환기와 실내 이산화탄소 농도

이게 좀 된 자료이긴한데, 데이타의 성격상 작성한지 오래됐다고 달리 해석될 내용은 아니라서 공유합니다.

겁나 춘 겨울에 이거 측정하느라고 생고생한 기억이 아련하네요.

본 자료는 '한국패시브건축협회'로 부터 임대한 이산화탄소측정로거(MCH-383SD)로 측정한 람다하우스(lambdahouse) 실내.외 이산화탄소 측정 자료다.

각 측정지점의 위치는 아래 그림에 번호로 표시하였다.

먼저, 실외 대기질 측정하였는데, 측정지점 번호는 이층 발코니인데 도면상의 ①번 위치다.

실내 공기질이 외부로부터 유입되는 대기질의 영향에서 자유로울 수 없으므로 실내 공기질 측정에 앞서 대기질 측정을 선행하였다.

측정기간은 2014년12월6일 오전 8시에서 2014년12월8일 오전7시까지 약 48시간이다.

측정기간동안 평균 대기중 이산화탄소농도는 491±14 PPM이고, 최소치는 445PPM 최고치는 525PPM로 측정되었다.

비교적 짧은 기간의 측정 결과이므로 이를 객관적인 데이타로 치부할 수는 없을 것이나 배가 산으로갈 만큼 오차가 크지는 않을 것으로 사료된다.

2012년 대전시환경운동연합이 공개한 대전시 이산화탄소 측정 자료에 의하면 4월 실외 평균이 879PPM 정도이다. 계절별로 또 사무용, 녹지, 주택가 등 위치에 따라 다소간의 편차가 있으나, 개략적으로 지구평균 농도인 400PPM의 2배를 상회하고 있다고 보는데 무리가 없을 듯 하다. 

향후 세종시의 도시화 진행에 따라 세종시의 대기질도 변화가 있을 것이나 현재 측정지점의 대기질은 '이보다 좋을 수는 없다' 이다.

측정기간 동안 눈이 오는 등의 환경 악화로 임대한 측정기를 외부에 노출시켜 혹 고장이 날 수도 있어 노심초사하였고 그런이유로 측정기간도 오래유지하기 어려웠다.

측정 전에 혹 무슨 일이 발생할까봐 나름 특단의 조치를 취했는데, 이거 안했으면 클날뻔 했다.

곧바로 실내 대기질 측정에 들어갔다.

실내 대기질 측정은 실내 환기를 위한 공조기의 가동 패턴을 몇가지로 달리 하면서 변이를 관측하였다.

측정 기록을 열거함에 앞서 적정한 공기질을 유지하기 위한 주거용 건물의 환기 강도에 대해서 짧게 언급하겠다.

독일의 프라운호프연구소의 자료를 인용하면 복잡한 계산 근거는 거두절미하고 결론적으로 실내 거주자 1인당 평균 30㎥/(인.h) 의 외부 공기에 의한 지속적인 환기를 요구하고 있고, 국내 기준은 일본의 기준을 따라 25㎥/(인.h)가 법 기준이다.

공동주택에 설치되어 있는 환기장치의 설계 용량이 이 기준에 따른 것이다. 즉, 2인이 상주하는 주택이라면 시간당 60㎥ 의 신선한 외부공기로 실내를 지속적으로 환기하여야 한다는 것이 된다.

환기장치의 설계 기준은 한 사람이 거주하는데 30㎡의 공간을 사용한다고 가정하고 이값으로 전용면적을 나눠서 상주인구를 추정하고 환기장치를 중간 정도로 가동할 때 기준을 충족하는 것이 원칙이다.

이는 이런 정도의 환기를 지속할 경우 실내 이산화탄소 농도는 1000PPM이하로 관리될 수 있다는 계산에 근거한 것이다.

1000PPM이라는 기준은 대중 공동이용시설이 준수하여야 하는 법적 기준이 되기도 한다.

실내 공기질 측정은 먼저 일층의 안방(2번지점)에서 한번  실시하고 이층을 측정하고자 하였으나, 측정 기간 중에 전원코드 탈락으로 측정이 중단되는 바람에 계획했던 시퀀스를 모두 해보기 위해 일층은 두번 측정하였다. 

일층의 전체 측정 기간은 2014년12월8일 9시에 시작하여 2014년12월17일 6시까지 하였고 전기한 이유로 중간에 중단 지점(12월15일11시~20시)이 발생하였다.

이 그래프에는 몇가지 환기 강도 변화에 따른 관측 데이타가 혼재되어 있다.

첫번째 시나리오는 12월8일 측정 이후로 12월 12일 23시까지는 젠더 공조기의 시간당 환기량을 150㎥/h(환기강도 0.34회/h) 로 유지하면서 이산화탄소 농도 변이를 관측하였다.

②번 측정 지점은 안방인데 주로 침실로 이용되는 관계로 주간에는 600PPM 이하를 농도를 보이지만 취침을 하는 야간 시간대는 600PPM을 상회하여 순간 최고치는 781PPM에 이르고 있다.

결론적으로 이 정도 실내 공기질이라면 쾌적하게 사는데 무리가 없다.

두번째 시나리오는  12월12일 11시부터 15일 7시까지 야간 취침시간대 (밤11시에서 새벽7시 사이) 공조기 가동을 1시간 간격으로 ON/OFF를 반복하였다.

관측 결과는 비록 1시간 정도의 짧은 시간 환기를 중단했지만, 이산화탄소 농도는 최고 1033PPM까지 치솟는 것을 알 수 있었다.

비록 높은 값이기는 하지만 실내 공기질 기준으로 보면 이정도의 값도 양호한 것이다.

실험 전에 예측하기로는 이보다는 농도가 더 올라서 1,500ppm정도로는 올라 갈 것으로 예상했었다.

생각해 본 원인이 있는데, 안방문을 닫고 자기는 했지만 밀폐가 되진 않았던 것이다.

안방 벽에는 공조기의 공기흐름을 원할하게 하기 위한 OVER FLOW가 설치되어 있었던 것이다.

오버플로워는 실내 소음이 밖으로 나가지 않도록 차단하면서 공기의 흐름을 유지시켜 주는 장치인데, 이것 때문에 방문을 닫았지만 밀폐가 되지 않았다.

그러라도 달아놓은 것이니 뭐 저는 저 역할을 다 했다고 할 밖에...

한편, 공조기 가동을 중단하고 이산화탄소 농도 변이를 관찰하는 실험을 하는 기간동안 실내 상대습도가 위험치를 아슬아슬하게 줄타기 하였다.

RC조 건물은 준공 후 일년에서 이년 정도가 실내 상대습도 관리에 매우 유의해야 하는 기간이 된다.

왜냐하면 특히 동절기에 임박하여 준공한 건물이라면 구조체 자체가 함유한 습기도 매우 높은 상태일 뿐더러 바닥 난방으로 구조체가 가열됨으로 인해서 습기 방출이 가속화되기 때문이다.

얼마 정도의 습기가 방출되는가를 정확하게 시험한 자료를 본적은 없다.

해서, 자체적으로 축적하고 있는 관측 데이타와 람다하우스에 설치되어 있는 Zehnder 공조기의 기계 성능 등에 근거하여 여러가지 계산을 거쳐 이를 가늠할 수 있는 추정 자료를 만들어 보았다.

이 계산을 한 시나리오의 대체적 근거는  아래에 따른다.

먼저 공조기로 리턴되는  RA(Return Air, Extract Air) 공기의 실내 상대습도 값을 실측 기준으로 삼고(아래 그래프의 붉은선) 외부에서 유입되는 공기 속에 포함되어 있는 대기 중의 수분량과  공조기의 온도교환 모듈에서 RA(returm Air) 중에 포함된 습기를 회수하여 돌려주는 엔탈피 효율 (Eff. Enthalpy, 0.63) 을 적용하여 실내로 유입되는 SA(Supply Air)의 수분량을 계산 한 후 이를 실내 온도의 상대습도로 환산하고 다시 혼합비율(34%)를 산술적으로 적용한 것이다.(아래 그래프의 파란선) 

즉, 실내에서 발생되는 습기가 없다면 이 두가지 값은 산술적으로 일치되어야 하는 것이고 반대로 발생하는 갭이 있다면 이는 실내에서 발생하는 습기에 기인한 것이라 해석할 수가 있다는 시나리오를 따른다.

파란선이 공조기를 통해서 공급되는 공기와 실내 공기가 혼합된 것을 가정한 상대습도값(실내온도기준)이고 붉은 선이 실제 관측된 실내 상대 습도값이다.

앞서 말한 바와 같이 추정한 가설이 참이라고 한다면 건물의 건조가 완전히 종료되고 나면 다른 요인에 기인하는 습도 발생 요인, 예를들어 조리, 샤워, 빨래 건조 같은 요인이 배제된 구간에서는 이 두개의 값은 일치되게 될 것이다.

현재 관측하기로는 생활활동이 없는 야간 시간대에도 약 4~6% 이상 상대습도값이 편차를 보이고 있고, 이는 대부분 구조체의 건조에 기인된다고 판단하고 있다.

이 그래프는 이외에도 시사하는 점이 좀 더 있다.

정확한 분석을 따로 요하는 사안이기는 하나 실내 상대 습도가 65%를 넘을 때는 이 두 수치의 갭이 급격히 줄어드는 경향이 있다.

즉, 실내 상대습도가 65%를 넘는 상황에서는 원할한 구조체의 건조는 일어나지 않는다는 것을 시사하기도 한다.

마지막으로,  12월16일 23시부터 17일 7시까지 야간 취침 시간동안 환기장치를 아예 OFF 한 상태로 측정하였다.

취침 시간대 이산화탄소 농도는 수직으로 상승하고 있음을 알 수 있는데, 최고치는 1272PPM에 달하고 있다.

엄격하게 얘기하면 경고 수준의 값은 아니지만, 상쾌한 아침은 물건너 간 것이다. 

바로 이 마지막 실험을 위해서 야간에 공조기를 꺼는 바람에 실내 상대 습도가 68% 수준으로 치솟았고 그 결과 창호 하단부 '간봉' 부위에서 결로가 발생하는 사단이 일어나기도 했다.

'한국패시브건축협회'의 요구가 있어 일층 측정을 끝낸 후 이층 공간 중에 아들이 거주하는 방(3번지점)을 대상으로 측정기록을 하였다.

딱히 언급할 특이 사항은 없으나, 순값 피크값이 1,000PPM을 넘어가는 농도가 나타나는 시간대가 야간 취침 시간대가 아니라 오후 7시에서 8시 사이라는 것이다.

혈기왕성한 놈이라 하교 후 밥먹고 요 시간대에 방안에서 운동을 심하게 하기 때문이다.

가끔 예비 건축주들로부터

'패시브하우스급은 아니지만, 단열도 많이하고 기밀하게 시공할 계획이다'

라는 말을 듣는다.

삶의 보금자리를 잘 지어보겠다는 굳건한 의지의 표현일 것이다.

이런 컨셉의 주택을 지어준다는 건축회사들이 국내에 다수 있기도 한 것 같다.

그러나, 나는 이런 접근이 위험한 선택이라고 본다. 

보다 현명한 접근 방법은 이것이다.

'패시브하우스급은 아니지만 건물을 기밀하게 시공하고 에너지효율이 높은 공조시스템은 꼭 갖출 계획이다.'

단열은 그 다음이다.

패시브하우스에서 공조시스템을 빼고 단열과 기밀 성능만을 가져간다는 것은

'온 식구가 스치로폼 통속에 들어앉아 숨을 헐떡거리며 살겠다는 표현의 다름 아니기 때문이다.'

반론이 있을 수 있다.

예를들자면 이런 것이 될 것인데,

'내가 실제로 그런 집을 짖고 살고 있는데, 사는데 아무 불편함도 없고 실내 공기질도 좋다.'

실제로 경험한 자가 해 보고 문제가 없다고 하는데 할말이 있느냐? -> 어찌보면 가장 강력한 반론일 수 있다.

그러나, 이 주장이 정직함을 담보하고 있다고 하더라도 그  이면을 살펴보면 역설적으로 그보다 더 근본적인 전제 즉, 건축주가 기대하였고 건축업자가 지어주겠다고 약속한  건물의 단열과 기밀이 당초 예정한 품질로 시공되지 못했다는 것을 증명하는 것이 된다.

위 반론 표현을 기술적인 측면으로 재 해석해 보면,

'온 식구가 숨쉬고 사는데 전혀 불편함이 없을 정도로 건물의 곳곳에서 바람이 숭숭 새들어 오고 있다'

이 말의 다름아닌 것이 된다.

건물의 기밀이 허접한 상태가 아니라면 건축물의 구조체인 시멘트나 목재가 이산화탄소를 먹어치우고 산소를 내뿜지는 않을 것이기 때문에 달리 이 현상을 설명할 길이 없다.

실내 공기질 관리에 좋다고 소문난 화분 몇개로 설명될 수 있는 것은 더더욱 아니다.