1-06. 자연환기와 기계식환기, 그리고 환기장치 설치, 관리요령

2018. 11. 28 : 최초 작성

2020. 04. 19 : 유튭 채널 링크

---------------------------------------------

환기는 꼭 필요하다.

 우리나라에서 “환기는” 주로 외부에 있는 신선한 공기를 실내로 가져오는 행위라고 생각을 하고 있는데, (결국 같은 이야기이긴 하나) 환기는 원래 실내의 오염된 공기를 외부로 배출하고자 하는 행위에 더 가깝다. 즉, 공기질 측면에서 실내 공기는 오염된 공기로 보고 있고, 이를 적정 수준이 될 때까지 외부 공기와 섞어서 희석을 시키거나, 외부로 배출을 해서 사람이 편하게 살 수 있는 공기질을 만들어 주는 행위가 환기인 것이다.

 이 실내 공기의 “오염”은 각종 건축자재에 사용된 휘발성유기화합물, 호흡을 통해 나오는 이산화탄소, 요리할 때 발생하는 미세입자, 그리고 최근 이슈가 된 라돈과 같은 물질도 포함된다.

 환기를 시키지 않으면 이 오염물질의 농도가 증가하게 되고 결국 건강을 해치게 되는 것이다.

환기하고 싶다. 그러나... 

 이 꼭 필요한 외부공기도 각종 먼지로 오염되어가고 있다는 것이다.ㅠㅠ 

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

실내공기질 관리법

 많은 분들이 모르고 계시는 법인데, 이렇듯 실내의 오염물질이 건강을 위협하게 되면서 우리나라의 신축 공동주택 약 1,000세대의 실내공기질을 측정하여 어느 정도 환기량을 가지면 건강하게 살 수 있는지를 연구한 후 그 환기기준을 세우게 되었고, 다중이용시설과 100세대 이상 공동주택은 이 기준을 지키도록 법으로 강제하고 있다. 이 법이 “실내공기질 관리법”이다.

 (100세대 이상의 공동주택으로 선이 그어진 것은 지금도 이해를 할 수 없다. 99세대 미만의 주택과 단독주택은 숨도 쉬지 않고, 요리도 하지 말라는 이야기인지...)

 이 법에 의하면 시간당 최소 0.5회의 환기량을 보장해야 하는데, 풀어서 설명하면 그 집 체적의 50%에 해당하는 양의 외부공기가 매시간 들어오고, 실내공기가 빠져 나가야 한다는 것이다. 상상해보면 무척 많은 양이다. 그 것도 매시간 마다...

이를 위해 기계에 의한 환기를 해야 한다. 

자연환기 vs. 기계환기

 이 중에서 어떤 것이 중요한지에 대한 질문을 던지면, 거의 모든 건축주는 자연환기가 중요하다고 한다.

 현대 건축의 관점에서는 틀린 답변이다. 이유는 다음과 같다.

1. 자연환기는 절대적으로 필요하다.

 자연환기는 건물에서 절대적이다. 예를 들어 극히 고가의 공조설비를 갖추어서 창을 전혀 열지 않아도 쾌적하게 근무할 수 있는 최신 설비의 오피스건물이라고 할지라도 열리는 창은 꼭 필요하다. 이는 환기를 떠나서 밀폐라고 하는 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 한번쯤은 창을 열어서 코스모스 향기를 맡고 싶을 때도 있을 것이다.

2. 공기의 양이 중요하다.

 실내공기질법에 정의가 되어져 있듯이 실내는 시간당 필요한 신선한 공기의 양이 정해져 있다. 만약 다른 오염이 없다고 하더라도 사람은 호흡을 위해 시간당 약 30세제곱미터의 신선한 공기가 필요하다. 즉 자연환기를 위해 창문을 열었더라도 재실자에게 필요한 양의 외부공기가 들어온다는 보장이 없다. 창을 조금 열어도 엄청난 바람이 들이칠 때가 있는 반면, 창을 아무리 많이 열어도 공기는 전혀 움직이지 않을 수도 있다. 즉 창을 통해 들어오는 공기의 양이 얼마인지는 전혀 예측할 수 없다.

3. 창을 닫고 냉난방할 때 환기는 어떻게 하는가?

  여름에 에어콘을 켜면, 당연하겠지만 창문을 닫는다. 심지어 명동과 같은 상업지역에서는 손님의 유입을 위해 문을 열고 냉방을 하는데 이를 단속한 적도 있다. 즉 이렇게 창을 닫고 지내는 시간동안에는 환기를 할 수 없다. 그 시간동안 숨을 참고 살 수도 없다. 

 그런 논리로 현대건축에서는 “자연환기와 기계환기는 동등하게 중요하다.”가 답이라고 보고 있다. 즉 자연환기는 중요하지만 그와 같은 비중으로 기계환기도 신경을 써야 한다는 것이다. 그래야 건강을 잃지 않는다.

기계환기는 어떤 것이 있는가?

 법이 정한 기계환기 방식은 세가지가 있다. 이름은 1종~3종환기라고 칭하는데 이 글에서는 전문적 설명을 넘어간다.

1. 2종, 3종환기

 이 방식은 팬을 작동시켜 거실창에 설치된 환기구를 통해 공기를 내보내거나 들여오는 개념이다. 이 양이 시간당 체적의 50%가 되면 적법한 설비인데, 극히 원시적인 기계환기이며, 이를 위해서 환기가 필요한 시간에는 팬을 계속 켜 놓아야 한다. 이를 적용한 공동주택도 꽤 많다. 문제는 크게 두가지 인데, 필터의 성능이 충분치 않은 것과 외기의 온도가 그대로 실내로 들어온다는 것이다. 또한 전용 휀 대신에 화장실 팬으로 대체를 하는 경우도 있는데 대부분의 입주자는 이를 알 수 없다.

2. 1종환기

 1종환기는 급배기 팬을 모두 설치한 경우가 해당 된다. 이 방식이 비로서 “환기”라는 개념과 맞아 떨어진다. 급기량과 배기량을 맞출 수 있기 때문이다. 여기에 직접 외기 도입으로 인한 열손실을 방지하고자 만든 것이 열회수형환기장치(전열교환기)다.

 공동주택에 적용되는 “친환경주택건설기준”에서는 이 열회수형환기장치를 권장하고 있기 때문에, 최근에 지어진 공동주택은 이 장치를 적용한 곳이 크게 늘고 있다.

그럼 단독주택은?

 불행하게도 단독주택은 이 법의 적용대상이 아니므로, 건축주가 특별히 요청한 경우를 제외하고는 환기장치 없이 허가가 나고 있는 형편이다.

열회수형환기장치는 어떤 원리로 열을 회수하는가?

 열회수형환기장치(이하 환기장치로 표기)는 쉽게 이야기해서 겨울에 창을 열어 놓았는데 따뜻한 바람이 들어오는 것과 같다.

 영하의 외기가 빠져 나가는 실내공기로부터 열을 얻어서 들어오기 때문이다. 이 열을 회수하는 원리는 매우 간단하다. 

 환기장치는 “열교환소자”와 “팬” 2개의 매우 간단한 구성으로 되어 있다. 각각의 팬이 실내공기와 외부공기를 서로 보내면 그림과 같이 공기가 섞이지 않으면서 열이 교환되는 형식이다.

 즉 환기를 하면서 에너지도 절약할 수 있는 일석이조의 기계인 것이다. (그림 속에 표기된 온도는 기기의 효율에 따라 달라진다.)

환기장치에 미세먼지필터는 없는가?

 외기가 들어오는 곳에 필터는 당연히 있다. 그러나 이 필터가 미세먼지를 효과적으로 차단할 수 있는 등급의 필터는 아니다. 우리나라가 아직 법적으로 이 필터에 대한 기준을 제시하고 있지 않기 때문이다. 물론 협회가 인증하는 패시브하우스는 미세먼지를 차단할 수 있는 필터를 요구하고 있다.

공기청정기로 대체할 수는 없는가?

 이미 많은 언론과 블로그 등에서 다루고 있는 부분인데, 공기청정기는 차선일 뿐이다. 먼지는 제거될 수 있겠지만 각종 다른 유해물질과 호흡을 통해 발생되는 이산화탄소는 어찌할 도리가 없다. 또한 공공연한 비밀(?)은 공기청정기 선전에서 이야기하는 미세먼지제거율은 해당 방안의 미세먼지를 제거할 수 있는 능력이 아닌, 기계 속의 필터 효율일 뿐이다. 즉 특정 조건의 시험을 통해 측정된 필터의 성능이지 기계 자체의 효율은 아니다. (이 시험방법도 그 회사의 자체 시험인 경우도 있다.) 그 방 안의 모든 공기가 기계를 통과해야 먼지가 제거되는데 사실 그런 일은 벌어지지 않는다.

환기장치를 사용하면 모든 것이 해결되는가?

 불행히 그렇지도 않다. 어떤 환기장치를 어떻게 설치하고 사용하느냐에 달려 있다. 우리나라 환기장치는 주로 공동주택용으로 개발되고 공급되었다. 문제는 환기장치에 요구한 성능 기준이 매우 낮은 수준이고 시공사는 이 수준만 간신히 넘긴 제품을 대상으로 최저가 입찰로 제품을 선정해 왔기 때문에 실제 환기장치의 성능은 매우 열악한 편이다. 변변한 필터는 고사하고, 소음에 더해서 과다한 전력소모, 결로까지... 문제점이 한 두가지가 아니었고, 지금도 대부분 그러하다. 그러므로 공동주택에 사용되는 환기장치의 문제점을 살펴 보면, 앞으로 환기장치를 적용하고 싶은 예비건축주나 지금에라도 도입을 하고 싶어 하시는 분들의 제품 선정과 설치에 도움이 될 것 같다.

기존 우리나라 환기장치의 문제점

1. 설치 위치의 오류

 환기장치는 주로 다용도실 천장 면에 붙혀서 설치되었다. 문제는 이 속에 있는 필터를 교체해야 하는데 다용도실에 사다리 놓고 올라가서 이 필터를 가는 일이 쉬운 일이 아닌지라 결국 사용을 못하고 있는 경우가 많다.

2. 배관의 단열 부족 또는 부재

 외기가 유입되는 배관은 최소 10mm 이상 단열이 되어야 하나, 대부분 그렇지 못한 실정이다. 겨울에 이 배관 표면에서 결로수가 빈번하게 떨어진다.

3. 필터 성능의 열악함

 부직포 한 장을 필터라고 넣어 놓은 환기장치도 제법 많다. 

4. 기기의 정밀함 부족

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

5. 프리히터의 부재

 외기가 영하로 떨어지면 기기 내부에 결로가 생기는 것도 문제지만, 실내로 들어오는 공기의 온도가 너무 낮아서 잠을 자기 어려울 정도가 된다. 그러므로 아주 낮은 외기의 온도를 보정하고, 기기를 결로로 부터 보호하기 위한 프리히터가 필요한데, 우리나라 환기장치는 이것이 적용된 제품도 없지만 아직 그 기술도 턱없이 부족하다.

6. 결로수 배출의 부재

 불가피하게 기기 내부에 결로수가 생긴다면 이 것을 적절하게 배출할 수 있는 배출구 설계가 되어야 하는데 그 것이 없다. 그래서 몇 년 사용된 기기를 열어 보면 내부에 녹이 심하게 난 것도 볼 수 있다.

7. 소음

 기기 자체의 단열/흡음 성능이 낮아 가동시 소음이 크다. 여기에 대한 KS 기준은 있으나, 현장의 기기와 시험을 통과한 기기가 같은 것인지 의문이 들 정도이다. 또한 기기 내부의 팬 소음이 실내로 전달되지 않도록 흡음기가 필요한데 이 역시 설치된 바가 없다.

8. 소비전력

 팬의 효율이 낮아 소비전력이 크다. 하지만 그럼에도 불구하고 시장에서 이야기되는 전기요금 폭탄의 수준까지는 아니다. 

9. 제조회사의 폐업

 이 것이 생각보다 심각하다. 환기장치의 필요성을 절실히 느끼고 이를 사용하려다 보니 필터를 갈아야 하는데 제조사가 망해서 더 이상 필터를 구할 수 없는 경우가 많다.

그러나, 최근에는 이런 언급된 여러 문제를 하나 하나 해결하려고 노력하는 회사도 나타나고 있다.

<다용도실 천장에 매달려 있는 환기장치 - 필터를 교환하는 것 자체가 불편할 수 밖에 없다.>  

선택할 수 있는 제품의 종류

 현재 우리나라 시장에서는 세가지 대안이 존재한다.

1. 국산 환형 열회수환기장치

 급/배기공기가 일부 섞인다는 단점이 있지만 프리히터없이 실내 공급 온도를 비교적 안정적으로 가져 갈 수 있고, 기기 내부의 결로로 부터도 비교적 자유롭다.

2. 수입산 판형 열회수환기장치 

 기계적 완성도가 가장 높다. 유일한 단점은 가격이 가장 비싸다는 것. 다만 유럽의 제품 중에서도 가격 차이가 존재한다. 

3. 국산 천장형 열회수환기장치

 주로 공동주택용으로 특판을 하다보니 단독주택에 개별적으로 대응해 주는 회사도 거의 없기는 하나, 만약 구할 수 있고 위의 제품을 선택할 예산이 도저히 되지 않는다면 차선책으로 선택해 볼 수 있다. 다만 위에 언급된 단점이 모두 해소된 제품이 없다는 것을 염두에 두어야 한다. (이 글을 쓰는 현재 시점에서 그렇다. 점차 나아지고 있으므로 언젠가 개선된 제품을 소개할 수 있을 정도가 되었으면 좋겠다.) 

 또한 제품만 판매를 하고 시공을 해주지 않는 회사도 있다. 이 경우 AS에 문제가 생길 수 있다. 만약 선택을 하게 된다면 팬이 BLDC 형식인지 확인을 해야 전력요금을 줄일 수 있다.

각 방식의 실제 제품은 협회 홈페이지의 패시브하우스 자재정보란에서 볼 수 있다.

설치위치

 제품의 설치 위치는 외부에 노출된 창고와 같은 비난방공간은 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(결로수배출)을 마련해 놓아야 한다.

 또한 위치를 떠나서 기기내부의 필터를 교체하기 편한 곳에 설치가 되어야 하며, 필터교체를 위해 기기 주변의 여유 공간도 필요하다.

<흡읍배관 (오른쪽)> 

흡음배관설치

 기기와 실내를 연결하는 배관에는 기기의 소음이 실내로 전달되지 않도록 하는 흡음배관이 설치되어야 한다. 

단열배관사용

 외기가 들어오거나, 외기로 나가는 덕트는 최소 10mm 이상의 단열이 된 배관을 사용해야 한다. 만약 기기의 위치가 외기가 저항없이 직접 들어오는 창고와 같은 공간에 설치가 된다면 실내로 이어지는 덕트 역시 단열배관을 사용해야 한다. 

방과 거실에는 급기, 나머지 공간은 배기

 각 방마다 급/배기를 모두 설치하는 것은 덕트의 길이가 너무 길어져서 비효율적이다. 배관손실만큼 장비의 용량이 커져야 하고, 그 만큼 소음과 소비전력이 증가한다.

외벽 관통 구멍의 열교와 누기발생 주의 

 외벽을 뚫고 배관이 나가야 하는데, 이 때 배관에 의한 열교도 생기지만 더 큰 문제는 배관과 벽체 사이 공간을 제대로 시공하지 않으면 누기로 인한 2차하자가 생긴다. 적절한 기밀전용자재를 사용해야 한다.

외벽의 급배기 환기구 캡커버

 우리나라에서 대부분 사용되는 캡커버는 물끊기가 되지 않아 캡커버 하부가 장기적으로 오염이 된다. 최근 수입산이긴 하나 오염문제를 해결한 캡이 있으므로 이를 권장한다.

<여러가지 환기구 캡커버> 

환기구 캡커버의 청소

 이 부분은 환기장치를 이미 오래 전부터 사용해온 유럽에서도 없었던 문제점인데 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. 아래 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. 사용기간은 만 2년 4개월이다.

즉, 유럽에서는 이렇게 외부 환기캡커버가 막힐 정도의 먼지 유입이 없기에 기기 내부의 필터하나로 충분했겠지만, 우리나라에서는 쉽지 않을 것 같다. 즉 주된 필터로 외기가 도달하기 전에 큰 먼지와 곤충을 막는 프리필터가 필요하다.  

 또한 건축주 스스로 건물 관리를 해야 하는 단독주택에서는 가급적 이 외기 유입구를 청소할 수 있는 위치에 설치하기를 권장한다.

필터박스

 협회에서 오랫동안 이 필터와 관련된 문제를 고민하다가 개발을 한 것이 기기 외부에 별도로 설치되는 필터박스이다. 즉 필터의 성능을 보증하며, 쉽게 필터를 주문할 수 있고, 쉽게 교환이 가능하며, 초미세먼지필터와 별도로 큰 먼지와 곤충을 막는 부직포필터, 그리고 PM10의 미세먼지를 걸려내는 중간필터 등 세 겹의 필터층으로 되어 있다. 

<필터박스> 

 이 필터박스는 기존 다용도실 천장에 달려 있는 환기장치의 필터에 대한 불만을 한꺼번에 해소할 수 있으며, 기존 필터를 구하지 못할 경우에도 유효하게 사용될 수 있다. 

 최근 라돈, 미세먼지 등이 이슈화되면서 환기에 대한 관심이 어느 때보다 높아 졌다. 거의 모든 전자제품 회사가 공기청정기를 만들고, 천만원이 넘어가는 프리미엄 공기청정기까지 시장에 등장을 한 상황이며, 시장의 규모도 폭발적으로 성장을 하고 있다. 이 모든 현상은, “신축할 때 제대로 된 환기장치를 설치하지 않은 결과”일 뿐이다. 

 공급자가 품질을 결정하는 공동주택과는 다르게 단독주택은 무수히 많은 결정을 건축주가 해야 한다. 이 때 가족의 건강한 삶을 위해서 꼭 필요한 우선순위를 정할 때 이 환기장치는 필수 임을 잊지 말아야 한다.