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[ Research Articles ]
The International Journal of The Korea Institute of Ecological Architecture and Environment - Vol. 18, No. 6, pp.121-127
Abbreviation: J. Korea Inst. Ecol. Archit. And Environ.
ISSN: 2288-968X (Print) 2288-9698 (Online)
Print publication date 31 Dec 2018
Received 10 Nov 2018 Revised 07 Dec 2018 Accepted 12 Dec 2018
DOI: https://doi.org/10.12813/kieae.2018.18.6.121

원내 감염 예방을 위한 비말 확산 분석 시뮬레이션
양영권* ; 원안나** ; 황정하** ; 박진철***

Simulation of splash diffusion analysis for prevention of infection in hospital
Yang, Young-Kwon* ; Won, An-Na** ; Hwang, Jung-Ha** ; Park, Jin-Chul***
*School of Architecture and Building Science, Chung-Ang University, Seoul, South Korea
**School of architecture, Kyoungpook National University, Daegu, South Korea
***Corresponding author, School of Architecture and Building Science, Chung-Ang University, South Korea (jincpark@cau.ac.kr)

@ 2018 KIEAE Journal
Funding Information ▼

Abstract
Purpose:

To analyze the spread of droplet and droplet nuclei infections such as MERS, airflow analysis simulations were performed.

Method:

We analyzed the doctor's office Air Conditioning system of Seoul and metropolitan area general hospitals. The diffusion of droplet and droplet nuclei infections in the doctor's office was analyzed through airflow analysis simulation Lastly, we analyzed the spread of droplet infection through respiration of infectious disease carriers who visited the doctor's office.

Result:

Droplet infection was scattered within 2 ~ 3m and all fell. In other words, it did not spread outside the doctor's office. On the other hand, it was confirmed that the droplet nuclei infection spreads to the outside of the office and floats to the corridor.


Keywords: Middle East Respiratory Syndrome(MERS), Nosocomial Infection, Droplet infection, Computational Fluid Dynamics(CFD)
키워드: 중동호흡기증후군, 원내감염, 비말감염, 전산유체역학

1. 서론
1.1. 연구의 배경 및 목적

공기감염은 공기 중에 부유된 수증기나 미세먼지 등 다양한 크기의 입자에 병균이 확산되는 감염을 뜻한다. 국내에서 발생한 대표적인 공기감염은 중증 급성 호흡기 증후군(SARS;2003), 신형인플루엔자(H1N1;2009), 중동호흡기증후군(MERS)이 있다. 특히 2015년 발생한 MERS는 186명의 확진환자와 38명의 사망자가 발생하였고 [1], 이러한 결과는 병원내의 보균자에 의한 2차감염이 확산의 주원인으로 보고 있다 [2]. 그 후 국내에서는 ‘국가지정입원치료 병동’, ‘지역별 거점병원’ 등에 격리병동 설치 등 의료시설의 격리시설과 환기시설 문제점 및 개선의 필요성이 제기 되어 원내감염의 확산을 방지하기 위한 관련 다양한 연구가 진행되었고[3~8], 감염확산 방지용 격리시설에 대하여 상급종합병원 및 국가 지정병상을 중심으로 개선이 이루어졌다.

그 후 3년 후인 2018년 9월에 다시 MERS 확진환자가 발생하였지만, 2015년과 같은 대규모의 감염확산은 없었다. 이와 같은 결과를 통해 원내 감염확산 방지시설의 건축계획 및 설비계획 등 감염확산 방지시설의 필요성이 입증되었다고 사료된다.

원내의 공기감염을 예방하기 위한 관련 선행 연구로는 CFD 분석을 활용한 격리병동 연구 (Yang, 2017; Cho, 2017; Cheong, 2017), 자외선을 이용한 공기감염제어(Sung, 2013), 컨테이너를 이용한 격리병동 구축 방안 (Lee, 2017), 하이브리드 보호 환기구역 설정을 통한 감염 제어(Cao, G., 2015), 추적가스법을 활용한 원내 감염 경로 분석(Lim, 2009), 국외 감염관리 지침에 따른 국내 실태 및 개선방향 제시(Yeon, 2015), 격리병실에서 출입문 개폐와 인체이동에 따른 압력변동 및 오염물질 유출량 검토(Kim,2018; Lee,2018), 실내 미생물 오염제거 성능에 대한 멀티존 해석(Choi, 2007) 등의 연구가 실시되었다.

일반적으로 감염균의 전파 방식은 크게 접촉감염(contact), 비말감염(droplet), 공기감염(airborne)으로 나눌 수 있으며, 공기감염은 비말보다 작은 비말핵(droplet nuclei, 직경 5μm 이하)에 의한 감염이다. 앞서 언급한 MERS는 명확한 감염원과 감염경로는 확인되지 않았으나, 감염원은 중동지역의 낙타와의 접촉을 통해 감염될 가능성이 높고, 감염경로는 비말감염으로 알려져 있다[1,4,12]. 비말감염의 매개인 비말(dropletㆍ직경 5㎛ 이상) 입자는 공중을 부유하지 않고, 약 1~2m 비산 후 낙하한다. 감염 방식을 입자의 크기별로 비말 및 비말핵으로 나누어 분석한 선행연구로는 Song et al.(2017)이 외래진료 환자가 진료실, 진료대기실 등 개방되어 있는 공간에서의 기침이나 재채기를 통해 발생되는 비말 및 비말핵에 의한 감염 방지에 적절한 공조방식의 연구를 수행하였고, 이에 대한 개선안으로 급배기구의 위치 변동을 제시하였다. 또한 원내 공조방식에 따라 비말핵 감염제어 (Sung, 2015)에 대한 연구가 있었으며, Jung(2018)은 음압격리병실에서의 기침 토출입자의 입경에 따른 확산 및 침적에 대한 연구를 수행하여 입자의 크기별 확산을확인하였다. 하지만 외래진료실에서의 비말 감염확산에 중점을 두어 이루어진 분석 및 연구는 아직 이루어지지 않았다.

따라서, 본 연구에서는 병원의 외래진료실 및 진료대기실의 환자로부터 발생되는 비말의 확산 시뮬레이션을 분석하여, 비말감염의 확산 가능성을 도출하였다.

1.2. 연구의 방법 및 범위

본 연구에서는 상급종합병원 외래진료실에서의 비말감염 확산분석을 목적으로 한다. 서울지역의 상급종합병원의 자료 조사를 통하여 대표적인 공조시스템을 분류하였고, 대표적인 공조방식의 기류분석 시뮬레이션을 실시하였다. 전산유체역학(CFD) 시뮬레이션을 통해 비말 감염균의 확산 경로를 분석한 연구의 범위 및 방법은 다음과 같다. 다음의 Fig. 1.은 본 연구의 흐름을 나타낸다.

  • (1) 서울 및 수도권 지역 상급종합병원의 공조방식 조사 및 방식별 시스템 특징 분석
  • (2) 상급종합병원의 외래진료실 공조시스템 분석
  • (3) 공조설비 종류별 감염균 확산 파악을 위한 외래진료부의 CFD 시뮬레이션 기류 분석
  • (4) 외래진료실 보균자의 호흡을 통한 비말 및 비말핵 확산 비교 및 CO2의 확산 농도 분석

Fig. 1. 
Flow Chart of Research


2. 비말감염

비말감염이란, 포말감염(泡沫感染), 점적감염(點滴感染)이라고도 한다. 보균자가 기침이나 재채기, 또는 말을 할 때 튀어나오는 작은 침방울 속에 병원균이 포함되어 있어 감염이 되며 이와 같은 감염방식을 비말감염이라고 부른다. 대표먹인 비말감염은 결핵, 백일해, 디프레리아, 인플루엔자, 사스, 중동호흡기증후군 등이 있다[13].

바이러스의 감염은 보균자의 피부 및 호흡기를 통해 타인에게 전파되는 것을 뜻하며, 감염 경로에 따라 크게 접촉(contact), 비말(droplet), 공기(airborne)로 구분할 수 있다[4]. 기침 및 재채기로 인한 1~2m미만의 확산 후 낙하되어지는 비말감염과 2m이상의 비산되어 확산될 수 있는 비말핵 감염으로 분류할 수 있다. Lee(2015)는 접촉, 비산, 공기감염으로 나누어 각 감염경로 별 방안대책을 제시하였다.

비말핵은 직경 5㎛ 이하의 입자를 뜻하며 낙하속도가 초당 0.06~1.5cm이다. 공기의 흐름에 따라 부유되어 멀리 날아갈 수 있는 반면, 비말은 직경 5㎛ 초과의 입자를 뜻하며 수분을 다량 포함하고 있어 낙하속도가 초당 30~60cm이며 1~2m정도 비산된다. 미국 국립보건원(CDC)의 하부기관인 국립산업안전보건연구원(National Institute for Occupational Safety and Health, NIOSH)에 의하면 비말감염은 공기 중에 부유하고 있는 비유성미립자를 차단할 수 있는 N95 등급의 마스크 착용 시 감염 확산을 예방할 수 있다. N95는 직경 0.3㎛ 이상의 미립자를 95%이상 차단할 수 있다는 것을 나타낸다.

비말감염 확산을 방지하기 위해서는 보균자와의 물리적 차단이 가장 완벽한 방법이며, 같은 공간에서 노출 되었더라도 적정거리를 유지하고, 외기도입량의 증가 등 특수한 환경(전외기, 고성능필터, 하부급기, 상부배기, 충분한 환기량) 조성이 필요하다[9].


Fig. 2. 
Float distance of droplet and droplet nuclei[4]


3. 상급종합병원의 공조시스템 분석
3.1. 상급종합병원 현황

2018년 7월기준 상급종합병원은 서울 13기관, 경기 8기관, 기타지역 21기관으로 총 42기관이다(보건복지부). 그 중 서울 및 수도권에 있는 상급종합병원을 중심으로 병실과 외래 진료부의 공기조화 방식을 조사하였다. 다음의 Fig. 3.은 국내의 상급종합병원 현황을 나타낸다. 조사결과 상급종합병원은 크게 a.변풍량단일덕트 + 콘벡터, b.정풍량단일덕트 + 상치형 FCU, c.정풍량단일덕트 + 천정형 FCU로 나눌 수 있었다. Table 1.은 공조시스템을 방식에 따른 대표적인 병원의 공조시스템 개요이다 [10].


Fig. 3. 
Advanced general hospital

Table 1. 
Hospitals air conditioning system status
Division A Hospital B Hospital C Hospital
Outpatient
clinic
Single duct
VAV
+
Convector
Single duct
CAV
+
FCU
(Floor type)
Single duct
CAV
+
FCU
(Ceiling type)
1) RH : Re Heating Coil, RC : Re Cooling Coil
2) FCU : Fan Coil Unit, HFU : Hepa Filter Unit, FFU : Fan Filter Unit

3.2. 국내·외 의료시설 관련 법규 및 기준

다음의 Table 2.는 국내와 미국(ASHRAE)의 의료시설의 온습도, 환기 등의 기준이다. 미국의 경우 수술실, 중환자실, 입원실, 격리실 등 각 실의 용도별로 상세하게 기준이 나뉘어져 있지만 국내의 경우 온·습도의 기준도 없으며 수술실 및 중환자실 등 격리실을 제외한 타 병실에 대한 기준은 없는 실정이다.

Table 2. 
Hospital Room Standards for Domestic and Overseas Medical Facilities
Item Republic of Korea United States of America (AHSRAE)
Space O.R.
&
ICU
Ward
&
Laboratory
Infectious
Disease
Isolation
Room
O.R. & ICU Ward &
Laboratory
Infectious
Disease
Isolation
Room
Temperature
(℃)
20~24 20~24 21~24
Relative
Humidity
(%)
30~60 30~60 60 max
Zoning Individual
Air
Conditioning
Individual
Air
Conditioning
Individual
Air
Conditioning
Individual
Air
Conditioning
Air Exchange
Rate
(Per hour)
40
times
at Least
: 6times
Recommend
: 12times
20 times 20 times 12 times
Air Ventilation
(Per hour)
4 times 4 times 2 times
Relative Air
Pressure
-(2.5) +(2.5) +(2.5) -(2.5)
Inflow of Air
Filter
Efficiency
> 0.3㎛
(99.95%)
Top grade
:7(MERV)
Low grade
:17HEPA
(MERV)
Top grade
:7(MERV)
Low grade
:14(MERV)
Top grade
:7(MERV)
Low grade
:14(MERV)
Noise Level
RC(N)
- - -
Air
Recirculation
NO NO NO NO

3.3. 공조방식별 시스템 특징

국내의 상급종합병원의 공조시스템은 대부분 정풍량 및 변풍량 공조기를 팬코일(fan coil) 및 콘벡터(convector)와 같은 터미널 유닛을 조합하여 구성되어 있는 것으로 조사되었다. 대형 병원의 공조시스템 선정 시 병원외피 재료의 특성과 창면적비 등을 복합적으로 고려하여야 하며 세부 고려사항은 Table 3.과 같다.

Table 3. 
Considerations for choosing General Hospitals HVAC system
Division Details
AHU Single duct
CAV
- Applied to treat ventilation and latent heat load, using auxiliary system with cooling and heating function
Single duct
VAV
- Controls and processes entire cooling-heating load. Reduces ‘transportation-energy’ by Air volume control system depending on load
Terminal
- Units
Floor
mounted FCU
type
- Deals with Skin load by top-discharge type, Easy filter replacement and maintenance.
- Cases exist; malfunction and performance degradation due to patients' loading of goods and food.
Ceiling
FCU type
- No limit to the installation on both Perimeter Zone and interior zone
- Cases exist; Patient inconvenience caused by problems such as dust scattering when replacing filter
Convector - Should be installed only for heating, and cooling should be configured to be performed in the AHU system
- Can be configured as floor-mounted type or floor-concealed type
Positive, Negative
Pressure Plan
- Relative pressure difference due to ward air supply and toilet ventilation (ward: positive pressure, toilet: negative pressure)
- Prevention of spread of odor and pathogen circulation through maintenance

3.4. 외래진료실의 시스템 현황

조사된 서울지역 상급종합병원의 외래진료실은 대부분 별도의 공간 구획이 되어 있지 않은 개방된 형태가 주를 이루고 있으며, 환자 유형을 고려하지 않고 운영되고 있었다. 진료실 내에는 양·음압을 조절할 수 있게 계획되어 있지만, 주로 진료실 내 양압으로 운영되고 있다. 그리고, 모든 병원에서 호흡기 진료부의 감염을 고려한 별도 설비시설 계획은 되어 있지 않았다 [10].

Table 4. 
Outpatient Clinic's HVAC System Status
Division Concepture Diagram
Seoul,
A
Hospital
           
⦁ Single duct VAV system + Convector
⦁ Designed to handle variable air volume with changing of load variation and process the outer heating load in the convector
⦁ Process entire cooling load(inner/perimeter zone and ventilation load in the AHU system and skin heating load in the convector
Seoul,
B
Hospital
           
⦁ Single duct CAV system + FCU(ceiling type or floor mounted type)
⦁ Applying FCU and AHU window side line type diffuser, by applying window side load processing type, configures to circulate air by ventilating at the indoor zone
Seoul,
C
Hospital
           
⦁ Single duct CAV system(outdoor air) + Ceiling type FCU
⦁ Install ceiling type FCU to process indoor heating load
⦁ Process skin load in the AHU system by designing to discharge the supply of air volume from the AHU system to window side line type diffuser Process outdoor air load in the AHU system


4. 전산유체역학(CFD) 분석
4.1. CFD 분석 개요

외래진료실의 공조시스템 방식에 따른 기류분석을 위해 CFD 분석을 실시하였다. CFD분석은 타 실험 및 분석에 비하여 장비의 부족, 측정기간, 측정비용 및 인력 등 다양한 현실적 제약에 비교적 자유롭다는 장점이 있으며, 최근 프로그램 기술이 급격히 발전함에 따라 더욱 정교한 시뮬레이션 분석이 가능해졌다.

본 연구에서 기류 확산 분석을 위해 사용 된 CFD 시뮬레이션 프로그램은 CD-Adapco사의 Star-CCM+ (ver13.04.011)이며, 난류모델은 K-epsilon모델을 사용하였다. 대표적인 난류모델은 K-epsilon, K-omega, SST 등이 있는데 본 연구에서 사용된 K-epsilon 모델은 실내·외 기류분석에 있어서 높은 정확도의 tetra 격자를 해석능력으로 상대적으로 큰 모델링에도 에러율이 낮은 장점이 있다. 기본적인 시뮬레이션 설정조건은 Table 5와 같으며, 대상 모델의 규모에 따른 시뮬레이션의 효율적인 작동을 위하여 Mesh의 Base size를 0.5m로 설정하였고, 미세한 지점의 분석 정확도 향상을 위하여 target size와 minimum size 0.05m로 설정하였다. 가장 효과적으로 3차원 해석이 구현 가능한 육각형 격자인 polyhedral 과 prism layer로 mesh 설정을 하였다.

Table 5. 
Simulation environment setting
Item Settings
Space Three Dimensional
Mesh Polyhedral Mesh
Mesh Size Base Size 0.5m
Target Surface Size 0.05m
Minimum Surface Size 0.05m
Time Diffusion of droplet and droplet nuclei infection Steady
Concentration Diffusion Analysis of CO2 Implicit unsteady
(Time step : 20s)
Material Gas and Particle (Water)
Flow Segregated Flow
Particle diameter droplet 20㎛
droplet nuclei 3㎛
Fluid state Air and Carbon Dioxide
Viscosity Turbulent
Reynolds-turbulent flow K-epsilonTurbulence

CFD 기류 분석에 사용된 방정식은 3차원 난류 압축성 비정상유동으로, 이를 지배하는 방정식은 유체 연속방정식, 운동량방정식, 난류운동에너지방정식(k), 난류소산 에너지방정식(ε)이다. 유체의 유동은 유입구의 레이놀드수를 기준으로 전유동장이 난류유동으로 간주되어 수치적인 난류모델을 적용해야하며, 관련 지배방정식과 물리적모델 관계식은 연속방정식 및 운동에너지방정식, 입자의 운동방정식, 표준 k-ε난류모델 방정식으로 식 (1)~(3)과 같다. 국내의 경우 외래진료실의 환기횟수 및 풍량, 외기도입률에 대한 별도의 기준이 없기 때문에 A병원 공조기의 실측 토출 풍량 3.5m/s로 설정하였다.

ρt+xiρui=Sm                                               ρuit+xjρuiuj=-ρxj+τijxi+ρgi+Fiτij=μuixj+ujxi-23μulxlδij                     (식1) 
dupdt=FDu-up+gxρp-ρ/ρp+FxFD=18μρpDp2CDRe24                                               Re=ρDp up-uμ                                           CD=a1+a2/Re+a3/Re2                          (식2) 
tρk+xjρuik=xjμtσkkxj+Gk+Gb-ρϵ                                        tρϵ+xjρuiϵ=xjμtσϵϵxj+C1ϵϵkGk+1-C3ϵGb-C2ϵρϵ2kGk=μtujxi+uixjujxi                                                                                              Gb=-giμtρσhujxi                                                                                                           C1ϵ=1.44,   C2ϵ=1.92, Cu=0.09, σk=1.0,σϵ=1.3                                      (식3) 
4.2. 모델링 및 분석 조건

종합병원의 1층은 일반적으로 외래진료부와 로비공간으로 나눌 수 있는데, 진료부와 로비공간이 서로 다른 동선을 사용하는 경우와 진료부의 동선과 로비공간의 동선이 겹쳐지는 경우로 나눌 수 있다. 동선이 겹치는 경우에는 확진 전의 감염 보균자가 로비공간 내에 머물게 될 경우 2차 공기감염이 발생할 수 있는 가능성이 높아진다 [6].

따라서. 시뮬레이션 분석을 위한 모델링은 진료부와 로비공간의 동선이 겹치는 서울지역의 B병원을 모델로 선정하였다. 다음의 Fig. 4.는 B병원의 외래진료실 평면을 보여주며, Fig. 5.는 외래진료실과 진료대기실의 모델링 후 모습이다.


Fig. 4. 
Floor plan


Fig. 5. 
Overall perspective of modeling

외래진료실의 환자를 감염균 보균자라는 시나리오를 바탕으로 보균자의 호흡을 통해 배출되는 물질을 오염물질로 가정하였다. 호흡량은 연령과 체격에 따라 상이하지만 성인이 1회에 호흡하는 공기량은 약 330~770cc(평균 550cc)이며 매분의 호흡수는 16~20회, 매시 호흡량은 330~920l이다 [11]. 본 연구에서는 호흡량을 550cc로 설정하였으며, 호흡에 의한 확산을 시각적으로 파악하기 위하여 원내의 공기는 Air 100%, 호흡에 의한 배출은 CO2로 설정하였다.

다음의 Fig. 6.과 Fig. 7.은 외래진료실에 앉아 있는 보균자를 나타내며 입을 통해서 CO2가 발생되고 호흡 공기 각도는 수직 몸체 축으로부터 개구부 까지 90o로 설정하였다. Sergey(2017)은 사람의 코를 통해 배출되는 호흡량 연구를 통해 수직몸체와 개구부의 각도를 45̊로 기울어지는 각도를 이용하여 설정하였지만[14], 본 연구는 입을 통해 배출되는 호흡을 분석하였기 때문에 90o로 설정하였다.


Fig. 6. 
Modeling of the occupant


Fig. 7. 
Degress of Respiration details


Fig. 8. 
Shape after mesh operation

모델링의 Mesh 단계를 통해 총 909,616개의 셀(cells)이 생성되었다. 각각의 셀은 Tetrahedral cells(51), Hexahedral cells(4,622), Wedge cells(613), Pyramid cells(18), Polyhedral cells(904,312)이다. Interior faces는 5,728,890개로 생성되었으며, 각각 Triangular(309,165), Quadrilateral(1,851,103), Polygonal(3,568,622)이다. Face의 유효성 진단 결과 Table 6.과 같이 99.9%의 Face가 유효한 것으로 나타났다.

Table 6. 
Mesh validation diagnostic result
Face Validity
0.80 <=, < 0.90 0.002%
0.90 <=, < 0.95 0.013%
0.95 <=, < 1.00 0.021%
1.00 99.964%


5. 시뮬레이션 결과
5.1. 공조방식별 기류 분석

공조방식의 종류에 따른 비말 확산을 비교·분석하기 위하여 다음과 같이 공조방식 모델링을 3가지로 구분하여 시뮬레이션을 실시하였다.

  • a. 변풍량단일덕트 + 콘벡터
  • b. 정풍량단일덕트 + 상치형 FCU
  • c. 정풍량단일덕트 + 천정형 FCU

분석결과 감염균 보균자의 호흡을 통해 비산된 비말은 공조방식의 종류에 따라서 a의 경우 환자의 정면으로 바로 낙하가 되었고, b의 경우에는 상치형 FCU에서 토출되는 기류의 영향으로 보균자의 우측으로 약간 확산되는 것만 확인할 수 있었으며, FCU의 상부로 약간의 상승이 있는 것을 확인하였다. c의 경우 a와 마찬가지로 보균자의 정면으로 바로 낙하하는 것을 확인할 수 있었다. 즉, b의 경우만 FCU의 상부에서 상승하는 것을 확인할 수 있었고, 그 외 공조방식에서는 모두 유사하게 나타났다. 다음의 Fig. 9.는 공조(c) 가동 시의 분석 장면을 보여주며, Fig. 10.은 상치형 FCU의 상부에서 입자가 상승하는 것을 보여준다.


Fig. 9. 
Airflow analysis of an air conditioner


Fig. 10. 
Air flow analysis at the upper part of the FCU

5.2. 비말 및 비말핵 확산 비교

외래진료실에서의 환자 호흡을 통한 비말과 비말핵 확산으로 분석하였으며 공조방식은 , 정풍량단일덕트 + 상치형 FCU으로 설정하였다. 보통 20㎛ 이상의 입자가 중력의 영향을 많이 받아 빠르게 침적하기 때문에 비말 입자의 크기는 20㎛ 로 설정하였으며 비말핵은 3㎛로 설정하였다 [15]. 다음의 Fig. 11.과 Fig. 12.는 각각 비말과 비말핵의 확산 경로이다. 비말은 외래진료실 외부로 확산되지 않고 모두 낙하하였고, 비말핵은 외래 진료실 외부까지 확산되어 복도까지 부유되는 것을 확인하였다.


Fig. 11. 
Diffusion of droplet infection


Fig. 12. 
Diffusion of droplet nuclei infection

5.3. 호흡을 통한 CO2 확산 분석

비말 및 비말 확산 외에 추가로 외래진료실에서의 환자 호흡을 통한 CO2의 확산 분석을 실시하였고, 분석 높이는 바닥면으로부터 300mm와 1200mm에서 분석하였다. 공조방식은 정풍량단일덕트 + 상치형 FCU으로 설정하였다. 비말 입자의 크기는 20㎛ 로 설정하였으며, Air 100%로 설정되어 있는 외래 진료실에서의 CO2 확산 분석 결과는 Fig. 13.과 같이 공기(Air)에 희석되어 외래진료실의 외부까지 유출 되지 않는 것을 확인하였다. 분석결과의 녹색은 Air를 나타내며, 파란색은 CO2 를 나타낸다.


Fig. 13. 
Concentration Diffusion Analysis of Carbon Dioxide


6. 결론

비말감염은 보균자가 기침이나 재채기 또는 말을 할 때 튀어나오는 작은 침방울 속에 병원균이 포함되어 있어 감염이 되는 것을 뜻하며, 본 연구는 CFD 분석을 통해 외래진료실에서의 비말 확산을 분석하여 MERS와 같은 비말감염의 확산 경로 예측 및 예방하기 위한 기초 연구이다.

외래진료실에서 발생되는 비말의 확산을 비말핵의 확산과 비교하여 분석하였으며 분석결과는 다음과 같다.

  • · 비말핵은 진료실의 외부까지 확산되어 진료대기실을 지나 복도까지 부유하여 확산되는 것을 확인하였다.
  • · 비말은 발생원의 2~3m이내에서 모두 낙하하여 외래진료실의 외부로 확산되지 않는 것을 확인하였다. 즉, 이와 같은 결과는 MERS와 같은 비말감염이 반경 1~2m이내에서만 확산이 되고, WHO와 질병관리본부에서 발표한 것과 같이 감염균 보균자의 2m 이내에서 노출된 사람만 ‘밀접접촉자’로 구분을 하여 관리한 것과 일맥상통하다고 볼 수 있다.
  • · 위와 같은 결과를 통해 MERS와 같은 비말감염의 경우 외래진료실의 외부까지 비산되어 확산되는 것은 어려울 것으로 사료된다.
  • · 즉, 비말감염은 공기조화기의 개선보다는 보균자의 이동 동선의 제한하는 등 평면적인 개선이 원내감염 확산 예방에 더욱 효과적일 수 있을 것이라 사료된다.

본 연구는 기류분석 시뮬레이션(CFD)을 통한 분석이기 때문에 정확도의 한계가 있다. ‘Track Sampling’, ‘Boundary Sampling’ 등의 정밀 분석을 통하여 비말의 정확한 양과 경로를 파악하는 추가 분석이 뒷받침되어야 하고, 향후 병원에서의 실측을 통한 연구 자료가 뒷받침되어야 한다고 사료된다.


Acknowledgments

이 논문은 2016년도 정부(미래창조과학부)의 재원으로 한국연구재단의 지원을 받아 수행된 연구임(NRF-2016R1A2B2011255).


References
1. 질병관리본부, 감염병 감시연보, (2015).
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