건축물 AI스마트 공기질 관리방안 공유

[윤흥수[동탄61]]

건축물 AI스마트 공기질 관리방안 공유실내유해물질로부터 국민건강 보호
환경산업 기술맞춤형 해결방안 도출

• 김정현, 이지완 기자 jhkim@kharn.kr, jwlee@kharn.kr
• 등록 2024-06-09

▲ 한국실내공기포럼에서 참석자들이 기념촬영하고 있다.

탄소중립시대 건축물 에너지절감과 AI스마트 실내공기질(IAQ) 관리방안에 대해 공유하는 자리가 마련됐다.

한국실내환경협회(회장 정상기)는 6월4일 코엑스 컨퍼런스룸에서 관련업계 관계자 80여명이 참석한 가운데 ‘제6회 한국실내공기포럼’을 개최했다고 밝혔다. 

▲ 정상기 한국실내환경협회장.

▲ 이상락 KOTITI시험연구원장.

정상기 한국실내환경협회장은 개회사를 통해 “건물은 전체 에너지소비량의 20% 이상을 차지하고 있어 에너지효율 향상과 CO₂ 배출절감이 꼭 필요한 분야다”라며 “하지만 이 과정에서 건물단열 및 기밀강화로 인한 환기량이 부족해지며 실내공기질을 악화시킬 수 있다”고 말했다. 

이어 “AIoT를 적용한 스마트 IAQ 관리를 도입해 IAQ 향상과 개선을 위해 건물에너지와 실내환경을 연계한 최적화된 관리기술 마련이 매우 중요한 실정”이라며 “이번 포럼이 탄소중립실현과 공기질 개선을 위한 신산업 창출 및 국민건강을 위한 정보교류의 장으로 역할을 하길 기대한다”고 밝혔다.

이상락 KOTITI시험연구원장은 축사를 통해 “최근 기후변화와 환경문제가 전 세계적 이슈로 대두되며 건축물 에너지관리와 IAQ 관리는 매우 중요한 과제”라며 “이번 포럼을 통해 건축물 에너지관리와 AI스마트 IAQ 관리방안에 대한 이해도를 높이며 실제 적용가능한 방안을 모색하는 계기가 되기 바란다”고 말했다.

바이킬러, 최적 살균분무입자 크기제어

▲ 배동렬 트라코월드 종합연구소 박사.

배동렬 트라코월드 종합연구소 박사는 ‘다중이용시설 공간소독을 통한 병원성세균 저감 방안’에 대해 발표했다.

최근 호흡기 질환을 일으키는 병원체 바이러스들이 이슈가 되며 코로나19 팬데믹 이후 다시 공간방역과 살균소독제에 대한 관심이 급격히 증가하고 있다. 감염병 확산원인으로는 △세계도시화 △지구온난화 △운송발달로 인적·물적 교류 확대 △신종병원체 증가 등을 꼽을 수 있다. 

환경부는 ‘실내공기질 관리법’을 통해 다양한 시설을 대상으로 공기질에 대한 관리를 시행하고 있으며 의료기관·어린이집·산후조리원·노인요양시설 등과 같은 민감계층 이용시설은 더욱 강화된 기준을 적용하고 있다. 하지만 공간 내 총부유세균·곰팡이수 등에 대한 규정은 있으나 부유균·곰팡이종류 등에 관한 규정은 없는 실정이다. 

2021년 한국자원경제연구소 자료에 따르면 어린이집은 다중이용시설의 공기오염도 중 총부유세균 오염정도와 위반횟수가 가장 높은 것으로 나타났다. 이외 동물병원, 보건소, 요양병원 등 많은 다중이용시설 공간 내에서 병원성이 높은 세균·곰팡이가 다수 검출됐다.

배 박사는 “공간방역을 위해서는 분무입자가 오랫동안 공기 중에 부유될 수 있도록 최적의 분무입자 크기를 만들어야 한다”고 밝혔다.

배 박사팀이 개발한 ‘바이킬러’는 분무입자 제어기술 하이브리드 셀프방역기로 국내 최초 99.9% 공간살균효과를 입증했다. 세계적으로 일상화된 안전물질인 차아염소산수를 사용하는 바이킬러는 OECD 기준 독성평가를 완료했으며 글로벌 독성 시험기관(GLP 인증기관)으로부터 급성 흡입·경구독성에 대한 가장 낮은 등급인 5등급으로 분류됐다. 꿀벌 대상 생태독성 평가까지 완료하며 완벽한 차별성, 효과성, 안전성을 확보했다.

배 박사는 “감염병은 공기를 통해 빠르고 광범위하게 전파·확산되므로 언제, 어디서든 할 수 있는 셀프방역이 필요하다”라며 “현재 진단기술, 치료제 및 백신개발은 눈부시게 발전했으나 공기전파에 대한 제어는 거의 전무한 상황으로 표면과 공기를 동시에 살균·소독할 새로운 방법에 대한 연구가 활발히 이뤄져야 한다”고 밝혔다.

재사용 특성 모듈러공법 탄소 20% 저감

▲ 신지웅 EAN테크놀로지 대표.

신지웅 EAN테크놀로지 대표는 ‘건물 생애주기 전반에 걸친 내재탄소 및 에너지 저감 방안’에 대해 발표했다.

한국건설산업연구원 2022년 발표에서 보면 건축물 전체 탄소배출량 중 자재생산 단계에서 약 15~35%, 운영단계에서 약 65% 내외 수준의 탄소가 발생한다. 이에 따라 탄소배출 감축방안은 전략적 추진 필요성이 큰 감축방안에 집중해야 한다.

신 대표는 내재탄소 절감방안으로 모듈러공법을 제시했다. 모듈러공법은 주요 골조를 포함한 마감재를 공장에서 70~80% 제작하는 방식으로 건축물 시공 시 분진이나 폐기물 등 발생을 줄일 수 있는 친환경적 공법이다. 또한 모듈러공법 재사용 특성을 반영하면 사용연한 후 철거하는 철근콘크리트(RC)공법대비 탄소배출량을 약 20% 저감하며 향후 모듈러 건축시장 활성화 시 약 40% 이상 탄소배출량을 저감할 수 있다. 

이와 함께 건물의 골조와 벽체, 지붕, 바닥, 계단 등을 공장에서 사전제작해 현장에서 조립하는 프리팹(Prefab)공법도 생산성 향상과 탄소배출 감축효과가 있다. 모듈러 공법보다 현장작업은 더 많으나 공사기간을 획기적으로 줄이며 자재 재활용 비율도 기존 RC조보다 높다.

현재 대부분 기존 건축물은 탄소중립 달성을 위한 에너지효율등급 규제가 적용되지 않고 있어 에너지효율 향상을 위한 개보수가 필요하다. 재축 시 개보수보다 더 많은 운영탄소 감축이 가능하지만 재축과정에서 시멘트, 철강재 등탄소배출이 많은 자재가 투입돼 내재탄소를 과다배출하게 된다.

신 대표는 또한 운영단계 에너지절감 방안으로 xEMS를 통한 건축기획을 제안했다. xEMS는 인공지능 에너지 관리시스템으로 에너지 관리설비 다양한 정보를 실시간 수집·분석해 에너지효율을 높이는 시스템을 말한다. 건축물 기획·컨설팅단계에서 xEMS를 통해 에너지절감 목표 및 에너지절약솔루션 적용범위를 설정해 신축건물은 제로에너지건축물(ZEB)인증 기준에 부합한 설계를 진행하며 기축건물은 기존대비 에너지 절감을 위한 최적의 솔루션을 도출할 수 있다.  

신 대표는 “내재탄소 감축을 위한 구체적 목표를 설정하며 전과정평가(LCA)를 통해 특정건물의 건설, 사용, 유지보수, 폐기 등 각 단계에서 탄소발생을 파악해야 한다”라며 “친환경적이고 내재탄소가 낮은 건축자재와 기술을 설계사, 시공사, 시설관리자가 선택하도록 독려하며 재생에너지를 사용하고 에너지효율적인 설비도입이 필요하다”고 말했다. 

이어 “지역 또는 국가정택 및 규제를 준수하며 그 이상의 기준을 설정하며 지속가능성 관련인증을 획득하거나 인증체계에 동참해야 한다”라며 “정기적으로 건물 탄소배출을 모니터링하며 필요에 따라 추가 개선사항 도입이 필요하다”고 강조했다.

복사냉난방 쾌적성·에너지절감·건축효율성 증가

▲ 김윤성 에코에너다임 대표.

김윤성 에코에너다임 대표는 ‘복사냉난방시스템을 활용한 제로에너지건축 방안’을 발표했다. 

복사냉난방시스템은 천장·벽이나 바닥에 설치된 복사패널을 이용한 복사열과 이로 인한 자연대류 효과를 이용한 냉난방방식으로 쾌적함, 에너지절감, 건축적 효율성 등 장점을 가진다. ASHRAE(미국냉동난방공조학회)는 공간과의 열교환 중 복사비율이 50% 이상인 냉난방방식이라고 정의한다. 

복사냉난방시스템은 △열원, 분배기, 천장·벽·바닥 등 냉난방시스템 △제습·열 회수형 환기장치 등 제습환기시스템 △중앙·존 제어장치, 실내온·습도·외기 온도센서 BAS 연동 등 중앙자동제어시스템 등으로 구성된다.

복사냉난방시스템은 복사방식으로 냉난방하므로 모든 곳이 동일한 온도로 조성이 가능하며 인체와 직접적인 열교환으로 높은 열 쾌적성을 느낄 수 있다. 기류를 최소화하기 때문에 불쾌감이 없고 냉방병이 적으며 기류에 대한 소음이 없어 조용한 환경을 조성할 수 있다. 또한 세균, 곰팡이, 먼지 등에 그대로 노출되기 쉬운 강제대류방식에 비해 비산, 먼지 발생이 적어 교차감염 우려가 우려가 적으며 IAQ 개선 및 유지에 유리하다.

이와 함께 저에너지시스템으로 전력을 최대 35% 절감할 수 있다. 기존 방식은 공급수 온도가 냉수 7°C, 온수 60°C가 필요하지만 복사냉난방은 냉수 12~15°C, 온수 35~40°C가 필요하므로 열원 에너지소비를 줄일 수 있다. 열전달방식이 대류가 아닌 수(水)방식으로 열반송능력이 커 동력비를 기존 덕트방식보다 약 20~30% 절감한다. 

김 대표는 “복사냉난방시스템은 인체와 직접적인 열교환에 따라 냉온열감이 우수하므로 실내온도를 1°C 낮거나 높게 운전했을 때 난방은 6~7%, 냉방은 8~10% 가량 에너지를 절감할 수 있다”라며 “바닥냉난방을 대공간에 적용할 경우 바닥에서 약 3m의 필요한 공간만 냉난방이 가능해 이로 인한 에너지절감도 가능하다”고 밝혔다. 

이어 “저온의 온수와 고온의 냉수를 사용해 지열이나 태양열로부터 얻는 에너지를 직접, 바로 적용할 수 있어 친환경 재생에너지와 접목성이 우수해 친환경에너지를 사용하기에 매우 유리하다”고 강조했다. 

우리나라 복사냉난방시스템 대표 시공사례는 한국교육개발원, 국립생태원, SK케미칼연구소, 아난티코드, 서울시청사, 세종시 국립도서관, 롯데월드타워 등으로 업무시설, 프리미엄 레지던스, 아트리움 등 다양한 곳에서 이용되고 있다.

일관된 국가정책 및 전략적 리모델링 필요

김학겸 한국리모델링협회 회장은 ‘2050 탄소중립 실현을 위한 IAQ 관리방안’을 주제로 발표했다. 

김 회장은 한국의 온실가스감축 관련 정책과 더불어 국가주도의 건축물 에너지절감 방안을 소개하면서 현재 정책의 맹점을 지적했다. 

김 회장은 “기축건물의 경우 리모델링을 통해 에너지성능을 높여서 탄소중립으로 나아가야하며 국가에서도 지원하려 하지만 현재 정책방향엔 맹점이 있다”라며 “녹색건축물조성 지원법 27조를 보면 ‘국가 및 지방자치단체는 에너지 성능향상 및 효율 개선 등을 위한 리모델링에 대해 보조금의 지급 등 필요한 지원을 할 수 있다’라고 명시돼 있지만 ‘지원을 할 수 있다’라는 것은 ‘지원을 꼭 해야 한다’로 해석되지 않으며 실제로 자금을 지원해주는 것을 본 적이 없다”고 답답함을 토로했다. 

또한 공동주택에서 발생하는 탄소를 획기적으로 줄여야 실질적인 탄소감축이 가능하다는 점을 강조하며 재건축 대비 탄소절감 효과가 큰 리모델링으로 방향전환해야 한다는 점과 공동주택 리모델링 시 탄소저감 사업을 접목시킬 필요성이 있다고 강조했다. 

김 회장은 “이번 4월 총선때 정치인들이 준공이후 30년이 된 노후공동주택은 안전진단없이 노후만 인정되면 철거를 가능하게 해야한다는 얘기를 했는데 좋지 않은 시각이라고 느꼈다”라며 “해외는 100년된 건축물에서도 사람이 거주하고 있는데 한국의 아파트는 30년이면 부숴야 하는 그런 기술력으로 지어졌단 얘기를 한 것이나 다름없다”라고 꼬집었다. 

김 회장은 브랜딩아파트만을 선호하는 다수의 인식개선과 재건축 일변도를 줄이며 전략적인 리모델링을 통한 탄소절감 방향성이 필요하다고 제안했다.

김 회장은 “정권교체나 장관교체 등으로 좌지우지되지 않는 탄소중립에 대한 일관된 국가정책이 필요하며 적절한 시기의 유지보수를 통해 IAQ 개선을 달성해나가야 한다”라며 “탄소중립을 지향하며 IAQ를 개선할 수 있는 방안이나 규범이 현재는 명확치 않아 앞으로 관련분야의 협력과 연구가 계속 지속돼야 한다”고 강조했다. 

식물, IAQ‧정신건강 개선 효과적

이재성 한국환경정보연구센터 회장은 ‘IAQ가 정신건강 및 식물기반 개선 전략에 미치는 영향’을 주제로 발표했다. 

이 회장은 설비나 기술적 측면의 공기질 개선이 아닌 식물을 통한 공기질 개선을 주제로 발표해 세미나 참석자들의 이목을 끌었다. 이 회장은 최근 60대 이상 인구가 걱정하고 있는 치매질환을 언급하며 IAQ는 건강 및 생산성에 직접적인 영향을 끼치고 있기에 공기질 개선은 중요한 지점이라고 짚었다.

이 회장은 “최근 하버드대학교 연구결과에 따르면 식물을 키우면 정신건강에 도움이 되는데 이는 단순히 식물을 키우는 행위 때문이 아니라 행위와 더불어 식물이 공기를 정화하므로 시너지 효과를 내기 때문”이라며 “나쁜 공기질은 스트레스 및 불안 증가와 연관돼 있으며 곰팡이는 우울증으로도 이어진다”고 말했다. 

이어 이 회장은 “현재 우리나라 20대부터 60대 인구에서 우울증 발병자는 가파르게 증가하고 있으나 이에 대한 뚜렷한 대책은 없는 상황이며 식물 키우기는 또 다른 대책이 될 수 있다”라며 “식물은 공기질개선을 통한 스트레스감소에서 기계적인 유해물질제거보다 월등히 앞선다”고 말했다. 

이 회장은 건축 및 디자인을 통한 공기질관리에 대한 인식이 생겨나고 있는 때에 식물을 통한 공기질개선에 많은 사회적 관심이 필요하다고 짚었다.

이 회장은 “녹색지붕이나 식물을 이용한 벽 설치를 통해 공기질을 자연정화할 수 있으며 녹색공간에 대한 접근성은 사용자의 전반적 건강증진과도 연결된다”라며 “설비나 기술을 통한 공기질 개선도 가능하나 식물을 이용한 공기질 개선에 대해서도 고민해 필요가 있다”고 말했다.

대기질 DB기반 IAQ 개선 선도 

박민호 KT 부장은 ‘기후위기 ESG KT AICT 활용한 Green City 구현 사례’를 주제로 발표했다. 

박 부장은 “최근 전 세계 기업들이나 공공기관 및 지자체들도 ICT에 AI를 접목한 AICT DX(Digital Transformation)로의 전환이 진행되고 있다”라며 “데이터와 인프라를 결합해 서비스를 제공하는 추세”라고 말했다. 

KT는 ‘눈에 보이지 않는 공기를 눈에 보이게 한다’라는 슬로건으로 공기질 관련 서비스를 구축하고 있다. 

KT는 생활밀착형 인프라기반으로 실생활환경의 공기질측정망을 구축‧운용하면서 공기질과 관련한 다량의 데이터를 보유하고 있다. △전화부스 △기지국 △통신전신주 등으로 전국 2,200여개 측정소를 운영 중이다. 또한 전문분석기관을 둬 수집된 데이터를 분석해 다른 분야와 융합하며 환경관련 인사이트를 제공하거나 정책을 지원하고도 있다. 

실내환기산업은 코로나19 팬데믹 이후 급격하게 성장했다. 박 부장은 IAQ 개선을 위해서는 외부공기질에 대한 인식도 필요하다고 짚었다. 

박 부장은 “KT는 계속해서 외부 대기측정을 해왔으며 최근에는 IAQ에 대한 질문을 갖게 돼 ABC(AI‧Bigdate‧Cloud)기술을 기반해 공기관련 전문가집단으로 구성된 환경DX 원팀 ‘KT Genie Air’서비스를 출범했다”라며 “IAQ 개선을 위해서는 외부 대기를 알아야 하며 실내와 외부대기질을 비교하고 환기를 할지, 산소공급을 할지, 방역을 할지 판단할 수 있다”고 말했다. 

끝으로 박 부장은 “KT는 현재 수집된 데이터와 플랫폼 알고리즘을 통해 공기질개선 서비스를 제공한다”라며 “KT는 국내 통신 3사 중 가장 적극적으로 공기질을 측정‧수집해 데이터분석으로 서비스를 점검하며 다양한 분야에서 활용하고 있다”고 말했다. 

김정현, 이지완 기자의 전체기사 보기

저작권자 2015.10.01 ⓒ Kharn