-지아이엠이씨 정경일 대표, 펄프식 전열교환기 24시간 상시 운전 구조적으로 한계

한국기계설비기술사회 CPD 전문교육 세미나에서 지아이엠이씨 정경일 대표는 ‘현열교환 환기유닛의 특성 및 효과’를 주제로 발표하며, 국내 건물 환기 설계와 운영 방식이 안고 있는 구조적 한계와 함께 대안 시스템의 필요성을 제시했다.

폐열회수·배열회수 장치는 오일쇼크 이후 건물 기밀성 강화와 ‘시크 빌딩(Sick Building)’ 문제 대두로 침입외기만으로는 환기가 불가능해지면서 본격 도입되기 시작했다.

국내 건물의 외기 도입 방식은 All Air System의 경우 공조기를 통해 외기를 공급하며 외기량은 급기량의 약 30% 수준으로 설계되는 것이 일반적이다. 이 과정에서 외기 처리에 소요되는 열량은 보일러 용량의 85% 이상을 차지할 정도로 에너지 부담이 크다.

정경일 대표는 “대형 건물에서는 내주부와 외주부를 구분해 공조기를 설치하는데 내주부 공조기에는 난방 코일(Heating Coil)을 생략하는 경우도 있고 실제 운전 시 겨울철 동파 위험으로 인해 외기 도입을 아예 차단해 외기 비율이 0%로 운전되는 건물이 다수”라고 지적하며 일부 대형 건물에서는 외기 도입구를 비닐이나 합판으로 임시 차단하고, 계단실을 통해 외기를 유입하는 사례도 적지 않다고 언급했다.

이어 이러한 현실을 감안할 때 “과도한 법규 중심의 설계보다 현장 여건에 맞게 탄력적으로 운전할 수 있는 환기 시스템 설계가 필요하다.”며 “해외의 경우, 동파와 오염 문제를 최소화하기 위해 외조기(DOAS)와 공조기를 분리한 시스템을 기본적으로 적용해 다른 공간의 공기가 섞이는 것을 허용하지 않는 것이 원칙”이라고 설명했다.

국내에서도 최근 FCU나 EHP 시스템을 적용한 건물에서는 소형 환기유닛이나 외조기를 별도로 설치하는 방식이 점차 확대되고 있다.

호텔 객실의 경우 외조기와 FCU를 조합한 시스템이 일반적으로, 옥상 등에 외조기를 설치한 뒤 수직·수평 덕트를 통해 급·배기를 수행하고 배열회수형 열교환기를 적용해 환기와 열회수를 동시에 구현한다. 이때 풍량이 크기 때문에 상대적으로 부피가 작은 회전식 열교환기가 많이 적용되고 있다.

병원 병실 역시 외조기와 FCU 또는 EHP를 결합한 시스템이 주류를 이루고 있으며, 배열회수 열교환기를 통해 환기와 열회수를 동시에 수행하고 있다. 특히 병원은 미국을 중심으로 층별 외조기를 설치해 감염층은 음압, 일반층은 양압으로 제어하는 방식이 오래전부터 적용돼 왔다.

정경일 대표는 “국내 역시 메르스·사스·코로나19를 거치며 음압병동 도입이 확대됐지만, 중앙집중식 환기 방식은 운전 부담과 에너지 손실이 크게 때문에 최근에는 병실별 개별 환기유닛을 적용해 음압·양압을 자동 제어하는 시스템을 설계에 반영하고 있다.”며 “순간적인 악취나 오염 발생에 대비해 여유 풍량을 확보하되 자동 제어를 통해 에너지 낭비를 최소화할 수 있다.”고 설명했다.

건축물의 설비기준 등에 관한 규칙에서는 의료시설의 필요환기량을 시간당 36회 이상, 보건복지부 의료법인 설립·운영 편람에서는 입원실(중환자실) 환기 기준을 시간당 2회 이상(자연환기 포함 6회 이상)으로 규정하고 있다.

정 대표는 최근 설계에 참여한 서울 소재 병원 사례를 소개하며, “전체 부하 대비 냉방 시 환기부하는 33%로 적정 수준이었으나, 난방 시 외기 도입으로 환기부하가 82%까지 증가해 열량 소모가 급증했다.”며 “에너지 손실을 이유로 환기를 중단하는 관행이 오히려 문제를 키운다.”고 환기 시스템의 상시 가동 필요성을 강조했다.

또한 서양식 외피 구조와 대면적 유리 적용 건물을 사례로 들며, 유리 배치 방향에 따라 냉·난방 부하가 크게 달라지고, 특히 환기로 인한 열손실이 전체 부하의 33~82%까지 증가할 수 있다고 덧붙였다. 이로 인해 에너지 손실을 우려해 환기장치를 설치하고도 가동하지 않는 주택이 많지만, 이는 실내 공기질 악화와 건강 문제로 직결된다고 지적했다.

정 대표는 “특히 병원·요양시설·학교·사무실 등 다중이용시설에서는 환기 부족 시 오염물질 축적, 곰팡이 발생, 감염병 재확산 위험이 급격히 증가한다.”며 “환기는 타협의 대상이 아니라 반드시 지켜야 할 기본 조건”이라고 강조했다.

이어 “현재 주로 사용되는 종이(펄프)식 전열교환기는 구조적으로 24시간 상시 운전에 한계가 있고 미세먼지가 소자 표면에 부착될 경우 잠열 교환 효율이 단시간에 최대 50% 이상 저하되며 세척이 불가능해 위생성과 내구성 측면에서 취약하다”고 지적하며 해외 사례를 인용해 미국에서는 병원에 종이식 및 회전식 전열교환기 설치가 제한된다는 점도 강조했다.

대안으로 제시한 에어솔(AIRSOL)의 현열교환 환기유닛은 비다공성 금속·합성 소재를 적용해 세척이 가능하고, 바이러스·세균 축적 가능성이 낮으며, 공기 교차에 따른 감염 위험을 원천적으로 차단할 수 있다고 설명했다. 최근 실험 결과에서는 현열교환 효율이 90% 이상에 달하는 사례도 확인됐다고 덧붙였다.

정경일 대표는 “환기 장치는 설치보다 가동이 핵심”이라며, 연중무휴 운전을 통해 에너지·보건·환경 측면을 동시에 만족시키는 환기 전략이 필요하다.“며 “병원, 학교, 식품·제약 공장, 연구시설 등에서는 위생성과 내구성이 확보된 현열교환 방식이 합리적인 대안이 될 수 있다.”고 강조했다.

특히 2025년 1월 ‘건축물에너지절약설계기준’이 일부 개정되면서, 그동안 전열 방식에 한정됐던 열회수형 환기장치 평가 기준이 전열·현열 방식으로 확대됐다.

정 대표는 “정부가 실내 재오염 위험이 낮은 현열교환 환기장치 보급을 위해 현열 방식도 에너지성능지표(EPI) 점수로 인정하면서, 설계자들이 건물 용도와 위생·운영 특성에 맞는 환기 시스템을 보다 폭넓게 선택할 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다.