충남 예산군 소재 수덕초에서 시스템 실증을 진행했던 학급이 회색 실선으로 표시돼 있다. 사진: 한국건설기술연구원

[대한경제=김민수 기자]학교 교실의 미세먼지를 최소화하고, 소음까지 차단한 교실 환경 유지관리 시스템이 개발됐다.

한국건설기술연구원(원장 김병석, 이하 건설연)은 환경연구본부 연구팀(팀장 장춘만 박사)이 공기청정, 냉난방 및 환기 기능을 모두 수행할 수 있는 고성능 공기조화기와 기류 제어 시스템을 개발했다고 29일 밝혔다.

세계보건기구(WHO)는 2013년 미세먼지를 1군 발암물질로 분류하고 있다. 미세먼지는 학생들의 몸에서 염증반응을 일으켜 천식, 호흡기, 심혈관계 질환 등을 유발한다. 미세먼지 입자크기가 2.5㎍/㎥이하인 초미세먼지(PM2.5)는 농도가 10㎍/㎥ 증가할 때마다 폐암 발생률이 9% 증가한다는 연구결과도 있다. 이에 교육부는 2018년 4월 학교 고농도 미세먼지 대책을 발표하고 교실 초미세먼지 기준을 신설, 전국 모든 학교에 공기 정화장치를 설치한 바 있다.

이번에 새롭게 개발된 공기조화기는 산화아연 코팅을 통한 항균ㆍ항바이러스 필터를 포함하고 있어 살균된 공기를 교실에 공급한다. 또한 기류 제어 시스템을 통해 교실로 공급되는 청정 공기를 실내에 균일하게 분포시킬 수 있도록 환기 디퓨저(배기구)의 위치를 최적 설계했다.

충남 예산군 소재 수덕초에 설치된 공기 조화기.  사진: 한국건설기술연구원

더불어 에너지 사용을 최소화하면서 교실 내부의 미세먼지를 상시로 저감시킬 수 있는 식물 토양 정화장치도 개발했다. 식물 토양 정화장치는 식물의 잎뿐만 아니라 토양 자체도 미세먼지를 제거하는 필터로 이용된다. 특히 토양층 사이로 실내 공기를 통과시켜 미세먼지를 고성능으로 포집하는 방식은 세계 최초로 시도된 것이다.

토양층을 공기 정화필터로 사용하면 약 40%의 탁월한 미세먼지 정화 효과를 낸다. 건조한 겨울철에는 토양의 수분 함수량 덕분에 쾌적한 실내 습도도 유지할 수 있다. 식물 토양 정화필터를 학교 중앙공급 방식의 냉난방, 청정 공기정화 및 환기장치 시스템 일체에 적용한 것은 이번이 처음이다.

연구팀은 충남 예산군 소재 수덕초등학교 2개 교실과 복도를 포함한 학교 실환경 실증 테스트베드를 구축해 약 2년간 개발된 기술의 성능 평가를 진행했다. 기존 방식인 환기 디퓨저를 교실 천장 상부에 설치한 경우 미세먼지 농도 개선을 위해 20분이 필요했지만, 교실 복도 측면 바닥에 환기 디퓨저를 설치하니 13분 만에 초미세먼지 농도가 나쁨(65㎍/㎥)에서 좋음(15㎍/㎥)의 상태로 변화하는 것을 확인했다.

건설연의 신기술은 청정한 공기를 교실에 공급하는 동시에 소음도 최소화한다. 기존 교실에 설치된 공기청정기는 평균 55㏈ 이상의 높은 소음이 발생하지만, 소음저감 기술을 통해 실내 소음을 40㏈ 이하로 낮췄다.

개발된 중앙공급 방식의 시스템은 학교 외에도 다중이용시설, 사무실 등 공기 정화장치를 사용하는 다양한 시설에 활용될 수 있다.

이번 연구는 과학기술정보통신부 및 교육부의 국가연구개발사업 예산을 지원받아 수행 중이며,국제학술지인 ‘대기환경’(Atmospheric Environment), ‘환경 연구 및 공중 보건’(International Journal of Environmental Research and Public Health) 등에 개발 성과가 게재됐다.


김민수 기자 kms@

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