최근 실내공기질관리(IAQ)분야는 △AI기반 자율제어 △센서 활용 실시간 모니터링 △공기정화기술 등과 연계되며 관련 기술과 산업이 빠르게 전환되고 있다. 또한 탄소중립과 국민건강에 대한 관심이 높아짐에 따라 체계적인 IAQ의 중요성이 더욱 커지고 있으며 글로벌 차원에서 IAQ에 대한 대한민국의 선구자적 역할이 요구되는 상황이다.

 

이에 따라 한국산업기술시험원(KTL) 실내환경관리센터는 지난 5월22일 코엑스 컨퍼런스룸 403호에서 ‘실내환경관리센터 국내 산업계 지원 포럼’을 개최했다고 밝혔다.

 

이날 행사는 실내공기질분야의 최신 정책·기술동향과 산업 적용방향을 공유하고 산·학·연·관 협력기반을 마련하기 위해 마련됐다.

 

고영환 KTL 기후환경본부장은 개회사를 통해 “KTL은 지난 2월1일 기후에너지환경부로부터 실내공기질관리법에 따른 실내환경관리센터로 지정받게 됐다”라며 “센터는 향후 실내공기질분야의 국내·외 협력과 전문인력 양성교육과 대국민 홍보 등 다양한 사업을 진행할 계획”이라고 밝혔다.

 

이어 “오늘 포럼은 KTL이 실내환경관리센터로 지정받고 처음으로 준비한 행사이기에 더 뜻깊은 자리”이라며 “최근 실내공기질분야에서 주목하고 있는 AI를 활용한 저탄소 실내공기질 관리기술, 센서 공기정화분야의 신기술 도입 및 발전방향, 실내공기질분야 국제 협력사업 기획 전략 등 세 가지 특별한 주제에 대해 발표할 예정”이라고 덧붙였다.

 

고영환 본부장은 “오늘 행사를 통해 해당 분야의 최신 기술동향과 우리나라의 실내환경관리기술의 해외진출 가능성 및 전략 등에 대해 함께 논의해볼 수 있는 자리가 되길 바란다”라며 “앞으로도 실내공기질관리센터는 국가의 실내공기질관리 정책에 발맞춰 최신 기술과 산업현장을 연결해 국민이 체감할 수 있는 실내환경 개선에 기여하도록 노력하겠다”고 강조했다.

 

홍경진 기후에너환경부 환경보건정책과 과장은 인사말을 전하며 “기술개발과 산업발전은 정부 단독으로 할 수 없으며 민간의 전문성과 함께 해야 한다”라며 “이에 따라 환경부는 실내환경관리센터를 지정하게 됐으며 올해 KTL을 세 번째로 지정하게 됐다”고 말했다.

 

이어 “센터별로 목적과 기능이 다른데 KTL은 기술개발, 산업계 지원, 산업계 해외진출, 국제협력 등의 분야에 전문성이 있어 함께 협력하기 위해 지정하게 됐다”라며 “실내환경은 시간이 지날수록 핵심과제로 부상하고 있으며 이러한 추세에 정책이 뒤처지지 않게 여러 의견을 잘 경청해 실질적 실내환경관리 로드맵을 구축하겠다”고 강조했다.

 

이날 행사는 △센서·공기정화 등 신기술 동향(노광철 AIRLAB 대표) △AI 활용 저탄소 실내공기질관리기술(문현준 단국대 건축학과 교수) △실내공기질분야 ODA 및 국제협력 전략(이경채 한국환경산업기술원 해외사업실 실장) 등 세 가지 세션으로 진행됐다.

 

 

 

 

오픈플랫폼 활성화… 다중이용시설 지능형 에어솔루션 표준 선도
노광철 주식회사 에어랩(AIRLAB) 대표는 ‘센서·공기정화 등 신기술 동향’을 주제로 발표하며 다중이용시설 및 교육시설의 IAQ 자율제어플랫폼 성과와 코로나19 이후 정체됐던 공기 감염원 차단용 지능형 운전수치 해석모델을 공개했다.

 

노 대표는 한국기계연구원과 공동 수행한 어린이집 실증사업을 기점으로 중소기업 및 대기업 간 장벽을 허무는 ‘오픈 플랫폼’의 국산화 필요성이 시급해졌다고 설명했다. 그동안 미세먼지 공조제어는 비약적으로 발전했으나 바이러스 감염 예방기술은 공학적 표준이 전무했으며 에어랩의 자체 머신러닝솔루션과 가상 에이전트인프라를 결합해 에너지절감과 호흡기 건강복지를 동시에 달성이 가능하다며 다변화 청사진을 제시했다.

 

기계연 어린이집 현장에 도입된 ‘AI 연동형 실내대기질 통합관리시스템’의 아키텍처가 집중 조명됐다. 기존 스마트가전시장은 대기업의 폐쇄적 생태계로 인해 중소업체의 △환기장치 △에어컨 △공기청정기 간 이종 프로토콜 연동이 불가능했다. 에어랩은 클라우드 기반 스마트싱스 오픈 API를 매개로 이 한계를 돌파했다.

 

교실 내부에 고정밀 환경 챔버센서와 창문 도어센서 그리고 영유아들의 실내 수업 중 도약·달리기 등 물리적 움직임을 실시간 정량화하는 ‘활동도 센서’를 융합했다. 수집된 동적데이터는 머신러닝 의사결정 알고리즘을 거쳐 미세먼지 피크 발생 전 환기모드를 선제 가동하고 2024년 이후 누적데이터를 기반으로 인버터 냉난방비와 환기 송전전력을 매핑하는 딥러닝 고도화를 수행했다. 실증 검증 결과 국가 측정망의 외부 오염농도대비 교실 대기를 연중 최저 수준으로 하향 방어하는 가시성을 도출했다.

 

이어 코로나19 및 인플루엔자 바이러스의 공기 전파 차단을 위한 공학적 수치 해석기법이 공개됐다. 에어랩은 흡입 시 감염확률이 63%에 달하는 바이러스 입자 단위인 ‘1 퀀타(Quanta)’ 개념과 전 세계 표준인 ‘웰스-라이리(Wells-Riley) 개인 감염 확률 방정식’을 시스템에 이식했다.

 

또한 미국공조냉동공학회(ASHRAE) 가이드라인의 ‘인당 등가 청정 공기량’ 지표를 결합한 ‘감염 위험 관리모드’를 확립했다. 만약 실내 바이러스 하중이 급증해 환기장치가 소화할 수 있는 등가 청정풍량이 한계에 도달하면 시스템 대시보드가 감염 위험을 관리해 재실 허용 인원을 자동산출하고 경고를 보낸다.

 

학교 급별 재실밀도를 분석한 결과 노후 학교보다 기밀도가 높아 침기량이 억제된 신축 학교일수록 바이러스 감염 확산 지수인 감염 재생산 지수(R)가 대폭 상승하는 것으로 분석됐다.

 

시뮬레이션 해석에 따르면 백신접종만으로는 감염 재생산 지수(R)의 유의미한 하락을 기대하기 어렵다. 영국 의학학회(Lancet) 가이드라인인 6회 이상의 등가 청정환기 횟수를 상용환기·공기청정기 동시 가동으로 충족할 경우 R 값을 확산 억제선인 0.3 이하로 완벽히 방어할 수 있음을 검증했다. 다만 마스크 착용조건이 배제된 상태에서 무조건적인 고풍량 환기는 건물 공조에너지 폭등을 유발하므로 마스크 혼재율을 감안한 4회 이상의 가변 최적 제어 운전 주기를 대안으로 정립했다.

 

노광철 대표는 “보편적인 저가 센서의 측정 불신을 해소하기 위해 기기 스스로 물리적 정밀도를 검증하는 ‘센서 건강도 지수(Sensor Health Index)’와 원격 펌웨어 교정이 가능한 OTA(Over the Air) 보정 알고리즘을 도입했다”고 밝혔다.

 

이어 “소비자들은 PM2.5나 VOC 같은 전문가적 수치에 직관적으로 대응하지 못한다”라며 “대기데이터를 소비자 언어로 지수화하는 리포팅체계로 전환이 시급하며 이종 기기 간 보수적 저항을 극복하는 오픈플랫폼 활성화를 통해 다중이용시설 전반의 지능형 에어솔루션 표준을 다질 것”이라고 강조했다.

 

AI 활용 IAQ·에너지 통합관리 ‘iBEEMS’
문현준 단국대 건축학과 교수는 ‘AI를 활용한 실내환경(IAQ/열쾌적) 및 냉난방설비 자율운전기술’을 주제로 발표하며 사람이 직접 개입하지 않아도 AI가 실내공기질과 에너지를 통합관리해 건물 운영효율을 극대화하는 자율주행 3.5단계 수준의 차세대 플랫폼기술을 공개했다.

 

문 교수는 지난 5년 반 동안 산업통상자원부 지원을 받아 수행한 국책과제 성과인 ‘iBEEMS’ 플랫폼을 소개했다. 해당 플랫폼은 단국대 기숙사를 비롯해 △삼성동 아이파크 타워 △롯데마트 중계점 △부산 롯데백화점 △용산 아이파크몰 등 대형 복합 상업건물 5개소에 전격 적용됐다.

 

실증 결과 외기변화와 재실자 유동에 맞춰 △공조기(AHU) △시스템 에어컨(EHP) △전열교환기 △살균장치 등을 자율제어함으로써 전 사이트에서 최소 15% 이상의 순수 냉난방에너지를 무결점으로 절감하는 성과를 입증했다.

 

플랫폼의 핵심 축은 알파고와 유사한 알고리즘 메커니즘인 ‘심층 강화학습(Deep Reinforcement Learning)‘ 제어엔진이다. 연구팀은 실제 건물에 적용하기 전 에너지플러스(EnergyPlus)와 모델리카(Modelica) 툴을 동원해 고정밀 건축물 하이브리드 시뮬레이터를 구축했다. 가상환경 속에서 데이터 피드백을 기반으로 자율운전 인공지능 에이전트를 선행학습시켰다.

 

학습이 완료된 AI모델은 IoT 표준 프로토콜인 ’1m2m‘ 인터페이스를 매개로 현장의 빌딩자동제어(BAS)시스템과 유기적으로 결합된다. 대시보드 화면을 통해 수동관제에서 자율제어모드로 전환하면 AI가 실시간 유입되는 대기환경데이터를 연산해 최적의 설정온도와 외기댐퍼 개도율 지령을 BAS에 직접 전달한다.

 

특히 강화학습의 보상 가중치 함수를 자유롭게 조율할 수 있어 IAQ가 중요한 유치원·병원과 에너지효율이 최우선인 오피스 등 건물용도별 맞춤형 최적화를 구현한 것이 특징이다.

 

대표적 주거시설인 단국대 진리관 기숙사(4인 1실 구조)의 실증데이터는 지능형 자율제어의 위력을 수치로 시연했다. 기존 기숙사나 호텔은 재실자가 비용을 내지 않아 외출 시에도 냉방을 켜둬 오버쿨링이 발생하고 공기질관리에 무감해 수면 중 CO2 농도가 2,500ppm을 초과하는 열악한 대기환경을 보였다. 학교 측이 3시간마다 에어컨을 강제 셧다운하는 일방적 방식을 썼으나 에너지 누수 차단에는 역부족이었다.

 

iBEMS 플랫폼은 복도 및 방안에 구축된 기존 CCTV와 ToF(시간분해) 딥스센서를 AI 공간 인지 알고리즘과 매칭했다. 사생활 침해 없이 비재실상태를 정밀진단해 장비를 끄고 재실 시에는 창문형 환기장치와 공기청정기를 IR(적외선) 프로토콜로 자동 기동했다. 그 결과 기존 대조군실대비 냉난방에너지를 무려 42.5% 감축했으며 온열 쾌적성은 34% 향상됐다.

 

이에 더해 기숙사 내 취사나 흡연 등 AI가 학습하지 못한 인간의 비정상적 돌발행동 시 미세먼지 피크가 800까지 치솟는 한계도 발견돼 향후 이상패턴 학습 고도화 과제도 도출했다.

 

플랫폼 내부에는 단순 제어를 넘어 건물 전반의 설비 건전성을 추적하는 고도화된 기능이 내재됐다. 실시간 수집된 댐퍼, 밸브 등 다양한 컴포넌트의 가동데이터를 바탕으로 사이트 전체를 디지털트윈 형태로 가상화했다. 이를 통해 장비의 결함을 실시간 진단하는 FDD엔진과 부품의 노후화 및 고장주기를 선제 예측하는 예지보전 시나리오를 구동해 관리자의 자산관리 능력을 지원한다.

 

문현준 교수는 “사람들은 아무리 좋은 환기가이드를 제시해도 귀찮아서 작동하지 않으며 이것이 가상 양수 발전소 역할을 할 지능형 플랫폼이 필요한 이유”라며 “모든 연구성과와 간이평가 알고리즘을 iBEEMS 웹사이트에 투명하게 공개한 만큼 데이터 중심의 완전 자율운전 생태계를 정착시켜 주거 및 상업공간의 탄소중립 표준을 선도하겠다”고 밝혔다.

 

ODA 연계루트 활용, 기후환경 설비업계 전방위 지원
이경채 한국환경산업기술원(Keiti) 환경산업처 해외사업실 실장은 ‘Keiti 해외진출지원사업(ODA 등)’을 주제로 발표하며 국내 환경기업의 글로벌 영토 확장을 위해 전주기 단계별 맞춤형 지원인프라를 소개하고 기후환경부 산하 ODA 전담국으로서 100억원 규모의 그린 ODA 및 유·무상 차관을 연계한 수출 돌파구 전략을 제시했다.

 

이 실장은 2004년부터 축적된 현지실증 노하우와 해외 5대 거점 사무소(중국·베트남·인도네시아·콜롬비아·가나) 네트워크를 공개했다. 특히 환경·에너지 통합 정부 조직 개편에 따라 단순 대기·수처리·폐기물 관리를 넘어 탄소중립 그린에너지 ODA 기획까지 사업범위를 다변화해 국내 기계설비 및 환경 산업계의 연쇄 수주 기반을 확립했다고 밝혔다.

 

Keiti에서 주도하는 해외진출 지원체계는 초기(진입)·중기(성장)·최종(글로벌)의 3단계 파이프라인으로 작동한다. 초기단계에는 코트라와 매년 공동운영하는 ‘글로벌 그린허브 코리아(GGHK)’를 가동해 올해 여수 기후변화주간과 연계한 1대 1 매칭 상담회에서 60개 발주처와 100개사 간 400건의 계약 네트워킹을 도출했다.

 

중기단계는 개도국 환경개선 마스터플랜(MP) 수립 및 현지 실증화 지원으로 국내 검증기술이 해외 레퍼런스를 쌓도록 기업당 최대 4억5,000만원(단년·다년도 분산형 구조)을 지원한다. 최종단계는 예비 타당성(Pre-FS}) 최대 2억원, 본 타당성 조사(FS) 최대 12억원의 금융인프라를 매칭해 포스코인터내셔널 등 전문무역상사 제도(최대 1.2억원 보조)와 연계한 이번 사업 경쟁 입찰 수주를 견인한다.

 

정부 간(G2G) ODA사업의 핵심 로드맵은 과업 발굴부터 확정까지 2년이 소요되는 ‘N-2년 제어주기’를 따른다. 현재 Keiti은 2028년도 ODA 심의를 위한 기획·발굴을 수행 중이며 올해는 중점협력국 27개국 중 △가나(통합 고형폐기물 4억원) △캄보디아(국가 수자원 종합 MP 3억원) △라오스(3억원) 등 총 3개 다년도 45억원 규모 사업의 수행사(수자원공사 등) 선정을 완료했다.

 

대표적 우수 연계사례로는 이집트 폐기물 자원화 프로젝트가 꼽혔다. JST사가 기술원 시장개척단과 현지 실증프로그램을 거쳐 100억원 규모의 선별기 단독 수의계약을 따낸 성과를 바탕으로 폐기물 MP를 역제안했으며 이후 100억원 규모의 ‘그린 ODA사업’ 승인까지 연쇄 도출하는 10년 주기 장기 성공 시나리오를 완성했다.

 

이에 더해 다자개발은행(MDB) 공공 조달시장 진입을 위해 △세계은행(WB) △아시아개발은행(ADB) 등 5대 은행과 MOU를 결합한 조달매칭을 실행하고 있다. 한국 주도로 14개 기관이 참여하는 ‘녹색전환 이니셔티브(GTI)’ 플랫폼을 통해 방글라데시 대기질 개선사업을 기획했다. 또한 국내 환경공단 에어코리아(AQM)정책 모델 기반의 보고서로 세계은행 ODA 프로젝트 승인을 이끌어냈다.

 

이경채 실장은 “중소기업의 리스크를 방어하기 위해 관세·법률·해외인증 등 기업당 최대 1,200만원 한도의 20개 전문 자문단 매칭 컨설팅을 상시 운영 중”이라며 “철저한 전주기 단계별 맞춤형 ODA 연계루트를 활용해 국내 기후환경 설비업계가 글로벌 ODA사업 수주 고지를 점령할 수 있도록 전방위 지원을 지속할 것”이라고 밝혔다.