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[특별기고] 포스트코로나 시대, 바이러스 감염완화 공조설비

시스템별 바이러스 감염 완화 방안 제시

질병청 자료에 따르면 코로나19(COVID19)의 국내 발생현황은 2021년 5월24일 기준 누적확진자가 13만6,500여명, 사망자 수는 1,900여명에 이르고 국외발생의 경우 누적확진자는 1억6,621만명, 사망자 수는 344만7,000여명에 이르고 있다. 

이러한 코로나19 피해는 중국, 홍콩 등 11개 나라에서 774명이 숨진 2003년 사스(SARS: 중증급성호흡기증후군), 2012년 이후 사우디아라비아, 한국 등 27개 나라에서 866명이 사망한 메르스(MERS: 중동호흡기증후군) 그리고 1918년 5000만명이 목숨을 잃은 스페인독감 이후 최대의 인명피해와 경제적 충격을 주고 있다. 

이에 따라 정부는 수도권 2단계, 비수도권 1.5단계인 현행 사회적 거리두기 조치를 지난 2월15일부터 시행한 후 6월13일까지 3주 더 연장키로 결정했다. 5인 이상 사적모임을 금지하고 식당, 카페, 노래연습장, 실내 체육시설 등은 오후 10시까지, 유흥주점, 단란주점, 감성주점, 콜라텍, 헌팅포차, 홀덤펍 등 유흥시설 6종에 대해 집합금지 조치가 내려졌다. 

또한 법원 통계월보에 따르면 매년 1~4월 누적기준 개인파산 신청건수는 코로나19 사태 발생 전인 2018년 1만3,907건, 2019년 1만5,124건에서 2020년 1만5,187건, 2021년 1만6,956건으로 나타나 자영업자와 중·소 상공인들의 폐업에 따라 일자리를 잃은 결과로 전문가들은 분석하고 있다.

코로나19 전파경로 ‘비말’
질병청의 2021년 3월2일 기준 코로나19 현황발표에 따르면 코로나19 전파경로는 감염자의 호흡기 침방울(비말)에 의해 사람 간에 전파된다. 대부분의 감염은 감염자가 기침, 재채기, 말하기, 노래 등을 통해 발생한 호흡기 침방울을 다른 사람이 밀접접촉(주로 2m 이내)해 발생한다. 

비말 외에는 감염된 사람과의 악수 등 직접 접촉 또는 매개체(오염된 물품이나 표면)를 만진 손으로 눈, 코, 입 등의 만짐에 따른 바이러스 전파의 표면접촉, 공기전파다. 이 경우 밀폐된 공간에서의 장시간 호흡기 비말을 만드는 환경, 즉 환기가 부적절한 노래방, 커피숍, 주점, 실내 운동시설 등에서 감염자와 같이 있거나 감염자가 떠난 즉시 그 밀폐공간을 방문한 경우다.

공조란 어떤 공간의 공기상태를 사용목적에 맞게끔 공조장치를 사용해 공기상태, 즉 온·습도 및 공기청정도를 바꾸는 작용이다. 

공조장치에는 기계실의 냉동기와 함께 공조기 사용의 중앙식과 천정형 시스템에어컨이나 스탠드형 또는 벽걸이형 냉방기 또는 히트펌프형 냉난방기 사용의 국부식이 있다. 중앙식이 덕트 연결의 디퓨져를 통한 공기토출 및 환기로 냉난방과 환기, 공기청정을 하는데 반해 국부식은 실내기로부터의 직접 공기토출 및 환기의 공기순환으로 냉난방 및 공기청정을 하는 차이가 있지만 모두 공기순환에 의한 실내 균일 온도분포를 지향하고 있다. 

PAO 가스오염 시험 및 바이러스 검출 확인
특수밀폐 3등급(BL3) 연구시설의 공조시스템 즉 건물용 공조의 경우 공조기를 통한 실내공기 환기(return air)와 외기(outdoor air)의 혼합공기를 필터 및 냉난방 열교환기를 거쳐 공조 또는 환기(ventilation)를 한다. 이에 반해 전외기 방식은 공조용 공조기와 배기용 공조기가 각각 따로 있고 100% 외기로 실내를 공조하고 배기는 2단 헤파필터를 통해 실외 그것도 가능한 높은 곳으로 토출해 바이러스 감염 가능성을 없앤다. 이는 BLS-3 연구시설 내 인체 유해한 생물체로 인한 위험에서 연구원 안전을 지키기 위함이다.

본 고에서는 건물용 공조시스템에 BL3용 공조시스템을 접목시켜 환기 및 공조가 원활해 실내 바이러스 감염을 완화시킬 수 있는지 여부를 PAO 가스오염 시험 및 바이러스 검출 확인인 BI시험을 통해 검토했다. 

또한 기존의 천정덕트 및 디퓨져에 의한 공기토출 공조시스템이 실내공기 균일 온도분포를 위한 공기순환 중심의 공기 급기 및 환기덕트에 의한다면 바닥 공조시스템에 의한 기류방향에 의한 바이러스 감염 완화여부를 시뮬레이션 결과를 토대로 검토했다.

[2중 헤파필터 설치조건에서 PAO 시험에 의한 오염도 평가] 환기회수 및 급기 PAO 가스농도에 따른 PAO 가스농도는 1단 헤파필터 후단에서 검출되지 않거나 PAO 가스누설률이 각각 0.0003%, 0.0012%, 0.001% 수준으로 헤파필터 누설률 규격인 0.03% 범주 내의 결과를 보였다. 2단 헤파필터의 경우 PAO 가스농도 누설이 없는 것으로 나타났다. 

[미생물을 이용한 교차오염 평가] BI시험에 의한 군체(colony) 확인결과는 blank 필터와 48시간 경과 챔버 경우를 제외하고는 군체가 관찰되지 않았다. 시험결과에 의하면 시험 검증장치의 1, 2차측 헤파필터를 통한 지오바실러스(Geobacillus)균의 오염은 없는 것으로 판단된다.

[공기 취출구 및 흡입구 위치에 따른 수치해석] Case 1의 경우 국부적으로 높은 바이러스 농도특성은 보이지 않지만 실험실을 제외한 나머지 공간에서 바이러스 분포영역이 높게 나타나고 있다. 반면 Case 2, 3의 경우 와류특성이 크게 나타나 바이러스 입자의 농도가 국부적으로 높게 측정, 바이러스 환기패턴 결과에 따른 개선이 필요한 것으로 보인다. 





개선방안 
기존의 중앙 공조시스템에 대한 2중 헤파필터 설치조건에서 PAO시험에 의한 오염도평가 및 미생물을 이용한 교차오염 평가와 공기 취출구 및 흡입구 위치에 따른 기류, 바이러스 농도 수치해석 결과로 실내 바이러스 감염 완화를 위해 다음과 같은 개선방안을 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

1) 냉난방기의 경우 기존의 중앙 공조시스템에서 공조기 내 미디엄 필터를 헤파필터로 대체 설치함으로써 환기는 물론 실내공기 재순환에 의한 바이러스 감염을 완화시킬 수 있다. 

2) 중앙식 공조시스템에서 실내공기 균일분포를 위한 기존의 천정형 덕트 및 디퓨져 설치 대신에 상·하류 기류방향을 고려한 바닥 공조시스템의 공기토출구 및 흡입구의 설치위치를 검토함으로써 바이러스 감염을 완화시킬 수 있다.

3) 1, 2)의 결과를 고려하면 기존의 스탠드형이나 벽걸이형 공조기의 경우 기류방향이 상·하향식이 되도록 장치를 변경하거나 전열 또는 현열교환기 사용과 함께 기류방향이 상·하류식이 되도록 함으로써 바이러스 감염을 완화시킬 수 있다. 

4) 공조기가 없는 밀폐 공간의 경우 기류방향이 한 방향이 되도록 배풍기를 사용하거나 현열또는 전열 교환기를 사용함으로써 바이러스 감염을 완화시킬 수 있다.
<김영득 인덕대 교수>