[특별기고] 송두삼 대한설비공학회 부회장(성균관대 교수)

2020-08-23

다중이용시설, 환기로 ‘코로나19 안심존’ 만들어야
전열교환기 적용해야…당장은 창문개방 필요

코로나19 일일 신규 확진자가 지난 8월13일 103명으로 세 자리수를 기록한 이래 7일 연속 세 자리수를 기록하고 있다. 특히 교회, 카페, 식당, 시장, 학교 등 우리 국민들의 일상생활과 가장 관련이 있는 다중이용시설을 중심으로 집단감염이 동시다발적으로 발생하면서 코로나19 감염은 지역사회로 무섭게 확산되고 있다. 

정부는 8월16일을 기해 코로나19의 전파 방지를 위해 서울·경기지역에 대해 사회적 거리두기 2단계를 적용했다. 유흥시설과 같은 고위험시설뿐만 아니라 감염위험도가 높은 다중이용시설에 대해서도 마스크 착용 등 핵심 방역수칙 준수를 의무화했다.

특히 유명 커피전문점에서 코로나19 확진자가 다수 발생하면서 우리의 일상생활과 밀접한 관련이 있는 카페가 집단감염 뇌관으로 떠오르고 있다. 중앙방역대책본부는 8월17일 기준 48명의 집단감염자를 발생시킨 파수 소재 카페 감염에 대해 “마스크 착용이 안 된 상황이고 에어컨 가동 등으로 환기가 적절하게 되지 않았다”라며 “에어로졸로 인한 공기전파가 아니더라도 밀폐공간인 탓에 비말전파 가능성도 있다”고 보고했다.


커피전문점은 대표적인 3밀 공간이다. 마스크착용 등 개인 방역수칙 준수가 미비할 경우 언제든 집단감염이 발생할 가능성이 크다. KB금융이 지난해 발간한 커피전문점 국내 현황보고서를 보면 2019년 7월 기준 약 7만1,000개의 커피전문점이 영업 중이며 이중 약 41.2%가 서울과 경기지역에 집중돼있다. 국제적 과학전문 학술지 네이처(Nature)에 지난 4월 게재된 내용에 따르면 3밀이 중첩된 공간에서는 그렇지 않은 공간에 비해 감염률이 18.7배 증가한다.

종교시설, 커피전문점뿐만 아니라 음식점, 학원 등은 코로나19에서 확산상황에서 집단감염을 유발할 수 있는 위험성이 항상 내재된 우리의 일상 생활공간이다. 그러나 우리가 일상적으로 빈번하게 이용하는 시설임에도 불구하고 감염병에 대해 대처할 만한 이렇다 할 장치는 구비돼있지 않다. 게다가 관리할 수 있는 법적인 기준 또한 모호하다.

이번 기고에서 최근 WHO(세계보건기구)에서도 조심스럽게 인정하고 있는 코로나19의 공기감염 가능성, 감염방지를 위한 환기의 필요성 및 관련기준, 창문개방이 자연환기 성능 및 냉방에너지 소비량에 미치는 영향, 다중이용시설의 환기시스템 설치에 대한 제언 등에 대해 논하고자 한다.      

공기감염의 가능성
코로나19 전파경로는 비말감염, 공기감염, 접촉감염의 3가지 경로로 전파된다고 알려져 있다. 감염을 유발하는 바이러스는 크기에 따라 입자의 지름이 5~10μm보다 크면 비말, 5μm보다 작으면 비말핵 혹은 에어로졸로 정의한다.

가장 직접적이면서 전파가 많이 이뤄지는 것은 비말감염으로 비말을 직접적으로 흡입하거나 비말이 묻은 문고리나 엘리베이터 버튼 등 접촉매개물을 거쳐 간접적으로 일어날 수 있다. 비말은 멀리 날아가지 않고 침강하기 때문에 거리가 떨어져 있으면 직접적인 비말감염의 위험을 저감할 수 있다.

비말은 수분이 증발하면 크기가 5㎛ 이하인 비말핵, 에어로졸이 된다. 이 비말핵이나 에어로졸은 미세먼지와 같이 일정시간 공기 중에 떠돌게 된다.

미국 MIT 연구진은 바이러스를 함유한 에어로졸이 7~8m가량 이동할 수 있다는 분석을 내놓으며 보건당국이 권장하는 2m 거리두기 기준을 더 강화해야 한다는 의견을 밝히기도 했다(JAMA Insights, 2020).

또한 최근 중국 군사의학과학원 연구진은 병원 중환자실의 공기 표본을 채취해 검사한 결과 바이러스가 환자로부터 최대 4m까지 전파된다는 연구결과를 발표했다(Emerging Infectious Disease, 2020).

미국 네브래스카 대학 오마하 캠퍼스의 의료센터의 보고에 의하면 화장실, 공기 중의 샘플에서도 코로나19 바이러스가 발견됐다. 이에 따라 비말감염, 직접 접촉감염 이외의 간접 접촉감염, 공기감염에도 조심해야 한다고 주장하고 있다.

싱가포르 병원 감염 격리병실의 측정에서는 실내공기 샘플의 코로나19 바이러스의 활성은 확인되지 않았으나 배기구 표면에서 채취한 샘플에서는 활성이 발견됐다(JAMA Research Letter, March 4, 2020). 감염병실의 환기회수는 시간당 12회이기 때문에 설령 코로나 바이러스가 공기 중에 존재한다고 해도 환기에 의해 희석돼 샘플링 한계 이하로 존재했을 것으로 추측하고 있다.

총 705명의 코로나19 감염자, 6명의 사망자를 기록한 크루즈 다이아몬도 프린세스호에 대한 일본 국립감염증연구소의 보고서에 의하면 크루즈의 여러 표면과 공기중의 코로나19의 조사 결과에서 공기 감염을 시사하는 직접적인 증거는 없었지만 복도 천장 배기구에서 코로나19 RNA가 검출됐으며 특수한 환경에서 바이러스가 먼 곳까지 부유할 수 있는 가능성에 대해 한층 더 검토가 필요하다고 서술하고 있다.

지난 1월 중국 광저우 음식점에서 감염된 사례는 에어컨 기류에 의한 코로나19 감염의 가능성을 보여주고 있다.

지난 1월24일 광저우에서 점심시간에 A·B·C 세 가족이 각각 테이블에 둘러앉아 식사했다. 이들 중 가운데 테이블의 A가족은 1월23일 코로나19 발원지인 중국 우한에서 돌아온 상황이었다. 5층짜리 음식점은 창문이 없었고 층마다 별도의 에어컨이 설치돼 있었다.



세 가족이 식사한 음식점 3층 에어컨 바로 앞에는 C가족이, 그 다음에는 A가족이 앉았고 B 가족이 에어컨에서 가장 멀리 떨어져 있었다. A가족과 B가족은 53분 동안, A가족과 C가족은 73분 동안 함께 있었다.

A가족 중 한사람이 기침을 해 코로나19 바이러스가 공기 중에 배출됐고 이것이 에어컨 기류를 통해 전파돼 기류 경로상 앉아 있었던 A·B·C 세 가족 10명이 모두 감염된 사례로 밀폐된 공간에서 에어컨 기류에 의한 코로나19의 전파 가능성을 보여주는 사례가 됐다(Emerging Infectious Disease, 2020).
 
결과적으로 다양한 원인에 의해서 실내에서 비말감염뿐만 아니라 에어로졸, 비말핵에 의한 공기감염은 충분히 발생할 수 있다는 사실을 알 수 있다.

WHO는 그간 공기감염은 발생하지 않는다고 공식적으로 부정해왔다. 그러나 최근 32개국 과학자 239명이 WHO에 코로나19의 공기전파 가능성을 제기하며 예방수칙(권고사항) 개선을 촉구하는 공개서한을 보냈다.

사람들이 대화하거나 숨을 내쉰 후 몇 시간 동안 떠다니는 작은 입자를 통해 바이러스가 공기 중에서 확산될 수 있는 강력한 근거가 있다는 주장이다. 이에 따라 지난 7월7일 WHO의 베네데타 알레그란치(Benedetta Allegranzi) 박사는 브리핑을 통해 “밀집된 장소, 환기가 안 되는 곳에서 코로나19 바이러스의 공기중 전파 가능성을 제시한 새로운 근거를 배제할 수 없다”고 밝혔다.

그간의 공기감염은 발생하지 않는다는 주장을 번복한 것이다. 국내에서도 공기감염은 이뤄지지 않는다는 것이 관련기관의 공식적인 입장이다. 그러나 최근에 국내에서 발생한 일련의 카페 감염사례에서 공기감염의 가능성을 간접적으로 인정하고 있다.

코로나19 감염방지, 환기가 필요하다
전 세계 전문가들은 하나 같이 충분한 환기가 공기감염을 최소화할 수 있는 유일한 방법이라고 입을 모으고 있다.

충분한 환기를 통해 바이러스 감염확산을 방지한 사례가 있다. 2004년 베트남에서 사스(SARS)가 발생해 감염병 환자를 수용한 박마이(Bach Mai)병원이 그 예다(Emerging Infectious Disease, 2004.2).

박마이병원은 1,400병상의 종합병원이었지만 감염병 환자를 수용할 음압병동이 없었다. 박마이병원은 WHO의 조언을 받아 병원 내 별동에 사스환자를 격리 수용했다. 이상적인 감염 방호체제를 취할 수 없는 상태에서 26명의 사스환자를 진료해야 하는 상황이었지만 의료진에 대한 감염은 전혀 발생하지 않고 감염을 종식시킬 수 있었다.

감염방지에 큰 효과가 있었던 것이 창문개방이었다. 박마이병원에서는 감염환자 입원병실의 중정측 창문을 개방하고 선풍기를 사용해 환기했다. 물론 이것뿐만 아니라 다양한 대책을 취한 결과이지만 바이러스 감염 방지대책으로 환기의 효과를 나타내는 사례라고 볼 수 있다.

국내의 경우 ‘국가지정 입원치료병상 운영과 관리지침(질병관리본부)’의 제3장 입원치료(격리)병상 시설기준에서 격리병실은 전용 급·배기시스템을 갖춰야 하고 급기는 전외기 방식으로 해야 한다. 환기횟수는 1시간에 최소 6회 이상이어야 하며 12회 이상을 권장한다. 병실과 전실에서 배출된 공기는 헤파필터 혹은 동급 이상의 필터로 여과하더라도 다른 공간으로 재순환해 사용하지 않게 하고 있다. 즉 충분한 환기 및 필터링을 통해 격리병실에서의 감염확산을 방지한다. 

국내 다중이용시설의 환기기준
최근 지역사회 감염을 유발하는 주요시설로 거론되고 있는 다중이용시설의 경우 여전히 밀폐·밀집·밀접한 3밀 상황이며 환기장치가 제대로 구비되지 않은 상황이다. 다중이용시설의 환기설비 설치대상에 대해 규정하고 있는 ‘건축물의 설비기준 등에 관한 규칙’ 제11조 제5항의 내용을 보면, 학원의 경우는 연면적 1,000㎡ 이상인 경우로 한정하고 있다.

이것도 신축이나 건물용도변경의 경우에만 해당하며 대부분 오피스건물이나 근생건물의 일부 공간에 있는 학원이나 카페, 음식점 등에 대해서는 국내의 경우 환기설비 설치에 대한 기준이 마련되어 있지 않다. 건축물의 설비기준 등에 관한 규칙에서 환기설비 설치대상이 되는 다중이용시설의 기계환기설비 용량기준, 즉 필요환기량은 시설이용 인원당 25∼36㎥/h로 규정하고 있다.

그러나 국내의 경우 다양한 다중이용시설의 1인당 점유면적에 대해 정확히 규정하고 있지 않다. 국내기준으로는 1976년 제정 후 1994년 개정된 정부청사 조성지침으로 1인당 최소면적 7㎡가 현재까지 사용되고 있으며 다른 시설에 대해서는 최소면적 기준이 마련되어 있지 않다.

이에 따라 ‘다중이용시설에 대해 코로나19 감염방지를 위한 최소 필요환기량으로 어느 정도로 해야 하는가’라는 문제에 대해서도 명확한 근거가 마련되어 있지 않은 실정이다. 이에 대해 전문가들은 코로나19 감염예방을 위해서는 환기회수의 개념으로 최소 3∼4회/h, 감염병동 기준을 적용해 6회/h 정도가 돼야 한다고 주장하고 있다. 여기서 환기회수(회/h)란 환기가 필요한 공간의 체적당 유입되는 신선외기도입량을 의미한다. 

구분

필요 환기량(/인ㆍh)

. 지하시설

1) 지하역사

25 이상

2) 지하도상가

(매장·상점 기준)

36 이상

. 문화 및 집회시설

29 이상

. 판매시설

29 이상

. 운수시설

29 이상

. 의료시설

36 이상

. 교육연구시설

36 이상

. 노유자시설

36 이상

. 업무시설

29 이상

. 자동차 관련 시설

27 이상

. 장례식장

36 이상

. 그 밖의 시설

25 이상

▲건축물의 설비기준에 관한 규칙 제11조 제5항-기계환기설비를 설치해야 하는 다중이용시설의 필요환기량.

창문개방시 자연환기량·에어컨 소비전력량
정부는 지난 5월7일 ‘학교 방역 및 출결 가이드라인’에서 ‘학교건물은 일과시간에는 모든 창문을 상시 개방해 최대한 환기가 이뤄지도록 해야 한다’, ‘무더위로 에어컨을 가동하는 상황에서는 창문을 1/3 개방한 채 에어컨 사용을 권장한다’고 발표했다.

또한 5월27일 발표된 ‘생활 속 거리 두기 세부지침(2판)’에서는 ‘자연환기가 가능한 경우 창문을 상시 열어두고 에어컨 사용 등으로 상시적으로 창문을 열어두기 어려운 경우 매일 2회 이상 주기적으로 환기하기’라고 하는 다소 모호한 가이드라인을 발표했다.

이에 따라 성균관대 건축환경설비연구실(지도교수 송두삼)에서는 수원소재 초등학교에 대해 창문 개방에 따른 교실 환기성능에 대한 실험을 실시했다. 측정 당시 외기온도는 26∼32℃였으며 평균 외부풍속은 1.0m/s였다. 자연환기시 교실 내 실내 기류도 모두 0.5m/s 이하이고 재실자가 풍속을 느끼지 못하는 상태였다. 환기 시에 실내 기류가 강하게 되면 기류에 의한 바이스러스 전파가 우려되기 때문에 신선외기가 실내에 확산되도록 낮은 풍속으로 유지되어야 한다. 

 

창문 개폐 상황

환기회수(h-1), 실내기류(m/s)

Case 1

0% (닫힌 조건)

0.30

Case 2

30%, 100% 개방

10.90/0.13

(30% 개방)

31.07/0.25

(100% 개방)

Case 3

15%, 30% 개방

6.40/0.08

(15% 개방)

10.91/0.11

(30% 개방)

▲교실 창문 개방에 따른 환기회수(회/h).

이번 실험결과에서 실험대상 학교는 2013년 준공된 건물로 기밀성능이 우수해 창이 모두 닫힌 조건에서 기밀성능은 0.3회/h였다. 

실험결과 대상 교실창을 100% 개방하는 조건에서는 환기회수가 약 31회/h였으며 창을 창면적의 30% 개방하는 경우에는 약 10회/h, 창을 15% 개방하는 경우에는 약 6회/h의 환기회수를 나타냈다. 즉 자연환기 조건에서 교실창면적의 15%를 개방해도 국내·외에서 코로나19 감염방지를 위해 권장하는 환기회수인 6회/h 이상 확보 가능하다는 결과가 나타났다.

정부는 에어컨 가동상황에서 창문개방에 따른 자연환기로 인해 냉방 소비전력의 증가를 우려해 에어컨 사용 등으로 상시적으로 창문을 열어두기 어려운 경우 매일 2회 이상 주기적으로 환기하라는 가이드라인을 발표했다.

이 문제에 관해 성균관대 건축환경설비연구실에서는 인근 초등학교에서 실시했던 창문개방 교실환기 실험과 동일한 실험을 성균관대 소재 업무공간에서 실시했다. 실험조건은 창문을 모두 닫은 경우의 기밀성능(환기회수)은 0.8회/h였으며 30% 개방시 약 14회/h, 15% 개방시 약 7회/h의 환기회수를 나타냈다.

실험결과 에어컨을 가동하는 상황에서 창문을 모두 닫은 경우와 비교해 창문을 15% 개방하는 경우에는 시간당 냉방에너지 소비량이 약 8.8% 증가했으며 30% 개방하는 경우에는 약 15.5% 증가하는 결과를 보였다. 예상했던 것보다 냉방에너지 소비량이 크게 증가하지 않았다.

이것은 여름철 실내외 온도차가 크지 않기 때문이며 겨울철과 같이 온도차이가 큰 경우에는 더 증가할 수 있다. 그러나 결과적으로 창으로 15% 정도 개방한 상태에서 환기회수를 약 6회/h 정도 확보해 감염위험을 낮추고 대신 8.8% 정도의 냉방에너지 소비량 증가를 감당해야 한다면 사업주 입장에서도 실행할 만한 결과라는 판단이다.



다중이용시설 환기장치의 설치에 대한 제언
3밀의 다중이용시설에 대해 자연환기를 통해 환기를 권장하는 것도 봄, 가을, 여름철에 한정될 수밖에 없다. 이것마저도 외부 미세먼지 농도가 낮은 상황에서나 가능할 수 있다.

전문가들은 코로나19의 감염률이 겨울철이 되면 더 증가할 것으로 예상하고 있다. 이러한 겨울철 상황에서도 코로나19 감염방지를 위해서는 다중이용시설에 대한 환기는 필수적이지만 창문을 열고 자연환기를 실시한다면 엄청난 난방비용을 증가를 감당해야 한다. 그런 의미에서 결국 전열교환환기를 설치해야한다는 결론에 도달한다.

설비공학 논문집 8월호에 발표된 홍희기 경희대 교수 연구실의 연구결과를 보면 겨울철 다중이용시설에 대해 환기시스템을 별도의 열교환없이 일정풍량(30CMH/인)으로 운전하는 경우 난방에너지 소비량은 환기없이 난방하는 경우 대비 약 16배 증가한다고 보고하고 있다. 이 조건에 대해 전열교환을 실시하는 경우에는 약 2배 정도의 난방에너지 증가조건에서 환기를 실시할 수 있다고 보고하고 있다.

그러나 현재 국내의 다중이용시설의 환기설비 설치기준으로는 3밀에 해당하는 시설들에 대한 환기설비 설치를 강제하기 어려운 측면이 있다. 즉 사업주가 자발적으로 설치토록 정부차원의 계도, 지원책이 필요한 상황이다.

최근 정부에서 그린뉴딜을 통해 노후 공공시설(어린이집, 보건소, 의료시설)에 대해 에너지효율 개선 및 실내공기질 개선을 위한 그린리모델링 사업을 지원하고 있다.

이와 같은 사업의 일환으로 음식점, 카페, 노래방, 학원 등 연간 소득규모를 기준으로 영세 자영업자들이 코로나19의 감염에서 안심하고 영업할 수 있도록 이들 영업장에 대한 환기장치 설치 지원사업을 전개하는 것을 제안한다. 또한 대형 프랜차이즈 영업장이나 대형학원 등에 대해서도 자발적으로 환기시스템을 설치토록 계도하는 정책이 필요하다.

결론적으로 환기에 따른 냉난방 에너지 증가를 최소화하기 위해서는 전열교환 환기장치를 설치하는 것이 바람직하다. 그러나 이것은 빠른 시일내에 적용하기 어려운 면이 있다. 코로나19가 빠르게 확산되는 이 상황에서 우선 가능한 한 창을 열어 환기를 하도록 하자. 

우리는 일상생활을 영위하는 우리 주변의 다중이용시설을 안심하고 이용할 수 있기를 그리고 건강한 공간에서 최소한의 인간다운 삶을 살아가기를 원한다.
칸 기자 kharn@kharn.kr
저작권자 2015.10.01 ⓒ Kharn


PC버전으로 보기

사이트의 콘텐츠는 저작권의 보호를 받는바 무단전제, 복사, 배포 등을 금합니다. 서울특별시 강서구 마곡중앙로 171, 1006호(마곡동, 마곡나루역프라이빗타워Ⅱ) 칸(KHARN) Tel 02)712-2354 Fax : 02)712-2358 등록번호 : 796-05-00237 | 대표이사 겸 발행인 : 강은철 | 편집인 : 강은철 Copyright ⓒ kharn. All Rights Reserved. Mail to kharn@kharn.kr