이승재 설비공학회 회원
(성균관대학교)은 11월24일 열린 설비공학회 동계학술대회에서 ‘학교 교실 실환경 공기정화장치 성능시험 및 기준 마련’을 주제로 발표했다.
학교 교실 실내공기질은 학생들과 교사들의 건강과 학습환경에 직접적으로 영향을 미치는 중요한 요소 중 하나다. WHO(세계보건기구)는 실내 공기오염에 의한 건강 위험성이 실외대비 5배 이상 높은 것으로 보고했다. 이외에 많은 연구에서 학교 교실 내 미세먼지와 CO₂ 농도 증가가 미세먼지 취약계층인 성장기 학생들의 건강과 학습능력에 부정적인 영향을 미치고 있음이 밝혀졌다.
미세먼지는 대기 중 부유하는 입자로 일부는 실내에서 발생할 수 있지만 주로 실외에서 창문 등을 통해 교실 내부로 유입된다. 미세먼지 농도가 높아지면 호흡기 및 안구 질환, 알레르기 증상 등으로 인한 집중력 저하 및 학습성과 하락 등의 문제가 발생할 수 있다. CO₂는 학교 교실 내 공기 중에 포함된 기체로 일정 수준 이상 CO₂ 농도는 호흡에 영향을 미쳐 학생등의 피로와 두통을 유발할 수 있으며 학습능력을 감소시킬 수 있다.
이러한 문제를 방지하기 위해 학교 교실 내부에 미세먼지와 CO₂량 제어를 위한 공기정화장치(공기청정기 및 환기장치)를 도입하는 것이 의무화되고 있다. 그러나 공기정화장치의 성능평가와 효과적인 운영을 위한 연구 및 기준 정립이 현재까지 미흡하다.
장치 설치 효율성‧사용기준 마련
이번 연구에서는 학교 교실 환경 내 공기청정기와 환기장치 2종류 공기정화장치 설치 및 운전에 대한 실증을 통해 각 효과를 검증하며 효율적인 장치 설치 및 사용기준 마련을 위한 연구를 진행했다.
경기도 소재 초등학교 교실 환경을 대상으로 연구를 진행했다. 학교 특징으로 위치가 시내 및 미세먼지 측정소와 다소 거리가 있는 산골에 둘러싸였다는 점이 특징이었다. 재실자인 학생들이 존재하는 수업 중과 수업 이후 빈 교실을 대상으로 측정을 진행했다.
스탠드형 환기장치와 공기청정기의 풍량, 미세먼지 및 CO₂ 제거성능, 소음 등 성능 실증을 진행했다. 또한 각 장치의 설치 대수, 위치 및 풍량을 제어하며 최적 운전조건을 도출코자 했다. CO₂의 경우 운전 30분 후 실내 농도 감소율을 확인해 비교했으며 미세먼지의 경우 20분 후 실내농도 감소율을 공기정화장치 성능지표인 청정화능력(CADR)으로 계산해 비교했다.
아래 표는 환기장치, 공기청정기 설치 대수 및 설치위치별 측정된 미세먼지 농도 감소율로 청정화능력을 계산해 정리한 것이다. 실내 미세먼지 제거성능의 경우 환기장치보다 공기청정기 성능이 확연히 우수했다. 이에 대한 원인으로는 환기장치의 경우 공기청정기와 달리 전열교환 등 복합 기능을 갖추고 있으며 미세먼지 농도가 높은 외기를 사용하기 때문이다.
각 장치의 설치 대수 및 설치 위치 영향의 경우 교실 바닥면 기준 대각방향 설치보다 상호 벽면방향 설치 시 효과적인 성능을 보이는 것을 확인했다. 이는 유동해석을 활용해 교실 내 공기청정기 설치 위치에 따른 영향을 확인한 기타 연구결과와도 상응한다.
위의 그래프는 환기장치, 공기청정기 운전별 측정한 CO₂ 변화 그래프다. 장치를 운전하지 않을 경우 우리나라 실내 CO₂량 위험 기준치(1,000ppm 이하)를 충족하지만 건강한 환기 시 기준치(450ppm 이하)를 상회해 재실자가 불쾌감을 느낄 수 있는 수치인 것을 확인했다.
공기정화장치 운전 시 미세먼지 측정결과와 달리 공기청정기의 CO₂ 제거효과는 미미했다. 환기장치는 우수한 CO₂ 제거성능을 확인했으며 2대 이상 복합운전 시보다 1대의 운전성능이 더 높은 성능을 보였다. 이는 장치의 복합운전 시 교실 내 기류발달이 상호 영향을 받기 때문으로 추정된다.
학교 교실 실환경 공기정화장치 성능시험 및 기준 마련 목적의 연구가 진행됐다. 미세먼지의 경우 공기청정기, 이산화탄소의 경우 환기장치가 제거성능이 우수한 것을 확인할 수 있었다.
각 공기정화장치 설치위치에 따른 영향의 경우 공기청정기를 교실 바닥면 기준 대각방향 끝 각 2대 설치대비 긴 면 끝 각 2대를 설치하는 것이 교실 내 전체 공간 기류순환을 원활히 해 우수한 미세먼지 제거성능을 갖는 것을 확인했다. CO₂ 제거 효과는 미세먼지 저감효과와 반대로 성능이 미비한 공기청정기 운전대비 환기장치의 우수한 효과를 확인했다.
이승재 회원은 “미세먼지 및 CO₂ 제거효과를 모두 고려할 때 환기장치와 공기청정기의 상호 벽면 방향 각 1대씩 배치 후 동시운전 혹은 2대씩 배치 후 동시운전 중 비용을 고려한 운전방안을 선택하는 것이 최선의 방법일 것”이라며 “이번 연구의 학교 교실 실환경 내 환기장치 및 공기청정기의 다방면 운전성능 평가결과는 대상 환경과 유사한 교실 환경을 대상으로 운전비용을 고려한 최적성능을 갖는 공기정화장치 운전방안 도출에 활용할 수 있을 것”이라고 밝혔다.
이승재 설비공학회 회원(성균관대학교)은 11월24일 열린 설비공학회 동계학술대회에서 ‘학교 교실 실환경 공기정화장치 성능시험 및 기준 마련’을 주제로 발표했다. 
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