COVID-19 바이러스의 확산에 대한 에어컨 기류의 영향 분석 (An Analysis of the Effect of Air-Conditioning Air Flow on the Spread of COVID-19 Virus)

서지정보

· 발행기관 : 대한설비공학회
· 수록지 정보 : 설비공학 논문집 / 34권 / 11호 / 503 ~ 511페이지
· 저자명 : 금하영, 송두삼, 양정훈

초록

본 연구는 한국에서 발생한 실제 사례를 바탕으로 보다 입체적인 기류해석을 위해 CFD 해석을 진행하여 에어컨 가동 유무에 따른 바이러스 확산 메커니즘에 대해 분석하고자 하였다. 에어컨의 영향을 확인하기 위해 에어컨이 가동된 상태, 미가동된 상태로 나누어 CFD 해석을 하였다. 1차 감염자 P0에게서 토출되는 공기를 오염물질(바이러스)로 정의하였다. 이를 바탕으로 재흡입률과 CRIAQ를 계산하여 감염 위험성에 대하여 평가하였다. 주요 결과는 다음과 같다.
1) 에어컨은 바이러스의 확산시켜 감염 위험 지역의 범위를 넓히는 역할을 하였다. 1차 감염자의 입에서 토출된 기류는 천장으로 상승한 뒤 에어컨에 의해 흡입되어 재확산되거나 에어컨의 기류를 따라 확산되었다.
2) 에어컨의 기류가 구조물에 부딪혀 와류가 발생한 곳에서는 오염물질이 정체되어 감염 위험성이 높아졌다.
3) 오염원 재흡입률과 CRIAQ 모두 2차 감염자(P1, P3)의 주변에서 상대적으로 높게 나타났고 이는 기존 문헌의 연구 결과와 동일하다. 따라서 본 연구를 통해 사례에 대한 바이러스 확산 기류를 보다 입체적으로 확인할 수 있었다.
4) 침기와 같이 신선한 공기가 유입된 곳 주변에서는 오염물질 농도가 낮게 나타났다. 이때 신선한 공기가 실 전체에 충분히 확산될 수 있도록 최소 환기량을 충족시키는 것이 중요하며 에어컨을 가동하여 감염위험 범위가 넓어지는 경우 환기를 통해 오염물질을 감소시키는 것이 감염 예방에 더 효과적일 것으로 예상된다.
본 연구는 소규모 공간에서 에어컨의 가동 유무에 다른 바이러스의 확산 메커니즘에 대해 파악하였다. 에어컨의 가동은 바이러스를 확산시켜 감염 위험 지역의 범위를 넓힐 수 있음을 확인하였다. 또한 신선한 공기를 유입하는 것은 오염물질을 희석시켜 감염 위험성을 낮출 수 있다. 본 연구 결과는 COVID-19와 유사한 수준의 감염병 발생시 예방 지침 마련을 위한 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 기대한다. 하지만 본 연구는 특정사례를 바탕으로 공기감염의 형태로 전파되는 경우에 대해서만 연구를 진행하였다. 따라서 개구부의 유무, 기계환기설비의 유무와 같은 환경조건이 달라지거나, 비말 입자가 침방울과 같이 액체를 포함하고 있을 경우 확산 양상이 달라질 수 있으므로 이에 대한 추가적인 연구가 필요하다.

영어초록

This study analyzed the transmission mechanism of viruses according to operating conditions of air conditioners in small restaurants using CFD based on the actual occurrence situation. COVID-19 virus (SARS-CoV-2) is known to be spread through droplets. However, in a closed environment, after some period of time, droplets become dry and fine particles (aerosols) that can be transmitted in air. The spread of virus-laden aerosols with or without air-conditioner operation was analyzed by three-dimensional CFD simulation taking into account the heating effect of human body and thermal effect of an indoor heat source (e.g., food in a heated pot). Results showed that air currents of air-conditioners diffused virus-laden aerosols indoors and the return airflow of air-conditioner re-diffused the contaminated air throughout the room. Especially, when the airflow hit a structure, it created a vortex and built up high concentrations of pollutants due to accumulation. On the other hand, pollutant concentrations were low around areas of fresh air inflow (infiltration). These results imply the importance of ventilation.

참고자료

· 없음