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ISSN : 2288-9167(Print)
ISSN : 2288-923X(Online)
Journal of Odor and Indoor Environment Vol.19 No.2 pp.201-211
DOI : https://doi.org/10.15250/joie.2020.19.2.201

Statistical analysis of test results for certified air purifiers in Korea

Myeong Woon Kim*
Department of Energy and Environmental Engineering, Daejin University
*Corresponding author Tel : +82-31-539-1954 E-mail : mwkim@daejin.ac.kr
08/05/2020 10/06/2020 10/06/2020

Abstract


Statistical analysis for the 703 air purifiers certified by Korea Air Cleaning Association from 2003 to 2019 was performed. Sixty-one percent of the products had an area coverage of 15 m2~30 m2 and the median value of the total products was 37.6 m2. The number of certified products by the top five manufacturers was 325, which corresponds to 46.2% of the total products. The median value of the clean air delivery rate (CADR) of the 703 products was 4.8 m3/min but the number of air purifiers over the value increased to 62.5%~66.3% since 2018. The odor removal ratio showed a median of 86.0% which was higher than the certification criteria but had large differences in efficacy in the five test compounds. Removal efficiencies of each compound in terms of the median and ratio to the average value showed acetate > formaldehyde > toluene > ammonia > acetaldehyde in descending order with large variances. The median noise level average value from five positions of air purifiers was 47.7 dB(A). However the medians of the top position and the front, where purified air was vented out, were relatively higher in 49.8 dB(A) and 48.2 dB(A), respectively. Noise level ratio to noise criteria had a median value of 96.4%, which showed that most of the noise levels were distributed near the criteria limit. The probability of the noise level at 100% of the criteria was calculated ton 0.232, which indicated excess noise levels.



국내 인증 공기청정기 시험결과의 통계적 분석

김 명운*
대진대학교 에너지환경공학부

초록


    Daejin University
    © Korean Society of Odor Research and Engineering & Korean Society for Indoor Environment. All rights reserved.

    1. 서 론

    소득수준 향상과 빠른 정보확산에 따라 건강에 대한 관심이 높아지고 있으며 최근 들어서는 대기환경 악화 (황사, 미세먼지)와 실내활동 비중 증가에 따른 실내공 기청정기의 사용이 늘고 있다. 공기청정기의 사용이 실 내오염물질을 완전하게 제거할 수 없다는 점에서 부정 적인 인식이 있음에도 불구하고(Zhang et al., 2011), 아토피 질환이나 폐렴 환자의 예방과 질환개선 등에 대한 효과(Lee et al., 2020;Park et al., 2013)는 꾸준 히 보고되고 있다. 이에 따른 공기청정기 시장 규모도 세계적으로 2013년에 38억 달러에서 2019년 92억 달 러 수준으로 증가할 것으로 전망한 바 있으며 2014년 기준으로 한국의 시장 비중은 9%로 일본, 중국, 미국 및 캐나다에 이어 5위 수준에 달한다(KISTI, 2015). 특 히 2013년부터 대두된 미세먼지 문제 이후부터 2019 년까지 공기청정기의 국내 시장은 3배 증가한 8 ,812억 원 규모로 성장하였다(Kim et al., 2019a). 시장분석에 따르면 공기청정기는 국내에서 연간 100만대 이상 판 매되는 필수가전으로 자리 잡은 것으로 평가되어 에어 컨과 같은 수준인 가구당 보급률 80%에 연간 250만대 까지 증가할 것으로 예상한다(KTB Investment & Securities, 2019).

    시장 확대에 따라 성능이 보장되지 않는 공기청정기 의 난립으로 인한 소비자 불신을 줄이기 위하여 인증 제도가 필요하다는 인식에서 (사)한국공기청정협회 (Korea Air Cleaning Association, KACA)에서는 1998 년 인증기준을 제정하고 2003년부터 본격적으로 인증 사업을 수행하여 오고 있다(KACA, 2018). 공기청정기 에 대한 단체표준인증은 다양한 제품에 대하여 빠르게 대응할 수 없는 국가표준(KS)의 한계를 보완하기 위한 제도로서 국가표준기본법과 산업표준화법에 따라 국가 기술표준원(Korea Agency for Technolgy and Standards, KATS)에 의해 관리되고 있다(KATS, 2020). 세계적으 로도 공기청정기 시장 확대에 따라 ISO에서도 관련 시 험규정 제정이 진행되고 있다(ISO/TC 142). 2019년 말 기준으로 단체표준인증(SPS-KACA002-132)에 따른 공기청정기 인증기준 항목은 탈취효율, 청정화능력 (Clean Air Delivery Rate, CADR), 오존발생농도, 소음 도이며 청정화능력에 따른 적용면적을 산출하도록 하 고 있다. 본 연구에서는 2003년부터 2019년까지 인증 을 획득한 703개의 공기청정기에 대한 시험결과를 통 계적으로 분석함으로써 관련 기술현황을 파악하고 나 아가 향후 인증에 포함될 새로운 기준 및 기술개발의 방향을 제시하고자 한다.

    2. 연구방법

    2003년 3월부터 2019년 12월까지 (사)한국공기청정 기협회로부터 인증획득을 완료한 총 703개 제품에 대 한 4개 공인시험기관의 시험결과 자료를 취합하여 항 목별로 정리하였다. 시험결과 취합된 원자료 항목은 제 조업체명, 제품번호, 인증번호, 유형(소형/일반/대형/학 교용), 청정방식(기계식/전기식/복합식), 적용면적, 풍량, 집진효율, 청정화능력, 오존발생농도, 위치별 소음도, 가스 종류별 탈취효율 및 시험기관이었다. 한편, 각 항 목별로 2016년과 2018년 2월, 2019년 1월에 일부 시 험항목이 삭제되거나 변경되었으며 이에 관한 주요 변 경사항은 Table 1에 정리된 바와 같다.

    각 항목별 시험방법을 간단히 살펴보면 규정된 챔버 에서 청정화능력의 경우 0.3 mm 직경의 KCl 입자농도 의 시간별 감소율로부터, 탈취효율은 개별 시험가스에 대한 공기청정기의 30분 운전 전후의 농도차이로부터, 오존발생농도는 공기청정기의 24시간 동안 운전에 따 른 측정값으로부터 구하도록 하고 있다. 또한 소음시험 의 경우에는 무향실에서 각 위치별로 1m 이격된 곳에 서 소음계로 측정한 값으로부터 구한다. 시험항목별 챔 버 크기는 Table 1에 나타난 바와 같고, 각 시험방법에 대한 세부사항은 Kim et al. (2017)의 연구와 실내공기 청정기 단체표준(SPS-KACA002-132)에 기술되어 있다.

    2003년에 최초 인증기준을 마련한 이후 항목 추가 및 삭제, 공기청정기 구분 기준의 변경, 구분에 따른 소음도 기준의 차이와 같이 단순 수치만으로는 파악하 기 어려운 점을 감안하여 기준에 대한 달성율(ratio to criteria, % = 소음도 ÷ 소음기준 × 100)로 변환하였다. 소음도의 경우에는 각 측정 위치(전, 후, 좌, 우, 상부) 와 산술평균된 전체 소음도를 각각 구분하였으며, 탈취 효율의 경우에도 3가지 개별 가스(암모니아, 아세트산, 아세트알데히드)와 2016년 7월부터 추가된 톨루엔과 폼알데히드의 제거율을 평균제거율과 별도로 구분하였 다. 인증기준일은 인증이 시작된 날짜를 기준으로 하였 으며, 업체명과 제품명은 익명처리하였다. 오존발생량 은 농도(ppm)로 시험결과를 표시하던 기준이 2012년 9월부터는 0.01 ppm 미만은 TR (trace)로 표시하도록 변경됨에 따라 해당값을 0.0001로 입력하였다.

    자료의 분석은 Microsoft Excel을 사용하여 기초통 계량(최소, 최대, 평균, 중간값)을 산출하였으며, R 통 계프로그램으로 scattergram, box plot, strip chart을 작 성하여 자료를 시각적으로 분류하고 표시하였다.

    3. 결과 및 고찰

    3.1 인증기준의 변화 및 제품별 분류

    CA인증제도는 집진효율 등의 5개 항목에 대하여 인 증기준을 설정한 후 Table 1과 같이 주요 항목개정이 이루어졌으며 2016년에 집진효율과 탈취효율 기준을 상향시키고, 기존 3개 가스 제거율에서 톨루엔과 폼알 데히드를 추가한 5개 가스 제거율을 산술평균한 탈취 효율을 적용함으로써 강화되었다. 한편, 2018년에는 기존에 청정화능력(CADR)과 함께 표기하던 정격풍량 과 집진효율을 삭제하고 청정화능력만을 표기하는 방 식으로 전환하였으며, 청정화능력(m3/min)에 대하여 × 7.9의 값으로부터 구하던 적용면적(m2)을 × 7.7로 교체 하였다. 이는 에너지효율 관리기준에 따른 적용면적 산 출방식(MOTIE, 2020)과의 통일을 위한 목적이었으며, 현재 한국산업표준(KS C 9314:2019)에도 동일하게 반 영되어 있다. 청정화능력의 산출 기준에 관하여는 미국 가전협회(AHAM)에서 사용하는 방식과 국내 기준에 대한 비교연구(Kang et al., 2013)나 입자분포의 설정 에 따른 차이 등에 대한 연구(Molgaard et al., 2014) 결과를 고려하여 꾸준한 논의가 있어 왔으며 기존의 풍량과 집진효율을 국제적 표준양식인 CADR로 통일 시킨 결과이기도 하다.

    연도별 인증제품수는 인증제도 초기인 2003년부터 2005년까지 증가하다가 2006년부터 2013년까지는 연 간 30개 내외의 제품으로 한정적이었으나 미세먼지 문 제가 심각한 사회문제로 대두되기 시작한 2014년부터 다시 급격하게 증가하여 2018년에는 94개의 제품이 인 증을 획득하였다(Fig. 1a). 적용면적별로는 전체 703개 인증제품의 37.7%인 265개 제품이 30~45 m2, 23.2% 인 163개 제품은 15~30 m2로 나타나 절반 이상(61%) 이 일반적인 우리나라 가정의 거실면적에 해당하는 15~45 m2를 대상으로 하는 제품에 집중되어 있음을 보 여주었다(Fig. 1b). 통계량으로 보았을 때에도 면적의 중간값은 37.6m2, 평균은 43.9 m2 (최소값 1.0m2, 최 대값은 168.3m2)로 나타났다(Table 3).

    제조사별로는 5개사가 50개 이상의 인증을 획득하여 전체 인증제품의 46.2%인 325개 제품을 차지하였으며 87개 인증제품은 11~20개 제품을 인증받은 6개 회사에 의해 생산되어 공기청정기 시장에서는 10여개 회사가 대부분의 제품을 제조·인증취득하는 것으로 나타났다 (Fig. 2). 한편, 하나의 제품만을 인증받은 회사는 54개 사, 2개 제품을 인증 획득한 회사는 22개사로서 중소 기업에 의한 생산품의 점유율도 적지 않은 비중을 차 지하는 것으로 분석되었다.

    공기청정기는 먼지, 가스와 같은 오염물질을 HEPA (High Efficiency Particulate Air) 필터, 활성탄과 같은 입자에의 흡착원리를 이용하는 기계식(mechanical)과 전기적으로 하전된 극판사이에서 제거시키는 전기식 (electrical), 두 가지 이상의 방식을 혼합하여 오염물질 을 처리하는 복합식(combined)으로 구분한다. 인증제 품의 64.2%인 451개는 기계적 방식을 사용하는 것으 로 나타났으나 특별한 방식을 표기하지 않은 제품 146 개(20.8%)의 대부분도 기계적 방식의 공기청정기로 보 여진다(Table 2). 이는 필터를 사용하여 기계적으로 공 기를 강제순환시키는 방식의 제조가 상대적으로 간단 하고 안정적이며 오존과 같은 유해물질의 발생도 최소 화할 수 있기 때문이다. 특히 필터 제작기술의 향상으 로 값싼 HEPA 필터 제품의 구입이 쉬워짐에 따라 앞 으로도 공기청정기 시장은 기계식이 주도할 것으로 예 상되고 있다.

    대부분을 차지하는 92.9%의 공기청정기는 일반형으 로 분류되며 CADR 16m3/min 이상의 대형 제품이나 1m3/min 미만의 소형공기청정기는 상대적으로 적은 비중을 차지하는 것으로 나타났다. 다만, 2018년부터 학교 교실에의 공기청정기 보급에 따른 CADR 10 m3/ min 이상의 공기청정기(Han et al., 2019)와 차량용 수 요에 따른 소형공기청정기 인증 건수는 지속적으로 증 가하고 있어 제품의 다양화는 더욱 커질 것으로 예상 된다. 이에 따른 제품 유형별 인증기준과 항목에 대한 세밀한 검토가 필요할 것으로 보인다. 전체 제품의 82.5%는 신규로 인증받은 제품이었으며 100개 제품 (14.2%)은 3년의 인증기간을 지나 재시험을 통해 갱신 되었고 2회 이상의 인증갱신을 받은 제품 수도 23개에 달하여 공기청정기의 제품 수명은 비교적 길고 안정적 인 것으로 나타났다. 이는 공기청정기의 작동원리가 비 교적 단순하고 가격대가 커서 중저가의 제품이 일단 시장에서 신뢰도를 얻으면 꾸준하게 매출로 이어지고 있음을 보여주는 결과이다. 한 연구에 따르면 소비자들 이 공기청정기 구매에 있어서 주된 고려사항은 가격이 며 2차적으로는 전력소모량인 것으로 나타난 바도 있 다(Kim et al., 2019b). 다만 최근에는 공기청정기의 디 자인 개선과 가전제품으로서의 가정에서의 위상 등에 따른 꾸준한 신제품 개발도 활발하게 이루어지는 것으 로 분석되었다. 인증시험기관은 인증초기부터 제품시 험을 담당한 한국기계연구원(KIMM)이 61.9%의 시험 분석을 수행하였고, 2012년부터 추가된 한국건설생활 연구원(KCL)이 182개 제품(25.9%)을, 부산테크노파크 (BTP, 2013년부터 신규 시험기관 지정)가 78개 제품의 분석을 담당하였다. 2019년 하반기부터는 Dt&C (DTC)가 시험분석기관으로 추가 지정됨에 따라 총 4 개 시험기관(KOLAS 인증기관)이 인증을 담당하고 있 는 것으로 나타났다.

    3.2 인증기준 항목별 기본통계량 분석

    인증시험 기준 항목에 대한 기본통계량은 Table 3에 정리된 바와 같다. 청정화능력인 CADR 값은 평균 5.6 m3/min, 중간값 4.8m3/min으로 나타났으며 인증기 간별로 보았을 때 2016년까지 평균 5.6m3/min 이상의 제품비율은 0% (2003년)~36.4% (2015년)이었으나 2017년 51.6%, 2018년 62.5%, 2019년 66.3%로 평균 값 이상의 제품비중이 증가하였다(Fig. 3a). 오존발생 농도는 측정된 전체 680개 제품의 평균 0.001 ppm, 중 간값 0로 나타나 대부분은 측정한계농도 이하(TR)인 것으로 나타났다. 오존의 발생은 주로 전기적 방식인 음이온 제품에서 발생되는 것으로도 조사된 바 있어 인증제품 가운데 기계식 공기청정기의 비중이 높은 원 인의 하나이기도 한 것으로 보인다(Han et al., 2006;Waring, 2008). 미국 캘리포니아주의 공기청정기 시험 규정에 따르면 오존 발생량만을 0.050 ppm 미만으로 규정하고 있으며 나머지 항목에 대한 시험은 ANSI/ UL 507을 따르되 표시(labelling)의무만을 부과하고 있 어(State of California, 2020), 현 국내 인증기준은 오존 에 의한 유해성 위험에 대한 최소한의 기준으로 적합 한 상황인 것으로 분석되었다.

    탈취효율의 경우 2016년 6월까지의 인증기준값인 60%와 이후 강화된 70%를 감안하더라도 대부분의 제 품은 기준을 상회하는 평균 84.5%의 제거율을 보여주 었다(중간값 86.0%). 그러나 탈취효율의 측정대상물질 인 암모니아, 아세트산, 아세트알데히드와 2016년 이 후 추가된 톨루엔 및 폼알데히드 각각의 제거율은 제 품별로 큰 차이를 보여 이에 대한 세부적인 원인 분석 이 필요한 것으로 파악되었다. 시험기관 가운데 한 곳 인 기계연구원(KIMM)에 의해 2017년에 보고된 공기 청정기 366개 제품에 대한 평가 결과(Kim et al., 2017) 에 따르면 탈취효율은 풍량과 직접적인 연관이 없는 것으로 나타났는데 이는 개별가스에 대한 측정을 고려 하지 않은 결과로서 본 분석결과에서는 시료의 수를 충분히 늘리고 개별가스에 대한 항목을 포함하였으며 다음 결과 3.3에서 가스별 효율을 분석하였다.

    소음의 경우에도 보다 세부적인 분석이 요구된다. 우 선 공기청정기 전방, 후방, 좌, 우 및 상부 5개 지점에 서의 소음에 대한 산술평균값을 인증기준으로 적용하 고 있는데 전체 제품의 평균은 47.1 dB(A), 중간값은 47.7 dB(A)로 나타났으나(Table 3 및 Fig. 3c) 위치별 편차는 비교적 큰 것으로 나타났다. 특히 대부분의 공 기청정기에서 공기의 토출구가 위치한 상부와 정면에 서의 소음이 상대적으로 큰 값을 보였다(중간값 상부 49.8 dB(A), 정면 48.2 dB(A)). 또한 시험대상제품의 풍 량(CADR)에 따른 소음기준도 상이하여(45~60 dB(A)) 직접적 비교가 어려우므로 이에 대한 보정을 실시하였 다. 보정방법은 제품별 소음기준값에 따른 비율(%)로 서 원자료로부터 각 위치별 소음달성비율을 계산하는 방법으로 수행하였다. 전체 703개 제품 가운데 50.2% 인 353개 제품의 소음기준은 50 dB(A)였고, 45 dB(A) 기준을 따른 제품은 178개(25.3%), 55 dB(A)의 소음기 준 제품은 164개(23.3%)였으며 8개 제품(1.1%)은 60 dB(A)이었다. 제품 소음의 산술평균값을 기준에 대한 비율로 환산한 소음달성비율의 산포도는 Fig. 3d에 나 타난 바와 같다. 평균소음달성비율의 최소값은 64.4% 이며 최대값은 100%로서 인증제품의 상당수가 기준에 근접하는 소음도를 보이는 것으로 조사되었다. 전체 평 균은 94.3%에 중간값은 96.4%로서 소음기준을 만족시 키도록 제품을 제작하는 것이 인증에 있어서의 핵심요 소임을 알 수 있다. 위치별 소음달성비율의 최대값을 위치별로 보면 상부 112.2%, 정면 109.8%, 좌, 우 및 후면은 각각 108.0%, 104.2%, 108.0%로 나타나 상부 와 정면에서의 소음초과비율이 상대적으로 높음을 확 인할 수 있었다.

    3.3 가스상 물질별 탈취효율

    탈취효율의 산출에 있어서 암모니아, 아세트산, 아세 트알데히드를 개별 항목으로서 측정한 자료의 수는 306개 제품이며, 톨루엔과 폼알데히드를 포함하는 자 료의 수는 224개이다. 이 가운데 소형공기청정기 제품 의 경우에는 인증기준에 탈취를 제외하도록 하고 있어 측정된 자료는 직접적인 인증제품 분석에 이상값으로 서 나타나므로 이를 제외하였다. 그 결과 299개 제품 에 대한 암모니아, 아세트산, 아세트알데히드 제거효율 과 220개 제품에 대한 톨루엔, 폼알데히드 제거효율 자료를 추출하고 이를 분석하였다.

    개별 가스 성분의 탈취효율은 평균값 기준으로는 아 세트산(92.0%) > 폼알데히드(89.5%) > 암모니아(88.6%) > 톨루엔(88.5%) > 아세트알데히드(79.0%)의 순으로 높았으나 중간값 기준으로는 아세트산(96.0%) > 폼알 데히드(95.7%) > 톨루엔(92.8%) > 암모니아(90.2%) > 아세트알데히드(85.0%)의 순으로서 톨루엔과 암모니 아의 탈취효율은 유사한 것으로 나타났다(Fig. 4f). 평 균이나 중간값만으로는 제품별 개별 가스제거효율에 대한 경향을 파악하기 어려워 추가적으로 제품별로 각 가스의 평균탈취효율에 대한 % bias 값[(개별 가스제 거율 - 평균탈취효율) ÷ 평균탈취효율 × 100]을 계산 하고 이를 분석하였다. 즉, 3개 또는 5개 가스제거율 가운데 특정 가스 성분의 제거율이 특별히 높거나 낮 으면 인증기준은 만족할 수 있으나 바람직한 탈취효율 로 볼 수 없다는 관점에서 % bias 값을 산출하였다. 상 대적으로 % bias 값이 낮은 가스 성분에 대한 제거율 개선을 위한 노력이 필요하다고 볼 수 있을 것이다.

    % bias 값이 가장 낮은 성분은 아세트알데히드로서 -11.0%이었으며 Fig 4c를 보면 대부분의 인증제품이 평균탈취효율보다 낮은 제거율을 보임을 알 수 있다. 반면 아세트산의 % bias 값은 5.0%로 가장 양호한 제 거율을 보였고 그 다음으로는 폼알데히드가 3.0%로서 두번째로 양호한 것으로 나타났다. 암모니아(1.2%)와 톨루엔(1.9%)는 유사한 편차를 보였으나 Fig 4를 보면 톨루엔은 비교적 평균탈취율 주변으로 분포함을 알 수 있다. 한편, 인증기준인 70%의 평균탈취효율보다 우수 한 90% 이상의 값을 보이는 제품의 경우에도 톨루엔 과 아세트산을 제외하면 평균보다 낮은 가스 성분 제 거율을 의미하는 (-)의 % bias 값이 큰 경우가 다수 관 찰됨을 알 수 있다.

    Chen et al. (2005)은 서로 다른 종류의 15개 공기청 정기에 대한 16 종류의 휘발성유기화합물(VOC) 제거 율을 비교한 바 있다. 이 결과에 따르면 15개 공기청정 기 가운데 오존산화나 자외선 방식을 제외한 필터형 제품 7개만을 대상으로 할 경우 폼알데히드는 0.2%~ 4%, 아세트알데히드는 0%~2.8%, 톨루엔은 2.0%~ 32.0%의 제거율을 보여 가스 성분에 대한 제거율이 양 호하지 않음을 보고하였다. 특히 분자량이 작은 폼알데 히드와 아세트알데히드의 제거율이 매우 낮음을 알 수 있다. 한편, 국내에서 기계식 공기청정기를 대상으로 한 분석에서는 톨루엔과 아세트산의 제거효율이 80% 이상으로 가장 높았고 암모니아와 폼알데히드는 60% 이상으로 비교적 양호한 편이며 아세트알데히드는 0~100% 의 범위로 크게 달라 제거가 가장 어려운 것 으로 보고한 바 있다(Kim et al., 2006). 최근 공기청정 기 시장의 확대에 따른 필터 제품의 개선은 가스 성분 제거율의 향상을 보였으나 여전히 아세트알데히드, 톨 루엔 및 암모니아의 제거효율을 높이기 위한 노력이 요구된다. 대부분의 공기청정기에서는 3종류(프리필터- HEPA필터-탈취필터)의 필터가 장착되는데(Kim et al., 2019a) 기체상의 작은 물질은 HEPA필터만으로는 제거 되지 않으므로 탈취필터가 최종적으로 악취원인물질을 흡착의 원리에 의해 효과를 발휘하게 된다. 탈취필터에 는 주로 활성탄이 사용되며 흡착효율은 활성탄의 입자 크기와 장착량에 따른 비표면적에 의존하게 된다(Kim et al., 2006;Kim et al., 2008). 그러나 지나친 활성탄 사용과 미세한 입자의 사용은 압력손실에 따른 청정화 능력 감소로 이어짐에 따라 최적효율을 위한 필터선정 및 유로설계가 필요하다. 인증기준의 강화는 이러한 기 술적 노력을 촉진시킬 수 있을 것으로 보여짐에 따라 2020년 4월부터의 인증대상 제품에는 개별 기체별 하 한선(40% 이상) 기준이 추가되어 향후 인증자료의 분 석에서는 기준강화와 제품 성능개선의 관련성을 중점 적으로 파악할 필요성이 있는 것으로 판단된다. 또한 5 개 가스성분에 대한 산술평균이 탈취효율 전체를 왜곡 할 수 있으므로 이를 보완하기 위한 평가 및 인증기준 의 제시가 공기청정기의 경쟁력과 소비자 만족도를 높 이는 방안으로서 연구되어야 할 것으로 보인다.

    3.4 소음도에 대한 분석

    공기청정기의 소음에 대한 기준은 매우 민감한 문제 로 알려져 있다. 공기청정기의 성능을 결정하는 청정화 능력(CADR)은 풍량(air flow rate)이 증가함에 따라 향 상되며 적용면적 산출에도 직접적으로 영향을 미친다. 반면 풍량의 증가는 필연적으로 소음도의 증가로 이어 져 인증기준을 만족시킬 수 없는 원인으로 작용하기 때문이다. 이러한 이유로 공기청정기 제조사에서는 인 증에 있어서 소음기준의 완화를 요구하고 있으나 환경 정책기본법에 따른 환경기준에서도 낮 시간 50 dB(A), 밤 시간 40 dB(A)을 적용함에 따라(일반 “가”지역 기 준) 쾌적한 생활환경을 위한 최소한의 소음기준은 유 지되어야 할 것이다. 따라서 소음기준은 오히려 강화될 것으로 여겨지며 이에 따라 소음은 공기청정기 성능개 선을 위한 핵심적인 부분으로 지속적으로 작용될 것으 로 보인다. 실내 가전제품에 대한 소음기준 제정과 강 화 추세 또한 그 배경이다.

    공기청정기의 소음인증은 5개 위치(전방, 후방, 상부, 좌, 우)에서 측정된 소음의 산술평균값을 기준으로 하 고 있다. 그러나 공기가 토출되는 부위인 전면과 상단 에서의 상대적으로 높은 소음도가 체감소음도를 높여 사용자의 만족도 감소 원인이 되므로 이에 대한 지속 적인 관심과 개선노력이 필요하다. 위치별 소음도 측정 자료가 있는 311개 제품에 대하여 각 위치별 소음도 비율(소음도 ÷ 소음인증기준 × 100)을 계산한 결과, 평 균값은 상부가 92.1% (중간값 93.0%)로서 가장 높았 으며, 그 다음으로 전면부가 90.6% (중간값 93.4%)로 그 다음이었다. 후면부(평균 89.5%, 중간값 91.8%), 우 측(평균 87.9%, 중간값 90.6%), 좌측(평균 87.7%, 중 간값 90.6%)은 유사한 값을 보였다.

    Fig. 5에는 311개 제품에 대하여 5개 위치 중 최대 소음도만을 추출하여 제품의 소음도 평균값에 대한 비 율(최대소음도 ÷ 평균소음도 × 100; y 축)로 계산하여 인증기준(평균소음도 ÷ 인증기준 × 100; x 축)에 대하 여 표시하였다. 대부분의 제품이 인증기준값인 100% 주변에 밀집되어 분포하고 있으며, 이 경우 위치별 최 대 소음도는 12%까지 초과하는 것으로 나타났다. 인 증기준보다 낮은 평균소음도를 보이는 제품의 경우에 도 최대소음도는 평균소음도의 최대 23.4%에 달하였 다. 다만 이 경우에는 평균소음도가 37.6 dB(A), 최대 소음도는 46.4 dB(A)로서 소음도 수치상으로는 기준 이하였으나 위치별 소음도의 편차가 크다는 사실을 보 여주는 사례이다.

    제한된 조건으로 볼 수 있는 팬(fan)과 HEPA필터를 직접 제작(DIY)하여 시험한 한 결과에 따르면 상부에 서 하부로 공기가 토출되는 수직형 공기청정기가 미세 먼지 제거효율은 높으나 소음도가 큰 것으로 나타났다 (Lee, 2020). 이는 팬의 크기를 균일하게 하지 않은 한 계에도 불구하고 유로의 설계가 소음도 감소에 중요하 다는 점을 보여주는 결과이다.

    위치별 소음도 기준의 초과정도를 통계적으로 파악 하기 위하여 다음과 같은 자료분석을 실시하였다. 우선 5개 위치별 소음도 값의 소음기준에 대한 비율(%)을 산출하였으며, 전체 기준대비 소음비율(noise ratio to criteria)값을 정규분포 변환하였다(평균 89.57, 표준편 차 10.58, n = 1555). 변환된 값으로부터 측정위치별로 구분하여 확률밀도함수값을 산출한 후 Fig. 6과 같이 나타내었다.

    각 위치별 311개 소음도 자료값 가운데 상부 86 (27.7%), 정면 62 (19.9%), 후면 50 (16.1%), 우측 25 (8.0%), 좌측 18 (5.8%)의 순으로 기준대비 100% 이상 의 값이 확인되어 주된 소음도 초과의 원인 위치가 공 기청정기의 상부임을 알 수 있다. 또한 확률밀도함수로 부터는 소음도 100%에 달할 수 있는 확률은 2.32%이 며 105%는 1.30%, 110% 초과확률은 0.58%로 나타나 비교적 높은 확률로 소음기준이 초과되고 초과되는 비 율 또한 높음을 의미한다. 95%의 유의수준에서 나타 나는 소음도 기준 초과율은 107%로서 소음기준에 대 한 개선의 필요성을 강조하고 있다. 본 위치별 소음도 자료와 이후 추가될 자료의 정밀분석을 통하여 바람직 한 소음기준 개선안에 대한 제시가 요구된다.

    본 연구로부터 공기청정기의 인증 기준 강화가 제품 의 성능 향상을 가져왔음을 확인할 수 있었으나 탈취 효율의 경우에는 개별 시험대상 가스별로, 소음도의 경 우 위치별로 차이가 큼에 따라 해당 기준에 대한 개선 이 필요하며 기준 강화는 관련 기술개발의 촉진으로 이어질 것으로 기대된다.

    4. 결 론

    2003년부터 2019년까지 한국공기청정협회의 인증을 획득한 공기청정기 703개 제품의 시험결과 자료를 통 계적으로 분석하였다. 전체 61%의 적용면적은 15~30 m2에 해당하였고 중간값은 37.6m2였다. 상위 5 개 회사의 인증제품수는 325개로서 46.2%를 차지하였 다. 청정화능력(CADR)의 중간값은 4.8m3/min이었으 나 2018년 이후에는 이보다 높은 제품의 비중이 62.5~ 66.3%로 증가하였다. 탈취효율은 중간값 86.0%로 기 준인 70%보다 높았으나 5개 대상 물질별로는 큰 차이 를 나타내었다. 중간값과 제거율 평균에 대한 비율을 기준으로 볼 때 아세트산 > 폼알데히드 > 톨루엔 > 암 모니아 > 아세트알데히드의 순으로 제거효율이 높았으 며, 제품별 심한 편차를 보였다. 소음의 5개 지점 산술 평균값은 중간값 47.7 dB(A)이었으나 대부분의 공기청 정기에서 공기가 배출되는 위치인 상부와 정면에서는 49.8 dB(A) 및 48.2 dB(A)로 상대적으로 높았다. 제품 종류에 따라 다른 소음기준의 달성비율 중간값은 96.4%로서 대부분이 기준한도에 근접하여 분포되었다. 소음도 기준의 100%에 해당하는 확률은 2.32%로서 인증제품에서도 위치별 소음도 초과 가능성은 높은 상 태였다.

    감사의 글

    본 연구는 대진대학교의 연구년 지원에 의하여 수행 되었음.

    Figure

    JOIE-19-2-201_F1.gif

    Number of CA certified products by year (a) and area coverable (b).

    JOIE-19-2-201_F2.gif

    Companies and product numbers of CA certification during 2002~2019.

    JOIE-19-2-201_F3.gif

    Scatter diagrams of CADR (a), odor removal ratio (b), noise level (c), and noise ratio to certification criteria (d) by certified year.

    JOIE-19-2-201_F4.gif

    Distribution of each gas removal ratio biased to average odor removal ratio. (a) ammonia biased %, (b) acetate biased %, (c) acetaldehyde biased %, (d) toluene biased %, (e) formaldehyde biased %, and (f) statistical values. (Xaxis in each plot is average odor removal ratios (%) and y-axis is % bias.)

    JOIE-19-2-201_F5.gif

    Distribution of excess maximum noise level ratio to average noise level (y-axis) over average noise level ratio to noise criteria (x-axis) for each product.

    JOIE-19-2-201_F6.gif

    Probability mass function of standardized noise ratio with each position. Dotted lines are zero probability values for the positions.

    Table

    History of important changes in certification criteria

    Classification of tested air-purifier types and catagories (n = 703)

    Basic statistical values for the variables of air-purifier certification test during 2003~2019

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