본문내용
1. 외부식 원형 후드의 필요 환기량 및 플랜지 설치에 따른 공기량 감소
1.1. 외부식 원형 후드의 필요 환기량 계산
외부식 원형 후드의 필요 환기량은 후드로 유입되는 오염물질을 포함한 공기의 양으로, 필요송풍량이라고도 한다. 후드의 환기량은 속도와 면적의 함수이다. 여기서 속도는 제어속도이고 면적은 후드의 개구면적이다. 국소배기장치에서 후드로 들어가는 공기량(필요환기량)은 비용과 직접적으로 관련된다. 즉, 필요환기량은 시설 설치비용뿐 아니라 전기, 냉난방 비용 등 운영비용에 영향을 미친다. 따라서 필요환기량을 가능한 최소화하면서도 오염물질을 제어할 수 있는 후드를 선정해야 한다.
외부식 후드의 필요환기량 계산 공식은 다음과 같다.
Q(m^3/min) = 60V_c A_c = 60V_c (10X^2 + a)
여기서 V_c는 제어속도(m/sec), a는 후드의 개구면적(m^2), X는 제어거리(m)이다. 60은 초를 분으로 환산하기 위한 값이다.
예를 들어, 후드로부터 20cm 떨어진 곳에서 금속제품을 연마하는 공정에서 발생하는 금속먼지를 제거해야 한다고 할 때, 제어속도 5m/sec, 제어거리 20cm, 후드 직경 30cm라면 필요환기량은 다음과 같이 계산된다.
Q = 60 x 5(m/sec) x (10 x 0.2^2 + 0.785 x 0.3^2) = 141.2(m^3/min)
따라서 이 공정에서 필요한 외부식 원형 후드의 필요 환기량은 141.2m^3/min 이다.
1.2. 플랜지 설치에 따른 공기량 감소 비교
1.2.1. 공간 후드에 부착된 플랜지의 경우
공간 후드에 부착된 플랜지의 경우, 플랜지가 부착되지 않은 후드에 비해 제어거리가 길어지므로, 후드 뒷면에서 들어오는 공기를 차단하고 앞에 있는 공기를 끌어당기기 때문에 필요환기량의 효과는 높다. 즉, 동일한 환기량으로 더 먼 거리에 있는 오염물질을 후드 내로 끌어들일 수 있다는 것이다. 후드 개구면에서 X(m)인 거리의 점을 통과하는 등속도면의 면적은 플랜지가 있으면 플랜지가 없는 경우에 비해 약 25% 정도 커지므로, 환기량은 그만큼 적어진다. 따라서 플랜지가 부착되지 않은 후드에 비해 부착된 것은 환기량을 25% 절감할 수 있다.
1.2.2. 후드 한 면이 작업 면에 고정된 플랜지를 설치했을 경우
후드 한 면이 작업 면에 고정된 플랜지를 설치했을 경우, 플랜지가 없는 후드에 비해 필요환기량이 50% 줄어든다"" 이는 후드가 공간에 있지 않고 플랜지가 면에 붙어 있기 때문에 공간에 있는 것보다 50%의 환기량 절감 효과를 거둘 수 있다는 의미이다.
공식을 통해 계산하면 다음과 같다. 문제 1에서 구한 필요환기량은 141.2 m³/min이었다. 후드 한 면이 작업 면에 고정된 플랜지를 설치했을 경우, 필요환기량은 문제 1의 50%인 70.6 m³/min이 된다.
즉, Q(m³/min) = 0.5 × 60 × Vc(10X² + a)
여기서 Vc는 제어속도(m/sec), X는 제어거리(m), a는 후드의 개구면적(m²)이다.
이처럼 후드 한 면이 작업 면에 고정된 플랜지를 설치하면 플랜지가 없는 후드에 비해 필요환기량을 50% 절감할 수 있어 에너지 절감 및 운영비용 절감 효과가 있다"".
1.3. 코로나 감염 위험을 줄이기 위한 공학적 대책
일반 다중 이용시설의 실내 환경에서 코로나 감염 위험을 줄이기 위한 공학적 대책으로는 격리(isolation)와 환기(ventilation)가 효과적이다.
격리(isolation)는 근로자를 유해공정이나 작업, 장비 또는 환경으로부터 분리하는 것으로, 코로나 감염자 또는 발열 등 코로나 감염 의심자에 대해 다중 이용시설의 출입을 제한함으로써 코로나 감염의 가능성을 줄일 수 있다. 즉, 코로나 바이러스가 특정 장소에만 머무르는 것이 아니므로 코로나 감염 의심자를 격리시켜 다른 사람들과의 접촉을 최소화하는 것이 중요하다.
환기(ventilation)는 가장 효과적인 공학적 대책으로, 동력을 이용한 국소배기와 전체환기가 일반적이다. 공기조화(HVAC) 시설은 외부에서 깨끗하고 신선한 공기를 실내로 기계적으로 공급하는 것으로, 일반 실내의 환경관리에 주로 이용된다. 전체환기는 공간 전체를 대상으로 오염되지 않은 공기를 주기적으로 불어넣어 희석시킴으로써, 코로나 바이러스의 농도를 낮출 수 있다. 따라서 일반 다중 이용시설의 경우, 코로나 감염의 위험을 최소화하기 위해서는 공간 전체를 대상으로 한 전체환기 시스템을 갖추는 것이 가장 바람직하다.
이처럼 격리와 환기는 일반 다중 이용시설의 실내 환경에서 코로나 감염 위험을 줄이기 위한 효과적인 공학적 대책이라고 할 수 있다.
2. 기계환기(Mechanical Ventilator)
2.1. 기계환기의 정의
기계환기는 급성호흡부전 및 여러 가지 원인으로 인해 자발호흡을 하지 못하는 환자들에게 기계를 통해 호흡을 대신 해주는 것을 의미한다. 기계환기의 근본적인 목적은 폐포 환기량을 유지시키고, 저산소증을 완화시키는데 있다. 기계환기는 호흡의 모든 기능을 대신하는 것이 아니라 폐에서의 환기(가스교환)만을 대행하는 것이기 때문에 오xygenator와 구분된다.
2.2. 기계환기의 원리
2.2.1. 양압 인공호흡
양압 인공호흡은 병원에서 사용되는 일반적인 형태의 기계환기로, 주기적으로 미리 설정된 사이클대로 공기를 밀어넣고 정지하여 폐에 양압과 음압을 만들어준다"
양압 인공호흡은 기계가 주기적으로 공기를 폐 안으로 밀어넣고 정지시킴으로써 폐에 양압과 음압을 만들어 호흡을 유발한다. 이 과정을 통해 환자의 폐가 산소를 공급받고 이산화탄소를 배출할 수 있게 된다.
양압 인공호흡은 환자의 자발호흡을 돕는 것이 목적이며, 기계가 호흡의 모든 기능을 대신하는 것이 아니라 폐에서의 환기(가스교환)만을 대행한다. 따라서 양압 인공호흡은 oxygenator와 구분된다.
2.2.2. 음압 인공호흡 또는 Iron lung
음압 인공호흡 또는 Iron lung은 인공적으로 공기를 폐에 불어넣는 대신 폐 외부에서 음압을 걸어 폐를 팽창하고 다시 수축하게 함으로써 환자의 호흡을 돕는 방식이다.
이 장치는 인공호흡 방식 중 하나로, 양압 인공호흡과는 반대되는 개념이다. 양압 인공호흡은 병원에서 일반적으로 사용되는 기계환기의 형태로, 주기적으로 미리 설정된 사이클대로 공기를 밀어넣고 정지하여 폐에 양압과 음압을 만들어주는 방식이다.
반면 음압 인공호흡 또는 Iron lung은 폐 외부에서 음압을 걸어 폐를 팽창시키는 방식이다. 이를 통해 환자가 통증 없이 편안하게 호흡을 할 수 있다는 장점이 있다. 하지만 현대의 양압 인공호흡기에 비해 효율이 떨어지고 간호가 어려워 현재는 잘 사용되지 않는다.
독일의 귀터슬로타운 뮤지엄에는 1950년대에 사용되었던 음압 인공호흡기가 전시되어 있다. 이 장치는 폐 외부에 음압을 걸어 폐를 팽창시키는 원리로 작동한다.
2.3. 기계환기의 적용상태
2.3.1. 기관 내 삽관(Endotracheal intubation)
기관 내 삽관(Endotracheal intubation)은 기도유지가 필요하거나 인공 호흡기 치료가 필요한 환자에서 기관 내로 튜브를 넣어 기도를 확보하는 시술이다. 이를 통해 폐포 환기와 가스교환을 유지하고 인공호흡기 사용을 가능하게 한다.
기관 내 삽관은 다음과 같은 경우에 이루어진다. 첫째, 기도유지가 필요한 경우이다. 전신마취, 중증 외상, 화상, 기도폐쇄 등으로 인해 상기도가 폐쇄될 위험이 있는 경우 기도를 확보하기 위해 시행한다. 둘째, 인공 호흡기 치료가 필요한 경우이다. 급성호흡부전, 마비성 질환, 의식 저하 등으로 인해 자발호흡이 어려운 환자에게 인공호흡기를 통한 기계적 환기가 필요할 때 기관 내 삽관을 시행한다.
기관 내 삽관 과정은 다음과 같다. 우선 입과 인두, 성문을 거쳐 기관 내로 튜브를 삽입한다. 기관 내 튜브는 기관의 내경보다 약간 작은 크기로 선택하며, 성문 통과 시 저항이 느껴져야 한다. 튜브 끝은 성문 아래 2~3cm에 위치하도록 한다. 튜브 내부에는 바이패스 기능을 하는 커프(cuff)가 있어 기관벽에 밀착되어 공기 누출을 방지한다. 또한 튜브에는 산소 공급과 분비물 흡인을 위한 포트가 있다.
기관 내 삽관 시 주의해야 할 점은 다음과 같다. 첫째, 기관 내 튜브 삽입 시 주변 구조물 손상을 방지해야 한다. 둘째, 튜브 삽입 후 튜브 위치와 기능을 주기적으로 확인해야 한다. 셋째, 기관 내 튜브로 인한 ...
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17