“교실의 공기질 개선을 위해선 실외공기질에 따라 열회수환기장치 및 공기청정기를 단독 또는 복합 운전하는 것이 필요하다.”

한국산업기술시험원 최준영 박사는 ‘학교 공기질 개선을 위한 열회수형 환기장치 및 공기청정기의 실증 비교에 관한 연구’ 최종보고서를 통해 이같이 밝히고 “환기설비 의무화가 일반 상업용 건물로도 확대돼 환기 능력이 입증된 곳은 거리두기를 완화해 국가 경제에 미치는 영향을 최소화하는 정책 등이 요구된다.”고 강조했다.

대한설비공학회 학술연구용역사업 일환으로 2020년 4월부터 11월 30일까지 진행된 ‘학교 공기질 개선을 위한 열회수형 환기장치 및 공기청정기의 실증 비교에 관한 연구’ 최종책임자를 맡았던 최준영 박사를 만나 연구 진행과정과 시험결과 및 도출된 개선방안에 대해 들어봤다.

실증시험 연구 배경은.

학교보건법 시행규칙 제3조 환경위생 및 식품위생의 유지관리에서 교사 내 환경위생에 관한 기준을 정하고 있으며 특히 실내환경과 관련해서는 환기, 채광(자연조명), 조도(인공조명), 실내 온도 및 습도 그리고 실내공기질에 대한 성능 기준을 명시하고 있다.

계절과 관계없이 발생되는 미세먼지 및 초미세먼지의 유입으로 인해 학교 실내환경의 공기질에 대한 관리방안 수립과 이에 대한 대책이 절실히 필요한 실정이다.

현재 정부의 정책에 따라 모든 교실에는 실내 공기질 향상을 위해 열회수형 환기장치(공기순환기) 및 공기청정기를 사용하고 있다. 하지만 두 제품의 사용용도는 근본적으로 차이가 있으나, 현장에서는 이 두 제품의 사용 용도를 동일시해 같은 성능을 기대하고 있는 것이 현실이다.

이번 연구는 현장 실증시험을 통한 두 제품의 교실 공기질 개선 효과를 확인해 효과적인 교실 공기질 개선 방법을 제안하기 위한 일환으로 진행됐다.

실증시험 대상 및 측정항목은.

이번 연구에서는 담양 봉산초등학교 1개 교실(6학년 9명), 여수 상암초등학교 2개 교실(3학년 12명, 4학년 14명) 등 3개 교실을 측정 대상으로 2020년 9월 18일부터 2020년 10월 7일까지 진행됐다.

측정대상은 열회수형 환기장치와 공기청정기 두 제품으로 ‘실내공기질 관리법’과 ‘학교보건법시행규칙’을 기준으로 단독 및 복합 가동 시 미세먼지(PM2.5 , PM10), 이산화탄소(CO2), TVOC, 총부유세균, 소음 등에 대한 비교 측정이 이루어졌다.

연구 진행과정에서 어려웠던 점은.

특별하게 어려움은 없었으나, 본 실증 시험에서는 실외 공기질이 안 좋은 날이 없어서 실외공기질에 따른 비교는 불가능했다. 또 실내 공기질 측정에는 실내 공간에서 학생들의 활동이 매우 중요한 인자인데 측정 중 학생들의 활동상황을 정확하게 파악하기 어려웠다. 즉, 시간대별 수업시간에 따라 TVOC의 측정치가 크게 다르게 측정돼 정확한 학생들의 활동에 따른 실내 공기질의 측정이 필요하다.

실증시험 결과는 어떻게 나왔는지.

우선 미세먼지의 경우, PM2.5는 35 ㎍/㎥, PM10은 75 ㎍/㎥를 기준으로 측정한 결과, 모든 시험결과에서 기준치 미만으로 검출됐다.

이산화탄소는 1000ppm 기준으로 측정한 결과, 열회수형 환기장치가 단독 운전하거나 공기청정기와 동시 운전하는 경우에는 기준치 미만으로 검출됐지만 공기청정기의 단독 운전일 경우에는 기준치를 일부 초과하는 경우도 발생했다.

TVOC는 400㎍/㎥ 기준으로 했으나 시험에 사용된 계측기 측정단위가 ppm으로 표기돼 있어 단위변환을 위해서는 화합물 특성을 알아야 하지만 총휘발성유기화합물은 여러 종유의 화합물 집합으로 정확한 특성을 파악하기 어려웠다. 특히 공기청정기만 운전 시 일부 실내 농도가 매우 불안정하게 측정되는 등 TVOC의 측정 비교에 대한 정확한 분석에 한계가 있었다.

라돈은 148Bq/㎥ 기준으로 측정한 결과 모든 시험결과에서 기준치 미만으로 검출됐고 총부유세균 농도는 모든 교실에서 공기청정기 가동 시보다 열회수형 환기장치 가동 시 감소 폭이 큰 것으로 나타났다. 또 오존은 모든 경우에서 법적 기준치 이내로 측정됐다.

소음은 55dB 기준으로 측정한 결과, 제품 모두 정격모드에서는 기준치 미만을 만족했다.

하지만 열회수형 환기장치의 소음이 공기청정기 소음보다 약간 적게 나왔다. 이유는 열회수형 환기장치의 정격모드는 중풍량으로 설정돼 있었고 공기청정기의 정격모드는 강풍량으로 설정돼 있어 전체적으로 공기청정기의 소음이 조금 더 크게 나온 것 같다.

실증 비교시험을 통해 도출된 개선방안은.

이번 열회수형 환기장치와 공기청정기의 현장 실증 비교시험을 토대로 효과적인 교실 공기질 개선방법을 제안했다.

현장 시증 비교시험 결과를 보면, 실외 공기질이 좋은 날에는 열회수형 환기장치나 공기청정기 단독운전으로도 국내의 ‘실내공기질 관리법’ 및 ‘학교보건법 시행규칙’에서 제시하는 공기질 항목(소음 포함) 기준을 대부분 만족했다.

다만, 이산화탄소는 실내 활동이 많은 경우 공기청정기 단독운전만으로는 실내 이산화탄소의 농도를 감소시킬 수 없어 반드시 열회수형 환기장치를 가동하든지 자연환기를 해야 한다.

실외공기질이 안 좋은 날에는 열회수형 환기장치 중에 미세먼지 제거 능력에 한계가 있는 제품은 공기청정기와 함께 사용해야 공기질이 개선된다. 이때도 자연환기보다는 열회수형 환기장치를 가동해야 이산화탄소 저감 효과가 좋은 것으로 나타났다.

최근 COVID-19로 인한 건물 환기의 중요성이 부각되고 있는 시점에서 실내 공기 중 부유세균 등을 제거 또는 감소시키기 위해서는 열회수형 환기장치의 운전은 필연적이다. 또 실내 공기질 향상을 위해 열회수형 환기장치를 적절하게 운전하면 교실의 실내 공기질 향상에 매우 효과적이다.

교실 환기, 가장 이상적인 방법을 제시해준다면.

현재로서는 가장 이상적인 방법이 정확하게 ‘이것이다’라고 제시할 수 없을 것 같다. 하지만 이번 비교시험 결과에서 알 수 있듯이 실내외 상황에 따라 환기장치와 공기청정기를 적절히 사용하는 것이 효과적이라고 판단된다.

국내 환기설비 관련 기술수준은.

최근 환기설비 관련 기술 특허출헌 동향을 보면 열회수 효율이 높은 열교환기 기술, 가정용 에어컨에 환기 기능을 부가하는 기술, CO₂ 및 휘발성 유기화합물의 농도에 대응한 환기량 제어기술 등 주로 에너지 절약분야와 실내 오염물질 저감분야에서 주로 기술개발이 이뤄지고 있다.

에너지 효율화 기술로는 열회수형 환기장치 개선과 열교환기 개량 기술 등을 들 수 있다.

그동안 이 분야의 기술개발이 상당히 이루어져 온풍난방기의 열교환기 개량, 온풍난방기 배기열 회수장치 등은 농업분야의 에너지 절감기술로 실용화돼 보급단계에 있다.

국내 환기설비 관련 시장현황은.

열회수 환기장치 관련 시장 니즈는 생활수준의 향상에 따른 쾌적한 환경의 요구사항 증가, 장기간 실내 거주로 인한 실내오염 피폭량 증가, 다양한 오염물질의 발생에 따른 위해성 증가, 건축물의 고기밀화 환기량 부족, 국민 건강보고, 환경상의 위해 예방, 에너지 절약과 쾌적한 실내환경 동시 구현 등에 대한 요구가 증가하는 추세다.

국내에서도 공동주택 환기기준 마련 및 주택성능등급표시제 시행으로 최근 열회수 환기장치를 중심으로 시장이 확대되고 있으며, 에너지 고효율 제품 개발이 활발하게 진행되고 있다.

‘실내 공기질 관리법'이 시행된 2006년 이후 국내 열회수형 환기장치 시장은 높은 성장률을 기록했다. 2012년 약 9,600억원에서 2016년 약 1조 1,000억원으로 매년 연평균 약 3.6%의 꾸준한 성장세를 보이고 있다. 최근 COVID-19으로 인해 건물의 환기가 매우 중요시 고려되어 그 시장은 더욱 성장할 것으로 예상된다.

코로나19 등에 대응하기 위한 환기장치 적용 확대 필요성도 제기되고 있는데.

최근 COVID-19로 인한 건물의 환기가 매우 중요시 고려되는 시점에 실내 공기의 부유세균 등을 제거 또는 감소시키기 위해서는 반드시 열회수형 환기장치의 운전이 필연적이다.

이에, 환기설비 의무화가 공공건물뿐 아니라 일반 상업용 건물(식당, 카페, 등)에도 적용돼 적절한 환기 능력이 입증된 곳은 거리두기를 완화해 국가 경제에 미치는 영향을 최소화하는 정책이 요구된다.