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이 창 근 (주)목원엔지니어링
서 론
수년 전까지만 해도 실험동물의 사육환경은 의학, 수의학 및 기타 분야에서 동물실험이 차지하는 중요성에 비해 열악한 상태로 운영되 어왔다. 그러나 갈수록 그 중요성이 커져만 가는 BT(Bio Technology) 분야의 발전이 국가의 중요과제로 떠오르면서 실험동물 및 실험동물 시설에 대한 논문 및 기타 자료들이 만들어지고 관련 연구소 및 시험 기관들이 건립되었다. 또한, 선진국의 실험동물시설 및 기자재 등을 도 입하여 다양한 형태로 발전시키면서, 기초의학 및 생명과학 연구발전 의 초석이 되도록 노력해 왔다.
이렇게 중요한 실험동물시설의 기준이 되는 것이 비임상시험 관리 기준(GLP : Good Laboratory Practice)이다. GLP 기준은 의약품, 기능 성 화장품, 기능성 식품 등의 제조. 수입, 허가, 신청 등을 위한 목적으 로 실시되는 비임상 시험으로서 적절한 사육관리 및 환경조건의 유지 를 위하여, 종합적이고 과학적인 관리가 되기 위한 효율적인 실험동물 시설에 대한 끊임없는 요구로 만들어진 기준이다.
이러한 GPL 기준에 적합한 시설을 구현하기 위해서는 실험동물의 특성 및 환경조건, 실별 용도 등을 정확히 파악하여 설계에 임해야 할 것이다.
실험동물시설의 설계 및 시공 시 적용사항
실험동물시설의 인증기준 및 시설특성을 파악하고, 설 계시 적용사항과 시공시에 고려되어야 하는 사항에 대 하여 소개하고자 한다.
본 고에서는 GLP 시설의 설계기준 및 적용사 례를 통해 GLP 시설에 적용된 열원, 공조, 위생 등의 기계설비시스템에 관한 기본방향을 소개하 고자 한다.
실험동물시설의 개요
실험동물의 정의 및 범위
실험동물이란 생물학, 의학, 약학, 수의학, 축 산학, 심리학 등의 연구를 위해 실험용으로 이용 하는 동물군으로서 실험, 연구를 목적으로 교육, 번식, 생산된 실험동물 이외에 가축 및 야생동물 이 포함되어 유전 및 환경제어의 정도가 각기 다 르다.
이러한 실험동물은 미생물의 통제 정도에 따 라 나뉘며 그 종류 및 범위는 다음과 같다.
무균동물은 가장 높은 레벨의 청정동물로서
“검출할 수 있는 모든 미생물 기생충이 없는 동 물”외기에 접하지 않도록 무균적으로 엄중하게 격리된 환경에서 인공적으로 포육하는 것으로, 수술과 사육은 아이솔레이터(Isolator)라는 격리 용기에서 이루어진다.
지니고 있는 미생물의 종류가 모두 명확하게 알려져 있는 특별히 사육된 동물이다. 무균동물 에 명확히 동일하게 정의된 미생물을 정착시켜 생산한다. 따라서 지니고 있는 미생물이 명확하 며, 사육은 무균동물과 같이 아이솔레이터에서 이루어진다.
SPF동물(Specific Pathogen Free animal)는
“특별히 지정된 미생물 기생충이 없는 동물, 그리 고 지정 병원체가 없는 동물”이다. 이 동물은 무 균동물과는 달리 병원체를 반드시 지니고 있지 않다는 것은 아니므로 제외된 병원체명을 명기하 는 것이 중요하다. SPF동물을 사육하기 위한 클 린룸은 일반적으로 Class 10,000 ~ 100,000의 중
위의 클린룸이지만 지정된 병원체의 종류가 많을 수록 사육조건이 엄격해진다.
일반동물은 특히 미생물이 통제되어 있지 않 은 동물이다. 실험동물로서 생산되고 있는 경우에는 감염증의 방지와 사육환경으로서 일정한 청정도가 필요하며 교차 감염의 방지가 필요하다.
실험동물시설의 분류 및 구성
실험동물시설은 이러한 실험용 동물을 수용 하고, 검역, 시험물질 등의 투여, 시험계의 관찰 등의 시험작업과 사료 및 물의 공급과 장기시험 의 경우에는 사육 상자의 교체, 청소, 소독 등 부 수 작업이 이루어지는 장소이다. 이처럼 실험동 물시설은 단순히 실험동물을 수용하는 시설이 아 닌 동물의 사육이나 동물실험에 필요한 제설비, 동물을 사육 관리하는 기술자, 동물에 관련되는 환경인자(온도, 습도, 빛, 소리, 사료, 음수 등) 및 이러한 환경을 유지하는 데 필요한 유기적, 종합 적 기능을 포함하고 있다.
실험동물시설은 크게 나누어 하기와 같이 분 류할 수 있다.
-실험동물의 생산을 주체로 하는 것(기업생 산시설)
-실험동물연구를 주체로 하는 것(연구소) -동물실험이 주체가 되는 것(의과대학 계통) -안전성 시험을 주체로 하는 것
[그림 1] 용도에 따른 구역 분류
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-의약품의 개발을 주체로 하는 것
실험동물시설은 크게 전 관리구역, 관리구역, 후 관리구역 이렇게 세 부분으로 나누어진다.
전 관리구역은 반입되는 동물, 사료, 사유기재 또는 실험자 및 사육관리 담당자 등이 있어야 하 며, 사육과 실험을 위한 준비구역이라 할 수 있다.
관리구역은 실험에 동물의 사육과 동물실험이 행 해지는 곳으로 무엇보다 청정도가 요구되는 구역 이다. 후관리구역은 실험이 종료된 후 사람의 퇴 실, 동물의 사체, 분뇨, 오염물과 이것에 의해 오 염된 기재 등의 회수, 멸균, 세정, 소각, 반출이 이 루어지는 곳으로 오염구역으로 분류된다. 보다 자세한 사항은 아래와 같고 그림 1은 용도별 구역 분류를 나타낸 것이다.
① 전 관리구역
•동물반입구역 : 반입동물을 검사, 검역하고 적당한 기간 동안 관찰하는 구역으로, 반입실, 검 역, 검사실로 이루어진다.
•검역구역 : 동물은 청정실로의 반입 전 반드 시 검역실을 거쳐야 하며 검역실은 검역실과 검 역전실, 격리실을 갖추어야 한다. 폐기해야 할 동 물은 격리실에 보관하여 외부로 바로 반출되어야 하며 격리실에서 검역실로의 역 입실은 불가능한 구조적 장치를 갖추어야 한다. 폐기된 동물의 반 출통로를 확보하기 어려운 경우에는 오염 확산을 방지할 수 있는 조치를 해야 한다.
•물품 반입구역 : 물품반입구에는 다양한 크 기의 물품을 반입할 수 있는 Pass Box를 구비하 여야 하며 사료를 반입해야 하는 Pass Box에는 별도의 완충실을 구비하여 반입 사료를 살균처리 한 후 반입할 수 있도록 해야 한다.
•물품 보관구역 : 사료 창고는 청정실 구역 내에 배치할 수 없는 경우에는 오염구역과 격리
된 통로를 확보해야 한다. 청정작업실에는 소량 의 사료를 보관할 수 있는 간이 사료 보관창고를 구비함이 바람직하다.
•일반복도 : 동물실험구역 내부의 일반복도 는 외부와 차단된 구조이어야 한다.
•관리사무실 : 관리사무실은 출입자 및 출입 물품을 통제하고 동물실험실의 환경조건을 제어 할 수 있는 시스템을 갖추어야 한다.
② 실험 관리구역
•청정실 입실 구역 : 청정구역으로의 입실은 반드시 별도의 통로를 통해야 하며 오염통로와 중복되지 않도록 하여 오염을 방지한다.
•동물사육실 & 동물실험실 : 동물실로 한번 입실하면 다시 청정복도로 퇴실해선 안 되며, 반 드시 오염복도를 통해 퇴실할 수 있도록 하고 출 구에는 역 입실방지장치를 설치해야 한다.
•청정준비실, 청정창고, 청정복도 : 청정구역 으로의 입실은 반드시 규정에 의한 동선이 확보 될 수 있는 구조를 갖추어 오염구역에서의 역 입 실이 불가능하도록 한다.
③ 후 관리 구역
•세정실 : 세정실은 별도의 실을 구획하여 사 용하여야 하며, 타 실로의 통로로 이용해선 안 된 다. 세정실은 별도의 출입구를 확보하여 필요시에 만 세척실로 출입할 수 있는 구조로 구획하고 깔 집처리실에는 별도의 배기시설을 설치해야 한다.
•오염구역(오염복도) : 오염구역과 청정구 역은 출입구를 비롯하여 모든 시설이 중복됨이 없이 별개의 구획된 공간으로 이루어져야 하며 오염구역에는 반드시 자동분사식 소독장치를 설 치해야 한다.
•부검 및 수술실 : 청정실 외부구역에 설치 하여야 하며 별도의 이동통로가 확보된 경우에는
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무관하다.
•일반실험실 : 간단한 처치가 아닌 일반 실험 실은 청정구역 외의 구역에 설치해야 한다.
•오수처리시설 : GLP 구역 내에서 발생되는 오수는 해당 규격과 용량에 맞는 처리시설을 갖 추어야 한다.
•폐수처리시설 : 수술, 해부 또는 유해 독성 실험 등으로 폐수 발생 시 해당 규격과 용량에 맞 는 처리시설을 갖추어야 한다.
•폐기물 처리시설 : 법령에 의한 폐기물이 발 생하는 경우 해당 규격과 용량에 맞는 폐기물 보 관시설과 폐기물 소각시설을 갖추어야 한다. 폐 기물 반출 시 발생하는 오염원 노출은 GLP시설 전체를 오염시킬 수 있으므로 전문가에 의한 철 저한 계획과 분석을 한 후 설계하여야 한다.
실험동물시설의 동선
그림 2는 실험동물시설의 동선을 나타낸 것이
다. 전술한 각 구역의 특성에 따라 동물 및 사육에 필요한 각종 자재, 또는 사육관리자나 실험자 등 사람의 이동을 제한하는 것은 시설 내 미생물 제 어 및 화학물질 오염제어 등의 필요성 때문에 시 설 내 출입동선을 계획한다.
시설 내 동선의 설정에는 공기의 흐름도 포함 하고 있다. 예를 들어 폐기물 반출 동선과 동물 입 고 동선이 겹치지 않도록 하는 것과 세척실에서 는 오염물질과 청정구역이 겹치게 되므로 가능한 동선이 교차되어 오염되지 않도록 청정, 오염의 양동선을 계획해야 한다.
실험동물시설 인증 기준
비임상시험 관리기준
GLP는 의약품 등의 안전성을 확인하기 위하 여 이루어지는 비임상시험의 신뢰성을 확보하 기 위한 기준으로 시험기관의 조직, 시설 및 장비,
[그림 2] 실험동물시설의 동선
시험계획서 및 시험의 실시, 시험물질 및 대조물 질, 시험의 운영, 보고 및 기록, 적격 시험기관 지 정 및 감독 등 시험과정에 관련되는 모든 사항을 조직적으로 체계 있게 관리할 수 있는 규정을 말 한다. 인체를 대상으로 하는 임상시험 관리기준 (GCP)과 비교하여 ‘비임상시험 관리기준’또는
‘우수 실험실 운영 기준’이라고도 한다.
우수동물실험시설
「 실험동물에 관한 법률」은 지난 2008년, 실험 동물을 과학적으로 관리하고 동물실험 결과의 신
뢰성을 증진시키는 제도적 기반 마련을 위하여 제정되었다. 이 법률에 따르면 동물실험시설은 식품의약품안전처에 등록해야 하고, 실험동물운 영위원회를 설치 운영하여야 한다.
표 1은 「실험동물에 관한 법률 시행령」 내용 중 우수동물실험시설의 지정기준 내용이다.
국제실험동물관리평가인증
국 제 실 험 동 물 인 증 협 회 인 A A A L A C - I(Association for Assessment and Accreditation of Laboratory Animal Care International)는 1965년 미국에 본사를 두고 국제적으로 실험동 물에 대한 평가·인증 및 윤리적인 문제를 다루 기 위해 설립된 비영리 단체다. 국제적인 실험동 물 표준화를 위해 힘쓰고 있으며 그 평가가 까다 롭기로 유명하다. 현재 AAALAC 인증은 미국 보 건원으로 비롯한 전 세계 32개국 790개 이상의 정부기관, 기업, 대학 등이 획득했다. 미국의 경우 의약품 제조 및 품질관리 기준에 적합한 동물실 험시설로 인증하는 등 품질입증자료로 활용하고
<표 1> 우수동물실험시설(KELAF) 인증 기준
구분 일반 동물실험시설(시행규칙 제3조) 우수동물실험시설 (실험동물에 관한 법률 시행규칙 제8조)
인력
대표자(설치자), 운영자, 관리자 대표자(설치자), 운영자, 관리자, 전문수의사
사육실, 실험실, 폐기물 보관실 사무실, 사육실, 실험실, 검역실, 수술실, 세정실, 창고, 샤워실, 폐기물보관실
시설 사육실
동물 종류별로 분리, 구획
공 통
온도, 습도, 환기 등 사육환경을 조절할 수 있는 설비 구비
시설소독을 위한 소독설비 구비 동물사육에 필요한 사육장치
(사육상자 등) 구비
외부로부터 오염원이 유입되지 않도록 하는 기계적인 장치나 설비 구비
사육실
교차오염이 발생하지 않도록 벽 등으로 분리 바닥과 벽은 소독, 청소가
용이한 마감재를 사용
실험 동물의 종류별로 사육실 구획
바닥과 벽은 청소나 소독이 용이한 마감재 사용 온도와 습도를 조절할 수 있는
장치나 설비 구비
조명설비 등으로부터 오염을 방지하기 위한 보호장치나 설비 구비
세정실 사육상자나 장치 등을 세척하고 소독할 수 있는 장치나 설비 구비
운영 시설소독, 동물사육에 관한 표준작업서 동물실험시설의 운영점검, 사육환경 관리, 실험동물의 사육관리 및 수의학적 관리 등의 내용을 포함한 표준작업서
[그림 3] 우수동물실험시설/생산시설 인증마크
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있다. 국내에서는 지난 1998년 안전성평가연구 소가 한국은 물론, 아시아에서 처음으로 적격기 관으로 선정된 바 있다. 한국은 안전성평가연구 소를 포함, 식약청, 성균관대, 연세대, 삼성병원, 식품의약품안전처 등 15곳이 적격기관으로 등록 되어 있다.
AAALAC 인증획득을 위한 평가내용은 과학자 들이 이용하는 실험동물에 대한 신뢰도를 검증하 며, 실험을 생명을 가진 동물로 하는 만큼 동물에 대한 윤리적인 면을 강조한다. 인증 평가를 위한 설비사항은 다음과 같다.
- 배출시설 및 방지시설 운영기록 - 시설 및 운영에 관한 점검 - 음수 필터 교환기록 - 이상 사태에 관한 기록 - 정기 환경측정 보고서
- 정전 현황 및 비상 발전기 가동시간 - 화학물질 폐기물 반출 기록지 - Autoclave 사용기록
- Autoclave 청소, 점검, 고장기록 - 온습도 기록
- 의약품 안전성 시험관리기준
실험동물시설의 설계 적용사항
실내환경 기준
포유류 대부분은 항온동물이며, 열생산은 체 재에서 일어나는 생화학적 반응의 결과로 절식 안정상태에서의 열생산은 기초대사 또는 표준대 사율(SMR)이라 부른다. 또한, 생산되는 열량을 산열량 또는 발열량이라 부른다. Beach 등은 온 도 24℃, 상대습도 50%에서 직접열량계를 이용 하여 사육상태에 이르는 성숙동물의 발열량을 측 정하여 표준대사에 대한 비율을 1일 평균으로 흰 쥐는 1.95배, 토끼는 2.66배로 보고하였고, 동물 의 활동에 따라서 1일 내의 변동 최고치와 최저치 로 발열량은 개에서 1.75배, 흰쥐 및 토끼는 1.54 배의 차이가 있다고 보고하였다. 따라서 공조설 비 설계 시 동물의 발열량은 표준대사의 2~3배의 수치가 사용된다. 또한, 발열량에 대하여 현열의 비율에 대하여 절식하여 개에서는 71~81%, 자유 급식시킨 개에서는 56~76%로 보고하였다. 흰쥐 와 토끼에서 64%, 비글에서는 75% 등으로 각각 보고하였다. 이러한 결과에서 비증발성 열의 발 산은 약 65%로 생각한다. 또한, 체표나 흡기를 통 하여 발열에 의한 열확산 즉, 잠열은 전발열량의 35%라고 알려졌다. 그러나 환경온도가 높은 경 우에는 잠열의 비율은 높아진다. 표 2는 식품의약 품 안전청에서 제정한 KGLP의 기준이며 표 3은 각국의 설계조건을 나타낸 것이다.
각 기준이 서로 일치하지는 않으나 공조설 비 설계 시 목표로 하는 온도조건으로 쥐, 흰쥐의 경우는 23±1℃ 정도면 충분하다. 권장치는 설 계 운영상, 통상 승인된 온도조건으로 20~26℃
로 생각하고 있다. 이 범위는 국제적으로도 널리 이용되고 있으며 허용범위는 동물의 안전성 확 보 건강유지의 관점에서 이탈하는 것이 부적합 한 최저, 최고온도조건으로 이 온도범위에서는
[그림 4] AAALAC 인증
18~28℃ 정도로 생각하고 있다.
여러 개의 사육실에 한 대의 공조기를 가동할 경우, 방별로 리히팅 코일을 설치하는 것이 바람 직하며 이러한 경우에는 방별로 온도센서를 설치 하면 되지만, 중앙냉난방식의 공기조화기에서는 한두 개의 온도센서로서 전체를 읽게 된다. 이러 한 방식은 피하는 것이 좋다.
동물실의 상대습도 분포의 측정결과로 냉난 방 시에는 수평적, 수직적으로 약 10% 정도의 차 이가 있다. 또한, 동물을 사육하고 있는 중에는 물 청소 등에 의해 일시적으로 실내의 습도가 상승 되고, 특히 자동수세형의 사육장치를 하고 있는 방의 경우에는 세정수가 흐르기 때문에 습도가 약간 상승하게 된다. 따라서 동물사육상태에 공 간적, 시간적으로 실내의 습도를 상시 5% 이내로 유지하는 것은 어렵다. 또한, 중앙방식으로 다수 의 방을 공조할 경우 모든 방을 동일상태로 유지
하기 위해서는 각 방의 환기량을 변화시켜 제어 하는 경우도 있다.
이때, 상대적 습도는 환기횟수의 증가로 감소 하는 것도 있다. 따라서 정밀한 온습도가 요구되 는 경우에는 각각의 방별로 공조기, 온도계, 습도 계를 설치할 필요가 있다.
목표치는 50±5%, 권장치는 50±10%, 허용 범위는 30~70% 정도로 생각하면 된다. 습도도 일정 기간 단위로 측정하며 각 측정기기의 특성 을 고려하여야 한다.
사육실에서 기류의 방향에는 분진이나 공중 세균의 이동과 풍속의 고저는 동물의 체열발산 과 밀접한 관련이 있으며 기류나 풍속은 동물의 정압과도 관계가 있다. SPF 동물실에서의 기류는 사육작업자의 방향에서 동물의 방향으로 흐르는 것이 원칙이다. 풍속이 증가하면 동물의 체열발 산이 증가하여 섭식량이 많아진다.
<표 2> 동물실험시설의 온·습도 기준
<표 3> 국내·외 동물실험시설의 온·습도 기준
구 분 쥐, 흰쥐, 햄스터, 기니피그 토끼, 원숭이, 고양이, 개
온 도 20~26℃ (평균실온±1℃가 바람직) 18~28℃ (평균실온±1℃가 바람직)
상대습도 40~60% (50±5%가 바람직) 40~60% (50±5%가 바람직)
환기회수 10~15회/시간 10~15회/시간
기류속도 13~18 cm/초 13~18 cm/초
기 압 차 5~15 mm H₂O 5~15 mm H₂O
청 정 도 Class 10,000(동물을 수용하지 않은 상태에서) Class 10,000(동물을 수용하지 않은 상태에서)
암모니아 20 ppm 이하 20 ppm 이하
조 명 150~300 Lux (바닥에서 40~85 cm 상부) 150~300 Lux (바닥에서 40~85 cm 상부)
소 음 60 phone 이하 60 phone 이하
동물종류
ASHRAE 편 람 Guideline SOLAS OECD MRC
온도 (℃)
습도 (%RH)
온도 (℃)
습도 (%RH)
온도 (℃)
습도 (%RH)
온도 (℃)
습도 (%RH)
온도 (℃)
습도 (%RH)
온도 (℃)
습도 (%RH) 흰쥐 23~25 40~70 21~27 40~70 21~25 45~55 20~24 50~60 19~25 30~70 17~21 40~70 토끼 21~24 45~50 16~21 40~60 21~25 - 16~20 50~60 17~23 30~70 17~21 40~70 영장류 24~26 75 25~26 40~60 21~27 45~55 20~24 50~60 - 30~70 17~21 40~70
각종 온·습도, 풍속을 조합한 환경조건에서 보정된 마우스의 체온변화를 관찰한 결과 체온의 영향은 환경온도가 가장 크며, 습도의 영향은 단 일 인자로는 변화가 없으나, 습도 및 풍속과의 복 합상태로 나타나며, 풍속의 영향은 단일 인자로 도, 온·습도의 복합상태에서도 변화가 있다.
Bio-Clean room에서의 공기청정도의 기준 으로는 미항공우주국(NASA)에 의한 규정에서 Class 100, 1000, 10000의 3단계로 분류하고 있 다. 동물실에서의 공중정지 세균은 동물의 질과 수, 사람의 출입, 실의 위생 Control 정도 등에 영 향을 받기 때문에 한마디로 규정하기는 어려우나 Guide Line에서는 Barrier 구역의 낙하세균수의 기준치를 동물을 사육하지 않은 상태에서 3개 이 하로, Barrier 구역 이외에서도 동물을 사육하지 않고 있는 상태에서 30개 이하로 하는 것이 바람 직하다. 또한, 균수뿐만 아니라 균의 종류에 대해 서도 주의하여야 한다.
공기조화방식
전공기 방식은 공조기를 기계실에 설치하여 온·습도나 공기청정도를 고도로 조절할 수 있 다. 정밀도 높은 공기조화에 적용이 가능하므로 전외기 방식을 선택하는 것이 바람직하다. 단일 덕트 방식 중에 컨벤셔널 방식은 각 실의 열부하 조건이 달라질 경우에도 각 실간의 온습도차를 피할 수 없으며, 각 실의 설정치에서 크게 달라질 우려가 있다. 실험동물시설로서는 실의 수가 적 고, 조건이 일정하게 갖추어진 경우에 사용될 수 있으나 다수의 방을 공조해야 할 경우에는 바람 직하지 않다. 터미널 리히팅 방식은 각 실의 온도 를 그 설정치에 적절한 상태로 조절 가능하므로, 많은 방을 개별적으로 조절하는 경우에 적절한 방식이다. 그러나. 에너지절약에는 부적합하다.
가변풍량 방식은 터미널 리히팅 방식에 비해 에
너지효율은 높으나 방의 환기량이나 기류분포가 변동되므로 습도의 차이가 크게 나기 쉬운 결점 이 있다. 2중 덕트 방식은 터미널 리히팅 방식보 다 응답성이 좋고, 송풍량도 일정하게 되어, 정도 높은 온도조절이 가능하다. 그러나 제 경비가 비 싸고, 에너지 효율 면에서 혼합손실이 크므로 높 은 정밀도를 필요로 하는 경우에 적합한 방식이 다.
수공기 방식은 외기를 기계실에 설치된 일차 조화기에서 일정한 온습도로 조절하여 각 실에 송 풍함과 동시에 각 실 혹은 각 구역에 냉수, 온수, 증 기 등을 보내어, 실내 또는 구역 유닛에서 각 실의 열부하를 부담시키는 방식이다. 존유닛 방식 중에 서 대형의 것은 전공기식의 주공기조화기를 질적 으로 큰 차이없이, 또한 3차 처리로서 터미널 리히 팅방식 등을 조합하여 사용하는 것이 가능하며, 선 정의 기준은 전공냉식에 준한다.
팬코일 유닛 덕트 병용방식은 다른 방의 환기 가 혼입되지 않고 방마다 습도 조절이 가능하며 에너지 효율이 높으나, 실내의 기류분포는 유닛 형식으로 제한된다. 팬코일 유닛 방식은 그 속에 미생물이 부착할 가능성도 있으므로 배리어 시설 이나 감염동물시설에는 적합한 방식이 아니다.
따라서 실제 적용되는 일반적인 방식은 터미 널 리히터 방식을 많이 채택하는 경향이다.
공기정화장치
공기정화장치의 주 대상은 급기처리에 분진 (대기먼지, 모래, 화분 가루 등) 및 미생물이 있으 며, 배기 및 환기처리에 분진(동물의 털, 비듬, 깔 짚, 사료 가루 등), 미생물, 악취가스 등이 있다.
분진 및 미생물의 제거에는 주로 에어필터를 이용한다. 전기 집진기는 여과효율이 높으나, 정 전이나 고장의 경우에는 무력하다. 살균 등으로 미생물을 불활성화시키기도 하나, 효과는 반드시
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확실한 것은 아니므로, 보조적인 역할로 한정하 여 사용해야 한다.
가열살균은 상당히 효과적인 미생물 제거법 이나, 급기처리로서는 열수지상 현실적이지 못하 다. 악취가스의 제거에는 대상 가스의 성질에 따 라 활성탄 또는 활성 이산화망간 등이 성형된 가 스 필터를 사용한다.
배리어 시설에의 급기 및 감염동물 시설에 서의 배기의 처리에는 HEPA필터를 사용한다.
HEPA필터에는 큰 분진에 의한 막힘을 방지하기 위하여 반드시 프리필터를 설치해야 한다. 또한, HEPA필터의 교환간격을 보다 길게 하기 위하여 중성능 필터를 끼우는 것이 바람직하다. 급기를
중지할 수 없는 HEPA필터에는 운전하면서 교환 이 가능하도록 2계통을 설치하고 번갈아 사용하 는 것이 바람직하다. HEPA필터는 방별로 1조를 설치하는 것이 바람직하나, 기계실의 공기조화기 에 설치된 경우에는 공기처리량이 과다하지 않도 록 주의하는 것이 필요하다. 통상의 가스 필터는 분진의 부착에 의하여 성능이 저하되기 때문에, 프리필터를 설치하여야 한다. 전외기 방식의 배 기에서 열회수를 위하여 전열교환기를 설치하는 경우에는 환기 덕트 내에 활성탄 프리필터나, 고 성능 프리필터를 설치하여 암모니아나 미생물의 역류를 방지한다. 표 4는 실별 특성을 고려하여 적용 가능한 배출공기 필터 구성의 종류를 나타
<표 4> 배출공기 필터구성의 종류
구 분 필터구성 처리대상
동물실(영장류) 카본필터+UVC램프+HEPA필터 배출공기에 포함된 분진 및 냄새, 세균 제거(BSL-3 기준) 동물실(비설치류, 설치류) 광촉매 UVC필터 배출공기에 포함된 분진 및 냄새, 세균 제거
FUME HOOD 광촉매 UVC필터 배출공기에 포함된 분진 및 냄새, 세균 제거
부검실 활성탄 필터 배출공기에 포함된 분진 및 냄새 제거
실험실(RI 배기용) 케미컬 필터 배출공기에 포함된 미세 방사능 제거
[그림 5] 공조설비 설계의 예
낸 것이다. 그림 5는 전술한 설계 고려사항을 나 타낸 예이다.
- 비상시를 대비해 50~100%의 예비장비 설치 - 현열교환기 설치를 통한 에너지 절약 - HEPA필터를 통한 공기청정도 유지 - 배기덕트 말단에 필터 설치로 2차 오염 방지 - 과냉방지를 위한 재열코일 설치
공기분배장비
배리어 구역의 급기 덕트나 감열 동물시설이 나 RI 동물시설의 배기덕트 등에는 코킹, 용접 등 의 방식으로 정밀한 기밀구조가 요구된다. 또한, 동물실의 배기덕트, 환기덕트, 세정실의 배기덕 트 등은 각각 암모니아나 사용약제 등에 대하여 내부식성을 갖게 할 필요가 있다. 공기덕트의 구 조는 내부에 분진 등이 체류하지 못하도록 설계 한다. 토출구, 흡입구와 공기덕트의 연결 부분은 충분한 기밀성을 가지고 있어야 하며, 접합부분 해체도 동시에 용이해야 한다. 터미널 리히팅 등 의 연결부도 동일하다. 배기의 흡입구 전후에는 동물의 털이나 먼지를 방지하기 위하여 프리필터 가 필요하나, 가끔 세정 또는 청소를 해야 막히는 것을 방지할 수 있다.
급기구 및 배기구
공기 출입의 방법에는 벽면의 다공판에서 일 정하게 출입하는 충류식이 채용되는 경우도 있으 나 일반적으로는 천장에서 동심원 윤상형 디퓨 저, 연속다공판형 등이 사용되는 경우가 많다. 이 러한 흡배기구의 위치는 랙의 배열을 고려하여 설계하는 것이 중요하다. 다공천장에서 급기하는 방식은 적당한 기류의 분포가 보장되므로 추천되 고 있으나, 천장 내면의 오염배출을 완전하게 해 야 할 필요가 있다. 배기구의 수나 위치는 방의 크 기에 의하여 결정되나 일반적으로 방의 한쪽 또
는 양쪽 바닥보다 다소 상층부에 설치할 필요가 있다. 너무 바닥면에 접하여 위치하면 바닥면을 세척할 경우 오염될 가능성이 있다.
위생설비
실험동물실의 급수는 일반용수라도 수돗물의 표준 청정도보다 낮은 것을 사용해서는 안 된다.
보일러용 급수는 24시간 운전을 보장하기 위하여 필요에 따라 별도의 수처리설비를 갖추어야 한 다. 물의 소독방법으로는 차아염소산, 요오드포 름 등의 약액을 첨가하는 방법과 가열, 여과 등에 의한 방법이 있다.
동물의 급수용으로는 역삼투압정수(R/O Water)가 효과적이다. 그림 6은 역삼투압정수(R/
O Water)의 개념도이다.
실험동물시설의 급탕설비는 배리어구역외의 일반급탕 설비, 배리어구역내 급탕설비, 온수설 비의 3계통으로 분류하여 계획할 필요가 있다.
실험동물시설에서 배출되는 배수시설은 일 정한 정화과정을 거쳐 배출한다. 화장실 이외에 사람의 일상생활에서 생기는 배수에 대해서는 용량 결정 후 설비공법 등에는 일반 건축과 특별 한 차이는 없다. 화장실의 배설물을 처리하는 배 수는 하수종말처리장에 직접 방류되지 못하는
[그림 6] 역삼투압정수(R/O Water)시스템 개념도
집 중
집중기획기 획
지역에서는 오수정화처리를 해야 한다. 대부분 실험동물시설에는 합병처리방식을 취한다. 세척 실 계통의 배수는 동물의 배설물이 많아 주로 육 성분을 다량 함유하고 있어 오수정화설치로 처 리할 필요가 있다. 또한, 동물실에서는 소독약을 많이 쓰므로 활성미생물을 살균할 수 있으므로 저류조의 용량을 크게 확보하여 활성도를 낮추 고 pH조정도 용이하게 한다.
사육실에서 나온 세정배수는 거의 오수로서 취급한다. 자동사육장치에서의 배수는 오수로서 정화장치에 보내어 처리한다. 소규모의 사육시 설에는 그대로 정화장치에 유입시키는 것도 있 지만, 성능이 좋은 파괴장치에 의하여 고형물(분 변 등)을 가능한 한 작게 분쇄하여 처리하는 것 이 바람직하다. 배관자재로는 일반 오수에 준하 나, 직경은 적어도 15 cm를 필요로 한다. 그러나 관경이 커도 유수량이 적을 경우에는 흐르지 않 는 경우도 있으므로 주의할 필요가 있다. 세정수 량은 정화장치의 용량 결정에 주의할 필요가 있 다. 실내의 배수구에는 마개 또는 스크류캡을 설 치하거나, 각 지관의 점검이 용이하도록 적절한 위치에 트랩을 설치한다. 횡관은 가능한 한 짧게, 또는 점검이 쉽도록 구조 및 사양을 결정하고 고 형물이 저류되지 않도록 충분한 수심을 고려할 필요가 있다.
샤워와 에어샤워구역은 오염과 청정구역의 접점이기 때문에 공기차압, 기류방향, 문의 기밀 성 등을 종합적으로 검토하여 설계할 필요가 있 다, 사람의 배리어 출입에 있어서 샤워 및 에어샤 워 등의 효능에 관한 정설은 없으나 배리어 시설 에서는 설치하는 경우가 많고, 탈의공간은 필요 하다. 이러한 배리어의 구조에 대해서 샤워, 약욕 등 물을 사용하는 시설과 그 외 시설은 세정이나 고도의 소독이 가능한 내장재로 하는 것이 바람 직하다. 보통 장시간 사용하는 일은 없으므로 충
분한 보수를 전제로 하여 도제타일을 이용하여도 무방하다.
각종 특수약물 및 실험자재가 즐비한 실험동 물시설의 특성을 고려하여 실험실존에 아이샤워 를 설치하여 유해물질 접촉 시 최단 시간 내에 세 척할 수 있도록 한다. 그림 7은 아이샤워 및 비상 사워설비를 나타낸 것이다.
유지관리계획
실험동물의 사육 및 실험에 필요한 적정한 환 경을 유지하기 위해 각종 기기 및 장비의 유지관 리를 충분히 수행하여 그 기능을 안전하게 발휘 할 수 있도록 해야 한다.
건물에 사용되는 기기는 그 사용 정도, 사용상 황 및 연수가 경과함에 따라 노화현상이 발생하 고, 각종 고장이나 기기의 내외부에 부식이 생긴 다. 이러한 고장의 조기발견에 노력하고, 일상적 으로 장비를 정비하여 항상 정상적인 상태를 유 지하여 운전할 수 있도록 하여야 한다. 특히 동물 시설의 공조설비는 24시간 운전할 필요가 있으므 로 그 정비에 있어서는 장시간에 걸친 운전정지 나 실내의 환경조건이 격변하지 않도록 주의해야 한다. 기기의 운전에는 반드시 정비가 필수적이 며, 이 정비의 방심에 의해 시설이용자에게 불편 을 초래하거나 시설관리 면에서 큰 손실을 줄 수 있다. 또한, 실험동물시설은 엄격한 환경조건이 요구되고, 이러한 환경조건들은 대부분 설비적인
[그림 7] 아이샤워 및 비상샤워
방법으로 24시간 연간 유지되므로, 일반적인 실 공조에 비해 막대한 에너지가 소비된다. 따라서 분야별로 에너지 절약계획을 세워 운전비 및 유 지관리비를 최소화하여야 한다.
설비 계획시 고려사항
■공기청정도의 유지
사육실에서는 고청정도가 요구된다. 일반적 으로 SPF 계통은 HEPA필터로 환기횟수 15~20 회/hr 를 유지한다.
■온습도의 연간일정제어(항온항습)
동물사육시설에는 항온항습이 요구되며, 이 를 위해 공조기 측에서 노점온도 제어를 하고, Terminal Reheating에 의한 재열제어를 하는 것 이 일반적이다, 습도의 경우는 공조기 내에서 가습, 터미널 가습 및 병용방식이 있다. 여기서 HEPA필터 하류 측에서의 가습은 세균제어상 문 제가 있으므로 피한다.
■적정기류의 확보
사육실내에 있어서 기류는 항상 일정하게 하 는 것이 바람직하고, 기류속도는 13~18 cm/s가 적당하다.
■각 실간 차압의 유지 및 역류방지
청정복도, 사육실, 오염복도 및 부속실 등은 공기 청정도 유지관점에서 각 시간 차압을 설정 하여 청정구역으로부터 비청정구역측으로 기류 가 흐르도록 하여 역류오염방지가 되도록 한다.
압력유지를 위해서는 압력조정댐퍼를 설치한다.
검역, 격리, 오염기구(세정실), Biohazard 구역은 음압, 청정기가 설치되는 구역, SPF 구역은 양압 을 유지한다.
그림 8은 실간 압력차이를 이용한 오염방지의
예를 나타낸 것이다.
■사육실의 공조계통 항목
- 미생물 제어 레벨에 따라 공조계통 분리 - 동물 종류별로 공조계통 분리
■외기도입 방식
냄새, 세균의 감염을 방지하기 위해서는 전외 기 방식이 가장 바람직하며, 재순환방식의 경우 환기덕트 도중에 탈취필터를 설치하고 급기필터 의 성능을 높여 재순환할 수도 있지만, 동물의 종 류, 사육방법, 청정도에 있어서 세밀한 고려가 필 요하다. 그러나 RI, 감염실험 등을 하는 동물시설 에서는 반드시 전외기방식으로 해야 한다.
■열회수장치의 설치
동물실험시설의 공조에는 전외기방식이 많이 사용되므로 에너지절약의 관점에서 열회수장치 를 설치할 필요가 있다.
[그림 8] 실간 압력차를 이용한 역류방지
집 중
집중기획기 획
■급기필터
필터 선정 시에는 공조조닝, 공조실의 성격, 재순환공기의 유무, 열회수장치의 유무 등 많은 요소를 고려해야 한다. 원칙적으로는 SPF 계통에 는 HEPA(DOP법 99.97%)필터가 바람직하다.
■탈취필터의 설치
사육실로부터의 배기에는 동물냄새, 암모니 아가스 등을 제거하기 위한 탈취필터를 설치해야 한다.
■보수 및 유지관리의 용이성
동물사육시설의 공조설비에는 Terminal Reheater 및 자동제어밸브, 댐퍼 등이 천장 속에 설치되는 경우가 많다. 따라서 이러한 설비의 유 지관리, 조정을 위해서는 Barrier 외부에서 출입 할 수 있도록 해야 하고, 충분한 Plenum Space를 확보해야 한다.
실험동물시설의 설계사례
KTR 헬스케어 연구소
-건 물 명 : KTR 헬스케어연구소
-대지위치 : 전라남도 화순군 화순읍 내평리 -용 도 : 교육연구시설(연구소)
-대지면적 : 34.000 ㎡ -연 면 적 : 10,496 ㎡
-규 모 : 지하 1층 / 지상 3층
한국화학융합시험연구원의 연구소인 KTR 헬스케어 연구소(그림 9)는 인체에 미치는 독성 학적 영향을 예측할 수 있는 가장 기본적인 시험 을 주된 업무로 하는 연구소로 주로 의약품 건강 기능식품, 화장품, 농약, 산업 용품 등에 대하여 GLP 가이드라인에 따라 독성의 정도와 특성을 평 가한다.
본 연구소는 동물사육실, 행정/시험연구실 및
[그림 9] 효율적인 공조조닝 및 에너지 절감계획 - KTR 헬스케어연구소
지원시설 등으로 구성되어 있으며 특히, 동물사 육실은 실험동물 사육을 위한 24시간 공조조닝으 로 구분하여 지열을 활용한 지열히트펌프 및 냉 동기를 통한 안정적이고 에너지 절약적인 열원 공급을 계획하였다. 그림 10에 동물사육실의 열 원 공급 흐름도를 나타내었다.
동물사육실에는 교차오염 방지를 위하여 전 외기 공조방식을 적용하였고, 청정환경 유지를 위한 HEPA필터, FU(Filter Unit) 적용을 계획하였 다. 동물실험실에는 배기 시 환경오염을 방지하 기 위한 배기필터 유닛 설치 및 흄후드에 대한 과 도한 외기유입을 고려하여 흄후드 급기를 위한 별도 급기팬을 적용하였다.
청정구역 및 오염구역간의 공조조닝 및 공조 기 구분으로 다른 공조구역의 오염된 공기 유입 으로 인한 교차오염을 방지하였다. 실험동물센터 에 인접한 공조실은 이중 벽체를 적용하여 공조 기 운전 시 인접실로의 소음 및 진동의 전달을 방 지할 수 있도록 계획하였다.
그림 11은 KTR 헬스케어 연구소 동물실험실 과 실험동물센터에 적용된 공조설비 계획이며, 표 5는 대학교 및 연구시설의 실험동물시설 설계 사례를 나타낸 것이다.
결 론
상기에 제시한 사항들은 GLP기준에 적합한 동 물시설의 설계를 위해 필히 고려해야 할 것들이 다. GLP기준에 적합한 시설의 설계는 곧 실험의 정확도로 연결되고 나아가 우리나라 BT산업의 신 뢰성을 쌓는데 초석이 되는 만큼 단순히 동물실험 의 장소가 아닌 동물 사육 및 보관, 각종 실험 등의 복합적인 여건을 가진 건물의 특성을 감안하여 다 양한 자료의 수집 및 분석으로 불편을 최소화하여 실험의 정확성 및 BT분야 발전의 밑거름으로서 부족함이 없도록 다양한 각도에서 접근하여 미흡 하나마 나름의 설계기준을 제시하였다.
또한, 다양한 에너지절약기법 적용으로 재실 자에게 쾌적한 실내환경을 제공하고 실험동물의
[그림 11] 실험실 및 실험동물센터 공조설비 계획
집 중
집중기획기 획
[그림 10] 동물사육동 지열열원 공급 흐름도
생리상태를 일상적인 상태로 유지하여 환경인자 에 의한 실험성적의 변동을 방지함으로써 우수한 실험의 재현성을 통해 기관 및 연구자의 신뢰도 를 높이는 데 기여가 가능할 것이다.
참고 문헌
1. 설비공학편람 제2권 공기조화, 대한설비공학회 2. 건축설비포켓북,(주)신성엔지니어링 역
3. 실험실 생물안전지침, 2006,질병관리본부 국 립보건연구원.
4. KGLP, 2000, 식품의약품안전청.
5. 한국 실험동물시설 편람, 한상섭, 이민재 6. 김형겸, 1998, 실험동물시설의 GLP.
7. 박승태 외 2명, 2003, Biohazard 대책설비,한국 설비기술협회
8. ASHRAE Handbook Heating, Ventilating and Air-Conditioning Application, 2007, ASHRAE
<표 5> 실험동물시설의 설계사례
프로젝트명 설계 및 시공기준 동물 종류 청정도
(CLASS) 장 비
경북대학교 KGLP, AAALAC 쥐, 흰쥐, 개,
돼지, 토끼 10,000 항온항습공기조화기, CAGE & RACK WASHER, AUTO CLAVE, AIR SHOWER, PASS ROOM, PASS BOX
충남대학교 KGLP,
AAALAC, 쥐, 흰쥐 10,000 항온항습공기조화기, CAGE & RACK WASHER, AUTO CLAVE, AIR SHOWER, PASS ROOM, PASS BOX
한미약품 KGLP, AAALAC 쥐, 흰쥐,
토끼, 개 10,000 항온항습공기조화기, CAGE & RACK WASHER, AUTO CLAVE, AIR SHOWER, PASS ROOM, PASS BOX
한양대학교 KGLP, AAALAC 쥐, 흰쥐,
토끼, 개 10,000 항온항습공기조화기, 냉동기, CAGE & RACK WASHER, AUTO CLAVE, AIR SHOWER, PASS ROOM, PASS BOX 포항공대 KGLP, AAALAC 쥐, 흰쥐, 토끼 10,000 항온항습공기조화기, CAGE & RACK WASHER, AUTO
CLAVE, AIR SHOWER, PASS ROOM, PASS BOX 서울치대 KGLP, AAALAC 쥐, 흰쥐,
토끼, 개 10,000 항온항습공기조화기, 냉동기, CAGE & RACK WASHER, AUTO CLAVE, AIR SHOWER, PASS ROOM, PASS BOX 축산기술연구소 KGLP, AAALAC 돼지 10,000 항온항습공기조화기, 냉동기, AUTO CLAVE, AIR SHOWER,
PASS ROOM, PASS BOX, CLEAN BOOTH 부산대양산
캠퍼스 KGLP, AAALAC 쥐, 흰쥐, 토끼 10,000 항온항습공기조화기, 냉동기, CAGE & RACK WASHER, AUTO CLAVE, AIR SHOWER, PASS ROOM, PASS BOX 계명대학교
의과대학 KGLP, AAALAC 쥐, 흰쥐,
토끼, 개 10,000 항온항습공기조화기, 냉동기, CAGE & RACK WASHER, AUTO CLAVE, AIR SHOWER, PASS ROOM, PASS BOX
