■ 코로나시대, 환기설비가 답이다
코로나19로 환기의 중요성이 부각됐다. 밀폐된 공간에서 바이러스가 확산되면서 지역사회 전파가 이뤄졌기 때문이다. 더욱이 실내 공기질이 나빠지면 집중력 저하는 물론 질병을 퍼트리거나 악화시키게 된다. 본지 신년호에서는 환기의 중요성에 대해 살펴보는 시간을 마련했다. [편집자 주]

◇ 자연환기·강제환기로 구분
일반적으로 실내 공기가 탁하다고 느껴질 때 창문을 연다. 오염된 실내 공기를 외부 공기와 교환하기 위한 행동이다.

이는 자연환기 방식이다. 자연환기는 풍압력, 온도차를 구동력으로 삼는다. 따라서 에너지가 불필요하고 가장 경제적인 방식이다. 자연환기를 보다 효과적으로 하기 위해 환기통, 무동력팬을 설치하기도 한다.

환기 관련 기술이 발전됨에 따라 창문을 통하지 않고도 실내 공기를 외기와 교환할 수 있게 됐다. 송풍기나 환풍기를 사용하는 기계식 환기(강제환기) 방식이다. 이를 통해 냄새·연기·먼지·바이러스·세균·습기 등을 교체한다. 

◇ 기계식 환기, 효율 뛰어나다
기계식환기는 자연환기에 비해 효율은 뛰어나다. 크게 제1종 환기, 제2종 환기, 제3종 환기로 구분한다.

제1종 환기는 급기부와 배기부에 송풍기를 설치하는 방법이다. 환기량을 확실하게 확보하고 실내의 기류분포가 용이한 곳에 적용되는 방식이다. 영화관, 콘서트홀, 극장 등이 대표적이다.

제2종 환기는 급기에 송풍기를 설치해서 다른 장소로부터 오염된 공기의 침입을 차단해야 하는 음압병실, 반도체 공장의 무균실 등에 사용된다.

제3종 환기는 가장 눈에 익은 방식으로, 배기부에 송풍기를 설치해 실내 공기를 강제로 배출하는 방식이다. 화장실, 욕실, 부엌 후드 등이 대표적인 사용 예다.

기계환기량은 실내 수용인원이 분명한 경우, 1인당 1시간에 35m³의 외기를 공급해야 한다. 용도별로 보면 사무실에서는 바닥면적 1m²당 1시간에 10m³ 이상의 외기를 공급하는 것이 좋다. 기계식 환기장치에는 공기정화장치를 함께 설치하는 경우도 있다.

넓은 공간 내에서 가스·먼지가 발생하는 부분에서 국소적으로 배기하면 효과적이면서도 경제적으로 사용할 수 있다.

대형빌딩이나 지하상가, 터널에서는 화재 연기에 둘러싸여 비상구를 잃지 않도록 하기 위해 연기를 배출시킬 수 있는 배연장치를 설치한다. 이 역시 환기설비의 하나다.

◇ 기계식환기, 바이러스 확산 억제
환기장치는 코로나19로 중요성이 크게 부각됐다. 코로나19 등 바이러스 확산을 막고 깨끗한 공기 속에서 안전한 생활을 영위할 수 있는 필수조건이 된 셈이다.

세계보건기구(WHO)는 코로나19의 공기감염 가능성을 인정한 바 있다. WHO에 의하면 세계적으로 연간 질병으로 인한 사망자 650만명 중 공기오염으로 인한 사망자는 최대 280만명에 달한다. 특히 면역력이 약한 어린이들이 대기오염물질 노출에 민감한 것으로 조사됐다.

무엇보다 올해 이탈리아 카시노 대학교와 호주 퀸즐랜드 대학은 Envi ronment International(2020) 저널에 기계식 환기장치가 바이러스 확산을 억제한다는 연구결과를 발표해 눈길을 끈 바 있다.

‘공기 중 바이러스 방출 감염 위험 평가를 위한 SARS-CoV-2의 비말핵 방출’ 논문에 따르면 오염된 밀폐공간 내에서 기계식 환기가 자연환기보다 감염 위험을 낮추는 데 탁월한 효과를 보였다. 이 연구팀은 두 가지 상황을 가정해 실험했다.

첫 번째 실험은 실내에 감염자가 10분간 재실할 경우 동일 공간에서의 감염 위험도를 살피는 실험이었다. 자연환기 방식으로는 이 시간 동안 비말핵농도가 0.30~0.35㎥으로 나타났다. 반면 기계식환기가 이뤄진 공간에서는 0.25~0.27㎥으로 나타났다.

자연환기 조건에서 26분이 지난 후 비감염자의 감염 위험도는 2.4%로 조사됐다. 100명 중 2.4명이 감염 위험에 노출된다는 의미다.

같은 조건에서 기계식 환기가 이뤄지면 감염 위험도는 1.0%로 절반 이상 낮아졌다.

특히 총 100분이 소요된 이후에는 자연환기 공간의 감염 위험도는 2.0% 수준으로 변화가 없었지만, 기계식 환기를 진행한 공간은 0.1% 수준으로 급감했다. 기계식 환기의 경우 감염 위험이 ‘0’에 가까운 수준으로 떨어진 셈이다.

두 번째 실험에서는 사회적 거리두기 이전과 이후 환기 방식에 따른 감염위험도를 분석했다.

이 때 역시도 기계식 환기의 효용성이 입증됐다. 거리두기 상황에서는 자연환기와 기계식 환기 모두 일상 공간에서 감염위험도가 1% 미만으로 나타났다.

반면 거리두기를 완화한 경우에는 기계식 환기가 작동한 곳에서의 감염 위험도는 3.4%로 나타났지만, 자연환기 상황에서는 59.3%로 17배나 위험한 것으로 나타났다. 이같은 결과는 포스트 코로나시대에서 기계식 환기가 바이러스 감염을 막기 위한 필수설비임을 입증한 것이다.

◇ 스마트 환기 시스템 ‘주목’
기계식 환기는 인류의 안전한 생활을 영위할 수 있게 만드는 필수조건이다. 특히 제로에너지건축 의무화가 앞당겨지면서 에너지절약형 환기시스템도 적용될 것으로 전망되고 있다.

우선 국토교통부는 지난 4월 ‘건축물의 설비기준 등에 관한 규칙’을 개정, 환기설비 설치를 강화했다. 30세대 이상의 공동주택·주상복합 건축물에 환기설비 설치가 의무화된다.

여기에 작년부터 1000m² 이상 공공건축물에 제로에너지 건축도 의무화되면서 ‘스마트환기시스템’이 활용될 것으로 보인다. 에너지절약은 물론 최적의 실내공기 환경을 구현할 수 있는 기술이다.

건설연 녹색건축연구센터 조동우 박사 연구팀이 개발한 ‘사물인터넷(IoT) 융합 에너지절약형 열회수 환기시스템’이 대표적인 기술이다. 이 기술은 냉난방 에너지를 절감하는데 탁월한 성능을 발휘한 것으로 실험 결과 나타났다.

겨울철 실내온도가 22℃, 외기온도가 0℃일 때 환기시스템을 가동할 경우, 외기온도가 약 18℃로 가열돼 유입된다. 약 80%의 난방에너지를 절감하는 효과가 기대된다. 반대로 여름철에도 같은 원리로 냉방에너지를 절감할 수 있다.

또 1차 불순물을 제거해주는 프리필터, 냄새를 잡아주는 탈취필터, 미세분진을 잡아주는 헤파필터의 3단 조합으로 미세먼지까지 걸러낸다.

건설연의 시험결과를 보면, 미세먼지 청정화능력이 3.91㎥/분, 포름알데히드 등 유해가스 제거(탈취) 효율이 평균 81%로, 이는 30㎡ 정도의 공간에 대해 공기청정기 수준으로 공기정화를 할 수 있다는 의미를 지닌다. 실증주택 실험에서는 초미세먼지 수치가 90㎍/㎥에서 약 30분만에 35㎍/㎥까지 낮췄다.

습도가 높은 공간을 제습하면 하루 10리터 정도를 제습할 수 있다. 환기가 필요한 공간만 선택 환기가 가능한 제어 시스템은 거주자의 생활패턴에 따라 최소 에너지로 최적의 환경을 유지할 수 있게 한다.

건설연 관계자는 “계절, 공기질, 내·외부 온도 별로 자동 환기 모듈을 탑재해 센서가 감지한 데이터에 따라 자동 운전된다”며 “에너지절약형 스마트 환기시스템이 보급될 경우 국내에서 연간 10만톤 이상의 온실가스 감축효과가 예상된다”고 말했다.