요즈음 미세먼지만큼 큰 이슈가 없는 것 같다. 해서 관련된 자료를 올려본다.

아래는 필자가 전원주택라이프에 기고한 "환기, 이것만큼 중요한 것은 없다!"의 원문이다.

환기란?

                            그림1                                                                그림2

여러분은 환기라고 한다면, 그림1과 같은 느낌을 우선 떠올릴 것이다. 하지만 그림2처럼 거의 대부분의 사람들이 살고 있는 도시를 고려하면,  환기를 꼭 해야하는가하는 의문도 생길 것이다.
자, 우선 환기의 개념을 살펴보면 보통 실내의 오염된 공기를 외부 공기와 교환하는 것을 말한다. 오염된 공기라고 하는 것은 냄새, 연기, 먼지, 세균, 습기, 가스 등이 일정한도 이상 포함된 공기를 말한다.

실내공기질과 환기는 건강과 직결되는 중요한 문제
우리는 자연의 신선한 공기를 마시면 한없는 상쾌함을 모두가 다 느낄 것이다. 이는 바로 신선한 공기 중의 풍부한 산소 때문인데, 이 산소가 생명유지에 꼭 필요한 기능을 한다. 일반적으로 인간은 30초만 숨을 쉬지않아도 고통을 느끼게 되며, 특히 뇌는 5분이상 산소공급이 되지 않으면 뇌세포의 손상이 발생한다.
대표적인 산소의 역할은 인체내에서 영양소와 반응하여 에너지를 생산하여 인간의 생명을 유지시켜 준다. 만약 충분한 산소가 공급되지 않는다면 인간이 아무리 잘 먹어도 에너지를 생산할 수가 없기에 인간은 생존할 수가 없다. 심지어 부족한 산소는 암발생, 뇌손상 등 많은 질병의 원인이 된다는 연구결과들도 발표되고 있다.

그러면, 실내의 공기가 오염되는 원인과 증상은 무엇일까?
실내공기가 오염되면, 우선은 산소는 줄어들고, 이산화탄소는 늘어난다.
이로인해 인체는 두통과 졸음이 발생하기 시작한다. 두통의 발생원인은 여러 가지가 있지만 가장 큰 원인은 산소 부족이다. 두뇌는 산소 소모량의 30%를 사용한다. 그리고 산소농도가 더 줄어들면 가슴이 답답하고, 식욕부진, 구토 등의 증상이 발생할 수 있다.
두 번째로는 오염물질의 증가이다.
각종 건축자재 및 가구로부터 발생하는 포름알데히드 등의 오염물질, 라돈가스, 냄새 등이 증가하게 된다. 이로인해  아토피, 천식, 감기 등의 질병이 발생할 수 있으며, 불쾌감을 느낄 수 있다.
세 번째로는 실내의 습기량을 조절해 준다.
습기는 건축물에서 대단히 중요하게 다루어지는 요소인데, 습기로 인해 곰팡이나 결로를 유발하여 인체의 건강을 위협하기도 하고, 건축자재가 부식이 되어 구조적으로 문제가 발생하기도 한다. 유럽의 경우 3인가구에서 하루 동안 발생하는 습기량은 약 8kg정도나 된다고 한다. 우리나라는 음식문화나 목욕문화 등이 그들보다 더 많은 습기발생원이 되기 때문에 훨씬 더 많은 습기가 발생할 것으로 판단하고 있다. 이렇게 발생하는 실내의 습기는 환기를 하지 않으면 계속 축적되어 인체와 집에 치명적인 악영향을 미칠 수 있다.

그림3은 우리나라에서 해마다 환경성질환자의 수가 증가하는 것을 보여주는 그래프이다. 여러분들은 몇 해전 실내에서 발생하는 포름알데히드 문제로 온나라가 떠들썩했던 때를 기억할 것이다. 그때 이후로 자재업계는 친환경자재라고 하여 포름알데히드 등의 오염물질의 배출을 자재들을 생산하기 시작했고, 시공사는 이를 적극적으로 적용하기 시작했다. 호흡기질환의 주요원인이 되는 오염물질 발생을 줄인 자재를 사용하였는데도 환자의수는 줄지 않고 증가하거나 일정수준이하로 떨어지지 않은 상황이 발생하는 것일까?

                                                                    그림4

바로 그림4처럼 자재의 품질이 좋아진 것 이상으로 집이 점점더 기밀해졌기 때문이다. 이전의 집은 틈새가 많아 침기나 누기에 의해 환기가 어느정도 되었지만, 새로 지어진 집들은 시공품질이 좋아지고 창의 기밀성능도 향상되면서 침누기에 의한 환기를 기대하기 어렵게 된 것이다. 아무리 오염물질이 자재로부터 적게 나와도 부족한 환기로 인해 오염물질이 실내에 축적되면서 상황은 더욱 악화된 것이다.

그렇다면 실내공기오염도는 어떻게 알 수 있는가?
사람이 거주하는 공간의 공기상태의 좋고 나쁨의 판단은 그 공기중의 이산화탄소 농도를 그 지표로 사용한다. 이는 실내에서 사람의 호흡에 의해 이산화탄소는 증가하고 산소량은 감소되며, 냄새 등이 심해지면서 공기질이 나빠지는 것이 일반적이므로, 그 종합적인 지표로서 이산화탄소 농도를 기준으로 하는 것이다.  그림3은  이산화탄소 농도에 따른 인체의 반응을 나타낸 것이다. 일반적으로 실내의 공기질은 800ppm내외일 때가 가장 쾌적하고 인체가 부담을 갖지않는다고 본다. 그리고 전세계적으로 차이는 조금씩 있지만 일반적인 실내의 이산화탄소농도 한계치는 1000ppm을 기준으로 한다. 그 이상이 되면 인체에 부담이 되면서 여러 좋지 않은 증상들이 발생하기 시작한다. 이런 증상들은 즉시 발현되는 것은 아니지만 시간을 두고 천천히 몸에 악영향이 축적되면서 병들게 되는 것이다.

                             그림5

여러분들은 그림5을 보면서 우리집은 상관없겠지 혹은 이산화탄소농도에 대한 감이 전혀 없기에 무감각하신 분들이 대부분일 것이다. 정말 그런지 한번 실측데이터를 가지고 확인해 보도록 하겠다.

창을 통한 자연환기와 실내 이산화탄소 농도와의 관계
먼저 환기의 종류를 알아보자
환기는 자연환기와 기계환기가 있다.
먼저 기계환기는 배기장치, 급기장치 또는 열교환환기장치 등의 기계장치를 이용해서 강제로 환기를 시키는 것이다.
그리고 자연환기는 일반적으로 여러분들이 생각하고 있듯이 창 등의 외벽의 개구부를 열어 환기를 하는 것이다. 더하여 침기(혹은 누기, 이하 침기로 표현)를 통해서도 자연환기는 일어난다. 참고로 일반인은 환기와 침기(혹은 누기)를 잘 구분하지 못하는데, 환기는 창을 여는 거주자의 행위, 즉 필요에 의한 의지로 하는 것이고, 침기는 집이 지어질 때 생긴 틈새 등을 통해서 외부의 공기가 거주자의 의지와 상관없이 드나드는 것을 말한다.

필자는 항상 열교환환기장치는 필수라고 말한다. 하지만 건축주들은 거의 대부분이 환기장치의 필요성에 의구심을 갖는다. 그도 그럴것이 건축주들은 공기좋은 시골에서 창을 열어 깨끗한 공기를 맘껏 받아들일 수 있는데 무엇 때문에 기계장치에 의존하느냐고 반문하곤 한다. 자, 그럼 왜 자연환기가 한계가 있으며, 기계환기장치의 도움도 받아야만 하는지에 대해서도 살펴보도록 하자.

우선 자연환기의 실제사례를 들어본다.

                                                            그림6

그림6는 독일의 패시브하우스연구소의 패시브하우스디자이너 교육책자에 나와있는 그래프이다. 이 그림은 주택의 각 방마다 창을 살짝 열었을 경우에 하루동안의 평균환기횟수를 그래프로 표현한 것이다. 우리나라 공동주택의 경우 법적 기준이 시간당 0.5회 이상이 되어야 하는데, 그래프를 보면 0.5회가 되지 않을때도 상당히 많이 있음을 알 수 있으며, 어떤 경우에는 0.2회까지 떨어질 때도 생기는 것을 알 수 있다. 그 이유가 환기는 실내외의 온도차와 바람의 강도에 따라 달라지기 때문이다. 온도차가 클수록, 바람이 세게 불수록 환기가 잘 되며, 반대인 경우 환기가 거의 일어나지 않는다. 위의 경우는 독일의 경우이며, 기후적 양상이 틀린 우리나라의 경우에는 여름철 일교차가 독일에 비해 그리 크지 않고, 바람마져 많이 불지 않기 때문에 창이 열려있어도 환기가 원할히 되지 않을 경우가 더 많다.

헌데 겨울은 또 어떨까? 우리나라의 그 누구도 겨울철에 창을 열어놓고 지내지 않는다. 아무리 공기가 좋은 곳에서 산다고 하더라도 창을 열어 환기를 하지 않으면, 사람이 내뿜은 이산화탄소와 실내 곳곳에서 발생하는 오염물질과 냄새 등을 모두 마시면서 지내는 꼴이 된다.

아래의 그림들은 겨울철에 필자의 집에서 이산화탄소 농도를 측정해 본 실제 데이터이다. 필자는 서울 도봉산자락의 흔한 다세대주택에서 살고 있다. 측정 당시 지어진 지는 약 10년을 넘어가고 있었고, 건물의 기밀성은 그리 좋지 않은 보통 수준(n50=약5회/시)이며, 실평수 25평정도에 여럿의 아이들과 부부가 함께 살고 있는 보통의 가정이다. 이산화탄소 농도 측정기기는 거실에 설치하였다.

겨울철이 되면 춥기때문에 적극적으로 창을 열어 환기를 한 것이 아니라 집안의 창 중에 거실에 있는 창을 아주 살짝 항상 열고 살았다. 너무 추울땐 그 마져도 닫고 살았다. 그 결과값이 그림7의 그래프이다.

                                                                 그림7

일반적인 이산화탄소 농도 기준인 1000ppm을 훌쩍 넘어서는 시간이 오랫동안 지속되고 있고, 등교와 출근후엔 기준치 이하로 떨어짐을 확인할 수 있다. 심지어 잠들어 있는 시간엔 6000ppm을 넘을 때도 있다! 이로인해 인체에 나타나는 증상을 그림3을 다시한번 확인해 보자. 그때 충격은 아직도 기억이 선하다.

우리부부는 자주자주 창을 열어 환기를 해보기로 마음먹었다. 그 노력의 결과가 그림8이다.

                                                                 그림8

취침시에는 춥고 열손실도 많이 발생하였지만 맞통풍이 가능한 창 두 개소를 조금 열어두고 생활하였고, 이산화탄소 측정기를 수시로 확인하면서 2000ppm이 넘어가면 창을 열어서 적극적으로 환기를 하였다. 창을 열어 환기를 하면 이산화탄소 농도가 뚝뚝 떨어지는 것이 보이지만 찬공기가 들어오기 때문에 실내온도도 동조하는 것을 볼 수 있다. 어쨌든 그럼에도 불구하고 실내공기질을 항상 적정하게 유지하는 것은 불가능했다. 더군다나 모두가 다 잠들어있는 시간에 규칙적으로 창을 여닫는 것도 물론 불가능했다. 그래서 그래프를 보면 모두가 잠든 새벽시간은 지속적으로 이산화탄소 농도가 기준치를 훨씬 상회하고 있는 것을 볼 수 있다. 우리부부는 창을 여닫느라고 엄청난 스트레스를 받았다.
필자가 얻은 결론(그리고 그것은 건축연구가들 또한 마찬가지 결론이다)은 자연환기로는 적정환기를 보장할 수 없다!는 것이다.

결국 필자는 집에 환기장치를 달았다.주) 집이 환기설비를 고려하지 않고 지어진 터라 환기시스템을 제대로 구성하긴 힘들었지만, 어쨌든 거실만 급기를 하고, 거실에 접한 나머지 방들은 방문을 활짝 열고 지냈다. 그 결과가 그림 9이다.

                                                                  그림9

따라서 환기는 선택이 아니다!!
모든 집은 언제나 반드시 환기를 해주어야 한다.
산소만 풍부해도 안되고 실내오염물질 또한 제거하여야 하기 때문에, 실내의 오염된 공기는 실외로 버리고, 실외의 신선한 공기를 실내로 들여야만 한다. 도시에 살고 계시는 독자께서는 혹여 실외의 공기가 더 오염되었다고 생각할 수 있다. 하지만 언제나 실외의 공기 중에 이산화탄소 농도는 400ppm 내외로서 실내의 이산화탄소 농도보다 훨씬 낮으며, 이는 반대로 실외 공기에 산소가 풍부하며, 환기장치에 고성능의 필터까지 설치하면 미세먼지까지도 제거가 가능하다. 따라서 실내는 반드시 실외공기를 들여 환기를 해주어야만 건강하고 쾌적한 생활을 영위할 수 있다. 그리고 효율적인 환기를 위해서는 기계환기를 반드시 고려하여야만 한다.

열교환환기장치는 이제 생필품이다!
기계환기는 배기장치, 급기장치가 있으며, 말그대로 배기장치는 배기만을 하고, 급기장치는 급기만을 한다. 주택에서 화장실이나 주방은 배기장치가 설치된 대표적인 사례이고, 이때 배기장치가 가동되면 실내의 공기가 외부로 빠져나가며 빠져나간 공기량만큼이 개구부나 집의 틈새 등으로 외부의 공기가 들어오게 된다. 이때 들어오는 외부의 공기는 겨울철의 경우 온도가 낮기 때문에 집안을 춥게 만들어버린다. 그래서 일반적으로 주택에는 열교환환기장치를 설치하게 된다. 급기와 배기를 함께 하며, 그 둘의 양을 맞추어 밸런스환기를 할뿐더러, 동시에 실내의 따뜻한 공기가 배기될 때 급기되는 차가운 공기에 따뜻한 온기를 전해 주어 열을 교환하도록 하여 건물에너지의 손실도 줄이고, 집도 따뜻하게 유지하게 해준다. 열교환환기장치는 전기에너지를 소비하지만 투입된 에너지량에 비해 10배에서 20배까지의 에너지효율을 가지고 있기 때문에 그 어떤 장치보다 효율적이고 경제적이다.

                                                          그림10

그림10은 열교환환기장치의 원리를 설명한 그림이다. 장치 가운데에 마름모형상의 소재가 열교환소재이며, 이를 통해 열교환을 한다.

국내에서는 환형열교환환기장치와 판형열교환환기장치가 있는데, 동일한 기능이나 열교환소자의 형식이 다르다.

                                    그림11                                                                     그림12

그림11는 판형의 열교환소자의 원리이며, 빨대모양의 통로가 층층이 엊갈려 교차되면서 한층은 급기만, 다른한층은 배기만 하면서 서로 온도를 교환한다.
그림12은 원통형의 열교환소자의 원리이며, 소자의 축열성능을 이용하여, 배기시 소자를 데운후 급기측으로 회전시켜 열을 방출하여 급기공기온도를 높이는 방식으로 열교환을 한다.

열교환환기장치의 주요 역할은 실내공기를 교체하고, 실내 공기의 습도를 조절하여 곰팡이 성장 억제하며, 공기오염물질의 집적 및 증가 방지하며, 실내의 냄새를 제거 하는 기능을 한다. 더하여 추가적인 역할로서 고성능필터를 통해 공기를 정화하고, 열교환을 통해 건물의 에너지도 절약해 준다.

열교환환기장치를 제대로 설치한 집
아래의 그림13는 필자가 속해있는 한국패시브건축협회의 표준주택의 실내 이산화탄소 농도 그래프이다.

                                                             그림13

어떤가? 항시 쾌적하고 질좋은 공기질이 보장되고 있음을 알 수 있다. 또한 하루동안 실내온도와 상대습도도 적정하게 유지되고 있다. 이는 환기계획을 설계 당시부터 철저히 하고, 적정한 환기장치를 설치 후 그 집에 꼭 맞는 적절한 환기량을 계산해서 검증까지 하였기 때문이다.

열교환환기장치를 설치만 한다고 해서 끝이 아니다.
장치를 설치하고 나면 첫 번째로 반드시 그림14와 같이 T.A.B(Testing, Adjusting, Balancing의 약자)를 실시하여 급배기 환기량을 테스트하고 설계치로 조정을 하여 급배기량을 서로 맞추어 주어야 한다.

                             그림14
왜냐하면, 급기량이 충분하지 못하면 말할필요도 없이 적정수준의 공기질을 담보할 수 없으며, 반대로 급기량이 적정량을 초과할 시에는 건물에너지손실량이 많아지며, 극단적으로는 아무리 난방을 하여도 실내온도가 쾌적온도로까지 상승하지 못할 수도 있다. 이는 열교환환기장치가 열교환을 한다 하여도 열교환효율이 70~90%정도 이기 때문에 나머지 10~30%의 열은 손실되기 때문이다. 또한 실외의 건조한 공기가 많이 유입되면서 실내의 상대습도가 쾌적범위 이하로 떨어져 버린다.
따라서 환기량을 적절히 조정하지 않으면, 실내의 상대습도가 지나치게 높거나 낮아져 피부나 호흡기계통에 이상이 생기며, 너무 건조하면 안구 건조증이 발생하여 눈물막이 깨어지고, 눈이 가려우며, 눈을 자주 깜박거리게 되는 현상이 생기는 등, 우리 건강에도 이상신호가 발생한다.

두 번째로는 열교환환기장치를 항상 청결히 유지할 수 있도록 유지관리에 유의하여야 한다. 열교환소자와 필터는 자주자주 점검하여 청결유무를 확인하고, 청소해 주거나 교환해 주는 것이 필요하다. 그래야만 각종 세균이나 곰팡이 등으로부터 거주자를 보호할 수 있다.

                                                              그림15

세 번째로는 열교환환기장치는 전문가의 도움을 받아 검증된 자재와 계획으로 제대로 설치되어야 한다. 풍량, 소음, 전기소비량, 열교환효율 등 많은 검토할 것이 있기 때문이다.

여러분들에게 왜 환기장치가 필요한지에 대해서 지금까지 설명하였다. 여러분들은 어찌 생각하시는가? 환기장치는 선택이 아니다.