미세먼지 저감을 위한 공동주택의 설비적 대응방안
미세먼지 저감을 위한 공동주택의 설비적 대응방안
  • 냉동공조저널
  • 승인 2020.02.04 15:54
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 최근 미세먼지 저감을 위한 정부 및 지자체의 다양한 지원 및 규제 정책이 추진되거나 시행을 앞두고 있다.

서울시는 가정용보일러 363만대 중 10년 이상 된 노후보일러 90만대를 2022년까지 친환경콘덴싱보일러로 전면 교체해 난방분야 미세먼지 발생을 획기적으로 감축하겠다는 지원 방안을 마련 지난해 4월부터 시행하고 있다.

수도권대기환경청은 친환경 콘덴싱보일러의 보급 확대를 위해 올해부터 보조금 지원대상과 지원금액을 대폭 확대했다. 수도권지역에 415억 원을 투입해 친환경 콘덴싱보일러 28만대를 보급 확대할 계획이다.

친환경 콘덴싱보일러는 일반보일러 대비 미세먼지 저감(질소산화물 173→20ppm)은 물론, 난방비도 연간 최대 13만원 정도 줄일 수 있는 친환경 고효율 보일러이다.

환경부는 올 4월 3일부터 대전, 세종, 광주, 부산, 울산 등 대기오염이 심하거나 오염물질 발생이 많은 지역을 대기관리권역으로 지정해 사업장, 자동차, 생활주변 배출원 등 권역별 특성을 반영한 맞춤형 미세먼지 관리가 추진한다.

2005년부터 지정된 수도권 외에 중부권, 동남권, 남부권을 권역으로 추가 설정해 제주특별자치도를 제외한 총 77개의 특광역시 및 시군을 권역으로 확대 관리하게 되는 것이다.

확대되는 권역 내에 위치한 690여 개 오염물질 다량배출 사업장에 총량관리제를 처음 시행해 오는 2024년까지 오염물질의 총 배출량을 2018년 배출량 대비 약 40% 감축할 수 있을 것으로 예상된다.

이처럼 매년 큰 이슈가 되고 있는 미세먼지에 대한 대응책으로 환기용 에어필터 성능기준 강화와 공동주택 난방설비 지원에서 소외된 중앙난방시스템의 지원제도 마련 필요성을 다룬 논문이 발표돼 관심을 끌고 있다.

다음은 주덕훈 파트장, 황동곤 연구소장(우원엠앤이), 백수현 이사(대열보일러)가 공동 집필한 논문 전문이다.

 

난방·발전부문 발생 질소산화물 및 미세먼지 비율 증가

최근 인체건강의 가장 큰 환경적 위험 요인으로 질소산화물(NOx)과 미세먼지(PM10, PM2.5)가 부각됨에 따라, 환경복지 증진을 위한 관리수요가 크게 대두되고 있으며, 이에 따라 국내 미세먼지 환경기준은 선진국의 수준으로 높이기 위해 규제를 지속적으로 강화하고 있는 추세이다.

서울시에서는 미세먼지 농도와 관련된 대기화학/수송반응, 대기중 농도 특성, 주요 배출원, 성분별/지역별 기여도 등 다양한 요소들의 영향과 인과 관계 등 미세먼지 관리 정보 시스템의 구축과 실제 활용을 위한 연구를 2011년과 2016년에 수행한 이력이 있으며, 질소산화물 및 미세먼지 농도와 배출원별 기여도 변화에 대한 내용이 포함되어 있다. 주목해야 할 부분은 난방‧발전부문에서 발생하는 질소산화물과 미세먼지의 비율이 증가하고 있다는 점이며, 그 결과 공동주택에서의 저녹스보일러 및 친환경 보일러 보급 사업 적극 추진을 요구하고 있는 실정이다.

한편 우리나라 국민의 대다수가 거주하고 있는 공동주택은 채광을 위해 거실과 각 실에 큰 면적의 창호가 설치되어 있고 실내 환기를 위해 창호를 개방하는 횟수가 많다. 따라서 잠재적으로 미세먼지의 유입이 크게 우려되는 거주특성을 지니고 있지만 최근에는 단열효과를 위해 기밀성능이 강화되어 미세먼지 유입이 차단되는 효과를 얻고 있으며, 환기를 위한 환기유니트에도 미세먼지 유입을 최소화하기 위해 필터를 같이 적용하고 있다. 하지만 시공 및 사용의 편의성을 고려한 개별보일러의 설치가 증가하는 가운데 낙후된 보일러의 성능이 공동주택에서 발생하는 미세먼지에 주 원인으로 파악되고 있어 이에 대한 대책을 고민할 필요가 있다.

본 고에서는 공동주택을 대상으로 거주자의 환경적 위험 요인인 미세먼지와 환기유니트 필터의 국내 기준을 통해 미세먼지의 거주공간 유입 가능성을 알아보고, 공동주택에서 발생되는 미세먼지의 저감방안에 대한 의견을 제시하여 보았다.

미세먼지… 대기 중 부유 입자상 물질

먼지는 대기 중에 부유하는 입자상 물질을 말하며, 석탄‧석유 등의 화석연료를 연소하거나 공장, 자동차 등의 배출가스에서 주로 발생한다.

먼지는 입자의 크기에 따라 50㎛ 이하인 총먼지(TSP, Total Suspended Particles)와 입자크기가 매우 작은 미세먼지(PM, Partic�ulate Matter)로 구분하며, 다시 지름이 10㎛보다 작은 PM10 미세먼지와 지름이 2.5㎛보다 작은 PM2.5 초미세먼지로 구분된다.

세계보건기구(WHO)에서는 미세먼지에 대한 대기질 가이드라인을 1987년부터 제시해 왔다. 2013년에는 세계보건기구 산하 국제암연구소에서 미세먼지를 사람에게 발암이 확인된 1군 발암물질로 지정하면서 그 위험성이 대두되고 있는 실정이다.

미세먼지의 발생원 및 생성과정

미세먼지를 이루는 성분은 그 미세먼지가 발생한 지역이나 기상조건 등에 따라 달라질 수 있지만 일반적으로는 대기오염물질이 공기 중에서 반응해 형성된 황산염, 질산염 등과 석탄, 석유 등 화석연료를 연소하는 과정에서 발생한다.

 

특히 화석연료 연소 시 발생되는 질소산화물(NOx)과 황산화물(SOx)이 태양광으로 인해 산화되면서 대기 중의 암모니아(NH3), 수증기(H2O), 오존(O3) 등과 결합한 후 화학반응을 통해 초 미세먼지(PM2.5)를 만들게 된다.

이는 중국발 황사와는 다른 성분이며, 우리나라에서 발생되는 미세먼지 배출의 주요 원인은 화석연료의 연소에서 기인하는 바가 크다고 알려져 있다.

우리나라 주요 지역에서 측정된 미세먼지의 구성비율을 보면 황산염, 질산염이 58.3%로 가장 높고 그 다음 탄소류 16.8%, 광물 6.3% 순으로 나타났다.

 

환기유니트 필터 기준

우리나라는 2008년 기계환기장치의 외기도입구에 설치해야 하는 필터의 성능 기준을 제시해 미세먼지와 같은 오염물질의 유입을 최소화하도록 했다. 이후 고농도 미세먼지에 대한 우려가 높아지면서 필터의 성능기준이 비색법 60%에서 80%로 상향되었으며, 500세대 이상의 공동주택에 적용되는 건강친화형 주택 건설기준의 기계환기장치용 필터 기준도 80%에서 95%로 상향됐다.

 

환기유니트 필터 성능에 대한 시험방법은 관련 법령에서 인용하는 KS B6141에 명시되어 있다. 2002년에 제정된 KS B6141은 일본의 JIS B9908과 유사하며 △극미세한 분진(형식1) △약간 미세한 분진(형식2) △약간 거칠고 큰 분진(형식3) 등 3가지 형식으로 구분해 지정되어 있다. 형식1은 중성·고성능 필터가 대상이며 DOP 표준입자를 발생시켜 필터 전후의 0.3㎛ 입자 개수를 측정해 포집률을 도출한다. 형식2는 중성능 필터가 대상이며 KS A0090의 표준분진(11종)을 발생시킨 후 필터에 의해 제거된 양을 비색법이나 광산란적산법으로 측정하는 방법이다. 형식3은 프리필터와 같은 낮은 성능 필터에 해당되며 KS A0090의 표준분진(15종)을 발생시킨 후 중량법에 의해 시험 전후 필터의 중량 차이로 포집율을 구하는 방법이다.

 

국내 기준과 선진국의 기준을 비교하기 위해 일부 선진국의 필터 성능 구분 방식을 살펴보면 미국은 ASHRAE에서 환기용 에어필터 성능기준인 지름 0.3~10㎛의 고형 염화칼륨 입자를 발생시킨 후 광학입자 계산장치(OPC)를 이용해 포집률에 따라 MERV 등급을 부여하도록 하고 있다.

유럽은 환기용 에어필터 성능기준으로 EN779가 제정되어 있으며, 필터의 입자포집률에 따라 G1~G4의 가장 낮은 등급, M5~M6까지의 중간 등급, F7~F9까지의 높은 등급의 필터로 구분하고 있다. EN779 외에도 일반 사용자를 위한 ISO 16890 기준이 별도로 제정되어 있기도 하다.

일본은 2001년 환기용 에어필터 기준인 JIS B9908이 제정되어 있으며, 국내 KS B6141과 거의 유사한 기준으로 제정됐다. 하지만 2016년 ISO 16890이 제정됨에 따라 2019년에 ISO 16890 기준 대부분을 그대로 수용해 사용하고 있다.

이와 같이 일본의 필터 기준이 ISO 기준을 반영해 변경함에 따라 국내에서도 국제 기준 반영에 대한 요구가 증가하고 있으며 국토부에서는 필터 기준을 개정 중에 있다.

미세먼지 배출원별 기여도

서울시는 2011년과 2016년에 미세먼지의 효율적인 대기질 개선을 위한 대책을 수립하는데 기초 자료를 제공하고자 미세먼지의 이동, 확산 및 변환 등을 해석해 서울지역 미세먼지에 대한 지역/배출원별 기여도를 분석한 바 있다.

 

서울연구원의 ‘초미세먼지 상세 모니터링 연구’의 PM2.5농도에 대한 서울지역 배출원 기여도 변화를 살펴보면, 서울시의 초미세먼지 배출원의 39%는 난방 발전에서 배출되고 있었다. 이중 46%는 가정용 보일러가 차지했다. 서울시 미세먼지의 18%는 가정용 보일러에서 배출되며, 이는 자동차 전체의 25%와 비교되는 수치이다.

서울시 오염물질 농도에 대한 서울 배출원별 기여도 변화를 살펴보면 2011년에는 자동차의 기여도가 35%로 가장 크고, 난방·발전 27%, 건설기계 17%, 비산먼지 12% 수준이었으나, 2016년에는 난방·발전이 39%, 자동차 25%, 건설기계 12%, 비산먼지 22%로 변화된 것을 알 수 있어 난방·발전에서 발생하는 미세먼지가 점차 증가하고 있어 이에 대한 대응이 중요할 것으로 판단된다.

미세먼지 저감 방안

보통 공동주택에서 발생되는 미세먼지를 생각하면 주방에서 조리 시 발생하는 미세먼지를 떠올릴 수 있다. 하지만 그 외에도 난방을 위해 화석연료를 연소하는 보일러가 미세먼지를 대기로 배출하고 영향을 미치게 된다.

과거 공동주택의 난방부하를 대응하는 시스템은 대부분 중앙난방 시스템으로 계획됐다.

하지만 1998년도 이후 가정용 보일러를 사용하는 개별난방 시스템으로 계획되는 공동주택의 비율이 증가하기 시작하였으며, 중앙난방 시스템은 쾌적성을 추구하는 사용자의 요구를 충족시키지 못하고 개별난방 시스템과 비교해 공사비가 높은 단점, 시공 편의성의 불리함 등의 이유로 그 비율이 점차 낮아지고 있다.

현재 서울시에 설치된 가정용 보일러 10대 중 4대는 노후보일러이며 질소산화물의 배출량이 85~170ppm으로 친환경보일러의 8배에 달한다. 이는 환경부에서 제시하는 산업용 보일러의 질소산화물 배출허용기준 40ppm보다도 크게 상회하는 수치이다.

 

서울 내 가스보일러 설치 현황을 보면, 설치한 지 10년 이상 된 보일러가 전체의 36%이고, 5년 이상~10년 미만 28.2%, 5년 미만 25.4%를 차지하고 있다. 이에 따라 서울시에서는 기존에 설치된 낙후된 가정용 보일러를 저녹스 보일러나 친환경 보일러로 교체하는 보급사업을 진행해 2016년 말까지 약 9천 여대를 교체했지만 이는 전체의 0.25%에 불과한 수치로 공동주택에서 발생하는 미세먼지의 비율은 여전히 증가할 것으로 예상된다.

한편 정부에서는 미세먼지 정책을 강화하기 위해 먼지, NOX, SOX 등 미세먼지 다량배출사업장에 대한 배출기준을 강화해 2019년 1월에 적용한 바 있으며, 질소산화물에 대한 대기배출부과금제를 도입하고 먼지와 황산화물에만 부과되던 배출부과금을 질소산화물에도 적용했다. 해당 정책 강화를 통해 정부는 2022년까지 미세먼지 국내 배출량을 30% 감축해 미세먼지 환경기준을 연평균 25㎍/㎥에서 15㎍/㎥까지 낮춘다는 목표를 세우고 있다.

하지만 해당 정책은 사업장을 대상으로 하는 정책으로 공동주택에 설치된 가정용 보일러는 해당되지 않는다.

 

 

따라서 정부와 지자체에서는 미세먼지 정책의 대상 범위를 가정용 보일러까지 확대함과 동시에 친환경보일러 보급사업의 규모를 확대해 낙후된 보일러 교체사업을 강하게 추진할 필요가 있다. 더불어 미세먼지 저감에 효과를 나타낼 수 있는 중앙난방시스템에 대해서도 지원제도를 제정할 필요가 있다. 과거 중앙난방시스템의 단점인 사용자 제어 자율성 문제는 최근 기술발달로 이미 개별난방시스템과 동일한 수준이며, 미세먼지 저감 효과를 고려할 때 충분히 가치가 있을 것으로 판단된다.

또한 미세먼지 배출량 및 보일러 성능 유지관리 측면에서 중앙난방시스템은 가정용보일러와는 달리 한국에너지공단에서 매년 관리가 가능하다는 이점이 크다고 볼 수 있다.

매년 큰 이슈가 되고 있는 미세먼지에 대한 대응책으로 큰 역할을 하고 있는 환기용 에어필터 성능 기준에 대해 선진국과 국내 기준을 같이 살펴보고 공동주택에서 발생하는 미세먼지의 발생원을 살펴보고 대책을 제안해 보았다.

국내 환기용 에어필터의 성능기준은 2002년 제정되어 현재까지 과거의 기준을 유지하고 있는 실정으로 선진국의 기준이 강화되고 있는 것과 비교할 때 좀 더 강화되고 세분화된 국내 기준이 필요할 것으로 사료된다.

또한 공동주택 미세먼지의 주된 발생원인 노후된 보일러는 현재까지 개별난방시스템이 적용된 공동주택의 호수를 고려할 때 매년 노후화가 진행되어 국내 미세먼지 발생량에 큰 영향을 미칠 것으로 예상되어 시급한 대응방안이 필요한 상황이다.

가장 큰 문제는 낙후된 보일러에 대한 콘덴싱 보일러 교체사업을 진행하더라도 사용자에게 교체를 강요할 수 없고, 전문적 지식이 없는 개인사용자로 인해 관리가 어렵다는 점인데 관리 측면과 미세먼지 저감을 고려할 때 중앙난방시스템에 대한 고려가 다시 필요한 시점이라고 판단한다.

정부에서는 이러한 점을 고려해 산업용 보일러에만 적용되고 있는 미세먼지 저감 정책을 공동주택의 보일러에도 확대하고, 향후 계획되는 일정 규모 이상의 공동주택을 대상으로 중앙난방시스템을 고려할 수 있는 지원제도 마련에 관심을 가질 필요가 있다.


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