★..한국실내환경학회 KOSIE

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상용 소형 에어컨의 항균성능 향상을 위한 탄소섬유 이오나이저의 적용

김두영⋅윤기영⋅박재홍⋅김양선⋅황정호^* 연세대학교 기계공학과

Application of Carbon Fiber Ionizer for Increasing Antimicrobial Efficacy in a Small-scale Commercial Air Conditioner

Doo-Young Kim⋅Ki-Young Yoon⋅Jae-Hong Park⋅Yang-Seon Kim⋅Jungho Hwang^*

Department of Mechanical Engineering, Yonsei University

Abstract

Bioaerosols, airborne particles of biological origin, are omnipresent in the common surroundings of humans. In antimicrobial filter system, as particles or organic materials are deposited on the filter surface, the bacteria come into contact with the antimicrobial material less, and thus they can easily grow on particles or organic materials. We selected a carbon fiber ionizer which generated air ions as antimicrobial agent. Antimicrobial effect of carbon fiber ionizer on the outlet air and condensate water was tested using application of carbon fiber ionizer in a small-scale commercial air conditioner. In conclusion, the application of carbon fiber ionizer in the air conditioner showed more increasing antimicrobial efficiency.

Keywords ：Air conditioner, Carbon fiber ionizer, Bioaerosol, Antimicrobial

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1. 서 론

현대인들은 대부분의 생활을 실내공간에서 활 동하며 보내고 있다. 이에 따라 실내공기질(IAQ, indoor air quality)에 대한 관심이 높아졌으며, 실내 공기질을 향상시키기 위한 많은 연구들이 진행되 고 있다. 이러한 실내공기질을 저해하는 주 오염 원으로서 바이오에어로졸(bioaerosol)이 있다. 바이 오에어로졸이란 바이오(bio)와 에어로졸(aerosol)의 합성어로서 생물학적 기원을 갖는 공기 중 부유 입자상 물질을 의미한다. 이러한 바이오에어로졸 중에서도 특히 미생물 기원의 경우 실내 환경조건 에 따라 더욱 증가되어 전염병을 매개시키는 역할 을 하는데, 2005년 7월 20일 한국소비자보호원이 조사한 자료에 따르면 서울 및 수도권 가정용 에 어컨 및 출퇴근 차량 에어컨에서 발생된 유해 미 생물을 측정한 결과에는 알레르기(allergy), 천식 (asthma) 등을 유발시키는 알레르기유발균 뿐만 아니라 면역성이 약한 사람에게 폐질환, 외이도염 등의 각종 질병을 유발시킬 수 있는 기회감염균 (opportunistic pathogen)도 발견되었다고 발표했다 (홍성갑 등, 2003).

이처럼 주변 환경과 밀접한 바이오에어로졸에 대한 관심의 증가와 유해성으로 인하여, 바이오에 어로졸을 제어하기 위한 다양한 기술들이 개발되 고 있다. 일반적인 방식으로 필터를 이용하는 방 법이 있는데, 이는 입자상으로 부유하는 바이오에 어로졸을 필터를 이용해 유동으로부터 분리하여 제거하는 방식이다. 그러나 오염물질에 직접적인 피해를 가하는 방식이 아니기 때문에, 오히려 미 생물들이 필터상에 번식하여 미생물성 휘발성유기 화합물(MVOC, microbial volatile organic compound) 과 같은 물질이 발생되며, 증식된 세균이나 곰팡

이 등의 미생물이 필터에서 탈리되어 다시 공기 중으로 부유함으로써 2차적인 오염원이 되는 문 제가 발생하게 된다(Fischer et al., 1999; Mene- trez and Foarde, 2002).

이러한 문제점의 대안으로 나노 입자의 항균성 에 대한 연구, 그리고 필터에 항균능력을 부여하 기 위한 연구가 이뤄졌다. 윤기영 등(2005)은 크기 가 약 40㎚인 은(silver) 나노 입자, 크기가 약 100㎚

인 구리(copper) 나노 입자, 크기가 약 30㎚인 산화 티타늄(TiO2) 나노 입자를 대상으로 박테리아 배 양 배지에 섞은 후 배지 표면에 E. coli 와 B.

subtilis를 도말시켜 나노 입자의 농도에 따라 생존 하는 박테리아 군집체(colony)의 수를 비교함으로 써 항균 특성에 대해 실험적으로 연구하였다. Ji et al.(2007)은 S. epidermidis 바이오에어로졸을 대상 으로 소형 세라믹 발열장치를 이용하여 은 나노 입자의 발생량과 노출된 시간에 따라 생존하는 박 테리아 군집체의 수를 비교함으로써 항균 비율을 측정 및 평가하였다. 윤기영 등(2006)은 활성탄소 섬유(ACF, activated carbon fiber) 필터에 무전해 은도금법을 이용하여 표면에 은 입자를 코팅하였 다. 무전해 은도금된 ACF 필터에 그람 음성균인 E. coli, P. fluorescens와 그람 양성균인 B. subtilis, M. luteus를 대상으로 발생시킨 후, APS(aerodynamic particle sizer; model 3321, TSI Inc., USA)를 사용하 여 바이오에어로졸의 공기역학적 입경과 수농도 를 측정함으로써 필터의 여과 효율과 항균 특성에 대한 실험을 수행하였다. 또한, 윤기영 등(2008)은 키토산(chitosan)을 이용한 미디엄 필터(medium filter), 카테킨(catechin)을 이용한 헤파(HEPA, high efficiency particulate air) 필터, 은 나노 입자를 이 용한 헤파필터, 구리망을 이용한 프리 필터(pre- filter), 정전섬유를 사용한 차량용 캐빈 필터(cabin

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filter), 일반적으로 상용화된 차량용 캐빈 필터를 대상으로 그람 음성균인 E. coli와 그람 양성균인 S. epidermidis 바이오에어로졸을 발생시켜 각 필 터의 항균 특성을 평가하였다. 바이오에어로졸 여 과 특성을 평가하기 위한 방법으로 필터의 전단과 후단에서 APS를 사용하여 측정하였으며, 측정된 바이오에어로졸의 공기역학적 입경과 수농도를 통하여 필터의 여과 특성을 평가하였다. 그리고 항균필터의 항균성능을 평가하기 위해 진탕 플라 스크법을 사용하여 배양된 군집체 개수를 측정하 여 비교함으로써 항균효율에 대해 실험적으로 연 구하였다.

그러나 항균필터도 시간이 지남에 따라 먼지나 기타 오염물질들이 퇴적됨으로써 항균성능이 저 하되는 문제가 있었다. 그래서 Ju et al.(2010)은 스 파크 방전을 이용하여 은 나노 입자를 코팅한 헤 파 필터에 먼지를 퇴적시킨 양과 E. coli와 S.

epidermidis 바이오에어로졸의 항균성능의 효과에 대한 영향관계에 대해 실험적으로 연구하였다. 이와 같은 항균필터뿐 아니라 열이나 플라즈마 방식을 이용한 항균 연구가 활발하게 진행되었다.

이병욱과 이윤하(2005)는 가열튜브의 온도변화에 따라서 대장균 바이오에어로졸이 가열튜브를 통 과하기 전과 통과한 후의 농도와 크기분포를 구하 고, 바이오에어로졸의 체적당 군집체 개수를 측정 하여 고온의 환경이 미치는 영향에 관한 연구를 수행하였다. 김현건 등(2009)은 열에너지를 활용한 기존의 연구(이병욱과 이윤하, 2005)를 참조하여 부유미생물의 생명성을 저감 시킬 수 있는 제어장 치를 설계 및 제작하였다. 이 장치를 이용하여 실 험실 실내공기를 대상으로 온도변화에 따른 실내 공기에 부유해 있는 바이오에어로졸의 군집체 개 수를 비교함으로써, 항균 성능을 실험적으로 측정

하여 살펴보았다. Jung et al.(2009)은 두 가지 종의 곰팡이인 A. versicolor와 Cl. cladosporioides를 대상 으로 20℃에서 700℃까지 온도조절이 가능한 전기 가열로(thermal electric heating system)에 통과시키 면서 생존효율 및 바이오에어로졸에 미치는 영향 에 대해 연구하였다. 또한, Kettleson et al.(2009)은 살균 바이러스(bacteriophage) 일종인 T3와 MS2 바 이러스를 대상으로 코로나 방전을 이용한 전기집 진기(ESP, electrostatic precipitator)를 사용하여 인 가된 전압 크기에 따른 바이러스의 포집 및 불활 성화에 대한 효율에 관하여 연구하였다.

Huertas et al.(1971)의 연구에 의하면 공기이온 의 종류는 크게 두가지 범위로 나눌 수 있으며, 다 음과 같다고 한다. 음이온(negative ion) 성질의 수 화물(hydrate)인 O2-(H2O)n, O3-(H2O)n, OH^-(H2O)n, CO3-(H2O)n, CO4-(H2O)n, NO2-(H2O)n, NO3-(H2O)n 등 과 같은 단순 이온(Simple ions)과 NOx-HNOy(H2O)n, HCO3-HNOy(H2O)n과 같은 복합 이온(Complex ions) 이 있다. 그리고 가장 많은 양의 (H3O)⁺(H2O)n, O2+(H2O)n, NO⁺(H2O)n, NO2+(H2O)n 등과 같은 양이 온 성질의 수화물이 있다. 이와 같은 이온을 이용 한 항균 연구도 역시 최근에 활발하게 진행되었 다. Huang et al.(2008)은 음이온을 발생하는 단극 성 이온 발생기와 HVAC(heating, ventilation and air-conditioning) 필터를 이용하여 E. coli, B. subtilis, A. niger, A. versicolor, Influenza virus 그리고 폴리 스티렌 라텍스(PSL, polystyrene latex) 입자를 대상 으로 저감 효율을 측정하는 연구를 진행하였다. Park et al.(2009)은 탄소섬유를 방전 전극으로 이 용한 이오나이저(ionizer)를 이용하여 필터 상에 포 집된 바이오에어로졸 및 1㎛이하의 초미세 입자 저감에 대한 실험적 연구를 수행하였다. Kim et al.(2010)은 필터에 포집된 E. coli와 S. epidermidis

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100mm

Power pack Inlet air Filter

Outlet air

Anderson impactor

Vacuum pump Sampling point

Air conditioner Heat exchanger

Condensate water

Outlet air

Electrode of ionizer

Insulation tube High voltage cable Cramp Carbon fiber

Inlet air : ambient air clean air

100mm

Power pack Inlet air Filter

Outlet air

Anderson impactor

Vacuum pump Sampling point

Air conditioner Heat exchanger

Condensate water

Outlet air

Electrode of ionizer

Insulation tube High voltage cable Cramp Carbon fiber

Inlet air : ambient air clean air

# 2 # 1

# 1

# 3

Fig. 1. Antimicrobial experimental set-up of the air conditioner.

를 대상으로 양이온 또는 음이온을 각각 발생시킨 후 배양시켰다. 이렇게 배양된 바이오에어로졸의 군집체 수를 측정하여 이온의 종류 및 이온에 노 출된 시간에 따른 바이오에어로졸의 생존성에 대 해 실험적으로 측정하고, 공기 이온이 바이오에어 로졸에 미치는 영향에 대한 메커니즘에 대하여 연 구하였다. 또한 국내외 기업에서도 공기 이온의 이같은 특성을 이용해서 전자제품에 응용하기도 하였다. 일본의 SHARP전자에서는 에어컨이나 공 기청정기에 적용할 수 있는 이오나이저를 연구 개 발하여 특허화해 제품을 생산하였으며, 삼성전자 에서도 마이크로 플라즈마(micro plasma)를 방전 시켜 얻은 하이드로페록시레디컬(HOO-)을 이용하 여 유해성 바이오에어로졸에 있는 단백질 구조의 수소 결합을 파괴시켜 제균하는 기술인 SPi (Sam- sung super plasma ion)를 응용한 장치를 개발하여 자사제품의 에어컨에 장착시켜 생산하고 있다.

본 연구에서는 실제 우리가 사용하고 있는 가정 용 소형 에어컨 필터에 항균 성능을 부여하기 위 해 탄소섬유를 방전극으로 이용한 이오나이저를 필터의 전단에 설치한 후, 대기 중에 부유해있는 바이오에어로졸을 물리적으로 흡착하여 영양배지 (nutrient agar plate) 상에서 배양시킴으로써 이에 따른 항균 성능을 평가하였다.

2. 실험

2.1 에어컨 항균 실험 장치구성 및 실험방법 실험장치 구성은 Fig. 1과 같으며, Table 1과 같 은 제품사양을 갖고 있는 A전자의 소형 이동식 에어컨 2대를 구입하여 실험에 사용하였다. 항균 성능 비교실험을 위한 한 대의 에어컨에는 Fig. 2 와 같이 에어컨 필터로부터 100mm 떨어진 위치

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Size(㎜) Outlet flow (㎥/h)

Cooling power

(Btu/h) Refrigerant Filter material Filter fiber diameter(㎛)

384×400×723 180 7000 R22 Polyester 265

Table 1. Specifications of the air conditioner.

Carbon fiber electrode (ion emission tip) Carbon fiber electrode

(ion emission tip)

100

100 58 170 60

288

260

75 110 75

filter

58 170 60

288

260

75 110 75

filter

Fig. 2. The positions of four carbon fiber electrodes (mm).

에 이오나이저를 4개의 지점에 설치하여 가동시 키고, 다른 한 대의 에어컨은 추가적인 이오나이 저 설치없이 정상 가동하였다. 실험에 사용된 4개 의 이오나이저는 이온이 방출되는 전극부(ion emission tip)와 전원공급부로 구성되었다. 전극부 는 직경이 5~10㎛ 크기인 300여개의 탄소섬유로 이뤄져있으며, 전원공급부는 저항 0.5Ω에 AC 220V, 60Hz의 전압을 공급하였다. 이오나이저에 서 방출되는 이온의 종류는 음이온으로 선정하여 적용하였다. 그 이유는 음이온이 대기 중에 부유 하고 있는 양이온화된 화학물질이나 먼지, 분진, 악취 등의 오염물질들을 제거해주는 기능과 음이 온이 사람의 체내에 들어갔을 때 신진대사를 촉진 시켜주는 유익한 효과가 있다고 흔히 알려져 있고 시중에 많은 제품들이 음이온 방식이기 때문이다

(이진희, 2003). 발생되는 음이온의 측정은 이온 측정기(Air ion counter, AlphaLab. Inc., USA)를 사 용하였으며, 음이온 농도는 2.0*10⁶ion/㎥ 이상으 로 유지하였다. 이오나이저 작동간 공기 중의 산 소와 반응하여 원하지 않은 오존(O3, ozone)이 발 생할 수 있으므로, 그 양을 알아보기 위해 오존 측 정기(PortaSens∥, Ati, Collegeville, PA, USA, 0-5ppm range, 0.01ppm resolution)를 이용하였다.

실험의 진행과정은 다음과 같다. 동일한 실험 장 소에 두 대의 에어컨을 비치함으로써 동질의 공급 공기(inlet air)가 각 에어컨 후면 필터 부분을 통과 하게 된다. 이 때, 통과된 공기는 에어컨 내부에 있는 열 교환 장치(heat exchanger)에 의해 온도가 변화된 후, 에어컨 전면의 배출구를 통해 배출공 기(outlet air)가 나오는 과정을 거치게 된다. 그리 고 이 과정에서 열 교환이 이뤄져 에어컨 내에 응 축수(condensate water)가 생성되어 발생한다. 이 때 공급공기와 배출공기의 측정실험은 Six stage viable anderson impactor(TE-10-800, Tisch Environ- mental Inc., USA)를 사용하여 측정하였다. Six stage viable anderson impactor는 임팩터(impactor) 의 충돌판을 영양배지로 대체한 것으로써, 공기 중에 부유하는 바이오에어로졸 입자들을 생존에 적합한 영양배지에 포집하는 장치이다. 실험에서 는 stage1과 stage6 2개만 사용하여 입자크기의 범 위가 0.65~7.0㎛인 세균 및 진균류가 포집되도록 설정하였다. 진공펌프(vacuum pump)의 유량은 Six stage viable anderson impactor의 포집 입자크기 범

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위에 적합한 28.3ℓ/min으로 설정하였다. 공급공기 와 배출공기에 대한 Six stage viable anderson impactor의 포집시간은 5분과 10분으로 선정하여 측정하였다.

Fig. 1에서 보는 바와 같이, 실험결과를 얻기 위 하여 세 개의 측정위치(sampling point)를 선정하였 다. 첫 번째 측정위치는 에어컨에 들어가는 공급 공기의 미생물 양을 측정하기 위해 선정하였다. 공급공기는 실험 공간 내에 있는 일반적인 일반공 기(ambient air)와 클린부스(cleanbooth, class 1000) 에서 공급되는 정화된 청정공기(clean air)를 사용 하였다. 청정공기의 사용 목적은 외부에서 에어컨 으로 유입되는 공기 속에 있는 바이오에어로졸의 양이 일반공기와는 다르게 적은 상황을 부여하기 위해서이다. 공급공기의 측정은 에어컨에서 나오 는 배출공기와 혼합되지 않도록 두 대의 실험용 에어컨과 30㎝ 이상 떨어진 곳에서 하였으며, 에 어컨 배출구의 높이와 동일한 위치로 선정하였다.

두 번째 측정위치는 에어컨 배출공기의 미생물을 측정하기 위해 선정하였다. 배출공기가 분산되지 않도록 에어컨의 배출구에 비닐막을 설치하여 측 정시 포집이 용이하도록 하였다. 측정방식은 공급 공기와 같은 방법으로써, 배출구와 5㎝ 정도 떨어 진 거리에서 비닐막에 의해 모아진 공기가 충분히 포집되도록 하여 이오나이저가 설치된 에어컨과 이오나이저가 설치되지 않은 에어컨을 각각 측정 하였다. 세 번째 측정위치는 에어컨 내부에서 발 생되는 응축수의 미생물을 측정하기 위해 선정하 였다. 에어컨 작동 시 고온을 저온으로 바꿔주는 열 교환 장치로 인해 응축수가 지속적으로 발생하 게 되는데, 측정일을 기준으로 해당 시점에서 발 생하는 응축수 일부를 채취하여 미생물 측정 및 동정분석을 하였다.

각 실험은 다음과 같이 진행하였다. 먼저 두 대 의 에어컨을 실험실에 비치하여 일반공기를 대상 으로 가동시켰다. 이때 타이머 콘센트로 에어컨과 이오나이저의 On / Off 시간을 설정해 하루 8시간 씩 6일 동안 가동을 시켰다. 에어컨 가동 후 7일째 되는 날에 샘플링을 위에서 언급한 세 개의 측정 위치에서 실시하였다. 이와 같이 이오나이저의 영 향을 일반공기 대상으로 알아본 뒤에 두 대의 에 어컨을 클린부스 내로 이동시켰다. 약 20분간 기 계의 작동이 안정화 되도록 충분히 가동시킨 뒤, 청정공기가 공급되는 조건하에서 샘플링을 에어 컨 입구와 출구에서 실시하였다. 클린부스 내에서 청정공기를 대상으로 한 실험에서는 응축수에 대 한 샘플링은 하지 않았다. 온도 및 습도는 에어컨 가동 후 7일째가 되는 측정일을 기준으로 실험실 내의 환경조건을 측정하여 기록하였다.

2.2. 에어컨 항균 성능 평가

Fig. 3과 같은 실험 절차에 따라 두 대의 에어컨 에서 얻은 공급공기, 배출공기, 응축수에 동일하 게 적용하여 수행하였으며, 이오나이저의 유무에 따른 실험결과 값을 비교하여 에어컨의 항균 성능 을 평가하였다. 공급공기와 배출공기가 포집되는 임팩터에는 충돌판 역할에 적합하도록 영양배지 의 양을 27㎖로 두껍게 하여 포집하였다. 응축수 는 원액을 그대로 사용할 경우 발생하는 군집체의 수가 너무 많아 측정이 어려웠다. 그래서 채취한 응축수를 육안으로 식별이 가능하도록 증류수에 1%의 농도로 희석시켰다. 이렇게 희석한 응축수 200㎕를 15㎖의 영양배지 위에 마이크로피펫으로 살포한 후 고르게 분포되도록 스프레더(spreader) 를 사용하여 도말하였다. 이와 같이 각 실험에서 채취하여 얻은 영양배지는 배양기(incubator) 안에

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30℃, 7days

Incubation Nutrient agar plate (27ml)

Anderson

impactor Vacuum pump Inlet & Outlet

air

Colony counting

Condensate water sampling

Nutrient agar plate (15ml) condensate water

suspension Shaking

Diluted to 1% concentration

Spreader

# 1, # 2

# 3

Fig. 3. Experimental procedure for antimicrobial test.

넣어, 30℃ 온도에서 7일간 배양하면서 발생하는 군집체의 수를 관찰 및 측정하였다.

공급공기와 배출공기에서 배양된 군집체의 수 와 펌프에서 사용한 유량 및 시간으로 바이오에어 로졸의 농도를 다음 식과 같이 계산하였다.

CFU/㎥ = CFU * 10³

포집유량(ℓ/min)× 포집시간(min) (1)

CFU(colony forming unit)는 영양배지에서 계수 된 군집체의 개수이며, 포집유량(impactor flow)은 진공펌프의 유량, 포집시간(suction time)은 임팩터 의 작동시간이다. 그리고 응축수에서 배양된 군집 체는 개수를 측정하여 결과 값으로 사용하였다.

3. 결과 및 토의

Table 2에 9월~11월 동안 에어컨 실험 측정을

실시한 일자별 온도 및 습도에 대한 자료를 나타 냈다. 미생물의 증식에 있어서 영향을 미치는 많 은 요인들이 있지만 그중에서 가장 중요한 요인 중의 하나는 온도와 습도이다. 특정 미생물이 최 고속도로 증식할 수 있는 온도를 최적성장온도 (optimal growth temperature)라 하는데, 인체의 병 원미생물(human pathogen)은 대부분 성장온도 20~40℃ 범위에서 체내에 빠르게 성장하며 감염 을 일으키는 최적성장을 나타낸다. 이러한 조건범 위 밖에서는 비활성을 나타내거나 세포가 증식할 수 없게 되기도 한다(Ehrlich et al., 1970; 미생물면 역분과위원회 저, 2008). 그래서 각 실험일자에 따 라 변화되는 온도 및 습도 상태를 함께 측정함으 로써 미생물과의 영향관계를 참고할 수 있도록 하 였다.

이오나이저의 오존 발생량을 측정한 결과, 측정 기의 최소 측정범위인 0.01ppm 이하의 농도로 측 정되었다. Fletcher et al.(2007)에 따르면, 전기적

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No. Sampling date Temperature (℃) Humidity (%) (1)

(2) (3) (4) (5) (6) (7)

09. 30 09. 11 09. 25

10. 90 10. 28 11. 23 11. 30

24 23 25 23 24 24 27

48 51 47 33 40 25 23 Table 2. Temperature and humidity data during experiments.

0.0 50.0 100.0 150.0 200.0 250.0 300.0 350.0 400.0

(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7)

date of measurement

CFU concentration (CFU/m3)

Sampling point #1 (w/ ionizer) Sampling point #1 (w/o ionizer) Sampling point #2

0.0 50.0 100.0 150.0 200.0 250.0 300.0 350.0 400.0

(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7)

Fig. 4. Antimicrobial effect of ionizer on the ambient air.

0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 30.0 35.0

(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7)

0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 30.0 35.0

(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7)

Fig. 5. Antimicrobial effect of ionizer on the clean air.

장치를 사용하게 됨으로써 발생되는 오존에 의해 바이오에어로졸과 같은 미생물의 세포들이 피해 를 입어 항균성능 실험결과에 큰 영향을 미치게 된다고 하였다. Hunt and Mariňas(1999)는 E. coli를 대상으로 하여 pH 7.2, 온도 20℃, E. coli 농도 5×10⁹CFU/ℓ, 오존 노출시간 30초 조건하에서 오 존의 농도가 0㎍/ℓ, 9㎍/ℓ(4.2ppm), 18㎍/ℓ (8.4ppm), 197㎍/ℓ(92ppm)로 변함에 따라 생존율 이 1, 0.868, 0.740, 0.00071로 낮아짐을 실험적으로 확인하였다. 하지만 본 연구의 실험장치 구성에서 는 오존의 발생은 0.01ppm이하로써 항균성능 측 정 실험결과에 영향을 주기에 극히 작은 농도임을

확인하였다. 이를 통해 본 연구는 오존에 의한 생 물학적 피해가 없는 상황에서, 이오나이저가 발생 시킨 음이온에 의한 바이오에어로졸의 항균성능 을 실험적으로 확인한 결과라고 할 수 있다. Fig. 4는 공급공기로 일반공기를 사용한 상태에 서 이온발생에 의한 에어컨 항균 성능 평가결과를 나타냈고, Fig. 5는 청정공기를 사용한 상태에서 이온발생에 의한 에어컨 항균 성능 평가결과를 나 타냈다. 그리고 Fig. 6은 에어컨 배출공기에 있는 바이오에어로졸의 이오나이저에 의한 항균 효율 을 다음 식을 통해 계산한 결과를 비교한 결과이 다.

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0 2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 0 1 2 0

(1 ) (2 ) (3 ) (4 ) (5 ) (6 ) (7 )

d a te o f m e a s u re m e n t

efficiency (%)

A m b ie n t a ir C le a n a ir

Fig. 6. Antimicrobial efficiency of outlet air.

Antimicrobial efficacy = (1 - CFUw/ ionizer ) × 100% (2) CFUw/o ionizer

Fig. 4와 Fig. 5에서 알 수 있듯이 실험일자별 일 반공기와 청정공기에 포함된 바이오에어로졸의 양은 불규칙하게 분포되어 나타난다. 이는 실험일 의 온도, 습도 등의 주변 환경요인의 변화로 인해 측정된 바이오에어로졸 군집체의 수가 큰 차이를 나타내는 것으로 판단된다. 실험에 사용한 영양배 지는 세균류와 진균류가 배양되기 적합한 것으로 써, 측정한 군집체의 수는 세균과 진균 두 종류를 포함한 결과이다. 그래서 앞서 설명한 실험방법을 기준으로 일반공기와 청정공기의 항균성능을 확 인해 본 결과, 측정일의 변화와 관계없이 이오나 이저가 설치된 에어컨에서 배출된 바이오에어로 졸의 CFU 농도가 상대적으로 더 적다는 것을 알 수 있다.

Fig. 6에 나타난 결과와 같이 일반공기를 투입 하였을 때 에어컨 필터만 사용할 경우와 이오나이 저를 함께 사용한 경우의 항균효율은 최소 2%에 서 최대 47%로 나타났으며, 평균적으로 27%의 항 균효율이 나타남을 알 수 있다. 청정공기를 투입 하였을 때의 항균효율은 최소 25%에서 최대 100%로 나타났으며, 평균적으로 82%의 항균효율

이 나타남을 알 수 있다. 이 중에서 3개의 실험결 과를 제외한 나머지 실험결과는 항균효율이 100%

로 나타났다. 고성능 필터에 의해 1차적으로 여과 된 청정공기에 남아있는 미량의 바이오에어로졸 에 대해서 이오나이저에서 발생되는 이온이 에어 컨 필터에 포집된 바이오에어로졸에 생물학적 피 해를 가함으로 인하여, 지속적인 항균 성능을 부 여함으로써 잔여 바이오에어로졸 대부분을 2차적 으로 제거시킬 수 있음을 알 수 있다.

그리고 Fig. 5에서 보는 바와 같이 청정공기에 미생물이 나타나지 않거나 더 적게 발생했는데도 배출공기에서 더 많은 농도의 미생물이 나타났는 데, 이는 에어컨 내부에서 번식된 미생물이 포집 되어 발생한 결과라고 판단된다. 하지만 이를 통 해 우리는 필터와 함께 이오나이저가 설치된 에어 컨이 필터만 사용한 에어컨 보다 더 높은 항균성 능을 나타낸다는 것을 실험적으로 확인할 수 있으 며, 청정공기를 투입할 경우에는 80% 이상의 우 수한 항균 효율을 보인다는 것을 알 수 있었다. Fig. 7에는 일반공기가 공급되는 상태에서 이오 나이저의 유무에 따라 두 대의 에어컨 후면 배수 구에서 배출된 응축수를 도말하여 배양한 결과를 나타냈다. 에어컨 응축수에 있는 미생물의 결과 값은 공급공기, 배출공기의 결과와 같은 농도가 아닌 군집체의 CFU 값을 산출하였다. 이는 Six stage viable anderson impactor를 사용해서 측정하 는 기체가 포집대상이 아니고, 액체에 부유해 있 는 바이오에어로졸을 측정대상으로 하였기 때문 이다. 그래서 측정결과를 보면, 공기를 대상으로 한 결과 값보다 수치가 상당히 크다는 것을 알 수 있다. 응축수 측정 실험 결과에서 보는 바와 같이 배출공기에서 나온 결과와 동일한 결론을 내릴 수 있었다. 이오나이저가 설치된 에어컨에서 측정된

(10)

0 100 200 300 400 500 600

Day 1 Day 2 Day 3 Day 4 Day 5 Day 6

CFU

Sampling point

#3 (w/ ionizer) Sampling point

#3 (w/o ionizer)

0 100 200 300 400 500 600

Day 1 Day 2 Day 3 Day 4 Day 5 Day 6

CFU

Sampling point

#3 (w/ ionizer) Sampling point

#3 (w/o ionizer)

Fig. 7. Antimicrobial effect of ionizer on the condensate water.

Sampling point Species Gram (Shape)

Inlet air

Micrococcus spp.

Staphylococcus haemolyticus Paecilomyces

Exophiala Aspergillus spp.

Streptomyces

positive (cocci) positive (cocci)

fungus fungus fungus positive Outlet air Micrococcus spp.

Aspergillus spp.

positive (cocci) fungus Condensate water Sphingomonas paucimobilis negative (rod) Table 3. The major characteristics of microorganisms identified from three parts sampling points.

미생물 군집체의 수가 설치되지 않은 에어컨과 비 교하였을 때, 100~153개나 더 적은 CFU 값을 나 타내었다.

Table 3은 실험공간에서 포집된 바이오에어로졸 의 동정분석 결과를 나타냈다. 분석된 결과로 4종 의 세균과 3종의 진균을 확인하였다. 공급공기에 서는 다양한 종의 미생물들이 관찰되었으나, 배출 공기와 응축수에서는 순수 배양에 성공해서 확인 된 미생물이 상대적으로 적어 더 많은 분석결과를 얻을 수가 없었다. 그러나 분석된 Micrococcus spp., Streptomyces, Sphingomonas paucimobilis는 흙,

땅, 물 등과 같이 우리 주변에 있는 환경에서 산소 를 섭취하며 쉽게 서식하고 있는 일반적인 세균 종으로 확인되었으며, Aspergillus spp도 역시 우리 주변 환경에서 대부분 서식하고 있는 진균 종으로 확인되었다. 그 밖에 확인된 나머지 세균 및 진균 류도 인체에 전염성이나 위해성이 적은 종으로 확 인되었다. 그리고 실험 결과를 통하여, 공급공기 에 존재해 있는 다양한 종의 바이오에어로졸이 에 어컨 필터의 여과작용 및 이오나이저의 항균 작용 에 의해서 적은 종의 바이오에어로졸만이 발생된 다는 것을 알 수 있었다.

우리나라는 미생물 바이오에어로졸의 인체 유 해성으로 인해 2004년 5월 30일 시행된 환경부의

“다중이용시설 등의 실내공기질 관리법”에서 의 료기관, 보육시설, 노인의료시설, 산후조리원 등에 서 총부유세균 농도를 800 CFU/m³ 이하로 유지하 도록 규정하고 있다. 본 연구에서 선정된 실험실 에서는 중앙 환기가 작동되기 때문에 이오나이저 를 가동 시키지 않더라도 실내 미생물 농도가 위 의 규제치를 초과하지 않았다. 그러나 이오나이저 작동 유무에 대한 상대적인 미생물 농도 변화를 알 수 있었다.

(11)

4. 결론

본 연구에서는 시중에서 판매되고 있는 가정용 소형 에어컨을 대상으로 이오나이저에 의한 항균 성능 비교 및 평가실험을 수행하였다. 9월~11월까 지 3개월간 이오나이저를 에어컨 필터의 전단에 설치하여, 이오나이저의 유무에 따라 에어컨 공급 공기, 배출공기, 내부에서 발생된 응축수를 대상 으로 배지에 성장된 미생물 군집체를 비교하는 실 험을 수행했으며 그 결과는 다음과 같다. 첫째, 배출공기의 미생물 농도는 이오나이저가 설치된 에어컨에서 항균 성능이 더 크게 나타났 다. 둘째, 에어컨 내부에서 배출된 응축수의 미생 물 군집체 수는 이오나이저가 설치된 에어컨에서 항균 성능이 더 크게 나타났다. 셋째, 청정공기를 공급공기로 사용할 경우 필터에 의해 제거되지 않 은 일부 바이오에어로졸도 이오나이저에 의해 추 가로 항균 효과를 나타냄을 알 수 있다.

이상의 내용을 통해 에어컨 필터의 전단에 이오 나이저를 설치하여 항균 효과가 있다는 것을 확인 할 수 있었다. 실제 우리 환경에서는 바이오에어 로졸 외에도 고농도의 먼지 등과 같은 입자상 물 질, VOC 등의 가스상 물질들이 함께 존재하고 있 다. 이러한 항균에 영향을 미치는 다른 요인에 대 해 혼합된 조건에서 이오나이저의 의한 항균 효과 를 확인하는 연구가 추가적으로 필요하다고 판단 된다. 그리고 이오나이저를 이용한 다양한 방식의 시스템과 함께 항균 성능을 비교해봄으로써 본 연 구의 상대적인 효율성을 비교 및 확인해보는 연구 도 필요할 것으로 생각한다.

감사의 글

본 연구는 서울시 산학연협력사업의 지원 (GR070039)을 받아 수행되었습니다.

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