 위치한 BCC2 키즈카페에서 평균 총부유세균수가 552 CFU/m³로 공간별 분포 특성 실험군 중 가장 높았다. 키즈카페 내 총부유세균수는 동물의 영향을 많이 받고 있음이 드러났다. SNC는 평일의 평균 총부유세균수가 180 CFU/m³로 실험군 중 가장 낮았으나 주말 총부유세균수는 카페공간 6.7배, 놀이공간 11.2배로 실험군 중 가장 많이 증가했다. SNC의 주말 외기의 총부유세균수가 가장 높았고 증가율은 최고였으나 총부유세균 수는 가장 높지 않았던 것을 고려해 볼 때 총부유세균은 외기의 영향과 인구밀집도의 영향을 동시에 받고 있음을 알 수 있었다. 비교실험은 대체로 주말 외기의 총부유세균수가 평일보다 높았다. 그래서 주말 총부유세균수의 증가가 이용객 증가에 따른 영향인지 외기의 영향인지를 좀 더 확인하기 위해 주말과 평일의 이용객 차이가 가장 컸던 YIC를 대상으로 주말 총부유세균수를 재측정하였다. 재측정 결과 대조군(외기), 카페공간, 놀이공간의 총부유세균수가 각각 20 CFU/m³, 946 CFU/m³, 982 CFU/m³이었으며, 평일 총부유세균수는 159 CFU/m³, 432 CFU/m³, 93 CFU/m³였다. 이상의 결과로부터 이용객의 증가가 주말 총부유세균수 증가의 주요인임을 확인할 수 있었다(Fig. 7).

YIC 키즈카페의 평일과 주말 부유세균 동정 결과, 평일에는 Micrococcus과 Staphylococcus속 세균들이 주로 발견되었고, 주말에는 Brachybacterium, Chryseobacterium, Corynebacterium, Dermacoccus, Gordonia, Janibacter, Massilia, Microbacterium, Micrococcus, Rhodobacterales, Roseomonas, Roseovarius, Staphylococcus속 세균들이 다양하게 발견되었다. 특히, Corynebacterium, Staphylococcus는 사람과 관련된 세균[41]으로 주말 총부유세균의 증가 원인을 설명해준다.

실내에서 부유세균의 발생은 사람 피부와 동물에 서식하는 미생물의 공기 중 배출, 세균 확산을 촉진하는 일상적 활동, 세균의 영양원 역할을 하는 음식물, 이불, 옷 등과 같은 유기성 재료들의 취급에 의한 것과 공기 흐름에 의해 유입되는 실외 세균에 의한 것으로 알려져 있다[18]. 본 총부유세균 비교실험은 이런 내용들을 종합적으로 보여주는 데이터로, 키즈카페 내 총부유세균수는 외기의 농도가 높을 때 높은 경향이 있었고, 이용객이 증가하면서 증가하였으며, 동물이 주변에 있을 때 높았다. 또한, 어린이들의 활동이 많은 놀이공간의 총부유세균수 증가율이 카페공간보다 높게 나타났다.