▲ 2-1세션 전경.

칸kharn은 지난 9월3일 서울 코엑스마곡에서 ‘All That ZEB 2026’ 컨퍼런스를 개최했다고 밝혔다. 이번 행사는 제로에너지건축물(ZEB)산업관련 정책과 연구 및 기술 전반을 아우르는 대규모 행사로 하루동안 6개 세션이 진행됐다.

2-1 ‘실내공간 및 환기’세션에서는 ZEB 구현을 위한 스마트환기와 제습·복합공조 등 실내환경 개선기술과 신기술의 시장확산을 위한 표준·인증체계 구축방향을 공유했다.

발표는 △스마트환기시스템(이윤규 한국건설기술연구원 센터장) △실내공간별 환기제어를 통한 에너지효율향상기술·환기청정기 휴벤 Eco(이관철 힘펠 이사) △경동나비엔의 IAQ해법 ‘에어케어 솔루션’(남영탁 경동나비엔 상품기획2팀 PM) △환기산업활성화방안 ‘단체표준’(최준영 KTL 연구위원) △복합공조기 및 혁신제품(박문수 센도리 대표) △ZEB의 환기 및 냉방솔루션-휴미컨(이대영 휴마스터 대표) 순으로 진행됐다.

▲ 이동규 환기협회 사무국장이 인사말하고 있다.

이동규 한국환기협회 사무국장은 인사말을 통해 “한국환기협회는 미세먼지와 유해가스 걱정 없이 누구나 마음 놓고 숨 쉴 수 있는 깨끗한 실내환경을 만드는 것을 목표로 설립됐으며 열회수형 환기장치 등의 실내공기질 개선효과를 검증하기 위한 실증연구와 초대형 성능시험방법 개발, 취약계층 대상 무상보급사업 등을 추진하고 있다”라며 “이번 컨퍼런스가 환기산업 활성화방안을 함께 논의하고 환기산업의 지속가능한 미래를 이끄는 뜻깊은 장이 되길 기대한다”고 말했다.

스마트환기 운전기준·성능평가체계 마련 시급

▲ 이운구 건설연 센터장.

이윤규 한국건설기술연구원 센터장은 스마트 환기기술을 주제로 발표했다.

현재 국내·외 환기관련 기준은 대부분 설계단계에서 최소환기량과 설비용량 등을 확보하는 데 초점이 맞춰져 있다. 반면 실제 건물 운영단계에서 실내공기질(IAQ)이 적정수준으로 유지되는지, 재실인원과 오염원 변화에 따라 환기량이 적절하게 제어되는지를 판단하는 기준은 상대적으로 부족한 상황이다.

ASHRAE 62.1은 환기량을 중심으로 한 설계기준을, EN 16798은 건물에너지성능과 연계한 기준을 제시하고 있으며 ISO 52120-1 역시 건물자동제어시스템(BACS)의 기능체계를 다루고 있다.

싱가포르도 CO₂ 모니터링 등의 운영기준을 적용하고 있지만 하이브리드환기와 수요제어환기(DCV), 능동제어, IoT연동, 성능검증 등을 포괄하는 통합적인 ‘스마트환기’ 기준은 아직 국제적으로 확립되지 않았다.

이윤규 건설연 센터장은 “현재 대부분의 환기기준과 지침, 가이드는 설계중심으로 한정돼 있다는 점이 가장 큰 문제”라며 “스마트환기로 가기 위해서는 제어뿐만 아니라 재실자의 만족도와 에너지효율, 지속가능성 등 다양한 요소를 함께 고려해야 한다”고 말했다.

이에 따라 환기산업협회는 스마트환기에 대한 연구를 진행하고 있다. 현재 국내 환기정책은 국토교통부와 기후에너지환경부, 교육부 등 관계부처의 정책방향과 밀접하게 연계돼 있다. 기후부의 제5차 실내공기질관리 기본계획은 ‘기후변화에 대응한 실내공기질 관리기반 선진화’를 비전으로 제시하고 국민들의 실내공기질 정책만족도 80% 달성을 목표로 하고 있다. AI와 IoT를 활용한 실내공기질 관리, 환기설비 기술개발 등도 주요 정책과제에 포함됐다.

특히 학교 등에 적용된 환기설비의 경우 실제 실내공기질 개선효과가 있더라도 재실자가 체감하기 어려운 반면 운전소음은 즉각적으로 인식되기 때문에 만족도가 낮아질 수 있다. 이에 따라 실내공기질과 에너지효율뿐만 아니라 △열쾌적 △소음 △환기 지속성 △유지관리비용 등을 함께 고려한 평가체계가 필요하다.

건물부문 탄소중립과 환기성능을 동시에 확보해야 한다는 점도 주요 과제다. 정부는 2018년 5,210만톤 수준이던 건물부문 온실가스 배출량을 2030년 3,500만톤까지 감축하는 32.8% 감축목표를 설정했다. 이에 따라 ZEB와 그린리모델링 등을 통해 건물 에너지성능 향상이 추진되고 있으며 그린리모델링에서도 단열·기밀 강화와 함께 환기성능 확보가 주요 요소다.

특히 환기성능을 확보하기 위해서는 건축물의 기밀성능 확보가 선행돼야 한다. 건물의 기밀성능이 확보되지 않은 상태에서는 의도하지 않은 외기가 유입돼 계획한 환기효과와 에너지효율을 확보하기 어렵다.

이 센터장은 “환기를 이야기할 때 가장 먼저 고려해야 할 것이 기밀”이라며 “건축물을 기밀하게 만든 뒤 계획적으로 환기하고 실내공기질을 개선하는 방향으로 접근해야 한다”고 강조했다.

실내공기질을 확보하는 방법은 크게 오염물질 발생 자체를 줄이는 소스컨트롤(Source Control)과 공기청정기 등을 활용한 제거컨트롤(Removal Control), 환기컨트롤(Ventilation Control)로 나뉜다. 이중 환기는 비용대비 효과가 높은 실내공기질관리수단으로 환기경로 확보와 전반·국소환기의 조화, 자연·기계환기 연계 등이 중요하다.

환기의 개념은 시대에 따라 변화해 왔다. 19세기 후반에는 실내 오염물질을 제거하기 위한 목적으로 환기가 건축물에 본격적으로 적용됐다. 이후 21세기에 들어서는 단순 오염물질 제거를 넘어 건강과 쾌적성, 안전까지 고려하는 수요기반 환기로 패러다임이 확대되고 있다.

하이브리드환기와 DCV 등은 이러한 스마트환기의 핵심 하위개념으로 평가된다. 자연환기와 기계환기를 상황에 맞게 조합하거나 재실인원과 실내공기질에 따라 필요한 만큼 환기량을 능동적으로 조절하는 방식이다.

스마트환기시스템을 구현하기 위해서는 △실내공기질 △열쾌적 △소음 △에너지효율성 △환기 지속성 △유지관리비용 △성능지표 및 통합관리 등을 종합적으로 고려해야 한다. 이를 판단하기 위한 주요 매개변수로는 실내공기질 확보수준과 재실자수, 실내·외 온·습도, 대상오염물질 농도, 급·배기팬과 공기청정장치 운전상태, IoT·센서 및 통신기술 등이 있다.

국내에서는 실내공기질 개선기술 개발을 통해 레인지후드와 연계한 실내공기질 관리형 열회수환기설비를 비롯해 벽체·창문설치형 열회수환기설비, 복합필터 다기능 열회수환기설비, 학교·주택용 하이브리드환기시스템 등을 개발했다.

또한 실내·외 공기질과 재실정보 등 다양한 환경데이터를 분석하고 BEMS와 연계해 건물의 실내환경과 에너지사용을 동시에 제어하는 환경·에너지 통합플랫폼도 개발되고 있다.

한국건설기술연구원은 실증을 통해 실내·외 PM과 CO₂, 라돈, HCHO, TVOC 등 다양한 환경데이터를 센서로 수집하고 재실패턴과 연계해 환기설비를 능동적으로 제어했다.

실증결과 시스템 가동 후 PM1.0은 57.6%, PM2.5는 59.3%, PM10은 60.7% 감소했으며 △CO₂ 14.3% △라돈 50.8% △TVOC 37.0% 등의 저감효과가 나타났다. 환기에너지소비량도 기존대비 약 41.9% 줄어든 것으로 분석됐다.

실증시설을 대상으로 실시한 설문조사에서는 전체 실내공기질 만족률이 시스템 적용 전보다 79% 증가했으며 불만족률은 80% 감소한 것으로 조사됐다. 이는 스마트환기의 성능을 단순한 오염물질 기준치 충족 여부로 판단하기보다 재실자가 실제로 쾌적한 환경을 체감하는지까지 평가해야 한다는 의미다.

스마트환기 확산을 위해서는 현행 환기 관련 법령의 해석과 개정이 시급하다. 현재 공동주택 환기설비에는 시간당 0.5회 이상의 환기량을 확보하도록 하는 기준이 적용되고 있다. 문제는 이를 설비가 확보해야 하는 최대용량기준으로 볼 것인지, 24시간 지속적으로 시간당 0.5회를 운전해야 한다는 운영기준으로 볼 것인지 명확하지 않기 때문이다.

이 센터장은 “스마트환기를 적용하기 위해서는 법 개정뿐만 아니라 현재 기준을 어떻게 해석할 것인지에 대한 논의도 필요하다”라며 “재실조건에 따라 환기량을 능동적으로 조절하는 것이 법 위반으로 해석되지 않도록 제도적인 정리가 필요하다”고 말했다.

이에 따라 한국환기산업협회 차원의 스마트환기인증제도 구축도 추진되고 있으며 향후 자연·기계·하이브리드 등 환기설비 유형별 인증기준을 마련하고 공동주택과 교육시설, 다중이용시설 등 건물용도에 따라 단계적으로 적용하는 방안이 검토돼야 할 것으로 파악된다.

이 센터장은 “스마트환기가 단순히 센서를 설치하거나 환기장치를 자동으로 제어하는 수준에 머물러서는 안된다”라며 “실내공기질과 에너지효율, 재실자 만족도를 동시에 확보할 수 있는 운영기준과 성능평가체계를 마련해야 한다”고 강조했다.

힘펠, 휴벤Eco 활용 E효율향상 기여

▲ 이관철 힘펠 이사.

이관철 힘펠 이사는 실내공간별 환기제어를 통한 에너지효율 향상기술과 환기청정기 ‘휴벤 Eco’를 소개했다.

힘펠은 전열교환기(ERV)를 중심으로 환기제품의 성능향상과 제어기술 고도화를 추진하고 있다. 최근에는 고효율 ERV에 실별 공기질과 재실조건을 반영한 각실제어기술을 결합해 공기질과 에너지사용량을 동시에 관리하는 스마트환기시스템 개발에 주력하고 있다.

힘펠의 ‘휴벤 Eco’는 150·200·250CMH 풍량운전이 가능한 고효율 ERV로 난방열교환효율 80% 이상 확보했다. 환기와 바이패스, 자동운전, 공기청정모드를 지원하며 옵션으로 UV살균기능을 적용할 수 있다. 제품에는 프리필터와 H13등급 HEPA필터 등이 적용됐다.

힘펠은 각실제어를 위해 독립형 실내공기질 모니터도 개발했다. IAQ모니터는 CO₂와 PM2.5, 온·습도, TVOC 등을 측정할 수 있으며 블루투스와 Wi-Fi통신을 지원해 입주자가 독립적으로 사용할 수 있도록 구성됐다.

전체 시스템은 휴벤 Eco ERV와 전동디퓨저, 실별 IAQ센서, 주방후드 등을 세대 내 로컬제어기로 연결하는 방식이다. 각실 디퓨저에도 △온·습도 △미세먼지 △CO₂ △TVOC 등을 측정할 수 있는 센서를 적용하며 여러 디퓨저와 환기장치를 통합제어할 수 있도록 구성했다. 향후에는 재실정보와 실내공기질, 주방후드·욕실팬 운전 등 다양한 정보를 하나의 폐루프제어체계로 통합할 계획이다.

힘펠은 각실제어 효과를 확인하기 위해 한국산업기술시험원과 7시간 운전시나리오를 적용한 비교시험을 실시했다. 시험은 4개 실을 대상으로 △200CMH 정풍량으로 모든 디퓨저를 개방하는 방식 △기본 환기운전방식 △재실조건과 CO₂농도를 반영해 1,200ppm 이상인 공간을 우선 환기하는 방식 등 3개 케이스로 구성했다.

시험결과 재실조건과 CO₂농도를 반영한 CASE 3은 정풍량운전인 CASE 1대비 소비전력이 냉방조건에서 6.7%, 난방조건에서 7.7% 감소했다.

공기질도 함께 개선됐다. CASE 3의 4개실 평균 CO₂농도 변화량은 CASE 1과 비교해 냉방 시 약 20.8ppm, 난방 시 약 31.8ppm 낮게 나타났다. 이에 따라 필요한 공간에 환기량을 우선적으로 배분하면 전체 환기량을 무조건 높이지 않고도 공기질을 유지하면서 팬 소비전력을 줄일 수 있을 것으로 나타났다.

이 이사는 “각실제어는 적용하는 로직에 따라 에너지사용량을 줄이면서 실내공기질도 개선할 수 있다는 점을 실증을 통해 확인했다”라며 “재실과 오염조건에 따른 제어로직을 지속적으로 고도화할 계획”이라고 밝혔다.

실제 공동주택과 유사한 환경에서의 적용성도 검증했다. 힘펠은 84㎡형 실생활 모델하우스에 ERV와 실제 덕트시스템을 구축해 △풍량 △압력균형 △각실제어성능 등을 시험했다.

환기설비는 제품자체의 효율뿐만 아니라 현장에 설치되는 덕트의 설계와 시공상태에 따라 실제 성능이 크게 달라질 수 있다. 이에 따라 장비성능을 최대한 유지하기 위해 말단디퓨저 크기와 덕트의 형상·규격 등을 조정하며 최적 덕트워크를 검토했다. 

실측결과 150·200·250CMH 전 운전단계에서 급·배기풍량은 설정값대비 94.8~98.5% 수준을 확보해 모두 ±10% 이내 목표를 충족했다. 각실 디퓨저의 개폐와 풍량단계 변화에 따른 자동제어 운전도 확인했다.

이 이사는 “세대 내 압력불균형을 해소하기 위한 CFD분석도 수행했다”라며 “공동주택에서는 주방후드와 욕실팬 등 대용량 배기설비가 가동될 경우 세대 내부가 과도한 음압상태가 될 수 있어 생활배기설비가 작동하면 ERV의 급기(SA)와 배기(EA)를 독립적으로 제어해 압력을 보상하는 방식을 검토했다”고 말했다.

CFD분석결과 주방후드 운전 시 세대 내 평균 절대압력은 10.20Pa에서 5.04Pa로 낮아져 약 50.6% 개선됐으며 욕실팬 운전 시에는 4.04Pa에서 1.02Pa로 줄어 약 74.8% 개선됐다. 주방후드 운전 시 기계적 순유출량도 239CMH에서 167CMH로 30.1% 감소했다.

각실제어에 따른 장기적인 에너지절감량 분석결과 터보연속운전 시 월간 에너지사용량은 128.9kWh로 산출됐으며 일상생활형 시나리오는 63.3kWh로 50.8%, 표준형은 76.7kWh로 40.4%, 오염부하형은 91.8kWh로 28.7% 절감할 수 있는 것으로 분석됐다. 이는 실제 운전실적이 아닌 시뮬레이션을 통한 절감 잠재량으로 실제 절감률은 재실·오염분포와 외기조건, 제어지연, 각 운전단계의 지속시간 등에 따라 달라질 수 있다.

이 이사는 “힘펠은 향후 실별 재실·공기질정보와 주방후드, 욕실팬 등 세대 내 환기설비를 하나의 통합제어체계로 연결하고 실제 공동주택에서 장기간 실증을 통해 제어로직을 고도화할 계획”이라며 “스마트제어는 ERV 단품에서 끝나는 것이 아니라 실별 센서와 디퓨저, 주방후드, 제어시스템이 연계되는 스마트환기 패키지시장으로 확장돼야 할 것”이라고 강조했다.

경동나비엔, 환기·청정·제습 통합 ‘생활공기솔루션’ 주목

▲ 남영탁 경동나비엔 PM

남영탁 경동나비엔 상품기획2팀 PM은 경동나비엔의 생활공기솔루션을 소개했다.

경동나비엔은 실내공기질의 본질을 단순한 ‘청정’이 아닌 ‘쾌적함’으로 보고 환기와 공기청정, 냉난방, 제습 등 다양한 공기관리기술을 통합한 생활공기솔루션을 확대하고 있다.

경동나비엔이 주목한 분야는 습도관리다. 기후변화로 고온·다습한 기간이 길어지고 건물의 기밀성능이 강화되면서 여름철 실내 고습으로 인한 곰팡이와 세균·바이러스 등 공기위생 문제에 대한 관심도 높아지고 있기 때문이다.

이에 따라 지난해 여름 기존 환기·공기청정기능에 제습을 결합해 청정도와 습도를 동시에 관리하는 ‘나비엔 제습 환기청정기’를 출시했다. 제품은 환기와 공기청정, 제습을 하나의 시스템으로 통합해 사계절 실내공기질을 관리하는 것을 목표로 한다.

남영탁 경동나비엔 PM은 ”ZEB 확대와 건축물 기밀성능 강화에 따라 기계환기에 대한 의존도는 더욱 커질 것”이라며 “앞으로는 실내공기질뿐만 아니라 적정습도까지 함께 관리하는 방향으로 환기기술이 발전할 필요가 있다”고 말했다.

나비엔 제습환기청정기 핵심은 듀얼제습솔루션이다. 데시컨트제습과 냉각제습을 결합해 실내온도의 영향을 최소화하면서 습도를 집중적으로 낮추는 방식이다. 데시컨트로터가 공기 중 수분을 흡착하고 냉각사이클을 통해 추가적으로 수분을 제거하는 2단계 제습방식을 적용했다. 이를 통해 하루 최대 28L의 제습성능을 확보했으며 자동배수방식을 적용해 별도의 물통 비움이나 이동 없이 지속적인 제습이 가능하도록 했다.

또한 전열교환기를 통해 외부에서 들어오는 고온·다습한 공기의 습도를 사전에 낮추고 실내공기의 온도변화를 최소화하면서 원하는 습도수준을 유지할 수 있도록 설계했다.

경동나비엔은 제습기능뿐만 아니라 환기효율도 강화했다. 고성능 로터를 적용해 하절기 냉방 시 전열교환효율 88%, 동절기 난방 시 79% 수준을 확보했다. 열회수효율을 최적화할 경우 자연환기대비 하절기 약 28%, 동절기 약 33%의 에너지절감효과를 기대할 수 있다.