[쾌적한家, 건강한家] 자연환기와 기계식 환기, 그리고 환기장치 설치, 관리요령

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[쾌적한家, 건강한家] 자연환기와 기계식 환기, 그리고 환기장치 설치, 관리요령

2018년 7월 24일 (화) 00:00:00 | 지면 발행 ( 2018년 7월호 - 전체 보기 )

자연환기와 기계식 환기,

그리고 환기장치 설치, 관리요령

글 최정만 (사)한국패시브건축협회 회장 www.phiko.kr

CONTENTS

01 제로에너지건축물의 정의와 실현 가능성

02 제로에너지주택의 필요 요소 개론

03 열교, 곰팡이, 단열

04 좋은 창호의 선택과 하자를 줄이는 요령

05 차양의 효과적 설치

06 주택은 왜, 기밀해야 하나

07 자연환기와 기계식 환기, 그리고 환기장치 설치 및 관리

08 구조 형식별 패시브주택 실현 전략

09 기존 주택의 저에너지 리모델링 전략

10 열원의 선택과 신재생에너지

11 제로에너지주택을 위한 물과 열관리

12 제로에너지주택 경제성 평가와 관리

환기는 꼭 필요하다

우리나라에서 ‘환기’는 주로 외부에 있는 신선한 공기를 실내로 가져오는 행위라고 생각하는데, (결국 같은 이야기이기지만)환기는 원래 실내의 오염된 공기를 외부로 배출하는 행위에 더 가깝다. 즉, 공기질 측면에서 실내 공기를 오염된 공기로 보고, 이를 적정 수준이 될 때까지 외부 공기와 섞어서 희석하거나, 외부로 배출해서 사람이 편하게 살 수 있는 공기질을 만들어주는 행위가 환기인 것이다.

이 실내 공기의 ‘오염원’에 각종 건축자재에 사용된 휘발성 유기화합물, 호흡을 통해 나오는 이산화탄소, 요리할 때 발생하는 미세입자, 그리고 최근 이슈가 된 라돈과 같은 물질도 포함된다. 환기하지 않으면, 이 오염물질의 농도가 증가해 결국 건강을 해칠 수밖에 없다.

환기하고 싶다. 그러나 ……. 문제는 꼭 필요한 외부 공기도 각종 먼지로 오염되고 있다는 것이다.

앞의 사진처럼 창을 열 수 없는 날이 늘어가면서 건강에 큰 위협이 되고 있다.

실내 공기질 관리법

실내의 오염물질이 건강을 위협하면서 우리나라의 신축 공동주택 약 1,000세대의 실내 공기질을 측정해 어느 정도 환기량을 가지면 건강하게 살 수 있는지 연구한 후 환기 기준을 세웠다. 그리고 다중이용시설과 100세대 이상 공동주택은 이 기준을 지키도록 법으로 강제하고 있다. 바로 <실내 공기질 관리법>이다. 하지만, 100세대 이상 공동주택으로 선을 그은 것은 지금도 이해할 수 없다. 99세대 미만 공동주택과 단독주택은 숨도 쉬지 말고, 요리도 말라는 이야기인지…….

이 법에 따르면 시간당 최소 0.5회의 환기량을 보장해야 한다. 풀어서 설명하면, 그 집 체적의 50%에 해당하는 양의 외부 공기가 매시간 들어오고, 실내 공기가 빠져나가야 한다는 것이다. 상상해보면 무척 많은 양이다.

이를 위해 기계에 의한 환기가 필요하다.

자연환기 vs 기계환기

자연환기와 기계환기 중에서 어떤 것이 중요한지 물으면, 거의 모든 건축주는 자연환기라고 대답한다. 현대건축의 관점에서 틀린 대답이다. 그 이유는 다음과 같다.

자연환기는 절대적으로 필요하다

자연환기는 건물에서 절대적이다. 예를 들어 극히 고가의 공조설비를 갖춰서 창을 전혀 열지 않아도 쾌적하게 근무할 수 있는 최신 오피스건물일지라도 여닫는 창은 꼭 필요하다. 이는 환기를 떠나서 밀폐라는 심리적 요인이 작용하기 때문이다. 즉, 열 필요는 없더라도 열고 싶을 때 언제라도 열 수 있는 창이 있다는 사실, 그 자체가 중요하다. 또한, 이런 오피스더라도 1년에 한 번쯤 창을 열어서 코스모스 향기를 맡고 싶을 때도 있을 것이다.

공기의 양이 중요하다

<실내 공기질 관리법>에 정의했듯이 실내에 시간당 필요한 신선한 공기의 양이 정해져 있다. 만약, 다른 오염이 없더라도 사람에겐 호흡을 위한 시간당 약 30㎥의 신선한 공기가 필요하다. 하지만, 자연환기를 위해 창문을 열더라도 재실자에게 필요한 양의 외부 공기가 들어온다는 보장은 없다. 창을 조금 열어도 엄청난 바람이 들이칠 때가 있지만, 창을 아무리 많이 열어도 공기가 전혀 움직이지 않을 수도 있다. 즉, 창을 통해 들어오는 공기의 양이 얼마인지 전혀 예측할 수 없다.

창을 닫고 냉난방할 때 환기는 어떻게 하는가

여름에 에어컨을 켜면, 당연하겠지만 창문을 닫는다. 심지어 명동과 같은 상업지역에선 손님의 끌어들이기 위해 문을 열고 냉방하는데, 이를 단속한 적도 있다. 즉, 이렇게 창을 닫고 지내는 시간엔 환기할 수 없고, 그렇다고 숨을 참을 수도 없다. 그런 논리로 현대건축에서 ‘자연환기와 기계환기는 동등하게 중요하다’가 답이라고 보고 있다. 즉, 자연환기는 중요하지만, 그와 같은 비중으로 기계환기도 신경을 써야 한다는 것이다. 그래야 건강을 잃지 않는다.

기계환기, 어떤 것이 있나

법으로 정한 기계환기 방식은 세 가지다. 1종~3종 환기라고 부르는데, 여기에선 전문적 설명을 넘어간다.

2종, 3종 환기

이 방식은 팬을 작동시켜 거실 창에 설치된 환기구를 통해 공기를 내보내거나 들여오는 개념이다. 이 양이 시간당 체적의 50%가 되면 적법한 설비다. 하지만, 이를 위해 환기가 필요한 시간에 팬을 계속 켜 놓아야 하는 극히 원시적인 기계환기인데, 이를 적용한 공동주택도 꽤 많다. 문제는 크게 두 가지인데, 필터의 성능이 충분치 않은 것과 외기의 온도가 그대로 실내로 들어온다는 것이다. 또한, 전용 팬FAN이 아닌 화장실 팬을 사용해도 입주자 대부분은 이를 알 수 없다.

1종 환기

1종 환기는 급·배기 팬을 모두 설치한 경우에 해당된다. 이 방식이 비로소 ‘환기’라는 개념과 맞아 떨어진다. 급기량과 배기량을 맞출 수 있기 때문이다. 여기에 직접 외기 도입으로 인한 열손실을 방지하고자 만든 것이 열 회수형 환기장치(전열 교환기)다. 공동주택에 적용되는 <친환경주택 건설 기준>에선 이 열 회수형 환기장치를 권장하기에, 최근 지은 공동주택은 이 장치를 적용한 곳이 크게 늘고 있다.

그럼 단독주택은_ 불행하게도 단독주택은 이 법의 적용 대상이 아니므로, 건축주가 특별히 요청한 경우를 제외하고 환기장치 없이 허가가 나고 있는 형편이다.

열 회수형 환기장치는 어떤 원리로 열을 회수하나_ 쉽게 이야기해서 겨울에 창을 열어 놓았는데 따뜻한 바람이 들어오는 것과 같다. 영하의 외기가 빠져나가는 실내 공기로부터 열을 얻어서 들어오기 때문이다. 이 열을 회수하는 원리는 매우 간단하다. 환기장치는 ‘열 교환 소자’와 ‘팬’ 2개로 매우 간단하게 구성돼 있다. 각각의 팬이 실내 공기와 외부 공기를 서로 보내면 그림과 같이 공기가 섞이지 않으면서 열이 교환되는 형식이다. 즉, 환기하면서 에너지도 절약할 수 있는 일거양득의 기계인 것이다.

환기장치에 미세먼지 필터는 없나_ 외기가 들어오는 곳에 당연히 필터가 있다. 그러나 미세먼지를 효과적으로 차단할 수 있는 등급의 필터는 아니다. 우리나라는 아직 법적으로 이 필터에 대한 기준을 제시하고 있지 않기 때문이다. 물론, (사)한국패시브건축협회가 인증하는 패시브하우스는 미세먼지를 차단할 수 있는 필터를 요구하고 있다.

공기청정기로 대체할 수 없나_ 이미 많은 언론과 SNS 등에서 다룬 부분인데, 공기청정기는 차선일 뿐이다. 먼지는 제거될 수 있겠지만, 다른 각종 유해물질과 호흡을 통해 발생되는 이산화탄소는 어찌할 도리가 없다. 또한, 공공연한 비밀(?)은 공기청정기 광고에서 이야기하는 미세먼지 제거율은 해당 공간의 미세먼지를 제거할 수 있는 능력이 아닌, 기계 속 필터의 효율일 뿐이다. 즉, 특정 조건의 시험을 통해 측정된 필터의 성능이지, 기계 자체의 효율은 아니다(이 시험 방법도 해당 회사 자체 시험인 경우도 있다). 그 공간의 모든 공기가 기계를 통과해야 먼지가 제거되는데, 사실 그런 일은 벌어지지 않는다.

환기장치를 사용하면 모든 것이 해결되나_ 불행히 그렇지도 않다. 어떤 환기장치를 어떻게 설치하고 사용하느냐에 달려 있다. 우리나라 환기장치는 주로 공동주택용으로 개발 공급됐다. 문제는 환기장치의 요구 성능 기준이 매우 낮은 수준이고, 시공사는 이 수준만 간신히 넘긴 제품을 대상으로 최저가 입찰로 제품을 선정해왔기에 실제 환기장치의 성능은 매우 열악한 편이다. 변변한 필터는 고사하고, 소음에 더해서 과다한 전력 소모, 결로까지 … 문제점이 한두 가지가 아니었고, 현재도 대부분 그러하다. 그러므로 공동주택에 사용되는 환기장치의 문제점을 살펴보면, 앞으로 환기장치를 적용하려는 건축주의 제품 선정과 설치에 도움이 될 것 같다.

기존 우리나라 환기장치의 문제점

설치 위치의 오류_ 환기장치는 주로 다용도실 천장 면에 붙여서 설치했다. 문제는 환기장치 속의 필터를 교체해야 하는데, 다용도실에 사다리 놓고 올라가 이 필터를 교체하는 일이 쉽지 않기에 결국 사용을 못하는 경우가 많다.

다용도실 천장에 매달려 있는 환기장치

배관의 단열 부족 또는 부재_ 외기가 유입되는 배관은 최소 10㎜ 이상 단열돼야 하지만, 대부분 그렇지 못한 실정이다. 겨울에 이 배관 표면에서 결로수가 빈번하게 떨어진다.

필터 성능의 열악함_ 부직포 한 장을 필터라고 넣어 놓은 환기장치도 제법 많다.

기기의 정밀함 부족_ 필터와 기기 사이가 눈으로 봐도 틈이 보일 정도인 제품이 많다. 아무리 좋은 필터를 사용해도, 그 틈으로 먼지가 다 통과한다.

프리히터의 부재_ 외기가 영하로 떨어지면 기기 내부에 결로가 생기는 것도 문제지만, 실내로 들어오는 공기 온도가 너무 낮아서 잠을 자기 어려울 정도가 된다. 그러므로 아주 낮은 외기 온도를 보정하고, 기기를 결로로부터 보호하기 위한 프리히터가 필요하다. 하지만, 우리나라 환기장치는 이것이 적용된 제품도 없을뿐더러 아직 그 기술도 턱없이 부족하다.

결로수 배출의 부재_ 불가피하게 기기 내부에 결로수가 생기면, 이것을 적절하게 배출할 수 있는 배출구가 필요하다. 하지만, 환기장치에 결로수 배출구가 없어서 몇 년 사용한 기기를 열어 보면 내부에 녹이 심하게 난 것도 있다.

소음_ 기기 자체의 단열·흡음 성능이 낮아 가동 시 소음이 크다. 여기에 대한 KS 기준은 있으나, 현장의 기기와 시험을 통과한 기기가 같은 것인지 의문이 들 정도다. 또한, 기기 내부의 팬 소음이 실내로 전달되지 않도록 흡음기가 필요한데 이 역시 설치된 바 없다.

소비전력_ 팬의 효율이 낮아 소비전력이 크다. 그런데도 시장에서 이야기되는 전기요금 폭탄 수준까지는 아니다.

제조사의 폐업_ 이 문제는 생각보다 심각하다. 환기장치의 필요성을 절실히 느끼고, 이를 사용하다 보니 필터를 갈아야 하는데 제조사가 망해서 더 이상 필터를 구할 수 없는 경우가 많다. 물론, 앞에서 언급한 여러 문제를 하나하나 해결하려고 노력하는 회사도 나타나고 있다.

선택할 수 있는 환기장치의 종류

현재 우리나라 시장에서 세 가지 대안이 존재한다.

국산 환형 열 회수 환기장치_ 급기와 배기가 일부 섞인다는 단점이 있지만, 프리히터 없이 실내 공급 온도를 비교적 안정적으로 가져갈 수 있고, 기기 내부의 결로로부터 비교적 벗어날 수 있다.

이탈리아 판형 열 회수 환기장치_ 리히터, 정밀성, 소음 등 유럽의 기준에 맞춰져 있음에도 독일산에 비해 저렴한 것이 장점이다.

독일 판형 열 회수 환기장치_ 기계적 완성도가 가장 높다. 유일한 단점은 가격이 가장 비싸다는 것이다.

국산 천장형 열 회수 환기장치_ 주로 공동주택용으로 특판하다 보니 단독주택에 개별적으로 대응해주는 회사도 거의 없다. 만약, 구할 수 있고 앞의 제품을 선택할 예산이 도저히 되지 않는다면 차선책으로 선택해볼 수 있다. 다만, 앞에서 언급한 단점이 모두 해소된 제품이 없다는 것을 염두에 두어야 한다(이 글을 쓰는 현재 시점에서 그렇다. 점차 나아지고 있으므로 내년쯤 개선된 제품을 소개할 수 있을 정도가 되었으면 좋겠다). 또한, 제품만 판매하고 시공해주지 않는 회사도 있다. 이 경우 A/S에 문제가 생길 수 있다. 만약, 선택한다면 팬이 BLDC 형식인지 확인해야 전력요금을 줄일 수 있다.

※ 각 방식의 실제 제품은 협회 홈페이지의 패시브하우스 자재 정보란에서 볼 수 있다.

환기장치 설치

제품의 설치 위치는 외부에 노출된 창고와 같은 비난방 공간은 피하는 것이 좋다. 열손실이 너무 크기 때문이다. 다락도 그리 좋은 위치는 아니다. 겨울철 다락은 아래층보다 온도와 습도가 높기에 기기의 단열이 열악하면, 기기 표면에 결로가 생길 수 있다. 여기에 대한 대책(결로수 배출)을 마련해 놓아야 한다.

또한, 위치를 떠나서 기기 내부의 필터를 교체하기 편한 곳에 설치해야 하며, 필터 교체를 위해 기기 주변의 여유 공간도 필요하다.

흡음 배관

기기와 실내를 연결하는 배관에 기기의 소음이 실내로 전달되지 않도록 흡음 배관을 설치해야 한다.

흡읍 배관(오른쪽)

단열 배관 사용

외기가 들어오거나, 외기로 나가는 덕트는 최소 10㎜ 이상 단열된 배관을 사용해야 한다. 만약, 기기의 위치가 외기가 저항 없이 직접 들어오는 창고와 같은 공간에 설치된다면, 실내로 이어지는 덕트 역시 단열 배관을 사용해야 한다.

방과 거실은 급기, 나머지 공간은 배기

방마다 급·배기를 모두 설치하는 것은 덕트의 길이가 너무 길어져서 비효율적이다. 배관 손실만큼 장비의 용량이 커져야 하고, 그만큼 소음과 소비전력이 증가한다.

외벽 관통 구멍의 열교와 누기 발생 주의

외벽을 뚫고 배관이 나가야 한다. 이때 배관에 의한 열교도 생기지만, 더 큰 문제는 배관과 벽체 사이 공간을 제대로 시공하지 않으면 누기로 인한 2차 하자가 생긴다. 따라서 적절한 기밀 전용 자재를 사용해야 한다.

외벽의 급·배기 환기구 캡커버

우리나라에서 대부분 사용되는 캡커버는 물끊기가 되지 않아 캡커버 하부가 장기적으로 오염된다. 최근 수입산이지만, 오염 문제를 해결한 캡이 있으므로 이를 권장한다.

여러 가지 환기구 캡커버

환기구 캡커버 청소

이 부분은 환기장치를 이미 오래 전부터 사용해온 유럽에서 없던 문제인데, 우리나라의 독특한 상황 하에 꼭 고려해야 할 점이다. 우리나라 외부 공기의 먼지가 유럽에 비해 매우 많고, 여름의 높은 습기와 맞물려 환기구 캡커버의 방충망이 막힐 수 있다는 것이다.

캡 방충망에 붙어 있는 먼지

캡 내부 모기장에 붙은 먼지

사진은 캡 방충망에 붙어 있는 먼지와 캡 내부에 작은 곤충의 유입을 막기 위해 넣어 둔 모기장에 붙은 먼지의 모습이다. 공기가 통과하기 어려울 정도의 두께로 붙어 있다. 위치는 서울이며 7층 공동주택 외벽의 캡커버를 교체하면서 남긴 사진이다. 사용 기간은 만 2년 4개월이다. 즉, 유럽에선 이렇게 외부 환기 캡커버가 막힐 정도의 먼지 유입이 없기에 기기 내부의 필터 하나로 충분하겠지만, 우리나라에선 쉽지 않을 것 같다. 즉, 주된 필터로 외기가 도달하기 전에 큰 먼지와 곤충을 막는 프리필터가 필요하다. 또한, 건축주 스스로 건물을 관리해야 하는 단독주택에선 가급적 이 외기 유입구를 청소할 수 있는 위치에 설치하기를 권장한다.

필터박스

(사)한국패시브건축협회에서 오랫동안 이 필터와 관련된 문제를 고민하다가 개발한 것이 기기 외부에 별도로 설치하는 필터박스다. 즉, 필터의 성능을 보증하며, 쉽게 필터를 주문해 쉽게 교환하고 초미세먼지 필터와 별도로 큰 먼지와 곤충을 막는 부직포 필터, 그리고 PM10의 미세먼지를 걸려내는 중간 필터 등 세 겹의 필터층으로 되어 있다.

필터박스

이 박스의 성능은 (실험실이 아니긴 하나)사진과 같다. 외기의 초미세먼지(PM 2.5) 농도가 65μg/㎥인데 필터를 거친 후의 농도는 1μg/㎥일 정도로 탁월하다. 이 필터박스는 기존 다용도실 천장에 달려 있는 환기장치의 필터에 대한 불만을 한꺼번에 해소할 수 있으며, 기존 필터를 구하지 못할 경우 유용하다.

고성능 필터박스

최근 라돈, 미세먼지 등이 이슈가 되면서 환기에 대한 관심이 어느 때보다 높아졌다. 거의 모든 전자제품회사가 공기청정기를 만들고, 천만 원이 넘는 프리미엄 공기청정기까지 시장에 등장한 상황이며, 시장 규모도 폭발적으로 성장하고 있다. 이 모든 현상은 ‘신축할 때 제대로 된 환기장치를 설치하지 않은 결과’일 뿐이다.

공급자가 품질을 결정하는 공동주택과 다르게 단독주택은 건축주가 수많은 것을 결정해야 한다. 이 과정에서 가족의 건강한 삶을 위해 꼭 필요한 우선순위를 정할 때, 환기장치가 1순위에 포함되기를 희망한다. 더 자세한 내용은 (사)한국패시브건축협회 홈페이지에서 볼 수 있으며, 다음 달 각 구조 방식별 저에너지 접근 전략에 대해 다룬다.