집 중 기획 Ⅱ
서 론
2015년 7월 8일을 기준으로 중동호흡기증후군(Middle East Respiratory Syndrome, 이하 메르스)확진 환자는 186명이고, 사망자 수는 34명으로 보고되었다. 현재, 메르스는 어느 정도 진정세에 접어들었다고 하지만, 첫 번째 환자의 발병 이후 50여 일 만에 확산된 결과이고 대부분의 감염 은 병원 내 공기감염에 의한 것으로 예상되고 있다. 이는, 그동안 국내 병 원시설의 공기감염방지에 대한 대책이 미비했을 뿐만 아니라, 병원 공조 설비의 취약함을 확인할 수 있는 사건이었다.
이에 본 기사에서는 향후 음압격리 병실 설계 시 도움을 주고자, 음압 격리병실의 설계 기준과 최근 준공된 의료시설의 격리병실에 관한 설계 사항 및 설계·시공 시 고려되었던 주의사항을 확인하고, 준공 단계에서 격리병실의 음압 유지에 대한 성능 검증 실측사례를 소개하고자 한다.
국내 외 격리병실 설계 기준
국내 호흡기 감염 질병 관련 설계 기준으로는 2011년 발표된 국가지 연창근
(주)한일엠이씨 전무이사 [email protected]
김진효
(주)한일엠이씨 실장 [email protected]
음압 격리병실 설계에 대한 이해를 돕기 위해, 충청 권역 호흡기 질환센터 설계 사례 및 설계 시 주의사 항을 소개하고자 한다.
충청권역 호흡기질환센터
설계 사례와 설계 주의사항
집중기획 Ⅱ Ⅱ 기획 집중
정 입원치료(격리)병상 운영관리(안)이 있다. 이 설 계기준은 미국 CDC(Center for Disease Control and Prevention)의 Guidelines for Environmental Infec- tion Control in Health Care Facilities의 일부 내용을 참 고하여 작성된 내용으로, 음압 격리병실에 대한 주 요 설계기준은 여섯 개의 항목으로 구분될 수 있다.
1) 격리병실은 1인실로 하되, 병원의 구조적 특 성에 따라 다인실의 적용이 가능하며, 1인실 의 면적은 15 ㎡ 이상으로 권장한다.
2) 공조설비는 100% 외기를 사용하는 전외기 방식으로 하며, 필터는 HEPA 필터 이상의 성 능을 갖도록 한다.
3) 급기설비는 다른 구역의 급기설비와 완벽 히 분리되어야 하며, 전실에서 각각 급, 배기 가 이뤄져야 한다. 또한, Airtight Back Draft Damper를 사용하여, 공기의 역류를 차단해 야 한다.
4) 배기설비는 전실마다 단독배기로 하고 각 실로부터 나오는 배기덕트는 단독으로 말단 까지 설치되어야 하며, 배기팬은 말단에 위 치되어야 한다.
5) 각 실간 음압은 -2.5 Pa로 하고 음압 제어는
화장실≥병실≥전실>복도의 순서로 한다.
6) 환기횟수는 최소 6회/h 이상으로 하고 이상 적으로 12회/h를 권장한다.
일본의 병원 공조설비의 설계·관리 지침(이 하, HEAS-02-2004)과 ASHRAE의 HVAC Design Manual for Hospitals and Clinics도 국가지정 입원 치료(격리)병상 운영과 관리(안)과 크게 다르지 않 음을 알 수 있다(표 1).
충청권역 호흡기 전문질환센터 설계 사례
시설현황 및 열원설비 계획
충청북도 청주시, 충북대학교 내에 위치한 충청 권역 호흡기 전문질환센터는 2015년 5월 개원하였 으며, 지하 1층, 지상 10층으로 연면적 13,776 ㎡이 다. 격리병실은 6층에 위치하며, 음압격리 10병상, 일반격리 25병상으로 구성된다.
냉난방 열원으로는 흡수식 냉온수기가 적용되 었고, 가습과 급탕을 위해서는 증기보일러가 계획 되었다. 계획된 시스템은 계통이 비교적 단순하고, 타 시스템에 비해서 기계실 소요 면적이 적기 때문 에 관리자의 운영 측면에서 유리하다.
<표 1> 각 기준별 격리병실 설계 기준 구분 국가지정 입원치료(격리)병상 운영과
관리(안), CDC 기준* HEAS-02-2004 HVAC Design Manual for Hospitals and Clinics(ASHRAE) 급기
풍량 - - 125 CMH
실간
차압 -2.5 Pa -2.5 Pa -2.5 Pa
환기 횟수
최소 6회/h 이상
이상적으로는 12회/h 이상 12회/h 2~10회/h
필터 HEPA(99.97%) 필터 설치 HEPA(99.97%) 필터 설치 90~95%, 99.97% 필터 적용 음압
관리 차압계 설치, 간호사실에서 컨트롤
음압 모니터링 및 경보 장치 설치, 스모크 테스터를 이용한 수동계측
모니터링
-
기타 Airtight Back Draft Damper 설치 - UVGI 적용
*Guidelines for Environmental Infection Control in Health Care Facilities, CDC(Center for Disease Control and Prevention).
공조설비 계획
음압 격리 병실의 실내조건은 건구온도 24℃(±
2℃), 상대습도 55%이다. 공조방식은 100% 외기를 도입하는 전외기 방식으로, 압력 유지를 위해 VAV 방식이 적용되었다. 외기는 HEPA 필터 통과 후 실 내에 급기되고, 공조기 냉방열원으로는 24시간 운 전을 위해 직팽식코일(DX Coil)이 적용되었다. 배기 는 별도의 전용 배기팬에 의해, HEPA 필터를 거쳐 배출된다(그림 1).
격리병실은 1인실, 2인실, 3인실로 구성되고 환 기횟수와 실간 차압 설계 기준은 다음과 같다(표 2). 실간 차압은 격리병실 운영의 안정성을 위해서 설계 기준인 -2.5 Pa보다 크게 계획되었다.
격리병실의 출입은 먼저 음압전실과 격리복도 통과 후 병실 내 전실로 들어갈 수 있도록 계획되었 다. 실별 음압 수준은 화장실>격리병실>병실전실>
격리복도>음압 전실의 순서로 유지된다(그림 2).
음압 유지를 위한 풍량조절은 각 실별 차압검출기 를 통해 검출된 차압을 VAV 조절기로 전달하고, 댐 퍼 조절을 통해 급기 풍량을 조절하여, 실내 차압을
일정하게 유지한다. 실간 차압은 지하 1층의 메인 중앙 감시실의 CCMS(Central Control & Monitoring System)로 전달될 뿐만 아니라, 격리실 6층의 사무 실 CCMS에도 전달되어 차압유지에 대한 실시간 모 니터링이 가능하도록 계획되었다.
위생설비 계획
급수 및 오배수로 인한 2차 감염이 발생하지 않 도록 하기 위해서, 급수, 급탕, 배수 계통에는 역류 차단을 위한 Back Flow Preventer가 설치되었다. 오 물배출 및 오배수에 의한 감염을 막기 위해, 별도의 오물처리실을 구획하고 샤워실 및 화장실에서 발 생하는 오배수는 소독 및 멸균처리가 가능하도록
VVVF
VVVF
①
S.FF.S VAV
F.S VAV
F.S VAV
F.S VAV
VAV
VAV VAV
②
②
③
③
④
④
⑤
⑤
①
⑥
⑥
S.A S.P.D
DP HEPA DP HEPA DP HEPA DP
DP HEPA
DP HEPA
DP HEPA
DP HEPA
HEPA
격리복도 -20Pa -35Pa화장실
격리병실
-30Pa 병실전실
-25Pa
-ACTUATOR -ACTUATOR -ACTUATOR
FMS FMS
E.A E.F
S.P.D
Supply Fan Air Flow Measurement Duct Type Static Pressure Detector Flow Sensor
Differential Pressure Exhaust Fan
[그림 1] 격리병실 공조방식
<표 2> 실별 환기횟수 및 실간 차압조건
구 분 환기횟수 압력조건 차 압
음압 전실 15회/h 0 Pa -
격리복도 12회/h -20 Pa -
병실전실 12회/h -25 Pa -5 Pa
격리병실 16회/h -30 Pa -5 Pa
화장실 12회/h -35 Pa -5 Pa
집중기획 Ⅱ Ⅱ 기획 집중
단독 정화조 시설이 설치되었다.
소결
충청지역 호흡기 전문질환센터의 경우에는 국 가지정 입원치료(격리)병상 운영과 관리(안)을 기준 으로 설계되었다. 특히, 격리병실의 차압은 설계 기 준보다 높은 차압이 유지하도록 계획되었으며, 위 생설비 부분에서도 역류방지 및 멸균처리를 계획하 여 감염에 대한 우려가 차단될 수 있도록 하였다.
감염방지를 위한 설계·시공 주의사항
본장에서는 충청지역 호흡기 전문질환센터 격 리병실의 감염방지를 위해 설계 시 고려되었던, 건 축계획, 설비계획, 시공계획을 통해, 격리병실의 감염방지를 위해 설계 초기 단계에서부터 고려되 어야 할 사항들을 확인하고자 한다.
감염방지를 위한 건축계획
격리병실에서는 감염공기의 외부 누출은 원천 적으로 차단되어야 한다. 특히, 다른 층이나, 실과 연결된 계단, 샤프트 및 엘리베이터에서는 특별한 주의가 요구된다. 격리병실 전실 설치와 음압유지
를 통해 감염공기의 외부 누출을 차단할지라도, 추 가적으로 발생할 수 있는 공기의 이동 경로를 차단 해야 한다. 충청권역 호흡기 전문질환센터에서도 초기 설계 시 음압 격리복도 내에 있던 엘리베이터 를 격리복도 밖으로 이동시켰다(그림 3).
또한, 격리병실의 폐기물 배출 시 일반복도 및 일반병실과 동선이 중복되는 것은 위험하기 때문 에, 전용 퇴출 계단 및 엘리베이터를 확보하는 것 이 중요하다. 따라서 오물처리실과 엘리베이터의 동선을 단축하여, 2차적으로 발생할 수 있는 감염 의 우려를 차단하였다.
HEPA 필터는 필터 박스(Filter Box)로 설치되는 데, 필터 박스의 크기는 풍량에 따라 다르지만, 높 이는 약 450~600 ㎜정도이다. 초기 설계 시 격리 병실의 층고는 다른 층과 동일한 3.9 m로 계획되었 으나, 급기, 배기 덕트의 경로와 HEPA 필터 박스의 설치 위치, 향후 유지보수 등을 고려하였을 때, 층 고의 상향 조정이 요구되어, 4.7 m로 계획되었다.
감염방지를 위한 설비계획
공조설비 계통에서도 감염 공기의 누출에 대한 위험이 있기 때문에 설계 시 이에 대한 주의가 요구 된다. 충청권역 호흡기 전문질환센터에서는 감염
[그림 2] 격리병실의 실별 차압 제어 개념도
공기의 덕트를 통한 확산을 차단하기 위해서 Back Draft Damper(이하, B.D.D)가 적용되었다. 지상 5 층의 급기 덕트는 일반 중환자실을 거쳐 격리 중환 자실 및 격리 중환자실 전실에 급기된다(그림 4).
B.D.D는 공조기 팬 작동 시 풍압에 의해 열리게 되 고 작동하지 않을 때, 공조기로 기류가 역류되지 않 도록 닫히기 때문에, 댐퍼의 기밀성능 확보가 중요 하다. 따라서 댐퍼 선정 시 댐퍼의 압력손실 및 누 설량에 대한 확인과 필요한 경우 성능에 대한 인증 검토가 요구된다.
감염방지를 위한 건축·설비의 시공계획 의료시설 내 감염방지를 위한 시스템 설계만 큼, 시공 시 기밀성 확보를 위한 마감 및 시공기술
도 중요하다. HEAS-02-2004에서는 격리병실의 시공 시, 바닥 및 천장, 벽, 이음새 등에서의 기밀 성 확보를 언급하고 있다. 충청권역 호흡기 전문질 환센터 설계를 위해 견학한 몇몇 의료시설의 경우, 조명기구와 실내 마감재료의 이음새에서 기밀성이 미확보됨을 확인할 수 있었다. 기밀성 확보를 위해 서는 밀폐형 등기구의 적용과 실내 마감재료 시공 시, 기밀성이 확보될 수 있도록 각별한 주의가 요 구된다(그림 5, 그림 6).
소결
격리병실의 설계 시 주요 고려사항은 감염공기 의 외부 누출 차단을 위한 건축·설비계획과 격리 병실에 요구되는 적정 시공 자재 및 시스템을 설치
[그림 3] 격리병실 평면계획 수정
[그림 4] 격리 중환자실 덕트 경로 및 B.D.D 설치
집중기획 Ⅱ Ⅱ 기획 집중
하는 것이다. 특히, 건축 평면 계획으로 1차적인 감 염공기의 외부 전파를 차단할 수 있기 때문에 각별 한 검토가 요구되며, 시공 시 마감재료에 대한 기 밀성 확보가 필요하다.
격리병실 음압 측정 실험
격리병실의 안정적인 음압 유지를 위해서는 T.A.B 및 운영이 제대로 이루어져야 할 뿐만 아니 라, 설계·시공사항이 계획대로 반영되었는지 건 물 운영 전에 검증되어야 한다. 따라서 본 장에서 는 준공 단계에서 격리병실 음압 유지에 대한 검증 을 수행한 국외문헌(감병병동의 성능평가-1 : 압력 가변 대응 변동에서의 압력제어 검증 결과, 感染症 病棟の性能評価
変
(その1) : 壓力可 価 変 応
對 価 変
応病病棟にお
ける壓力制御檢証結果)을 통해 격리병실 음압 측 정 실험 방법을 소개하고자 한다.
대상건물은 일본 도쿄(東京) 오오타구(大田區) 에 있는 에바라 병원으로, 506개의 병상이 있으며, 한 개의 병동을 차압 제어가 가능한 병실로 2011년 리모델링하였다. 리모델링으로는 공조시스템 개보 수, 자동문 설치, 외피 기밀화가 시행되었다. 병실 의 환기횟수는 일반 병실로 이용할 때는 3회/h, 호 흡기 질환 격리 병실로 사용할 때에는 6회/h로 공 급하며, 배기는 HEPA 필터 여과 후 배기한다.
병실의 압력제어 방법은 병동 내 내외복도의 압력을 측정하고, 압력 유지를 위한 고속 VAV 풍량 제어를 차압센서와 자동문 개폐와 연동하였다. 고 속 VAV는 1초 이내에 설계풍량 급기가 가능하며, 급기와 배기측에 각각 설치하였다. 내복도와 외복
[그림 5] 밀폐형 등기구 적용으로 기밀성 확보
[그림 6] 실내 마감 재료 기밀성 확보
도 사이에는 자동문이 설치되었으며, 급기풍량은 그림 7와 같다. 차압계측은 자동문을 개폐시켰을 때, VAV 제어를 동작하지 않고 일정 풍량을 급기하 는 경우와 VAV를 동작시킨 경우 2가지 모드로 하 였다. 자동문의 개폐 시간은 40초로 설정하였으며, 그림 8과 같이 정압센서를 설치하여, 내복도와 외 복도의 차압, 내복도와 병실 내부의 차압을 계측하 였다. 차압센서는 자동문보다 2 m 떨어진 복도 중 심의 천장면에 설치하였고, 병실에서는 5호실(1인 병실)과 6호실(4인 병실)의 천장면에 설치하였다.
실험 결과는 다음과 같다.
연기발생기 실험결과 중앙부 외복도로부터 내
복도 측으로 기류가 흐르는 것을 육안으로 확인할 수 있었다. 자동문 B 개폐 시 차압 측정 결과는 그 림 9, 그림 10과 같다. 문이 열리기 시작하고 약 10초 후에 내외복도의 압력차이가 없어지고, 자동 문이 닫힌 이후에 내복도와 외복도의 차압은 불안 정한 것을 확인할 수 있다. 반면에, 고속 VAV를 작 동시켰을 때는 음압을 유지할 수 있는 상태지만, 압력차이가 서서히 감소하고 있기 때문에 장시간 에 걸쳐 자동문이 열려있다면, 압력차를 유지하기 는 어려울 것으로 판단된다. 그림 11은 자동문 개 폐 시, 병실 내 압력을 볼 수 있는데, 5호실은 -5 Pa, 6호실은 -10 Pa를 확보할 수 있었다.
700 CMH 700 CMH 375-
1,185 CMH 375-
1,185 CMH
외복도 외복도
SPE SDC
2,100 CMH 525 CMH 자동문 자동문 열림
닫힘
dPE dPE
<자동문 닫힘> <자동문 열림>
풍량제어기
내복도 병실 내복도 병실
0 - - - 0 - - -
[그림 7] 자동문 개폐에 따른 급기 풍량 조절
[그림 8] 병원 내 센서 설치 위치
집중기획 Ⅱ Ⅱ 기획 집중
맺음말
본 기사에서는 격리병실에 대한 국내외 설계 기 준과 충청권역 호흡기 전문질환센터의 격리병실
설계사항에 대해서 소개하였다. 호흡기 질환의 2차 감염을 막기 위한 격리병실 설계에서는 관련된 설 계 기준의 준수와 건축·설비계획 및 시공계획이 매우 중요하고, 준공단계에서 음압 유지에 대한 신 뢰성 확보를 위해 음압 실측 실험이 반드시 필요하 다. 이를 위해서는 격리병실에 대한 설계·시공, 실 측 및 운영까지 이루어질 수 있는 통합설계에 대한 접근이 필요할 것으로 판단된다.
본 기고문의 작성을 위해 격리병실 음압 측정 자료를 제공해 주신 Azbil Korea 이승우 팀장에게 감사의 말씀 전한다.
참고문헌
1. 노상태, 병원 내 감염 대책과 공조·환기설비, 대한설비공학회 설비저널, Vol. 42, No. 3, 2013.
2. 질병관리본부, 국가지정 입원치료(격리)병상 운 영과 관리(안), 2011.
3. ASHRAE, HVAC Design Manual for Hospital and Clinics, 2013.
4. Guidelines for Environmental Infection Control in Health-Care Facilities, Recommendations of CDC and the Healthcare Infection Control Practices Advisory Committee(HICPAC), U.S. Department of Health and Human Services Centers for Disease Control and prevention(CDC), Atlanta, GA 30333, 2003.
5. http://www.mers.go.kr/.
6. 病院空調設備の設計·管理指針 “HEAS-02- 2004”.
7. 井田寬, 新谷哲史, 石原正也, 感染症病棟の性能 評価
変 応
(その1) : 壓力可 価 変 応
對 価 変
応病棟における壓力制 御 檢証結果(學校·病院等の換氣·空調,環境工 學Ⅱ, 年度大會(東海)學術講演會·建築デザイン 發表會プログラム), 2012.
4000
3500
3000
2500
2000
1500
1000
500
0
0 10 20 30 40 50 60 70
시간(Sec)
VAV급기풍량(CMH)
4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0
VAV급기풍량(CMH)
3500
3000
2500
2000
1500
1000
500
0
VAV급기풍량(CMH) 실압(Pa)
80 40초 자동문 열림
40초 자동문 열림
40초 자동문 열림
내외복도의 차압 0Pa로, 차압형성 되지 않음.
자동문 열림 시점에서 2,100CMH 급기 내외복도 차압 약 -0.5Pa 자동문 닫힌 후, 차압 불안정
외복도 급기 A,B(CMH) 복도차압 A-1(Pa) 복도차압 B-1(Pa)
외복도 급기 A,B(CMH) 복도차압 A-1(Pa) 복도차압 B-1(Pa)
복도급기(CMH) 내복도 차압(Pa) 5호실 차압(Pa) 6호실 차압(Pa) 90 100 110 120 130 140 150
0 10 20 30 40 50 60 70
시간(Sec) 80
0 10 20 30 40 50 60 70
시간(Sec)
80 90 100 110 120 130 140 150 160 1
0
-1
-2
-3
-4
-5
-6
-7
실압(Pa)
1 0 -1 -2 -3 -4 -5 -6 -7
실압(Pa)
0
-2
-4
-6
-8
-10
-12
-14
[그림 9] 자동문 개폐 시의 차압(일정풍량)
4000
3500
3000
2500
2000
1500
1000
500
0
0 10 20 30 40 50 60 70
시간(Sec)
VAV급기풍량(CMH)
4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0
VAV급기풍량(CMH)
3500
3000
2500
2000
1500
1000
500
0
VAV급기풍량(CMH) 실압(Pa)
80 40초 자동문 열림
40초 자동문 열림
40초 자동문 열림
내외복도의 차압 0Pa로, 차압형성 되지 않음.
자동문 열림 시점에서 2,100CMH 급기 내외복도 차압 약 -0.5Pa 자동문 닫힌 후, 차압 불안정
외복도 급기 A,B(CMH) 복도차압 A-1(Pa) 복도차압 B-1(Pa)
외복도 급기 A,B(CMH) 복도차압 A-1(Pa) 복도차압 B-1(Pa)
복도급기(CMH) 내복도 차압(Pa) 5호실 차압(Pa) 6호실 차압(Pa) 90 100 110 120 130 140 150
0 10 20 30 40 50 60 70
시간(Sec) 80
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80 90 100 110 120 130 140 150 160 1
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-1
-2
-3
-4
-5
-6
-7
실압(Pa)
1 0 -1 -2 -3 -4 -5 -6 -7
실압(Pa)
0
-2
-4
-6
-8
-10
-12
-14
[그림 11] 자동문 B 개폐 시 차압(고속 VAV 제어)
4000
3500
3000
2500
2000
1500
1000
500
0
0 10 20 30 40 50 60 70
시간(Sec)
VAV급기풍량(CMH)
4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0
VAV급기풍량(CMH)
3500
3000
2500
2000
1500
1000
500
0
VAV급기풍량(CMH) 실압(Pa)
80 40초 자동문 열림
40초 자동문 열림
40초 자동문 열림
내외복도의 차압 0Pa로, 차압형성 되지 않음.
자동문 열림 시점에서 2,100CMH 급기 내외복도 차압 약 -0.5Pa 자동문 닫힌 후, 차압 불안정
외복도 급기 A,B(CMH) 복도차압 A-1(Pa) 복도차압 B-1(Pa)
외복도 급기 A,B(CMH) 복도차압 A-1(Pa) 복도차압 B-1(Pa)
복도급기(CMH) 내복도 차압(Pa) 5호실 차압(Pa) 6호실 차압(Pa) 90 100 110 120 130 140 150
0 10 20 30 40 50 60 70
시간(Sec) 80
0 10 20 30 40 50 60 70
시간(Sec)
80 90 100 110 120 130 140 150 160 1
0
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-7
실압(Pa)
1 0 -1 -2 -3 -4 -5 -6 -7
실압(Pa)
0
-2
-4
-6
-8
-10
-12
-14
[그림 10] 자동문 개폐 시 차압(고속 VAV 제어)
