집중기획
서 론
최근 우리 사회는 21세기에 등장한 신종 전염병들로 인해 공공 보건에 심각한 위협을 받고 있다. 중증급성호흡기증후군(Severe Acute Respiratory Syndrome), 조류인플루엔자 인체감염증(Avian Influenza in human), 신종 인 플루엔자(Pandemic Influenza), 슈퍼 박테리아(super bacteria), 중동호흡기증 후군(Middle East Respiratory Syndrome)과 같은 질병은 국경이 없으며 국제 적 전염병의 전파로부터 국민을 보호하고 관련 시설 확충 및 병원 내 2차 감 염예방을 위한 관리운영에 대한 사회적 관심이 어느 때보다 고조되고 있다.
본 기사는 공공 보건 시설의 중요한 초석이 되는 건축설계 분야가 전 염병 예방에 대한 국가 대책에 기여하고 감염병 확산 완화를 위한 보건시 설을 설계할 때 도움을 주고자, 준공된 시설 사례를 통해 음압 격리병상 설계 시 고려되어야 할 사항을 제안하였다.
국내·외 격리병상 설계 기준
신종전염병 위험에 따른 적정 격리시설 확충과 관리운영은 ‘감염병 연창근
(주)한일엠이씨 부사장 [email protected]
강정모
(주)한일엠이씨 이사 [email protected]
질병 관련 건축분야 및 기계설비 분야에서 고려해야 할 사항과 격리병상 설계 시 안정성과 에너지 절감을 위한 방안을 소개하고자 한다.
격리병상 설계에서 고려해야 하는 안정성 확보와 에너지 절감 방안
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의 예방 및 관리에 관한 법률’(법령 개정 : 2015년 8 월 11일) 제36조 및 제37조에 법적 근거가 있으며 국내 호흡기 감염 질병 관련 설계 기준은 ‘국가지정 입원치료(격리) 병상 운영관리(안)’(질병관리본부, 2011)에 따른다.
이 설계기준은 미국 CDC(Center for Disease Con trol and Prevention)의 의료시설의 환경 감염 관리에 대한 가이드라인을 일부 참조하여 국내 실 정에 맞게 작성되었으며 주요 내용은 다음과 같다 (표 1).
1) 저온 급기(분배) 시스템은 반드시 재순환이 없는 전외기 공조 방식으로 적용
2) 역류로 인한 감염 확산을 방지하기 위한 댐퍼 (Airtight Back Draft Damper) 설치
3) 배기 시스템에는 고성능 헤파필터(HEPA Fil
ter)와 멸균 장치로 무균시스템을 만들 것 4) 음압 기준 : 화장실(음압)≥병상≥전실>격리
복도>음압전실(정압)
5) 오염물질 제거를 위한 가장 이상적인 환기 횟수는 12~15회/h
격리병상 설계 사례 1 : 국립목포병원
시설현황 및 열원설비 계획
전라남도 국립목포병원은 국가가 직접 관리·
운영하는 결핵치료 전문 의료기관으로서 1962년 개원한 이래 오늘날까지 결핵 퇴치 및 국민 보건 향 상에 중추적 역할을 수행하고 있다. 2008년에는 국 가지정 입원 치료병상을 완공하였고 10개의 음압 격리 병상과 40개의 일반격리 병상을 갖추고 있다.
국립목포병원의 격리병상은 냉난방 열원으로 기존 온열원인 증기를 이용했으며, 냉열원은 개별 운전이 가능한 직팽식코일(DX Coil)을 적용하고 있 다. 국립목포병원은 기존 병원시설을 리모델링하 여 격리병상을 구축하였기 때문에 의료진 출입(in/
out) 동선과 환자와 의료폐기물 동선 분리가 완벽 하다고 볼 수는 없지만 가변적인 병동 운영관리를 통하여 충분히 해결할 수 있는 사항이다.
공조설비 계획
전외기 공조방식(인버터방식)을 적용했으며, 압력 유지를 위해 SA덕트에 VAV 방식이 사용되
<표 1> Center for Disease Control and Prevention 설계 기준
구 분 양압실 음압실
개념도
압력차 > +2.5 Pa > -2.5 Pa
이상적인 압력차 > +8.0 Pa > -2.5 Pa
환기횟수 12회/h 이상 12회/h 이상
필터 급기 : HEPA(99.97%) 배기 : N/R
급기 : HEPA(90.00%) 배기 : HEPA(99.97%)
기류 흐름방향 인접한 외부 공간 실내
고 있다. 환기는 중앙의 HEPA 필터 유닛(PRE + CABON + HEPA)을 통과한 후 배기하도록 되어있어 출입문 개폐(open/close) 시 실별 차압 유지가 다소 어려울 것이 예상된다. 따라서 배기 팬의 유지보수 와 비상시를 대비하여 2대의 배기 팬을 설치하였다 (그림 1, 그림 2).
위생설비 계획
급수로 인한 2차 감염이 발생하지 않도록 격리 병상 급수공급 계통에는 역류방지기(Back Flow Preventer)를 설치하고, 급탕 공급은 전기 순간온수 기를 통하여 공급되도록 계획되었다(그림 3).
샤워실 및 화장실에서 발생하는 오배수에 의한 감염을 막기 위해 전용 배수관을 신설하였고 이곳
에서 발생하는 폐수들은 배수탱크에 저장되었다가 오존살균 후 폐수처리설비에서 이송하도록 하였다 (그림 4).
일반 병상에는 배수 소음을 고려하여 로우 탱크 방식을 사용하는 것이 일반적이나 대변기를 통해 급수가 오염될 수 있기 때문에 플래시 밸브 타입을 적용하였다.
격리병상 설계 사례 2 : 충청권역 호흡기 전문질환센터
시설현황 및 열원설비 계획
충북대학교 내에 위치한 충청권역 호흡기 전문 질환센터는 인구 노령화가 빠르게 진행되고 있고
[그림 4] 오배수 오존살균 시스템 [그림 3] 전기 순간 온수기
[그림 1] HEPA 필터 유닛 [그림 2] 격리 병상 내부 HEPA UNIT
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산간지역이 많은 지역 특성에 따라 보건복지부의 지원을 받아 권역민의 호흡기-알레르기 전문센터 로 2015년 5월에 개원된 최신 의료시설이다. 지하 1 층, 지상 10층으로 연면적이 13,776 ㎡에 이르고 음 압격리 10병상, 비음압격리 25병상으로 구성되어 있다. 신축 건물로서 의료진의 출입(in/out)과 환자 및 의료 폐기물 동선을 분리하고 교차 오염이 차단 되도록 계획되었다.
냉난방 열원으로는 흡수식 냉온수기가 적용되 었고, 증기보일러를 이용하여 가습과 급탕을 공급 하도록 계획되었다(그림 5).
공조설비 계획
음압 격리 병상의 공조방식은 100% 외부 공기 를 도입하는 전외기 방식으로 적용하였다. 또 실별 압력 유지를 위해 VAV 방식을 사용하였다. 비상시 를 대비하여 급기 및 환기팬을 각각 2대씩 설치하 였으며, 공기조화기 내부에 직팽식 코일(DX Coil)과 전기 코일을 설치하였다(그림 6).
비음압 격리 병상의 공조방식은 최소 외기용 공 기조화기와 FCU 방식이며 일반 병상 기준을 적용 하였다(그림 7)
비상시를 대비하여 설치한 공기조화기 내부에
직팽식 코일(DX Coil)과 전기 코일 이외에 2대의 배 기팬(1대 BackUp)이 설치되었다.
음압 격리병상의 실별 음압 수준은 화장실(음 압)≥병상≥전실>격리복도>음압전실(정압)의 순 서로 유지된다. 음압 유지를 위한 풍량조절은 각 실 별 차압 검출기를 통해 검출된 차압을 VAV 조절기 로 전달하고, 댐퍼를 통해 급기 풍량을 조절하여, 실 내 차압을 일정하게 유지한다.
위생설비 계획
격리병상 급수 및 급탕공급 계통에는 역류 차 단을 위한 이중 체크밸브(Back Flow Preventer)를 설치하여 공급하는 방식이 적용되었다(그림 8).
오배수에 의한 감염을 막기 위해 샤워실 및 화 장실에서 발생하는 폐수는 전용 배수관을 통해 흐
[그림 5] 열원 시스템 [그림 6] 음압 격리병상 공조방식
[그림 7] 비음압 격리병상 공조방식
르고 염소살균 후 기존 처리설비에 합류시키도록 계획되었다.
대변기를 통한 급수의 오염을 방지하기 위하여 플래시 밸브 타입의 대변기를 설치하고 세면기에 자동 수전을 적용하였다.
소 결
지금까지 국립 목포병원과 충청권역 호흡기 전 문질환센터의 기계설비 사례를 통해 격리병동 설 비 시스템을 살펴보았다(표 2). 초기 격리병상 시 설에 해당하는 국립목포 병원과 최근 준공된 충청 지역 호흡기 전문질환센터 사이에 기계설비 시스 템에서는 그 기능과 역할에 있어 큰 차이를 보이지
<표 2> 사례조사
구 분 국립목포병원 충북대학교 권역호흡기 전문질환 센터
음압 음압 비음압
규모
형태 기존시설 용도변경 기존시설 용도변경
개원 2008 2014
병상 50 4 20
열원
열원장비 기존시설 이용 기존시설 이용 기존시설 이용
냉열원 DX 코일
흡수식 냉온수기 흡수식 냉온수기
온열원 증기공급(난방)
백업열원 - DX Coil/ELECTRIC Coil DX Coil/ELECTRIC Coil
공조 설비
공기조화기 전외기 공조(인버터) 전외기 공조(인버터) 일반 공조+FCU
VAV BOX 적용 적용 미적용
HEPA FILTER HEAP FILTER (SA DUCT)
HEAP FILTER
(SA DUCT/RA DUCT) - HEPA
FILTER UNIT
방식 HEAP 필터 유닛 (중앙 : PRE+CABON+HEPA)
HEAP 필터 유닛
(중앙 : PRE+CABON+HEPA) -
범위 환기덕트 흡입의료가스 -
위생 설비
급수방식 기존시설 이용 기존시설 이용(역류방지용 체크밸브 설치)
급탕방식 전용 전기 온수기 기존시설 이용(역류방지용 체크밸브 설치)
오배수방식 전용 배관 신설 전용 배관 신설 기존 배관 이용
멸균처리시설 오존살균 염소살균 -
소방설비 소화기+스프링클러+옥내소화전 소화기+스프링클러+옥내소화전
의료가스 중앙공급 : AIR+산소 중앙공급 : AIR+산소
음압병상 : 진공(전용) 중앙공급 : 진공+AIR+산소
백업장비 - 열원 및 급/배기팬 적용 열원 및 배기팬 적용
위생기구 대변기 : 플래시밸브
세면기 : 일반수전
대변기 : 플래시밸브 세면기 : 자동수전
대변기 : 플래시밸브 세면기 : 일반수전 [그림 8] 이중 체크 밸브
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않았으며, 시스템 설치 기준 역시 국가지정 입원치 료(격리)병상 운영과 관리(안)을 준수하고 있다.
그러나 기계설비 시스템에서 백업 열원이 부재 하고 해당 기기가 구성되어 있지 않아, 메인 시스템 이 고장 나거나 비상상황이 발현되면 문제 발생 가 능성이 있을 것으로 생각된다. 또한 음압병상의 유 지관리에 대한 자동제어 및 운영관리 방안을 명확 히 확인할 수 있도록 유지관리에 대한 검토가 필요 할 것으로 판단된다.
격리병상 설계 시 고려사항
음압 격리병상의 감염방지를 위해 설계 초기 단 계에서부터 고려되어야 할 사항들을 확인하고자 한다. 이는 건축계획, 설비계획, 시공계획 전반에서 필요한 것이며, 시설목적에 부합하기 위해 실현되 어야 할 것이다.
건축분야
신속하고 안전한 진료와 감염 방지를 위한 격리 병상은 의료진 IN, 의료진 OUT, 환자, 의료 폐기물 동선으로 완전 인-아웃 독립 구분해야만 교차 감염
과 2차 감염을 방지할 수 있다.
의료진은 청결 구역을 통한 IN/OUT 동선에 따 라 출입하도록 하고 환자와 폐기물 동선을 철저히 분리하며, 병동 운영시 의료 폐기물 배출은 완전 밀폐하여 외부로 반출하도록 해야 한다(그림 9).
또한 오염과 청결 구역이 중첩되는 샤워실, 세 척실의 특성상 갱의실과 시설배치는 유기적인 배 치 및 운영 계획을 세워 2차 감염을 제어해야 한다.
격리대상 환자가 병원 내부로 들어올 때는 출입 구에서 격리병상까지 동선이 분리되어야 하며 일 반 동선과 중복되는 것은 금물이기 때문에, 전용 퇴 출 계단 및 엘리베이터를 확보하는 것이 중요하다.
병상과 앞방, 병상과 옆방, 병상과 복도 부분의 벽체는 공기의 유통이 차단되어야 한다. 이를 위해 위층 바닥 슬리브 면까지 벽체를 구성하여 공기 간 기밀성을 유지하는 구조로 설계해야 한다.
출입구 양쪽 문에 전기식 인터록을 설치하여 문 이 열리면서 발생할 수 있는 기류의 흐트러짐을 방 지할 수 있어야 한다. 특히 화재 발생을 대비하여 문은 반드시 수동과 자동이 선택적으로 해제되도록 설계해야 한다(그림 10).
각 병상 출입구 전실 내에는 전신 거울과 환자
[그림 9] 동선 계획
용 소모품을 보관할 수 있는 시설을 갖추어야 한다.
병상 내부 마감은 정전기에 의한 먼지의 부착이 나 병상 내부의 화학 소독 등을 고려하여 수분이 침 투 못하도록 하면서도 세정제 및 소독제 청소가 용 이하고 내구성(내약품성)이 강한 무정전 SGP 패널 을 적용하는 것이 좋다. 바닥과 벽체가 만나는 모서 리 부분은 비닐 시트를 말아 올려 청소가 용이하고 먼지가 쌓이는 것을 방지할 수 있다(그림 11).
기계설비 분야
● 실내 기류 형성 방안
환자의 호흡에 의해 바이러스가 병상 안에서 확 산될 수 있으므로 환기용 HEPA 필터 유닛을 환자의 침대 머리 부분(측면 또는 상부)에 설치되도록 설계 하여야 한다. 또한, 화장실을 최대 음압으로 설정하 여 화장실 공기가 복도와 병상으로 유입되지 않도 록 계획해야 한다(그림 12).
급기용 HEPA 필터 유닛의 기류가 환자에게 직 접 영향을 줄 경우에는 콜드 드래프트(Cold draft)가 발생할 수 있으므로 건축분야와 협의하여 적절한
위치에 설치하여야 한다.
● 음압유지방안
실간 차압을 10 Pa로 설정하며, 화장실(55 Pa)≥
병상(45 Pa)≥전실(35 Pa)>격리복도(15 Pa) 순으로 음압을 유지하여 격리 병상의 오염된 공기가 외부 로 흐르지 않게 계획해야 한다(그림 13, 그림 14).
● 유틸리티 가스 설비
환자에게 사용하는 의료용 가스(산소, 질소)와 의료용 무균공기(Medical Air)는 중앙에서 공급하 며, 자동 차단밸브(shut off valve)로 관리할 수 있도 록 한다.
흡입 의료가스(Medical Vacuum)는 전용 시스템 또는 이동식 흡인기(Wall-suction)를 사용할 수 있으
[그림 13] 실내 기류 형성 방안 [그림 12] 측면 환기용 HEPA 필터 유닛 [그림 10] 인터록
[그림 11] 벽체 및 천장 마감
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며, 배기 시 2차 감염을 방지하기 위하여 HEPA 필터 유닛을 통하여 배기시켰다. 진공펌프의 발열 제거를 위한 냉각수 탱크 설치 방식을 적용하는 것이 적절 하다(그림 15).
● 자동제어 설비 1) 중앙 감시
- 기계장비의 기동/정지 및 이상 경보 상태를 중앙 감시반과 간호 스테이션에서 감시/제어 (그림 16)
- 병상 차압 및 온/습도를 실시간으로 기록 감 시할 수 있도록 설치
2) 원격감시
- 자동제어 네트워크를 통하여 제어실에서 실시 간으로 모든 내용을 감시할 수 있도록 설치
3) 문자 경보 전송
- 장비의 이상 또는 병상 차압 및 온·습도의 이상 발생 시 담당자에게 경보 문자 전송 4) 독립된 조절기 설치
- 병상 내부의 환경 제어를 위한 조절기를 중앙 감시 장치와 간호 스테이션에 설치
- 통신 연결이 되지 않더라도 설정 값에 의해 독 립적으로 운전하며, 모든 회로의 이중화로 고 장시 자동으로 예비 회로로 전환 동작하여 안 정성을 확보
안전성 확보 방안
● 밀폐성 확보
1) 실의 급기구 및 배기구에 HEPA 필터를 설치하 여 덕트를 통하여 오염된 공기의 배출을 방지하 며, 등기구는 밀폐형 GMP 등기구를 사용한다.
또한, 벽체를 통과하는 배관 및 배선은 내부 충 진 및 양단을 코킹하여 축이 이탈되지 않게 고정 하여 마감한다(그림 17).
2) 질병관리본부 “생물안전 3등급 연구시설 검증 기술서”의 기준에 따르는 공기조화 및 배기와 폐수 배수 관련 테스트를 실시한다(그림 18).
[그림 14] 음압유지방안
[그림 15] 흡입의료 가스
[그림 16] 자동제어 시스템
- 공기조화 및 배기 시스템 검증
① 환기 환수 시험
② 기류 흐름도 시험
③ 공기조화 시스템 레이아웃 확인
④ 급·배기 연동 시험
⑤ 차압 확인
⑥ 역류 방지장치 시험
⑦ 비상경보장치 시험
⑧ 구역 헤파 필터 완전성 시험
⑨ 차압 경보 시험
⑩ 급배기덕트 및 헤파필터 유닛 누기 시험 - 폐기물 처리 시스템 검증
① 폐기물 및 폐수처리 확인
② 경보음 시험
③ 배수 배관의 기울기 및 누기 시험
④ 폐수 멸균 시스템 압력 시험
⑤ 제균 필터 완전성 시험
⑥ 멸균 시험
● 공조기 팬의 고장 방지 및 고장시 대책
팬의 고장을 방지하기 위하여 평상시 교번 운 전 시행을 하며, 교번 운전 시 실내 차압 유지를 고 려하여야 한다. 또한, 기동 중인 팬의 고장 감지 시 전환 운전하여 실내 차압을 계속 유지하도록 제어 한다(그림 19).
● 냉/난방 열원 및 자동제어의 고장시 대처 방안 공기조화기에 중앙 열원과 개별 열원으로 공급 될 수 있도록 하여 중앙 열원이 차단되었을 때 전기 를 이용할 수 있게 하며, 전기 공급이 중단될 경우 비상용 발전기에서 전기를 공급하도록 한다. 개별 열원기기 중 실외기를 2대로 분할 구성하여 교번 운 전을 하도록 한다(그림 20). 또한, 제어 CPU의 고 장에 대비하여 CPU 및 통신을 이중화한다.
● 정전 발생 시 병상 운전 방안
정전이 되면 자동제어 및 배기 팬의 전원을 비상 전원으로 운영하고 병상의 압력이 음압이 되도록 배기팬만 가동시킨다.
복전된 후 병상이 정상화되면 자동제어 프로그 램에 따른 병상 음압 유지를 하며 공기조화기가 복 귀 동작하도록 한다. 격리병상 간의 실 차압을 확 인 후 병상을 사용하도록 한다(그림 21).
● 병상의 상태 감시 및 이상시 경보 전파
중앙 감시반과 간호사 스테이션에서 온도/습 도/차압을 감시할 수 있도록 하며, CCTV는 간호사 스테이션과 중앙 감시반에 설치하여 환자 상태를 확인하도록 한다(그림 22).
경보 발생 시 중앙 감시반과 간호사 스테이션 에서 경보 발생 담당자 확인 후 경보를 해제하도록
[그림 17] 건축 마감 및 HEPA Filter 적용 [그림 18] 생물안전 3등급 연구시설 검증기술서 기준에 의한 TEST
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한다.
병상에서 이상이 발생하면 운영자 휴대폰에 자 동으로 문자 메시지를 전송하여 24시간 운영 통제 가 가능하도록 한다.
에너지 절감 방안
● 히트파이프 설치로 폐열 회수
전외기 공조기의 배기에 버려지는 열량을 회수 하여 에너지를 절감하며, 바이패스 회로를 설치하 여 열교환기의 효율이 떨어질 경우를 대비한다.
● 실내 온·습도 유지
주기적으로 급기온도를 재설정하며, 제습 운전 시 재열 값을 최소화하고 절대 습도 제어와 제습 운전에 따른 실외기 운전 시간을 제어한다.
실외기 장비 효율 저하 방지 및 수명 연장을 위 하여 교번 운전 및 운영 대수 제어를 한다.
● 야간 및 공실 시 운전 방법 변경
실간 차압을 유지하도록 환기 횟수 12회에서 10회 이하로 변경하며, 병상의 온도 및 습도를 변 경하여 에너지를 절약한다.
맺음말
본문에서는 우리나라 초기 격리병상에 해당하 는 국립 목포병원과 최근 준공된 충청권역 호흡기 전문질환센터의 시스템을 비교하였으며, 격리병상 설계 시 감염 방지와 건축분야 및 기계설비 분야의 고려할 사항, 안정성 확보 및 에너지 절감 방안으
[그림 19] 공조기 장비의 고장 방지 및 대책
[그림 21] 정전 발생시 병상 운전 방안
[그림 20] 열원 및 자동제어의 고장 대처 방안
[그림 22] 병상의 상태 감시 및 경보 전파
로 나누어 살펴보았다.
호흡기 질환의 2차 감염을 막기 위해서는 격리 병상의 설계 기준을 준수하여, 설계 및 시공성이 먼저 확보되어야 하고, 추가적인 안정성 향상 계획 과 에너지 절감 방안이 계획되어야 한다.
또한, 준공 단계에서는 격리병상의 음압 유지 에 대한 성능 검증과 유지관리 및 운영 계획에 대 한 검토를 통해서 신뢰성을 확보해야 하며, 이를 위해서는 설계·시공·성능검증을 일원화할 수 있는 통합 설계에 대한 접근이 필요할 것으로 판단 된다.
참고문헌
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용시설의 실내 공기질 개선을 통한 안전하고 건 강한 실내 환경 조성 방안 연구.
2. 기술용역 보고서, 2016, 서울특별시 ◯◯병원 음 압병동 시설 보강사업 기본계획.
3. 질병관리본부, 2011, 국가지정 입원치료(격리)병 상 운영과 관리(안).
4. ASHRAE, 2013, HVAC Design Manual for Hos
pital and Clinics.
5. 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.