스마트빌딩 및 스마트시티를 구현하는 친환경 글로벌 리더 존슨콘트롤즈는 코로나바이러스감염증-19(이하 코로나19) 팬데믹에 대한 대응방안으로 기존에 사용하던 천장공조시스템(혼합공기 분배시스템)을 대신해 사무실·학교 등 실내 환경에서 유해입자 전파를 최소화할 수 있는 가압식 바닥공조시스템을 적용하는 방안을 제시하고 있다.
환기 중요성 부각
미국냉난방공조학회(ASHRAE)에서 최근 감염성 병원균에 대한 입장으로 ‘감염입자의 확산 경로를 방지하는 것이 가장 중요하며 공기의 흐름과 환기가 안정적으로 이뤄지도록 보장하는 것이 감염입자 확산 위험을 줄일 수 있는 최선의 방법’이라고 밝힌 바 있다.
실내 차압, 공기청정시스템, 온도 및 습도제어 등 주요 감염관리전략은 확실한 공기 흐름을 갖춘 환기를 보장해 감염 발생 근원지 주변의 실내공기가 희석되도록 함으로써 감염원을 제거하는 데 크게 도움이 된다. 이에 따라 ASHRAE는 ‘모든 시설에서 감염입자 전파를 방지하기 위한 시스템 구축을 고려해야 한다’고 명시했다.(ASHRAE Position Document on Infectious Aerosols, 2020).
최근 미국미생물학회에서 코로나19 이후 발표한 연구내용은 ‘공기 중 병원균의 전염을 줄이기 위해 실내 공기질(IAQ)’에 대한 논의였다. 이전에 유행했던 사스(SARS) 바이러스 연구 결과, 바이러스 입자크기는 약 0.004μm~1.0μm 사이로, 바이러스가 타액을 통해 전염됨을 확인했으며 2차 전염은 공기 중에 이동하는 미립자에 의한 호흡으로 전염됨을 확인했다. 이번 신종 코로나 바이러스 대부분의 바이러스 크기는 0.25μm~0.5μm 사이인 것으로 관찰됐다.
스테파니 테일러(Stephanie Taylor) 박사의 연구에 의하면 ‘정지된 공기에서 입자 크기에 따른 침전시간’에 대해 연구한 내용이 있다.(Tech Hour: Occupant Health, Building Energy Performance and Humidity, 2019) 연구에 따르면 10~100㎛의 큰 입자는 몇 초만에 바닥으로 침전된다.
여기서 중요한 문제는 상대습도가 40~60%가 아닐 경우 큰 입자는 몇 초안에 건조되고 1㎛ 이하로 작아져 실내에 오랜 시간 머무르게 된다는 것이다. 이렇게 바이러스 입자가 오랜 시간 실내에 머무르면 실내 재실자가 호흡할 때 입자를 흡입하게 돼 바이러스에 감염된다.
휴고 리(Yuguo Li) 홍콩대학교 교수는 사람들이 방문하고 일하는 곳에서 충분한 환기가 중요하고 천장을 향해 공기를 강제로 배출하고 신선한 공기를 실내로 가져 오는 등의 적절한 환기는 공간의 바이러스 양을 희석해 감염 위험을 낮춰준다고 말한다.(Article “How Exactly Do You Catch Covid-19 There Is A Growing Consensus.” The Wall Street Journal, June 16th, 2020)
가압식 바닥공조, 실내공기질 향상
존슨콘트롤즈의 가압식 바닥공조솔루션을 적용하면 이러한 문제를 해결할 수 있다. 가압식 바닥공조시스템으로 실내의 온도 성층화를 이뤄 실제 거주구역과 호흡구역에 떠다니던 작은 입자들이 기류에 의해 따뜻한 공기와 함께 상부 천장으로 밀려나게 되고 천장에서 리턴돼 바이러스 입자가 제거돼 쾌적한 실내공간을 구현할 수 있다. 이는 기존에 적용된 천장공조시스템과 다른 시스템으로, 코로나19로 중요성이 가중된 실내 공기질을 향상시키는 새로운 솔루션이다.
바닥공조시스템과 기존 천장공조시스템의 큰 차이점은 기류의 분포와 환기에 있다. 기존 천장공조시스템은 낮은 취출온도(14℃)와 높은 풍속(1.5m/s)으로 천장 취출구에서 공급돼 실내 거주공간에 난류가 형성된다. 또한 실내의 오염된 공기가 혼합돼 실내공간 전체에 오염물질이 고르게 퍼지는 상태가 되며 혼합된 공기에는 오염물질 및 큰 입자 및 미립자가 포함돼 있다. 결국 실내 공간에 거주하는 재실자는 감염입자를 쉽게 흡입할 가능성이 높으며 재실자 사이에 쉽게 전달되는 안전하지 못한 공조방식이다.
이에 반해 존슨콘트롤즈의 가압식 바닥공조시스템을 적용하면 천장공조시스템보다 높은 취출온도(18℃)와 낮은 풍속(0.25m/s)으로 바닥 취출구에서 공급된다. 이렇게 공기가 실내로 유입되면 바닥으로부터 2m 높이의 거주구역까지만 공조가 이뤄지며 2m 이상 높이의 비거주구역과 온도 성층화를 이뤄 하부 공기는 쾌적한 상태를 유지하고 상부의 오염된 공기는 리턴돼 환기가 이뤄진다.
이로써 실내 재실자의 호흡으로 뿜어진 오염된 입자들은 서서히 상부로 올라가 환기되며 거주구역은 신선한 공기만 유지돼 쾌적한 실내공간을 유지할 수 있다.
존슨콘트롤즈에서 제안하는 가압방식의 바닥공조시스템은 천장공조시스템이나 시스템에어컨이 설치된 곳과 다르게 실내의 오염된 공기가 재순환되지 않고 오염된 공기를 상부로 유도시켜 밀어내 천장의 리턴을 통해 공조기에서 처리하기 때문에 실내 공기질 향상에 매우 효과적이다.
또한 실내부하에 따라 송풍량을 조절하는 가변풍량(VAV)방식으로 실내 재실자의 요구에 맞게 취출구의 Open과 Close 시간을 제어해 실내 설정온도를 유지할 수 있으며 22dB의 낮은 소음과 인테리어 변경 시 취출구 이동이 용이하고 유지보수가 편리하다.
가압식 바닥공조시스템은 천장공조시스템대비 높은 급기온도(18℃)로 외기냉방 사용기간이 길어져 냉방부하가 절감돼 에너지절감에 도움이 되며 외기사용으로 상대적으로 더 쾌적한 실내환경을 충족시킬 수 있다.
천장공조대비 20% 이상 더 우수한 환기효과를 제공하며 바이러스 감염입자 희석을 개선할 수 있다. 바닥에서 천장으로 공기 흐름으로 인해 천장공조대비 훨씬 적은 실내의 혼합으로 거주자의 호흡영역에서 유해한 입자를 제거해 바이러스 감염 입자의 전달 경로를 크게 완화시킬 수 있는 시스템으로 평가받고 있다.
존슨콘트롤즈코리아의 관계자는 “코로나19 팬데믹으로 실내 공기질이 더욱 중요시되고 있는 시점에서 거주자에게 쾌적한 공조환경을 제공하기 위해서는 가압식 바닥공조시스템을 적용하는 것이 더 효율적”이라며 “국내 건설시장에 바닥공조시스템에 대한 이해가 아직은 부족해 적용이 어려운 상황이며 바닥공조시스템을 검토하고 적용하는 사례가 많이 일어나기를 기대한다”고 밝혔다.
이 관계자는 이어 “업계 전문가들에게는 더욱 안전하고 효율적이며 경제적인 시스템을 개발하고 적용시켜 더 나은 실내 공간을 구현할 수 있도록 노력하고 있다”라며 “재실자가 실내 환경에서 받는 스트레스를 줄이고 업무 효율성을 향상할 수 있도록 지원할 것을 독려하고 싶다”고 강조했다.
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