2.1 음압 및 양압 입원 치료(격리) 병실의 기술 사양 및 평가항목 검토

양압/음압 장비에서 가장 중요한 항목은 외부 공기 유입 및 내부 공기 유출 차단, 그리고 오염된 공기의 정화이다. 이러한 관점에서 기존 시설물인 양압/음압 입원 치료 병실의 설치 시설물 평가 기준을 검토하였다.

음압격리병상은 오염물질 확산을 위해 실내의 공기가 실외로 흘러나가지 않도록 공조/급기/배기 설비가 잘 되어 있어야 하며, 병실 내 문 및 창문 등의 밀폐성이 높아야 한다[2]. 특히 병원체가 음압병상 등으로 다시 흘러 들어가지 않도록 충분한 성능의 여과 시설(HEPA filter) 성능 이상)을 Table 1과 같이 갖추어야 한다.

Table 1.

Positive Pressure Standard

해당 병상은 국가지정 입원치료 병상 적용 지표(시설, 인력, 운영으로 구분)를 통해 적합성 및 적정성을 평가한다[3]. 이 중 음압설비 관련된 지표는 총 5개로 본 연구에서 활용 가능한 항목은 2) 음압격리구역 내 차압이 적절하게 유지되는가이다(Table 2 참조). 해당 지표의 평가기준은 음압격리구역 내 각 실 간 음압차가 –2.5 pa 이상을 유지해야 하며, 일반구역에서 오염구역으로 공기가 흐르도록 단계적 차압을 설정해야 하며, 음압구역 내 차압 모니터링을 위한 차압계 및 차압표시기를 설치하여야 한다.

Table 2.

Nationally Designated Hospital Evaluation

Figure 2.

Purpose of research.

2.2 방호구역 밀폐도 테스트(도어팬 밀폐도 테스트)

국외에서는 소화설비 중 하나로 가스계 소화설비는 변전실, 통신실, 전기실 등 수계소화설비로 인한 2차 피해의 우려가 있는 장소에 주로 설치하고 있다. 가스계 소화설비 설치조건으로 방호구역을 선정하여 가스가 방출될 경우 개구부의 자동폐쇄장치를 이용, 개구부 및 통기구를 폐쇄할 수 있는 시설을 구비하여 이에 대한 성능 평가를 진행한다. 이러한 방호구역은 완벽하게 밀폐가 되어야 하며 약제 방사 시 약제가 방호구역 외부로 누설되지 않아야 하기 때문에 방호구역에 대한 밀폐도 시험을 진행하여 성능을 확보한다. 방호구역 밀폐도 테스트는 Figure 3과 같이, 이 때 규정을 준수하여 진행한다.

Figure 3.

Doorfan test.

국내에서도 Figure 3과 같은 방법으로 진행하며, 국가화재안전기준(NFSC) 106,107,107 A 및 NFPA 2001, NFPA12, NFPA12A 규정을 준용한다.

평가 방법은 Figure 4와 같이 가스계 소화설비 방호구역에 도어팬을 설치하여 가압 및 강압 또는 강압만 하는 방법으로 방호구역의 누설 면적 및 누설량을 측정하고 소화농도유지시간(Retention time) 첨두압력(Peak pressure) 및 과압배출구 (Pressure relief vent)의 면적을 시뮬레이션하여 소화설비의 적정성 여부(온도, 압력, 풍속, 측정 후 도어팬 설치 가압/감압 실험하여 정밀도 검증 및 적합 유무)를 판단한다.

Figure 4.

KFTL test service.

2.3 음압구급차 성능시험

한국필터시험원은 국내에서 유일하게 밀폐도 검사를 하고 있는 기관으로 Figures 5, 6과 같은 절차로 공기 및 가스필터 시험검사, 공기정화시스템 시험검사, 기체유출물 감시계통 시험(RMS), 공기청정도 등급 인증 서비스, 다중이용/산업시설 검증서비스, 활성성탄의 물리적시험, 석면조사 및 분석, 이온교환수지 성능시험, 화생방집단 보호 여과시설, 건물기밀도 시험 공인 서비스, 주제어실 거주성 시험공인 서비스, 의료시설 안전성 검증서비스 등의 다양한 검사 및 서비스를 수행한다. 해당 시험기관은 최근부터 음압구급차 성능시험 서비스를 실시하고 있으며, 성능평가 항목은 HEPA filter, 공기정화기, 음압 성능 등이다.

Figure 5.

Nuclear power HEPA filter test.

Figure 6.

Nuclear power HEPA filter test step.

2.4 원자력등급 HEPA filter의 검증 및 제품 시험

원자력에서는 새로운 필터의 설계 또는 필터의 설계가 수정되는 경우에는 승인 및 생산 작업 전 검증 시험을 반드시 수행해야 한다. 필터의 설계는 적어도 매 5년마다 재검증을 수행하여야 하며, 시험은 독립적인 시험기관에서 수행하고 인증한다.

검증시험을 통해 성능이 검증된 HEPA filter는 원자력이용시설 및 원자력발전시설에 납품되기 전 모든 제품에 대한 시험이 수반된다. 제품시험은 다음과 같은 절차를 통해 제작회사와 이해관계가 없는 독립된 시험기관에서 수행하여야 한다.

2.5 시사점 도출

격리이송장비는 완벽하게 밀폐되어 내외부의 오염 위험원을 차단하여야 한다. 이를 위해서는 격리이송장치 내부의 양·음압 차가 일정 수준 이상 유지되어야 하며, 공기가 흐르도록 단계적 차압 설정이 가능해야 한다.

그러나 현재 캡슐내부와 외부의 차압 성능평가 시험법에 대하여 명확한 규정이 존재하지 않기 때문에 앞서 검토한 자료들(밀폐된 방호구역 또는 음압실에 대한 성능평가 방법)을 바탕으로 격리이송장치 양·음압 적정 차압 및 누설량의 성능평가를 수행하고자 한다. 더불어 음압구급차 성능 시험을 수행하고 있는 한국필터시험원에 의뢰하여 밀폐된 공간에 대한 누설량 특정, 차압측정, 헤파필터 누설량 측정 테스트를 시행하여 실험 결과를 상호 보완하고자 한다.

3.1 한국필터시험원의 성능평가(HEPA filter 뱅크 누설 시험)

앞서 제시한 바와 같이 유사 시험을 수행하고 있는 한국필터시험원에 HEPA filter 뱅크 누설 시험을 의뢰하였다. 아래의 Figure 7과 같이 한국필터시원에서는 HEPA filter 뱅크 누설시험을 실시 하고 있다. HEPA filter 뱅크 누설 시험은 양·음압기 내부에 설치 되어 있는 헤파필터 뱅크 내부에서 뱅크의 누설 여부를 테스트 진행을 실시 한다. 이때 뱅크의 누설검사는 200초동안 진행되며 시간의 흐름에 따라 압력의 변화가 없이 일정하게 지속되어야 한다. 본 연구에서 개발한 양·음압기는 최고압력 수치가 50 s부터 –27 pa 이 확인 되었으며 이로부터 200 s까지 –27 pa∼−29 pa을 유지 하였다. 이에 본 격리이송장비의 경우 적정 압력을 유지 할 수 있다고 판단되었으며 한국필터시험원에서 시험의뢰결과 시험성적서에서 적합 함을 확인 할 수 있었다.

Figure 7.

Air cleaning units test.

그 결과 다음의 Figure 8 같이 양·음압을 가압 하였을시 일정 시간이 경과 후 일정 차압 유지가 가능하며, 이는 격리이송장치 내 환자의 바이러스 누출 및 외부 바이러스 침투에 대한 저항성을 갖고 있다고 판단된다.

Figure 8.

Result of HEPA filter leaks test.

현재의 평가 기준은 팬 또는 구급차와 같이 방호구역 또는 자동차 내부와 같이 한 공간 내의 차압 또는 누설량을 측정하는 장치에 대한 규정으로 판단한 것으로 격리이송장치와 같이 챔버와 같은 형태의 압력 또는 누설량을 측정할 수 있는 장치에 대한 규정이 존재하지 않기 때문에 본 연구에서는 자체적인 성능평가 기준을 수립하여 추가적인 테스트를 수행하였다.

3.2 자체 성능평가 수행 방법 및 결과

한국필터시험원에서 진행한 방법은 정적인 상황에서의 장비 성능을 측정한 것으로 실제 상황 발생시 해당 장치의 이용에 따른 변화를 추가적으로 수행해야 실질적인 성능 검증이 되었다고 볼 수 있다.

따라서 본 연구진은 시나리오를 작성하고, Figure 9 와 같이 모의 테스트를 수행하여 해당 장치 내 내부 압력 변화와 차압 및 외부오염도(Figures 10, 11)를 평가하고자 하였다.

Figure 9.

Isolation units simulation.

Figure 10.

Flow measurement.

Figure 11.

Positive pressure test and leak test.

이를 위해 00대학교병원 응급의학과와 00시립대학교 산학협력단이 협력하여 시험 절차를 다음과 같이 수립하였다. 테스트는 오염지대에 환자가 발생하여 구급대원이 차량을 통해 이동, PPE를 착용 후 오염지대로 출동하여 들 것을 통해 환자를 이송 후 격리이송장치에 환자를 격리하여 응급 처지, 구급차로 이동하여 병원으로 이송하는 시나리오를 바탕으로 수행하였다.

테스트의 시작은 COLD ZONE에 두 차량이 있는 상태라 가정하였다.

① 격리이송장치 내 내부 압력 변화 측정 결과시간대별 압력을 체크하여 격리이송장치 내부의 압력 변화와 환자 응급처치시 외부로부터의 캡슐 눌림 또는 펴짐에 의한 압력 변화 및 캡슐 내부와 외부의 차압을 체크하여 캡슐의 밀폐도 역시 확인하였으며 그 결과는 다음의 Table 3과 같다.

Table 3.

Change to Pressure Inside Isolation Units

Table 3 을 살펴보면 2차의 양·음압기 음압 유지 측정 수치값에서 –4 Pa 로 도출되었는데, 이는 격리이송장치 이동시 지퍼 부근에서 밀폐가 유지되어 있지 않아 발생한 것으로 분석된다. 5차 시뮬레이션 역시 지퍼를 완벽하게 밀폐하지 않은 상태에서 이동하였을 때 음압을 유지할 수 없는 상황이 발생한 것으로 판단된다.

또한 압력이 펄스가 발생하는 것은 응급구조사가 환자를 글러브 포트를 통하여 환자 응급처치시 캡슐의 눌림으로서 압력이 팽창됨으로서 발생하는 현상으로 보여진다.

② 격리이송장비 차압 및 외부 오염도 분석 결과 격리이송장치의 차압 및 외부 오염도는 유색의 연막탄을 활용하여 압력의 수치에 따라 양압시 바이러스 침투 방지 여부를, 음압시 바이러스 누출 방지 가능 여부를 분석하였다.

실험 진행 단계는 다음의 그림과 같다.

격리이송장치의 유량을 측정한 결과 음압은 176.4 ㎥/s 양압은 272.3 ㎥/s 로 측정되었으며, 세부적인 내용은 Table 4와 같다.

Table 4.

Positive Pressure Flow Measurement (Pa: m³/s)

유량을 측정 한 후 유색 연막탄을 사용하여 캡슐 내부에 연막탄을 유입시켜 연기이동 경로와 양압시 연기의 누출, 음압시 연기의 흡입을 다음의 사진과 같이 확인하였다.

이는 격리이송장치의 외부 오염도를 평가하기 위한 것으로 유색의 연막탄을 터트려 격리이송장치 내부에 양압을 가압하였을 경우 0 pa, 2 pa, 4 pa, 6 pa. 8 pa, 10 pa 단위로 시간 변화별로 기록한 결과 내부의 유색 연기가 밖으로 노출되지 않았으나, 15 pa 이상이 되었을 때는 유색의 연기가 밖으로 미세하게 새어 나오는 것을 확인할 수 있었다. 이는 격리이송장치 외부의 바이러스가 격리이송장치 내부의 환자에게 바이러스 감염의 우려가 존재하는 경우 내부에 양압을 가하여 내부의 환자를 보호할 수 있도록 조치한 후 격리 이송을 해야 한다는 것을 의미한다.

반대로 음압 역시 – 0 pa, −2 a, −4 pa, −6 pa, −8 pa, −10 pa 단위로 시간변화별로 기록한 결과 −12 pa 이상에서 유색의 연기를 내부의 HEPA filter가 흡입하는 것으로 확인되었다. 이 또한 내부 환자의 오염원이 격리이송장치 외부에 누출되지 않기 위해서는 적정한 음압으로 환자를 이송해야한다는 것을 의미한다.

마지막으로 모든 실험이 끝난 후 공기정화장치를 분리하여 HEPA filter의 흡입부와 배출부 측의 오염 여부를 확인한 결과 흡입한 부분은 오염이 되어 있었으나 반대로 공기 중으로 배출되는 부분은 오염되지 않은 것으로 나타났다.

본 연구는 재난현장에서 사용할 수 있는 격리이송장치를 개발하고, 해당 시설에 대한 성능평가 항목 정의 및 현실 모사를 통한 해당 항목의 타당성을 검증하였다. 격리이송장치는 현재 기초 개발 수준으로 이를 평가할 수 있는 근거, 항목, 방법 등이 정의되어 있지 않으며, 기존의 시험법을 그대로 적용하기에는 한계가 존재한다.