실내공기질 단위 환산 가능 여부: mg/m³·µg/m³는 변환하고, 개수·Bq는 분리한다

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단위 환산은 숫자를 같은 모양으로 만드는 작업이 아니라 같은 물질, 같은 물리량, 같은 기준 상태의 값을 비교하는 작업이다. mg/m³와 µg/m³, 동일한 분율 정의의 ppm과 ppb, 동일한 계수 대상의 개/L와 개/m³는 배수 환산이 가능하다. ppm·ppb와 질량농도 사이에는 분자량과 온도·압력이 필요하다. 미세먼지 개수농도와 질량농도, CFU와 단순 입자 수, 라돈의 Bq/m³와 방사선량은 임의로 환산하지 않는다.

목차

단위보다 먼저 같은 물리량인지 확인한다

실내공기질 성적서를 법정 기준과 대조할 때 첫 질문은 ‘몇 배를 곱할 것인가’가 아니라 ‘두 값이 같은 물리량인가’이다.

현행 다중이용시설 기준표는 미세먼지·초미세먼지·폼알데하이드와 총휘발성유기화합물을 µg/m³, 이산화탄소·일산화탄소·이산화질소를 ppm, 총부유세균·곰팡이를 CFU/m³, 라돈을 Bq/m³로 표시한다. 이 단위들은 서로 다른 물리량을 포함하므로 숫자 크기만 맞춰서는 안 된다.

성적서의 항목명, 측정 단위, 시험방법 코드, 평균 또는 시료채취 시간, 온도·압력과 기준 상태가 법령·고시의 조건과 일치할 때 직접 비교한다. 현행 실내공기질공정시험기준의 판본은 2025년 11월 17일 시행 국립환경과학원고시 제2025-46호이다. 성적서에 다른 판본이나 시험방법이 적혀 있다면 적용일과 측정일을 먼저 대조한다.

환산 가능성은 세 부류로 나눈다

바로 환산할 수 있는 값은 물리량과 기준 상태가 같고 단위의 접두어나 분모의 부피만 다른 경우다. mg/m³↔µg/m³, 같은 의미로 정의된 ppm↔ppb, 같은 입자 구간과 계수방법의 개/L↔개/m³가 여기에 해당한다.

조건부 환산은 기체의 ppm·ppb↔mg/m³·µg/m³이다. 물질의 몰질량, 분율의 정의, 온도, 절대압력, 건식·습식 여부와 결과가 실제 상태인지 기준 상태인지가 있어야 한다.

환산하지 않는 값은 측정대상이나 물리량이 다른 경우다. PM-2.5 질량농도↔입자 개수농도, CFU↔일반 입자 수, Bq/m³↔Gy·Sv 또는 선량률, 서로 다른 입경 범위·시험방법의 결과가 해당한다. 별도의 측정모델이나 기기별 보정식이 있더라도 그것은 단순 단위 환산이 아니라 추정 또는 방법 간 변환이다.

조건 없이 바꿀 수 있는 세 가지 단위

질량 접두어는 같은 물질과 같은 부피 기준일 때 다음과 같이 바꾼다.

– µg/m³ = mg/m³ × 1,000
– mg/m³ = µg/m³ ÷ 1,000

다만 한 결과가 실제 채취부피 기준이고 다른 결과가 표준상태 부피 기준이라면 접두어만 바꿔도 비교 조건은 일치하지 않는다.

성적서가 ppm을 10⁻⁶ 분율, ppb를 10⁻⁹ 분율로 같은 방식으로 정의했다면 ppm과 ppb 사이에는 1,000배 관계가 있다. ‘ppm’만 적혀 있고 몰분율·체적분율 등의 의미가 불명확하면 제조사 설명서나 측정기관에 정의를 확인한다. NIST는 ppm·ppb 등의 사용이 모호할 수 있고 법령이나 규정에서 요구될 수 있다고 설명한다.

부피는 1 m³=1,000 L이므로 같은 계수 대상과 검출구간이라면 개/m³=개/L×1,000이다. 반대로 개/L=개/m³÷1,000이다. 이 계산은 부피 단위만 바꾸며 입자 크기 범위나 검출효율의 차이는 보정하지 않는다.

ppm·ppb와 질량농도는 조건이 갖춰졌을 때만 계산한다

이상기체로 취급하는 기체의 ppm을 질량농도로 바꾸는 일반식은 다음과 같다.

C(mg/m³)=C(ppm)×(M/22.4)×(273/T)×(P/101.3)

M은 몰질량(g/mol), T는 절대온도(K), P는 절대압력(kPa)이다. 식의 22.4 L/mol은 273 K와 101.3 kPa를 전제로 한 몰부피다. µg/m³가 필요하면 계산된 mg/m³에 1,000을 곱한다. ppb에서 시작하면 먼저 같은 정의의 ppm으로 바꾸거나 분율의 10⁻⁹ 배수를 식에 일관되게 반영한다.

25 °C와 1기압을 명시적으로 적용할 때는 NIOSH 계산식에 따라 C(mg/m³)=C(ppm)×M/24.45를 사용할 수 있다. 24.45를 온도·압력이 적혀 있지 않은 모든 성적서에 일률적으로 적용해서는 안 된다.

계산 전 확인란은 물질명과 화학식, 몰질량 출처, ppm의 분율 정의, 온도, 절대압력, 실제·기준 상태, 건식·습식 기준이다. 하나라도 비어 있으면 환산값을 법정 판정값으로 확정하지 않고 측정기관 또는 기기 제조사에 원자료와 환산 조건을 요청한다.

가상 계산 예제: 같은 ppm도 기준 온도에 따라 질량농도가 달라진다

다음 값은 실제 시설의 측정 결과가 아닌 가상(교육용) 데이터다. 이산화질소 0.037 ppm, 몰질량 46.0055 g/mol을 가정한다.

25 °C·1기압 조건에서는 0.037×46.0055÷24.45=0.06962 mg/m³이므로 소수점 첫째 자리까지 69.6 µg/m³이다. 0 °C·101.3 kPa 조건에서 22.4 L/mol을 적용하면 0.07599 mg/m³, 즉 76.0 µg/m³이다. ppm 원값이 같아도 기준 상태가 다르면 질량농도 결과가 달라진다는 뜻이다.

또한 같은 분율 정의에서는 0.037 ppm=37 ppb이다. 이 환산에는 몰질량이 필요하지 않지만 ppm과 ppb가 같은 종류의 분율을 나타낸다는 확인은 필요하다. 계산 결과는 법정 기준을 다른 단위로 대체한 값이 아니라 조건 차이를 점검하기 위한 검산값으로 기록한다.

개수농도·질량농도·방사능은 서로 바꾸지 않는다

미세먼지의 µg/m³는 부피당 입자 질량이고 개/m³는 부피당 입자 수다. 입자 수에서 질량을 추정하려면 적어도 입경분포, 입자의 밀도·형상·조성, 측정기의 검출범위와 응답특성이 필요하다. NIST 연구도 입자 질량과 수농도를 연결할 때 밀도와 입자 부피뿐 아니라 크기분포를 고려해야 함을 보여준다.

CFU/m³도 단순한 ‘개/m³’와 같지 않다. 배양 조건과 시험방법에 따라 형성된 집락 단위이므로 광학 입자계수기의 입자 수와 환산하지 않는다. 성적서의 계수 대상과 시험방법을 유지한 채 해당 기준 단위와 대조한다.

라돈의 Bq/m³는 공기 부피당 방사성핵종의 붕괴 활동도다. 흡수선량이나 선량당량은 에너지 침적과 방사선 종류에 관한 별도 물리량이다. 따라서 Bq/m³를 Gy, Sv 또는 시간당 선량으로 고정 비례 환산하지 않는다. 노출시간, 핵종과 붕괴생성물, 평형·호흡 조건 등의 별도 평가모델이 필요한 선량평가와 실내공기질 기준 판정을 구분한다.

성적서 검토 체크리스트와 기록 문구

단위 환산 전에는 다음 순서로 확인한다.

– 시설 유형과 적용되는 유지기준·권고기준 표를 특정한다.
– 성적서의 항목명과 화학종이 기준 항목과 같은지 확인한다.
– 질량농도, 분율, 개수농도, 배양 집락농도, 방사능 농도 중 어떤 물리량인지 표시한다.
– 단위뿐 아니라 실제·기준 상태, 온도, 절대압력, 건식·습식 조건을 확인한다.
– 시험방법 코드, 입경 범위, 검출 대상과 평균·시료채취 시간을 대조한다.
– ppm·ppb와 질량농도 사이의 환산에는 몰질량의 값과 출처를 남긴다.
– 기기가 개수신호를 질량농도로 표시한다면 제조사 설명서에서 기준 입자, 밀도 가정, 보정식과 온도·압력 보상 여부를 확인한다.
– 조건이 불명확하거나 측정법이 다르면 임의 환산 대신 측정기관에 원자료 또는 기준 단위 결과를 요청한다.

기록부에는 ‘단위 환산 완료’만 쓰지 않는다. 예를 들어 ‘질량 접두어만 변경, 측정방법·부피 기준 동일 확인’, ‘25 °C·1기압 및 몰질량 46.0055 g/mol을 적용한 참고 환산값으로 법정 판정에는 원 성적서 단위 사용’, ‘개수농도와 PM 질량농도는 직접 비교 불가하여 측정기관 재확인 요청’처럼 계산 조건과 사용 범위를 함께 남긴다.

이어서 볼 글: 측정값 단위 환산 4단계 — ppm↔µg/m³와 표준상태 보정 실무

근거 자료

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