국민적 관심사가 된 미세먼지 이후 실내공기질에 까지 우려가 확산되는 가운데 지하시설물의 실내공기질(IAQ) 개선을 위한 연구가 진행돼 주목받고 있다.

이번 연구용역은 지하시설물의 라돈농도와 IAQ를 측정·분석하고 공조시설평가를 거친 뒤 효율적인 운전관리 및 시설·설비개선방안을 도출하기 위해 진행됐다.

2018년 10월 착수한 이번 연구과제는 당초 지난 1월 종료될 예정이었지만 정밀한 검증을 위해 연구기간을 3개월 연장해 오는 4월 종료된다.

연구는 이에이엔테크놀로지(EAN, 대표 신지웅)가 총괄과 함께 CFD분석 및 공조시스템 개선방안 도출을 맡았고 라돈측정 및 원인물질 분석은 C&H Inc(대표 원용천)가, 미세먼지·CO₂ 등 10개 유해물질 측정은 서울대가 담당했다. 외부자문기관으로는 한국실내환경협회(회장 정상기)가 참여했다.

이번 연구를 주도한 EAN의 김동배 에너지기술센터 본부장을 만나 연구내용을 들었다.

■ 이번 연구의 내용은
IAQ에 영향을 미치는 유해물질은 10가지로 분류한다. △미세먼지 PM10·PM2.5 △이산화탄소 △일산화탄소 △산화질소 △TVOC △VOCs △포름알데히드 △공중부유세균 △공중부유곰팡이 등이다.

지하시설물은 10대 유해물질을 100% 설비환경에 의존해야 한다. 또한 지어진 지 오래된 시설들이 많아 설비노후화에 따른 성능저하가 발생한 경우가 많기 때문에 개선의 필요성이 높다.

이번 연구에서는 대규모 지하공간 시설물에 대해 라돈 농도와 IAQ를 측정 및 분석해 상황을 파악하고 공조시설 운용실태 및 성능을 진단하는 것이다. 이를 통해 IAQ를 개선할 수 있는 효율적인 운전관리 및 시설개선 방안을 제시하는 것이 목표다.

개선방안 제시 시 대안에 따라 개선을 위한 비용과 개선 이후 에너지절감량에 대한 내용도 포함됐다.

■ 실증시설의 특성은
이번 시설은 관리자가 상주하고 있어 24시간 관리하기 때문에 상태가 양호했다. 그러나 설비노후화는 심각했다. 교체주기 10년인 냉동기는 5대 중 1대만 교체됐고 나머지는 20년 넘게 사용하고 있었다. 설치된 왕복동냉동기는 공조풍량을 높여도 부하에 대응을 하지 못하고 있어 나머지도 모두 교체하는 것을 제안했다.

환기장치 역시 장비교체가 돼있지 않았다. 필터와 같은 소모품은 주기적으로 교체돼 관리상태가 양호했지만 정작 라돈은 필터로 거르지 못한다. 환기장치의 노후화와 운영관리 지침부족 문제가 더해져 기준치를 초과하는 라돈수치가 검출되기도 했다. 상주하는 관리자의 건강이 우려되는 상황이다.

환기장치에 의존할 수밖에 없는 지하구조물은 24시간 환기가 가동돼야 하지만 이곳은 장비의 50%만 가동해 환기되고 있었다. 50%도 재실자가 있을 때만 가동돼 일평균 8시간 운전됐다.

측정결과 일부 공간에서 △총부유곰팡이 △질소산화물 △라돈이 기준치를 초과하는 경우가 있는 것으로 나타났다.

다음으로는 TAB 문제가 있었다. 환기설비 노후화도 한몫했지만 설치 시 풍량측정 및 공조밸런싱이 수행되지 않아 대부분의 공조기에서 풍량부족이 발생했다.

■ 해결방안은
IAQ 개선방안 도출을 위해 △시스템 및 장비데이터 등 도서수집 및 현장평가 △건물소유주·재실자·HVAC 및 자동제어 직원 등 기술지원담당자 면담 △해석방법론 검토 및 실내오염물질 해석 등 3차원 CAD모델링 △CFD시뮬레이션 및 해석결과 분석 등의 단계를 거쳤다.

특히 CFD 시뮬레이션은 실별 공간을 모델링한 뒤 설치된 공조·환기장치·디퓨저를 배치하고 성능정보를 토대로 기류를 분석했다.

라돈발생량이 가장 많은 A실의 경우 바닥으로부터 1.35m에서 기류분포가 약 0.13~0.28m/s로, 배기디퓨저 주변에서 약 0.14m/s로 나타나 양호한 것으로 분석됐다.

그러나 바닥 0.1m 높이에서 기류분포는 약 0.02~0.22m/s로, 배기디퓨저 하부에서 약 0.02m/s 이하로 나타났다. 기류분포가 불균일하고 일부구간은 매우 낮은 기류속도로 측정됐다.

바닥으로부터 2.6m인 천장부위에서도 기류분포가 0.22~0.33m/s로 나타났지만 일부 디퓨저 주변구간에서 풍량이 ‘0’인 곳도 있는 것으로 분석돼 정체구역이 발견되기도 했다.

종합적으로 보면 상부에서 기류흐름은 원활하지만 바닥부위의 기류속도가 낮아 하부에서 방출되는 라돈을 신속하게 외부로 방출하지 못하고 실내에 남겨둘 가능성이 높다.

이를 해결하기 위해서는 노후설비 교체를 비롯해 정확한 풍량제어, 급배기구 위치조정 등 환기계획의 수정이 필요할 전망이다.

오는 4월 연구 종료 시 이와 같은 내용이 담긴 결과보고서를 토대로 솔루션을 제시할 방침이다.

■ 연구의 확장성은
지하에서 라돈이 상당량 발생한다는 현실을 인지했다는 의미가 있다. 이번 연구결과를 토대로 전국적인 지하구조물에 대한 조사가 필요할 전망이다.

지하철, 터널 등 지하구조물은 유동인구가 많고 관리자나 운영자가 상주하는 곳이 많기 때문에 국민건강 증진 차원에서 관리의 필요성이 높다.

이번 연구로 제시된 개선방안은 측정 후 기준치 이상으로 나오는 지역이나 시설물에 적용이 가능하기 때문에 솔루션을 제시할 수 있다.