2.1 미세먼지 등 실내공기질 관리기준

미세먼지는 발생원은 자연적으로 발생되는 것과 인간의 인위적 활동에 의해 발생되는 것으로 분류할 수 있다. 대부분의 미세먼지는 자연발생적인 것과 인위적 요인에 의한 복합적 발생원에 원인이 있다.⁽⁶⁾ 지름 10 ㎛ (PM₁₀) 이하의 먼지를 미세먼지라고 부르고, 미세먼지 중에서 지름 2.5 ㎛(PM_2.5) 이하의 먼지를 미세먼지로 구분한다. 미세먼지의 지름은 머리카락 두께의 1/20 정도이며, 미세먼지보다 유해성이 크다고 알려져 있다.

세계보건기구(WHO)에서는 실내 미세먼지 기준을 별도로 설정하지 않고, 대기와 같은 수준으로 기준을 설정할 것을 권고하고 있다.⁽⁷⁾ Table 1과 같이, 24시간평균의 단계별 목표는 PM₁₀을 기준으로 설정하여 1단계, 2단계, 3단계 목표가 각각 150 ㎍/㎥, 100 ㎍/㎥, 75 ㎍/㎥이며 PM_2.5는 이의 절반의 수치인 75 ㎍/㎥, 50 ㎍/㎥, 37.5 ㎍/㎥로 정했다. 1단계 목표에 해당하는 농도에서는 가이드라인을 충족했을 때에 비해 단기 사망률이 5% 높고, 여기서 2단계 목표까지 개선하면 사망률을 2.5% 줄일 수 있는 것으로 보고 있다. PM_2.5를 기준으로 보면 오염도를 10 ㎍/㎥ 줄이면 사망률이 1% 감소하는 것으로 장기 평균 오염도를 줄이는 효과에 비해서는 1/6 수준이다. 24시간평균 가이드라인은 해당일이 연중 3일 이내로 발생하도록 오염 수준을 낮게 관리하라는 의미이다.

법으로 실내공기질을 관리하는 나라는 한국, 일본, 대만 3개국이며 그 외에는 가이드라인 형태의 권고기준을 제시하고 있다. Table 2와 같이, 대상 시설, 물질, 관리 수준은 각 나라별 상황에 따라 차이가 있다.⁽³⁾ 국내의 경우, ｢실내공기질 관리법｣에 따라 지하역사, 대규모점포, 어린이집 등 25개 다중이용시설군에 대해 10가지 실내오염물질 관리기준을 설정하고 있다. 미세먼지 기준은 2018년(1월)에 처음 도입되었고, 새로운 규제인 점을 감안하여 우선은 권고기준으로 설정되었다. 그러나 미세먼지의 인체 위해성과 관리 필요성 등을 고려하여 관련 법령을 개정하였고, 이에 따라 2019년(7월)부터는 미세먼지도 다중이용시설의 실내공기질 유지기준으로 관리될 예정이다. 국민의 건강을 보호하기 위해 미세먼지, 초미세먼지, 폼알데하이드, 라돈의 관리기준이 대폭 강화 된다. 특히 어린이, 노인과 같은 민감계층이 이용하는 민감시설에는 보다 엄격한 기준이 적용된다.

2.2 미세먼지 발생과 이동경로

하루 중 실내에서 생활하는 시간이 많은 현대 생활에서 외부에서 유입되는 미세먼지와 실내에서 발생하는 미세먼지 저감을 위한 공기청정기, 환기설비 등 다양한 생활보호제품이 상용화되어 활용되고 있다. 그러나 급변하는 대기환경 악화 및 미세먼지 발생의 증가로 기존의 생활보호제품 대비 성능의 향상이 요구되면서 고사양, 고비용의 문제가 발생하고 있다.

일반적으로 미세먼지의 발생과 유입경로는 Fig. 1과 같이, ①외부환경 → ②건축요소 → ③설비요소 → ④실내환경 → ⑤공기정화 → ⑥배출 단계가 있고 각 단계별로 미세먼지 저감 제품들이 계속적으로 출시되고 있는 상황이다. 미세먼지 간이측정기, 마스크, 미세먼지 차단망, 전열교환환기유닛, 에어컨, 공기청정기, 주방후드 등이 대표적인 미세먼지 대응 제품군이다. Table 3에서와 같이, 미세먼지 생활보호제품으로 분류되는 공기청정기, 환기설비, 주방후드 등에 대한 국가표준, 단체규격 등의 시험방법은 목표 성능에 대한 시험실의 평가방법이 주를 이루고 있었다. 그러나 기존 시험방법은 미세먼지에 대한 성능평가가 고려되지 않았거나 일정한 환경조건에서 대상 제품의 성능평가를 수행하여 결과를 표기하도록 되어 있어 소비자에게 정량적인 성능결과를 제시하고 있지만, 실제 생활환경에서 성능효과를 제시하고 있지 않다.

Fig. 1 Indoor sources-outdoor penetration pathways of the particulate matter and specific product groups.

3.1 미세먼지(PM_2.5) 간이측정기

3.1.1 간이측정기 종류

국가 대기질을 파악하기 위한 전통적인 방식의 미세먼지 측정장비의 신뢰도에는 미치지 못하지만 기술이 발전하고 있는 다양한 센서를 이용한 측정 장비들이 개발되고 있다. 미세먼지 간이측정기는 저가형 대기질 감지기(Low-Cost Air Sensor)로 저가형 소형(경량) 광산란방식의 감지기를 적용하여 짧은 시간(1초~1분)에 측정결과를 확인할 수 있는 장비이다.⁽⁸⁾ 광산란 방식 간이측정기는 입자크기 정보취득 여부에 따라 단일입자 측정방식과 전체입자 측정방식으로 분류된다. 단일입자 측정방식은 입자가 광원으로 인하여 산란되는 빛의 강도와 노출되는 시간에 따른 전기적 신호를 측정하여 입자의 크기로 변환 시키고 전압 신호의 개수를 측정하여 입자의 개수로 계산한다. 입자의 크기와 개수를 동시에 측정하는 방식으로, PM1.0, PM_2.5, PM₁₀과 같이 다양한 크기의 미세먼지 농도를 동시에 측정하는 간이측정기들은 단일입자 측정방식을 적용한 것이다.

전체입자 측정방식은 광원을 통과하는 입자가 발생시키는 산란광의 전체적인 평균을 측정하여 입자의 개수로 변환시키는 방식으로 대부분의 간이측정기(Fig. 2 참조)에 해당하며, 이 방식은 입자의 크기 정보를 알 수 없으며, 전체적인 입자의 농도 또는 개수는 기준장비와의 상대 비교를 통한 교정으로 결정된다.

Fig. 2 Types of PM2.5passive sampler.

3.1.2 미세먼지 간이측정기 성능인증제도

환경부에서는 ｢미세먼지 저감 및 관리에 관한 특별법｣ 제24조에서 ｢환경분야 시험․검사 등에 관한 법률｣에 따른 형식승인이나 예비형식승인을 받지 아니한 미세먼지(PM_2.5) 측정기기에 대하여 성능인증을 하는 미세 먼지 간이측정기 성능인증제도를 운영한다. 성능인증 기준항목은 Table 4와 같이, 실험실 챔버 측정평가에서 ① 반복재현성, 환경대기 성능평가 결과에서의 ② 상대정밀도, ③ 자료획득율, ④ 정확도, ⑤ 결정계수로 모두 5개 항목을 평가한다. 간이측정기 성능인증시험은 챔버를 이용한 실험실 평가와 환경대기 성능평가를 병행 하고 이 두 시험결과에 따라 성능인증등급을 판정한다.

3.2 보건용 마스크

최근 마스크는 일상생활에서 필수품이 되었다. 시중에서 판매하는 수백 가지 마스크 중 어떤 것을 선택 하고, 또 어떻게 사용해야 할지 어려움이 많다. 마스크는 식품의약품안전처에서 품목별 심사 및 허가를 하고 있으며, 마스크의 종류로는 보건용 마스크(기존 황사방지용 및 방역용 마스크) 및 수술용 마스크가 있다. 이 중 보건용 마스크의 경우 분진포 집효율시험, 안면부 흡기저항시험, 누설률 시험 등의 시험을 통해 외부로부터 흡입되는 이물질을 차단하는 정도를 측정하여 품목별 허가를 받아야 하며 소비자가 알기 쉽게 사용하기 위해서 Table 5와 같이 등급별 관리를 하고 있다. 보건용 마스크의 품질관리를 위한 ① 분진포집효율시험, ② 안면부 흡기 저항시험 및 ③ 누설률 시험의 표준화된 시험법을 제시하고 이를 품질관리에 적용함으로써 공기 중 이물질 흡입에 따른 인체 위해를 방지하는 목적이다.⁽⁹⁾ KF는 Korea Filter의 약자로 KF80은 평균 0.6 ㎛ 크기의 미세 입자를 80% 이상 걸러낼 수 있고 KF94와 KF99는 평균 0.4 ㎛ 크기의 입자를 각각 94%, 99% 이상 걸러낸다는 의미다. 무조건 KF 숫자가 큰 마스크가 좋은 것이 아니고 미세먼지 상황과 개인의 호흡량을 고려해 선택하는 것이 바람직하다.

3.3 미세먼지 차단망

최근 사회적 관심이 증대되고 있는 품목은 미세먼지의 실내 유입을 차단하는 미세먼지 차단망(방진망)이다. 공기청정기의 한계(실내공기오염, 사용면적 한계, 에너지 문제 등)와 자연환기의 중요성이 부각되며 차단망 수요가 급증하고 있으며 시장이 형성되고 있다. 차단망은 정전망 방식, 나노소재방식, 필터방식, 복합 레이어 구성 등 다양한 형식으로 보급되고 있으며, 주요한 성능지표는 입자사이즈별 먼지차단효율, 환기성능, 가시성, 내구성(강도) 등이 고려될 수 있다. 그러나 차단망의 의도된 목적에 부합하지 않는 시험방법을 사용하거나, 규격화되지 않은 실결과⁽³⁾(예시 : 1~3 ㎛ 미세먼지 83% 차단 등)로 소비자 혼란을 가중하고 있다. 이러한 효율은 공조․환기필터나 자동차 에어컨필터 등 절곡형태의 중성능 에어필터의 보편적인 효율(0.3~1 ㎛에서 35~85 %, 1~3 ㎛에서 65~90%, 1~3 ㎛에서 85~97% 정도) 수준이다. 이는 자연환기성능과 가시성은 거의 없는 상태에서의 효율로 프리필터나 저성능필터 급으로 알려진 차단망의 효율과는 상당한 거리가 있다.

시중에 창문필터라는 명칭으로 판매가 되고 있다. 일부제품을 주거환경에 설치하여 실험한 결과, 창문필터의 제품 종류, 설치 조건과 환경에 따라 미세먼지 차단율에 차이가 심하다. 현재는 공식적인 성능기준 및 시험 방법이 없는 상태이기 때문에 우선적으로 다음의 사항을 검토하는 것이 합리적이다; ① 차단망에 부합한 시험방법 선택, ② 입자사이즈 별 포집효율, ③ 거주환경에서 유효한 수준의 환기성능, ④ 시험유량(시험 면속도) 및 사용한 시험입자의 적절성과 아울러 소비자들의 인식개선도 필요할 것으로 판단된다. 차단망이 실내로 유입되는 미세먼지를 원천적으로 차단한다는 인식보다는 큰 입자(1.0 ㎛ 이상)를 어느 정도(제품별 다양) 차단하는 제품이며, 미세먼지 농도에 따라 공조․환기설비, 공기청정기 등 공기질 대응 제품들과의 복합적인 대응을 통해 미세먼지 피해를 최소화 할 수 있다는 인식개선이 필요할 것이다.

3.4 전열교환환기유닛

전열교환환기유닛의 경우 본래 신축공동주택의 새집증후근 대응으로 제시된 제품이다. ｢건축물의 설비기준 등에 관한 규칙｣에 따라 2006년 이후 건설 승인을 받은 100가구 이상 아파트 등 공동주택에는 실내 환기 시스템이 설치돼 있다. 그러나 환기장치를 사용하지 않는 이유 중의 하나는 외기 중 미세먼지가 환기장치를 통하여 실내로 유입되는 우려 때문이다. 이에 대한 대책으로 2008년부터 기계환기장치의 외기도입구에 설치 하여야 하는 필터의 성능 기준을 구체적으로 제시하여 외기로부터 유입되는 미세먼지 등의 오염물질을 최소화 하도록 하였다. 이후 대기 중 고농도 미세먼지에 대한 우려가 높아지면서 필터의 성능 기준이 Table 6과 같이 KS B 6141의 비색법(또는 광산란 적산법) 60%에서 80%로 높아졌다. 또한 500세대 이상의 공동주택에 적용되는 건강친화형 주택 건설기준의 기계환기장치용 필터 기준도 80%에서 95%로 상향되었다. 전열교환환기유닛은 미세먼지 관련 내용 이외에도 본래의 성능을 만족해야한다. KS B 6879에 따라 시험한 유효환기량, 효율 및 에너지 성능 등과 환기장치 내․외부의 결로 발생을 최소화할 수 있는 구조와 성능을 확보해야한다. 또한 환기설비에서 발생하는 소음의 측정은 KS B 6361에 따른다. 즉, 전열교환환기유닛의 관련성능 기준과 미세먼지 대응 위한 필터의 기준강화로 상호 영향을 주는 평가항목이 발생하기 때문에 종합적인 성능평가의 통합을 검토할 필요가 있다.

3.5 공기청정기

3.5.1 공기청정기의 종류

최근 가장 이슈가 되고 있는 공기청정기는 공기 중 입자상물질을 제거하기 위해 만들어진 장치로 적절하게 관리되는 공기청정기는 미세먼지를 실질적으로 줄이는 데 효과가 있다.

공기청정기는 오염물질 제거원리에 따라 기계식과 전기식, 복합식으로 분류되고 세부적으로 필터식, 습식, 전기집진식, 음이온식, 플라즈마식 및 UV 광촉매식으로 분류된다. 일반 가정용 공기청정기의 대부분은 필터식이다. 음이온식, 전기집진식, 플라즈마식 공기청정기에서는 제품 종류나 사용모드에 따라 오존이 발생할 수도 있고 필터식은 세균이나 곰팡이가 서식할 수 있으므로 주기적인 청소와 관리가 필요하다.

3.5.2 공기청정기 성능인증

한국산업표과 한국공기청정협회에서 공기청정기에 대한 인증제도를 시행하고 있다. 미세먼지 제거능력, 탈취효율, 오존 발생농도, 소음도 등에 관한 기준을 만족하는 제품에 대해 KS C 9314 및 CA 인증을 부여하고 있다(Table 7 참조). 또한 에너지소비효율등급표시제도의 효율관리기자재 필수 대상제품으로 에너지소비효율 등급을 취득해야하고 에너지사용량에 따라 1~5등급까지의 제품이 구분된다. 공기청정기의 성능 인증은 실험실 환경에서 최대 풍량으로 가동했을 때를 기준으로 이루어지기 때문에 실제 생활환경에서 공기청정기를 사용할 때는 실험실과의 환경 차이, 운전조건 변화 등을 고려하여 실제 사용하려는 면적보다 용량이 작을 수 있다. 표준사용면적에 대한 공식적인 기준은 없지만 한국소비자원에서는 사용공간의 130%를 표준 사용면적으로 제시한 바가 있다.

3.6 에어컨 및 주방후드

에어컨은 특별하게 미세먼지와 관련하여 기준이 마련되어 있지 않다. 그러나 필터를 주지적으로 교체한 경우 실내로 유입되는 미세먼지 양을 감소시키는 효과가 있다. 주방후드는 실내의 오염된 공기를 빨아들여 밖으로 배출시키는 역할을 하는데, 창문을 열지 않은 밀폐된 공간에서 주방후드만 가동하면 압력손실이 발생하기 때문에 가동 효과가 떨어진다. 따라서 환기유닛를 작동시키거나 차단망이 설치된 창을 통하여 환기를 하는 것이 필요하다. 또한 조리를 하는 동안은 공기청정기를 꺼두고, 요리가 끝난 다음에도 환기를 충분히 실시한 후 공기청정기를 사용하는 것이 좋다. 건강친화형 주택 건설기준에는 실내에서 발생하는 미세먼지 제거를 위해 레인지후드 성능기준을 도입해 주방에 설치되는 레인지후드는 특정 성능을 확보한 제품을 사용토록 하는 규정과 레인지후드의 배기효율을 높이기 위해 기계환기설비 또는 보조급기와 연동제어가 가능토록 의무화 했다.

3.7 에어필터

에어필터는 대기 중에 부유하는 고체 및 액체물질을 제거하는 방법 중 가장 일반적인 필터는 Fig. 3과 같이 다양한 산업군 및 제품에 활용되고 있다. 미세먼지 피해에 대한 사회적 필요성이 증대됨에 따라 건축물 및 가전기기 등 적용되고 있는 에어필터 성능을 정량적으로 평가 할 수 있는 시험규격에 대한 관심도 증대되고 있다. 건축물의 환기/공조시스템에 적용되는 에어필터는 외부로부터 도입되는 공기에 섞여 있는 미세분진 등을 거르는 역할을 하며, 에어필터의 차압은 환기 및 공조설비의 팬용량 산정에 영향을 미치는 요인이다.

Fig. 3 Air filter classification and type.

3.7.1 에어필터 시험규격

최근 국내 미세먼지 악화에 따라 에어필터의 외부 유입 미세먼지 차단성능, 즉 분진제거효율에 대한 관심이 증대되고 있으며, 기존의 필터분야에서 적용되고 있는 시험방법은 주로 미국 및 유럽 표준이 적용되고 있는 실정이다. 에어필터에서는 외기 중 미세먼지를 주로 대상으로 하는 환기용 에어필터와 실내 미세먼지를 주 대상으로 하는 공기청정기 등의 에어필터 성능기준으로 구분가능하다. KS B 6141, ISO 16890 및 ASHRAE 52.2 등은 환기용 필터를 대상으로 하고 있고, KS C 9325는 공기청정기용 필터, 클린룸용 고성능 필터 기준이나 최근 공기청정기용 필터 기준으로 많이 인용되고 있는 EN 1882나 KS B 6740의 기준이 있다. Table 8은 현재 에어필터 성능을 평가하는 시험규격 중 KS B 6141과 ISO 16890, ANSI/ASHRAE 52.2 시험규격에 대한 간략한 비교 내용이다. KS B 6141⁽¹⁰⁾는 국내 산업표준 시험규격으로 포집 분진 입자크기(입도)에 따라 필터 유니트를 형식 1, 형식 2, 형식 3으로 구분하고 입자포집율에 대한 효율값을 제시하고 있다. ISO 16890은 기존에 유럽의 에어필터 시험분야에서 널리 사용되었던 EN779를 대체하는 시험규격으로 2016년(12월) 제정되었다. 총 4개의 파트⁽¹¹⁾로 구성되어 있으며 기존 EN 779 시험방법을 준용하고 시험입자크기와 최소 효율을 결정하는 컨디셔닝 방법 등의 내용이 포함되어 있다. ASNI/ASHRAE 52.2는 ASHRAE(The American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers)에서 제정한 공기정화장치의 효율 측정방법으로 기존 52.1과 함께 운영되고 있었으나, 현재는 52.2로 통합되어 운영되고 있다. 해당 규격은 공기정화장치에 필터 및 전기집진기를 포괄적으로 포함하고 있으며, 입자크기별 효율 및 압력손실, 부하분진유지용량(Dust Holding Capacity), MERV(Minimum Efficiency Reporting Value)을 통해 공기정화장치에 성능을 나타낸다. ASNI/ASHRAE 52.2는 시험풍동의 치수, 입자발생기, 분진공급장치, 입자계측기 등 시험장비 및 시험방법에 대해 상세하게 제시하고 있다.⁽¹²⁾

3.7.2 에어필터 시험방법

KS B 6141은 형식 1은 계수법, 형식 2는 비색법 또는 광산란 적산법, 형식3은 중량법을 시험방법으로 명기 하고 있다. 에어로졸 발생부는 형식 1은 DOP 시험입자를 사용하는 라스킨노즐을 사용하고, 형식 2와 형식 3은 KS A 0090에 명시된 시험입자를 사용하는 분진발생기를 사용한다. 시험입자 농도 측정은 형식 1의 경우 KS B 6336에 따라 광산란식 자동입자계수기를 사용하고 형식 2는 KS A 0079에 따라 흡광 광도 측정법(흡입펌프) 또는 광산란식 분진 농도계를 사용한다. 형식 3은 정밀저울 사용하여 시험입자의 농도를 측정한다. 형식 1은 초기압력손실(Pa) 및 0.3 ㎛ 입자 포집률을 나타내며, 형식 2는 초기압력손실, 최종압력손실, 초기 입자 포집률, 평균 입자 포집률, 분진공급량, 분진 유지 용량을 표현한다. 형식 3은 초기압력손실, 최종압력손실 초기 입자 포집률, 평균 입자 포집률, 분진공급량, 분진유지용량을 결과로 표현한다. ISO 16890은 기존의 EN 779에서 나타내는 성능지표를 대기질을 평가하는 지표인 ePM로 대체하여 필터의 효율을 나타내고 있다. ISO 16890 규격은 입자크기별 집진 최소효율을 ePM-10, ePM-2.5, ePM-1.0으로 구분하고 있다. ePMX는 시험대상 에어 필터가 입자크기에서 최소 50% 이상을 포집효율을 갖는 것을 의미한다. 예를 들어 에어필터가 ePM-1.0 입자를 50% 이상 포착하면 ISO ePM-1.0 필터로 구분된다. ASHRAE 52.2는 MERV index를 통해 필터의 성능을 구분한다. MERV는 최소 효율값으로 입자크기를 0.30~1.0 ㎛, 1.0~3.0 ㎛, 3.0~10.0 ㎛ 3단계로 구분하여 각 입자크기별 최소 효율값을 제시하여 입자크기별 가장 낮은 효율의 등급을 필터 성능으로 나타낸다. KS, ISO, ASHRAE의 시험장비, 평가항목, 입자크기 등을 Table 9에 비교하였다.