한국실내환경학회(회장 김명운)와 한국환기산업협회(회장 김학겸), 한국공기청정협회(회장 이감규)는 공동으로 6월22일 서울 강남에 위치한 한국과학기술단체총연합회 중회의실 2에서 ‘포스트 코로나시대 실내환경관리와 향후 방향’ 기술세미나를 개최했다고 밝혔다.
이번 세미나는 와이파인텍, 알링크, 포원솔루션그룹, 힘펠, 코록피팅상사, 한국기계연구원 등이 협찬한 가운데 관련 업계 및 학계 관계자 약 80명이 참석한 가운데 열렸다.
김명운 실내환경학회 회장은 축사를 통해 “코로나라는 길고 어두운 터널을 3년간 겪으면서 환기분야로 무게중심이 많이 이동돼 온 것으로 보인다”라며 “환기산업이 확장되는 기분이며 환기분야가 확장되면서 건축 등 국가적으로 중요한 산업분야와 맞물려 함께 공생하는 관계가 됐다”고 말했다.
또한 “이제 요즘 같은 기후변화시대에 무더위가 찾아오고 미세먼지가 심각해지게 되면 실내공간에 환기와 일시적인 오염으로 인한 공기정화와 같은 것들을 어떻게 측정 및 분석하고 평가하며 제어할 것인지에 대한 고민이 점점 커지고 있다”고 밝혔다.
이어 “향후 환기가 할 일이 늘어나면서 기술적인 노력을 바탕으로 여기 참석하신 분들이 책임감을 가지고 좋은 자리에 지속적으로 참여해주시기를 부탁한다”고 덧붙였다.
김학겸 환기산업협회 회장은 인사말을 통해 “실내환경산업은 인간이 살아가는데 필수분야로 개발도상국에서 선진국으로 도약함에 있어 실내 공기산업에서 실내 환경산업으로 확장되면서 자연스럽게 성장하는 산업”이라며 “선진국으로 빠르게 진입하면서 세계인들의 주목을 받고 있는 우리나라도 글로벌 경제 강국들이 탄소중립을 추구하면서도 헬스케어를 실현하는 추세를 고려해야 한다”고 말했다.
또한 “실내공기산업이 건설산업 중심 영역으로 새롭게 자리잡기 위해 미흡한 정책, 법, 제도 개선 등에서 앞장서서 부단히 노력해야 한다”라며 “이것을 실현하기 위해 각 학회 및 협회가 모두 나서서 지속적으로 실내공기산업과 실내환경산업의 중요성에 대해 범국민적인 인식 확산을 위한 홍보 활동을 수행할 수 있도록 관련 단체 및 기업들의 창의적인 조언과 적극적인 협조를 통해 공동 노력을 결실로 맺을 수 있도록 노력하겠다”고 밝혔다.
이어 “환기산업협회와 실내환경학회 등이 주도해 회원사와 함께 실내공기산업과 실내환경산업 발전에 선도적인 역할을 담당하며 탄소중립과 친환경 녹색성장 재고에 이바지할 수 있도록 함께 노력하겠다”고 덧붙였다.
이어진 발표세션에서는 각 3개 섹션으로 나눠 총 6개 주제로 각 기관 및 기업 등의 연사들이 강연이 진행됐다.
각 주제는 △환기방역 대응 환기장치 기술과 설치 운영사례(임태규 힘펠 상무) △소형 다중이용시설 환기설비 설치 필요성(조성민 하츠 상무) △CFD(환기설비 시뮬레이션)를 활용한 지하철 역사와 전동차 객실 공기질 개선 연구 사례(육세진 한양대 교수) △포스트 코로나 대비 바이오 에어로졸의 측정부터 저감까지(황정호 연세대 교수) △공기청정기의 부유바이러스 저감 설능 평가방법(빈성일 한국건설생활환경시험연구원(KCL) 센터장) △에어로졸 기반 부유바이러스 거동 및 저감에 공기청정기가 미치는 영향 분석(허기준 전남대 교수) 등의 순으로 이어졌다.
환기 손실 시 E회수 기계환기장치 필요
임태규 상무는 ‘환기방역 대응 환기장치 기술과 설치 운영사례’라는 주제를 통해 △공기전파에 의한 실내 집단감염 △공기전파 억제를 위한 적절한 환기 기준 △실내 부유세균·바이러스 저감 환기장치 접목 기술 △기계식 열회수 공청 환기장치 설치 및 운영사례 등의 내용을 발표했다.
환기방역에 대해서는 실내 사람수 기준 필요 환기량을 만족하는 (기본 재생산지수가 1 이하가 되는 실내 환경(시나리오별))에 따른 CO₂ 농도 기반 임계값 제어를 통한 집단 공기감염 원인이 되는 실내 부유세균 부유 바이러스 농도 제어를 가능케 해 공기감염 위험률을 줄이는 기계식 환기시스템을 운영하는 것이 필요하다.
코로나19 집단감염이 환기 부족으로 발생했으며 이를 해결하기 위해서는 기계환기에 의한 환기방역 역할이 중요하다. 감염성 비말, 에어로졸이 실내 기류에 의해 2차 감염 발생에서 감염성 에어로졸 농도(PM2.5)를 관리해야 한다.
특히 감염자가 퇴실한 이후 감염 위험률은 환기 유무에 따라 큰 차이가 나타나며 적절한 기계환기에 의한 실내 오염물질 배출이 지속적으로 이뤄져야 방역 효과를 높일 수 있다. 실내 퀀타농도에 따른 감염 위험성이 환기회수에 관계되며 기계환기장치의 지속적인 환기량이 요구된다. 감염성 에어로졸 농도가 높은 실내 공간에서 체류시간과 실내 환경에 따라 실내 CO₂농도 임계값 관리가 중요하다.
환기방역의 역할을 높이기 위해서는 다양한 살균기술 적용 사례를 소개되고 있다. 집진살균 및 공간 살균 효과를 극대화하는 한편 UV+ 광촉매, 플라즈마 활성산소종, HEPA+ 살균물질 등이 대표적인 사례다.
다양한 소규모 다중이용시설에서 환기장치 설치 시공 운영 소개를 통해 기축 건물에 설치 시공이 가능한 제품과 실증 내용을 연구해야 한다. 포스트 코로나시대에 기계환기 방역(환기회수 확보) 중요성이 높아지고 있다.
특히 그린리모델링시장 성장과 포스트 코로나시내 대응으로 안전한 실내환경 대응을 위해 제균 기능이 탑재된 고효율 환기장치 적용확대가 기대된다.
임태규 상무는 “소규모 다중이용시설에 기계환기장치 적용에 대한 법제화와 이를 통한 국민 일상생활이 이뤄지고 있는 소규모 다중이용시설의 실내공기 안전을 향상시킬 수 있어야 한다”라며 “이를 위해 공동주택 및 다중이용시설에서 적절한 환기기능으로 환기 시 손실되는 에너지회수가 가능한 기계환기장치가 기본 적용돼야 한다”고 주장했다.
업계‧홍보‧정부지원 등 합심해 환기설비 확대 필요
조성민 하츠 상무는 ‘소형 다중이용시설 환기설비 설치 필요성’을 주제로 소형 다중이용시설에 환기설비가 필요한 배경과 각 사례를 제시하고 시험을 통해 해결방안을 모색했다.
소형 다중이용시설 환기설비 설치 필요 배경은 2021년 세계보건기구(WHO)가 공식적으로 공기를 통한 감염 가능성을 인정하며 공기전파에 의한 코로나19 감염이 공식적으로 인정되면서부터다.
조성민 상무는 파주 스타벅스 공기전파와 구로아파트 집단감염 사례 등을 예시로 에어로졸에 의한 코로나19 집단감염 위험성을 짚었다. 이와 함께 실내공기질 관리법이 소형 다중이용시설은 적용 대상에서 제외됐다는 점도 지적했다.
또한 환기장치가 덕트설치를 해야 한다는 점을 근본적인 한계로 언급하며 환기장치의 구조형태에 따른 분류로 덕트형이 가장 일반적이라는 점도 다시 한 번 강조했다.
조성민 상무는 "환기를 통한 소형 다중이용시설의 감염병 예방 및 실내공기질 향상을 위해 환기기업과 홍보강화, 법규 및 정부 지원 등을 점검해야 한다"고 주문했다.
환기기업은 소형 다중이용시설 업종과 실내구조별 다양한 제품으로 대응해야 한다. 또한 설치현장 실증 데이터 축적, CFD 해석 등을 통한 최적 환기방안 제시와 소형 다중이용시설 방문자 이용시간, 실내활동 종류에 따른 다양한 환기 전략 확보가 필요하다.
홍보강화측면에서는 소형 다중이용시설에서 공기전파를 통한 감염병 확산 방지를 위한 환기장치 필요성 홍보가 절실하다. 일상생활에 밀접한 소형 다중이용시설 환기장치 필요성에 대한 국민적 인식 제고돼야 한다.
법규·정부지원과 관련해서는 다중이용시설 실내공기질 유지관리 의무 대상 확대와 기축시설에 대한 환기장치 설치 예산 지원을 통한 소상공인 부담을 완화할 수 있도록 유도 필요성이 강조됐다.
고농도 필터효율, 미세먼지 농도 저감 효과
육세진 한양대 교수는 ‘CFD를 활용한 지하철 역사와 전동차 객실 공기질 개선’이라는 주제로 연구사례를 소개했다.
우리나라에서 대중교통을 이용하는 시민들의 약 60%가 지하철을 이용한다. 우리나라는 지하철 역사 상당수가 지하에 있는데 여러 연구 결과들에 따르면 지하철 역사 내 미세먼지 농도가 대기 중 농도보다 일반적으로 높다.
이에 따라 최근 서울시는 2024년까지 지하철 역사 내 PM10 및 PM2.5 농도를 각각 50㎍/m³ 및 30㎍/m³ 이하로 유지하도록 기준을 강화했다.
지하터널, 전동차 객실, 역사 출입구 등으로부터 공기 유입이 지하철 역사의 PM 농도에 큰 영향을 미쳤다. 환기시설용 집진장치 성능 향상, 플랫폼 스크린 도어(PSDs) 설치, 대형 공기청정기 가동 등 지하철 역사 내 PM농도를 저감하기 위한 다양한 노력이 이뤄져 왔다. 기존 연구 대부분 역사, 터널, 전동차 객실 등에서 PM농도 공간적 분포 특성을 분석하는데 집중됐다.
육세진 교수가 시행한 연구는 지하철 역사 내 환기용 급·배기구 위치 및 환기시설 필터 집진효율에 따른 지하철 역사 내 PM농도 분포를 CFD 방법으로 해석해 서울시의 강화된 PM농도 기준을 만족하기 위한 방안을 모색했다.
시행된 연구에서는 지하철역사 공조디퓨저 배치와 필터효율에 따른 지하철역사 내 PM농도를 비교분석했다. 현재 역사 내 공조시스템 운영조건에서 필터효율을 적게는 70%에서 많게는 90%까지 증가시킨 결과 역사 내 PM농도 평균값은 서울시 강화된 기준을 만족했으나 국부적으로는 기준을 상회하는 영역이 여전히 존재하는 것으로 파악됐다.
맞이방 벽면 근방 디퓨저 유량을 늘리는 Type B에 있어 PM10 농도는 약 10.5%, PM2.5 농도는 약 5% 저감되는 것으로 예측됐다. 이에 따라 현재 역사 내 총 환기유량은 유지한 채 Type B의 디퓨저 배치를 적용하면 필터효율이 70%임에도 불구하고 PSD 열린 부분과 매우 인접한 극히 일부 공간을 제외하고는 역사 내 지하 1, 2층의 모든 국부적인 영역에서도 서울시의 강화된 PM농도 기준을 만족할 수 있을 것으로 도출됐다.
또한 다른 연구에서는 전동차 객실환기에 사용되는 집진장치인 Subway Cabin Air Purifier(SCAP) 필터효율, 여러 개의 Supply Air(SA) 디퓨저를 통해 객실로 공급되는 공기유량과 유량비에 따른 객실 내 PM10 농도를 CFD 방법으로 예측해 서울시의 강화된 PM10 농도 기준을 만족하는 방안을 모색했다.
이번 연구는 서울시에서 강화한 전동차 객실 내 미세먼지(PM10) 농도 기준(≤ 35㎍/m³)을 만족하기 위한 조건을 도출하기 위해 SCAP가 장착된 HVAC에 적용되는 필터 등급, 환기유량 그리고 급기구 유량비에 따른 전동차 객실 내 미세먼지 농도 분포를 해석했다.
현재 객실 환기조건(총 환기량 500CMH, 필터효율 70%, 급기구 유량비 20:20:60)에 대해서 흡입구가 위치한 객실 중앙 영역에서 미세먼지 농도가 가장 높고 객실 양끝으로 갈수록 낮아지는 분포를 보였다. 총 환기유량과 급기구 유량비가 그대로 유지된 상황에서는 필터효율이 90%로 상향돼야 객실 내 미세먼지 농도가 35㎍/m³ 이하로 유지될 수 있는 것으로 예측된다.
육세진 교수는 “현재 급기구 유량비를 20:20:60으로 유지한 상태에서 총 환기량을 700CMH로 증가하고 필터효율을 85%로 높이면 객실 내 미세먼지 농도가 35㎍/m³ 이하로 유지될 수 있는 것으로 해석된다”고 밝혔다.
공기채집 위치, 바이러스 검출 좌우
황정호 연세대 교수는 ‘포스트 코로나 대비 바이오 에어로졸 측정부터 저감까지(그리고 저감장치를 어디에 어떻게 구현하는게 좋을지)’를 주제로 강연했다.
실내 바이오 에어로졸은 크게 외부로부터 유입되는 바이오 에어로졸과 내부에서 발생하는 바이오 에어로졸로 구분된다. 외부로부터 유입되는 바이오 에어로졸은 외부 조건인 온도, 습도, 계절, 일사량 등에 따라 주기적인 변화를 보이지만 큰 변동이 없다.
내부에서 발생하는 바이오 에어로졸은 주로 사람 활동으로부터 생성된다. 실내에 있는 사람 수와 활동량에 따라 발생한다. 이는 이산화탄소 농도와 높은 상관관계를 가진다. 일반적으로 실내에서 발생하는 바이오 에어로졸은 CO₂ 발생량과 관련이 있다.
실내 바이오 에어로졸 농도를 파악하기 위해서는 CO₂ 발생량과 관련있는 실내 바이오 에어로졸 발생량뿐만 아니라 외부로부터 유입되는 바이오 에어로졸 농도도 알아야 한다. 이를 위해 온도, 습도 등의 외부 조건을 통해 외부로부터 유입되는 바이오 에어로졸 농도를 추정하며 CO₂ 농도를 통해 실내 바이오 에어로졸 농도를 추정한다면 보편적인 상황에서의 실내 바이오 에어로졸 농도를 파악할 수 있다.
그러나 실내 바이오 에어로졸 농도 결정 메커니즘만으로는 충분한 해석이 되지 않는 상황도 있다. 이는 예를 들면 △급작스러운 사람 활동(재채기 등)으로 발생되는 바이오 에어로졸 △가스(CO₂)와 다른 입자(바이오 에어로졸) 특성으로 인해 벽 손실(Wall loss) 및 침적(Deposition) 등이 발생해 농도에 차이가 생기는 상황 △바이오 물질이 수명(생존성)이 존재해 이로 인해 바이오 에어로졸 농도가 스스로 감소하는 경우 존재 등이 생길 수 있다.
이런 이유로 인해 CO₂ 발생량뿐만 아니라 다른 영향들을 고려해야 올바른 실내 바이오 에어로졸 농도를 유추할 수 있다.
황정호 교수는 “코로나 환자 병실에서도 공기채집 위치에 따라 바이러스 검출(양성)이 될 수 있고 안될 수(음성)도 있다”라며 “공기청정기, 급기구, 배기구 등을 어디에 배치해야 할지 등 위치도 중요할 수 있다”고 강조했다.
충돌법, 장시간 샘플링 용이‧조작 간편 등 방법 우월
빈성일 KCL 센터장은 ‘공기청정기 부유바이러스 저감 성능 평가방법 표준화 연구’ 결과를 소개했다.
부유바이러스를 평가하기 위해 30m³ 챔버 내부에 일정 농도의 바이러스 배양액을 분사한다. 이후 일정시간 동안 공기청정기를 가동시켜 공기청정기 작동 전후 부유바이러스 감소율을 측정한다. 대조군에서는 공기청정기를 가동시키지 않은 상태에서 일정시간 후 부유바이러스 농도를 산출했다.
빈성일 센터장은 시험과정에서 기류 역할을 강조했다. 이는 공기청정기 위치에 따른 변수가 존재할 수 있다는 것이다.
시험장비 및 재료로는 30m³ 대형챔버와 Atomizer, Impactor 등이 사용됐다. 공기청정기는 챔버 중앙에 위치하며 대형챔버 내 시험 환경 온도는 23±2℃, 상대습도 50±5% R.H.로 설정한다. 대형챔버 내부 청정화를 위해 환기 및 UV램프를 가동하며 바이러스 배양액을 준비한다.
테스트는 △Nebullzer에 바이러스 분사 용액 준비 △대형챔버 내부 분사 △대형챔버 내 초기 부유바이러스 농도 측정 △공기청정기 가동 △가동 후 부유바이러스 농도 측정 △배양 등의 순으로 진행됐다.
결과값 산출은 plaque 계수 및 가동 전후 비교를 통한 부유바이러스 저감율을 산출하는 방식으로 이뤄졌다.
데이터 샘플링 방식에 따른 채취효율 검토 관련해서는 크게 충돌법, 필터법과 세정법 등이 소개됐다. 이중 KCL은 충돌법 방식을 적용해 시험을 시행했다. 농도가 높은 상태에서 변수가 없는 조용한 챔버 내에서 감소율을 따져야 하다보니 검출이 안될 경우 어느 요인에 의해 검출이 안됐는지를 알기 어려운 상황을 고려했다.
이에 따라 고농도로 부유바이러스를 뿌려 충돌법에서는 검출 한계를 넘어선 검출이 되는 반면 필터법이나 세정법은 조금 뿌린 것에 비해 적게 검출이 되는 한계가 있다.
결과에서는 헤파필터 장착 제품만 유일하게 시험 1시간 이후 부유바이러스 무검출 결과가 나왔다.
빈성일 센터장은 “KCL가 시험한 방식이 맞다라기보다 제품을 평가할 수 있는 시험방법들이 없기에 먼저 아이디어를 내고 표준화하고 있는 담당기관이기 때문에 그런 기본적인 베이스를 통해 가능하면 많은 제품들에 대한 평가방법을 만드는 것이 KCL의 역할”이라며 “저건 틀렸다거나 저렇게 하면 안된다는 식의 접근 보다 이렇게 평가하고 있구나라고 참고하고 개발하는 평가방법을 마련해야 할 필요는 있다”고 말했다.
환기시설 공기청정기 활용 가이드라인 필요
허기준 전남대 교수는 ‘에어로졸 기반 부유바이러스 거동 및 저감에 공기청정기가 미치는 영향 분석’ 주제 발표를 통해 △공기청정기에 의한 비말 확산 및 제거 효과 분석 △공기청정기 필터 포집 입자 재비산 특성 분석 △교실 공기청정기 필터 포집 입자 재비산 특성 분석 △교실 공기청정기 영향 전산해석 등을 소개했다.
실제 제한적 환기 상황에서의 공기청정기 효과 관련 환기기능이 부족한 시설의 경우 빌딩관리법에서 정하는 거실 온도 및 상대 습도(70%) 기준을 유지할 수 없는 경우가 있다. 이 경우 환기가 밀폐돼 있는 공기질이 좋지 않은 공간이 형성돼 코로나19 감염 위험요소가 증가하게 된다. 이때 공기청정기를 병용하면 환기부족을 보완할 수 있으며 반드시 유의점을 고려해 사용해야 한다.
실내 비말 바이러스 확산 예방 가이드라인에 따르면 교육부, WHO, 미국질병예방통제센터(CDC) 등에서는 코로나 바이러스 전파 및 확산을 막기 위해 외부공기를 통한 환기 중요성을 강조하고 있다. 또한 실내공기 온도(28℃)와 상대습도(70%)를 코로나 바이러스가 전파하기 어려운 조건으로 유지하도록 권고한다. 창문이 개방돼 있는 상태에서 에어컨 사용은 권장하나 공기를 순환하는 공기청정기 사용은 제재하고 있다.
비말 발생 및 확산 특성 모사 평가 결과 나노 크기 비말은 배출 방향과 상관없이 전방향으로 확산되는 경향을 보인다. 마이크로 크기 비말은 배출 방향으로 확산 정도가 높다. 호흡, 말하기 등에서 발생하는 비말 크기(최대1㎛)를 가지는 에어로졸은 2m 이상 확산 가능하다.
공기청정기에 의한 비말 확산 특성 모사 평가를 통해 공기청정기와 가까운 거리에서 발생되는 비말은 공기청정기에 의해 확산 가능하다. 공기청정기에 의한 비말 확산은 밀폐공간에서 일정 시간 후 제거 효과에 의해 상쇄된다. 공기청정기로부터 1m 떨어진 경우 확산 효과를 줄일 수 있다. 교실 전면에 설치된 공기청정기는 교실 중앙부에서 하강 기류를 만들어 바이러스 흡입을 줄일 수 있다.
공기청정기 필터 장기 내구성 평가 결과는 최대 부하로 입자가 loading된 필터가 장착된 공기청정기에서 재비산되는 입자는 2개월 연속 운전에도 발생되지 않는다.
허기준 교수는 “실내공간에서 발생된 비말은 내부 기류에 따라 이동하며 공기청정기 출구에서 생성되는 기류를 타고 실제 비말이 더 멀리 전파될 수 있다”라며 “선행 연구 문헌과 질병과리청, 미국 열냉동공조학회(ASHRAE) 규정에 따르면 공기감염 위험성을 낮추기 위해 환기와 공기청정기를 적절히 사용하는 것이 필요하다”고 말했다. 이어 “적절성에 대한 과학적 검증과 안전한 환기시설 공기청정기 활용 방법을 도출할 필요가 있다”고 덧붙였다.
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