최근 수년간 미세먼지 이슈가 부상하면서 급속도로 국민적 관심이 증가하고 있다. 미세먼지는 자라나는 어린이들의 건강에 크게 영향을 미친다. 이러한 문제를 해결하고자 정부에서는 모든 초·중·고등학교에 공기청정기를 비롯한 공기정화장치를 보급하고 있다. 2020년 말 기준 대부분의 학교에 공기정화장치가 보급됐다.
이러한 정책은 미세먼지 저감에는 효과적이나 다른 문제를 야기한다. 가장 큰 문제는 이산화탄소 농도의 증가다. 창문을 닫고 공기청정기를 운전하면 미세먼지는 저감되나 이산화탄소는 증가한다.
특히 교실은 학생 수가 많아 이산화탄소 농도는 급격하게 상승한다. 많은 교실에서 적절하게 환기를 하지 않으면 이산화탄소 농도는 법정기준치인 1,000ppm의 3배에 달하는 3,000ppm을 쉽게 넘길 수 있다.
에너지문제도 고려해야 할 중요한 사항이다. 학교 실내공기질(IAQ)을 유지하기 위해서는 공기정화장치와 환기설비 운영이 중요하지만 자칫 막대한 에너지낭비를 유발할 수 있기 때문이다.
공기정화장치 운영에 따른 냉난방에너지 증가도 고려해야 한다. 지금까지는 공기정화장치 보급에 중점을 뒀다면 이제부터는 공기정화장치와 환기장치 그리고 냉난방에너지를 최적화해 운영해야 한다.
이에 따라 기존에 설치된 공기정화장치, 환기설비, 냉난방시스템을 진단해 이를 최적화하거나 부족한 부분을 추가적으로 개선하는 것이 중요하다. 이것이 학생들에게 건강한 공기환경뿐만 아니라 쾌적한 환경을 제공하고 나아가 에너지도 절약할 수 있는 방법이다.
현상·영향·개선 등 종합적 접근
‘에너지·환경 통합형 학교미세먼지관리 기술개발사업단’은 2019년 6월 발족해 같은 해 8월20일부터 6개 총괄과제를 구성했다. 미세먼지에 취약한 학생들의 건강 피해를 예방하고 안전한 학교환경 조성을 위한 주요 국정과제(국정과제 54번, 미래교육 환경조성 및 안전한 학교구현)로 사업을 추진하고 있다.
현재까지의 연구성과로 ‘기초원천1’에서는 외부환경 및 활동도 기반 학교건물 내 미세먼지 발생특성 규명을 위해 약 20개 학교를 대상으로 내·외부 환경측정 및 교실 내 미세먼지 및 환경을 분석했다.
향후 한국 학교형(신축 및 기축) 미세먼지 침투추적 모델링기법을 개발하고 학교 입지특성 기반의 미세먼지 발생과 취약성 평가를 위한 과학적인 범주화 기술을 확립할 계획이다.
‘기초원천2’에서는 학교 미세먼지 노출 특성별 학생 건강영향평가 및 중재효과 분석을 위해 학교미세먼지 어린이 패널을 구축했다. 이들에게 건강검진을 실시해 아토피, 천식, 주의력결핍과잉행동증후군을 조사했다.
또한 학교 실내·외 및 주변환경의 미세먼지를 측정해 학생에게 노출되는 미세먼지 노출량을 조사함으로써 건강상태와의 연관성을 분석할 계획이다.
‘진단개선’에서는 학교 유형별 컨설팅 및 맞춤형 공기환경 개선방안 실증을 위해 현재까지 약 30개소의 교실을 대상으로 진단 및 개선연구를 진행하고 있다. 정확한 진단을 위해 공기환경 종합지표를 개발했으며 1~2차년도 조사학교를 대상으로 학교 진단보고서를 작성완료했다.
이를 통해 우리나라 학교 맞춤형 공기환경 개선 표준화 운영 프로세스 및 빅데이터를 구축할 계획이며 학교 유형별 공기질 모니터링 가이드라인을 개발하고자 한다.
‘통합관리’에서는 학교실내·외 열공기환경 정보연동 청정공조환기시스템 개발을 추진한다. 이를 위해 △중앙공조(통합관리시스템) △개별분산 복합시스템 △건물 패시브기술 및 시스템 표준화 등을 목표로 연구를 진행하고 있다.
현재 중앙공조·청정시스템의 AHU 최적설계 및 제작, 개별분산 외기처리 복합유니트 설계 및 제작을 완료했다. 향후 실제 교실을 모사한 테스트베드를 바탕으로 목업(Mock-up) 테스트룸 실험을 실시하고 이를 통해 신축학교에 적합한 청정공조환기시스템을 실증할 계획이다.
최근 미세먼지·실내공기질·코로나19 등 잇단 사회적 이슈에 대응하기 위한 환기장치산업·시장의 기술트렌드가 변화하고 있다.
2019년 3월 전례 없는 사상 최악의 미세먼지 사태(6일 연속 미세먼지 비상저감조치 발령), 2020년 코로나19 팬데믹 상황에서 환기가 잘 이뤄지지 않는 밀폐공간에서의 코로나 바이러스 감염위험 증가 우려 등 사회적 이슈로 인해 그 어느 때보다 청정공조환기시스템에 대한 관심이 커지고 있다.
환기장치의 기본기능은 실내·외 공기치환을 통해 실내에서 발생하는 오염물질을 외부로 배출함으로써 건강하고 쾌적한 실내환경을 유지하는 것이다.
또한 코로나19 확산에 따른 실내 공기감염 확산의 우려로 3밀(밀폐, 밀집, 밀접)에 의한 집단 감염문제가 대두되고 있어 밀폐된 실내환경에서의 충분한 환기가 바이러스의 효과적인 대처방안으로 고려되고 있다. 이에 따라 실내 환기장치도 청정기능 외에 바이러스 또는 균류를 제거할 수 있는 기술들이 개발되고 있다.
에너지 측면에서는 환기시스템의 열회수 능력(유효 전열교환효율)을 중시했다면 앞으로는 이에 더해 △실외유입·실내발생 미세먼지를 제거하는 능력을 갖는 청정공조환기시스템 △바이러스·유해균 처리를 위한 UV 살균장치 및 항균·항바이러스 필터 △제로에너지건축물 인증확대에 따른 공조에너지의 획기적 절감과 실내 쾌적성 향상을 위한 제습환기시스템 △인공지능(딥러닝)을 활용한 예측제어시스템 △기존 건축물에 적용이 용이한 콤팩트한 무덕트방식 환기시스템 등이 환기산업의 새로운 기술트렌드라고 볼 수 있다.
건축물에서 환기장치는 냉난방공조와 달리 사용자가 필요성을 인지하기 가장 어렵다. 그러나 미세먼지와 코로나19를 통해 알 수 있듯 환기장치는 재실자의 건강과 위생에 가장 크게 영향을 미치는 장치다.
최근 다행스럽게도 미세먼지와 코로나19 등을 통해 환기장치에 대한 사회적 관심이 높아져 많은 인식개선이 이뤄지고 있다. 환기장치는 설치하는 것도 중요하지만 공간 상황에 맞게 적절히 운전하는 것과 최상의 컨디션을 유지토록 필터 등을 유지보수하는 것도 매우 중요하다.
학계·산업계 등에서 종사하는 전문가들은 모처럼 찾아온 환기장치 관련분야의 기회가 소비자들의 신뢰상실로 사라지지 않도록 품질이나 성능 측면에서 최상을 유지하도록 노력할 필요가 있다.
비록 우리나라가 미세먼지가 심한 국가 중 하나로 오명을 쓰고 있지만 반대급부로 실내공기청정 및 유지기술에서 세계 최고의 국가로 부상해 관련기술과 제품수출의 교두보 역할을 하길 바란다.
<신동천 학교미세먼지사업단장(연세대 교수)>
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