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문제 정의
- 시험용으로 제작된 2차감염 방지용 공기살균기에 있어 UVC 램프의 사양에 따른 안정기의 역할이 중요한 것으로 나타났다. 본 연구에서는 국내 벤처기업에서 개발한 안정기를 사용한 외산 UVC 램프에 대한 조사강도 측정실험을 수행하였다. 다양한 UVC 램프와 안정기의 조합에 의한 실험결과 UVC 램프에 부합되는 안정기에 대한 사양과 선택이 공기살균기의 성능을 유지하기 위해서 반드시 선결되어야 할 부분으로 판단된다.
- 특히 폐렴을 유발하는 포도상구균은 공기를 매개로 하여 전파되며, 보균자의 사소한 '기침이나 호흡, 대화중에도 공기를 매개로 하여 주위의 재실자를 감염시킬 수 있다. 이러한 공기감염을 유발하는 2차감염균인 포도상구균, 대장균 등의 일반세균과 진균을 살균제거하기 위하여 연구를 진행하였다. 2차감염 방지장치의 설계를 위한 살균 방안으로 UVC를 적용하였으며, 국내에서는 UVC 의 성능 및 적용에 대한 기초연구와 적용실험 등 이 미비한 관계로 UVC의 적용에 대한.
제안 방법
- 이러한 공기감염을 유발하는 2차감염균인 포도상구균, 대장균 등의 일반세균과 진균을 살균제거하기 위하여 연구를 진행하였다. 2차감염 방지장치의 설계를 위한 살균 방안으로 UVC를 적용하였으며, 국내에서는 UVC 의 성능 및 적용에 대한 기초연구와 적용실험 등 이 미비한 관계로 UVC의 적용에 대한.조사성능 실험을 먼저 수행하였다.
- UVC 공기살균기의 설계를 위해 먼저 제작에 사용할 UVC 램프의 조사성능을 파악하기 위한 성능평가실험을 UVC 조사성능 실험장치로 수행 하였다. 실험조건은 기후실 내부의 온도를 15t 에서 30℃까지 변화시키면서, 각각의 실내부온도 에서 UVC 램프 주위의 통과 기류속도를 InVs 에서 3m/s까지 변화시킬 경우 각각의 조건에서 UVC 램프의 표면에서 수직으로 0.
- UVC 조사성능 실험장치는 온습도를 조정할 수 있는 인공기후실 내부에 직경 800㎜, 살두께 5 ㎜인 아크릴 원통을 지면에서 1.2m 높이에 설치하고 입구와 출구에 공기흡입용 팬과 단면 기류속도를 균일하게 하기 위해서 3단의 천공판넬과 허니컴을 직렬로 연결하였다. 기류속도는 팬을 회전수를 제어하여 실험조건 1~3m/sec 범위 내에서 조정할 수 있도록 하였으며 아크릴 원통의 중심에 실험용 UVC 램프를 축방향으로 설치하고 표면으로부터 수직이격거리에 따른 자외선 조사강도를 측정할 수 있도록 자외선 조사강도 센서의 수광부를 이송하기 위한 정밀한 수직이송 장치를 설치하였다.
- 공기의 온습도, 기류속도 등의 조건변화에 따른 UVC의 조사성능평가를 위해서 먼저 온습도를 조절할 수 있는 인공기후실을 제작하였다. 제작된 인공기후실은 항온항습기를 통하여 ±0.
- 인공기후실 실내의 온도를 변화시켰을 경우 약 1시간 정도 지나면 온도와 습도가 완전히 안정화되고, 인공기후실 내에 설치된 UVC 조사성능 실험장치의 풍속을 변화시켰을 경우 약 20분의 시간이 지나면 기후실 내의 온도와 습도가 완전히 안정화하는 것을 예비실험을 통해 확인하였다. 그러므로 온도변화시는 1시간을 풍속변화시는 경우 약 20분을 정상상태에 도달하도록 안정기를 거친 후 실험을 수행하였다.
- 2m 높이에 설치하고 입구와 출구에 공기흡입용 팬과 단면 기류속도를 균일하게 하기 위해서 3단의 천공판넬과 허니컴을 직렬로 연결하였다. 기류속도는 팬을 회전수를 제어하여 실험조건 1~3m/sec 범위 내에서 조정할 수 있도록 하였으며 아크릴 원통의 중심에 실험용 UVC 램프를 축방향으로 설치하고 표면으로부터 수직이격거리에 따른 자외선 조사강도를 측정할 수 있도록 자외선 조사강도 센서의 수광부를 이송하기 위한 정밀한 수직이송 장치를 설치하였다. 인공기후실 실내의 온도를 변화시켰을 경우 약 1시간 정도 지나면 온도와 습도가 완전히 안정화되고, 인공기후실 내에 설치된 UVC 조사성능 실험장치의 풍속을 변화시켰을 경우 약 20분의 시간이 지나면 기후실 내의 온도와 습도가 완전히 안정화하는 것을 예비실험을 통해 확인하였다.
- 현장 성능평가는 제작된 공기살균기를 가동하지 않은 상태에서 약 5개의 샘플링 위치를 선정하고 각 위치에서 공기를 샘플링하였다. 또 공기살균기가 실내 부유세균의 분포에 미치는 영향을 파악하기 위하여, 공기살균기를 동작시킨 후 8시간이 지난 상태에서 살균기 토출구로부터 각각 20, 30, 40, 50 ㎝ 이격된 위치에서 샘플링을 실시하였다.
- 각각의 배지는 Air Sampler?} 포집한 공기 100 L에 대한 공기 중의 부유세균을 포집한 것으로 하여 72시간의 배양을 거치도록 하였다. 배양이 완료된 배지에 대하여 집락수를 개수하고 각각의 개소에 대하여 합산 후 평균을 내는 방식으로 세균과 진균에 대한 오염도를 측정하였다.
- UVC 공기살균기의 설계를 위해 먼저 제작에 사용할 UVC 램프의 조사성능을 파악하기 위한 성능평가실험을 UVC 조사성능 실험장치로 수행 하였다. 실험조건은 기후실 내부의 온도를 15t 에서 30℃까지 변화시키면서, 각각의 실내부온도 에서 UVC 램프 주위의 통과 기류속도를 InVs 에서 3m/s까지 변화시킬 경우 각각의 조건에서 UVC 램프의 표면에서 수직으로 0.2 ㎜에서 210 ㎜ 떨어진 곳까지 10㎜ 간격으로 UVC의 조 사강도를 측정하였다.
- 또한, 살균기 가동 8시간 경과 후의 포집한 세균량에 대한 실험결과를 Table 3에서 보여주고 있다. 앞에서 언급한 것과 같이 측정공간에서 시험제작된 공기살균기에 의한 살균 성능 평가를 위하여 살균기의 공기 토출구로부터 20 ㎝로부터 10 ㎝ 간격으로 50 ㎝ 위치까지 측정한 결과를 나타내었다. Table 3에서 보는 바와 같이 살균기에서 이격거리가 20㎝인 살균기의 출구 바로 앞에서는 세균과 진균의 평균 살균율은 약 96.
- 조사성능 실험을 먼저 수행하였다. 이러한 UVC의 조사성 능실험을 바탕으로 2차감염 방지용의 UVC 공기 살균기를 설계 제작하고 현장실험을 통하여 살균 성능을 평가하였다.
- 인공기후실은 상부의 토출구로부터 각각의 토출구의 풍량을 일정하게 유지하도록 하였으며, 인공기후실 내부의 실내 순환공기는 측벽을 통하여 항온항습기로 다시 유입되도록 하였다. 인공기후실 내부의 온도는 4개소에 T type 열전대를 설치하여 온도를 측정하였고, GHP-20T Type 의 습도센서를 4개소에 설치하여 상대습도를 측정하였다. 조사성능실험에 사용된 UVC 램프(Lamp)는 일본 Sankyo사의 모델명 G35T로 출력은 35Watt이며 외경 15㎜, 길이 860㎜인 UVC 램프를 사용하였다.
- 공기의 온습도, 기류속도 등의 조건변화에 따른 UVC의 조사성능평가를 위해서 먼저 온습도를 조절할 수 있는 인공기후실을 제작하였다. 제작된 인공기후실은 항온항습기를 통하여 ±0.5P의 온도와 ±1%의 상대습도를 유지할 수 있도록 하였다. 인공기후실은 상부의 토출구로부터 각각의 토출구의 풍량을 일정하게 유지하도록 하였으며, 인공기후실 내부의 실내 순환공기는 측벽을 통하여 항온항습기로 다시 유입되도록 하였다.
- 실험자가 내부팬 속도를 조절하여 살균기를 통과하는 풍량을 조절할 수 있도록 인버터를 설치하였다. 제작된 장치는 상부에 팬을 설치하고, 프리필터를 통하여 UVC 램프를 지나 하부의 그릴을 통하여 배기하여, 거주역의 공기를 효과적으로 포집하여 살균할 수 있도록 하 였다.
- 2차감염 방지장치의 설계를 위한 살균 방안으로 UVC를 적용하였으며, 국내에서는 UVC 의 성능 및 적용에 대한 기초연구와 적용실험 등 이 미비한 관계로 UVC의 적용에 대한.조사성능 실험을 먼저 수행하였다. 이러한 UVC의 조사성 능실험을 바탕으로 2차감염 방지용의 UVC 공기 살균기를 설계 제작하고 현장실험을 통하여 살균 성능을 평가하였다.
- 측정된 샘플의 오염도는 공기 100L당 오염 정도를 나타내고 있으므로 단위체적에 대하여 CFU/m3 으로 나타낼 수 있도록 환산하였으며, 이때 Air Sampler에 대한 보정값을 사용하여 오염도를 보정할 수 있도록 하였다.
- 현장에서의 성능평가를 위해 상용된 장비의 사양을 Table 1에 나타내었다. 현장 성능평가는 제작된 공기살균기를 가동하지 않은 상태에서 약 5개의 샘플링 위치를 선정하고 각 위치에서 공기를 샘플링하였다. 또 공기살균기가 실내 부유세균의 분포에 미치는 영향을 파악하기 위하여, 공기살균기를 동작시킨 후 8시간이 지난 상태에서 살균기 토출구로부터 각각 20, 30, 40, 50 ㎝ 이격된 위치에서 샘플링을 실시하였다.
대상 데이터
- 시험에 사용된 배지는 일반 세균용으로 PCA (Plate Count Agar, USA, Difco)를 진균용으로 PDA (Potato Dextrose Ager, USA, Difco)를 사용하였다. 각각의 배지는 Air Sampler?} 포집한 공기 100 L에 대한 공기 중의 부유세균을 포집한 것으로 하여 72시간의 배양을 거치도록 하였다.
- 인공기후실 내부의 온도는 4개소에 T type 열전대를 설치하여 온도를 측정하였고, GHP-20T Type 의 습도센서를 4개소에 설치하여 상대습도를 측정하였다. 조사성능실험에 사용된 UVC 램프(Lamp)는 일본 Sankyo사의 모델명 G35T로 출력은 35Watt이며 외경 15㎜, 길이 860㎜인 UVC 램프를 사용하였다.
성능/효과
- 이것은 살균기 출구에서는 살균이 된 공기의 양이 상대적으로 높게 분포되기 때문이다. 다시 말하면 살균기의 출구에서 형성된 기류에 의해 주위의 공기가 유인될 때 살균기의 출구에서 나오는 살균공기의 양이 상대적으로 많은 곳인 20㎝가 이격된 위치의 살균율이 높고, 주위공기가 유인되어 혼합되는 정도가 큰 30㎝, 40㎝ 이격된 위치의 살균율이 89.6%로 상대적으로 낮아지게 되며, 살균기를 통과한 출구공기의 영향이 많이 미치지 않는 50㎝ 이격된 위치의 살균율이 95.5%로 다시 높아지는 것을 알 수 있다. 이것은 살균기의 작동에 의해 실내의 살균이 된다는 사실뿐만 아니라 살균기에 의하여 발생되는 기류가 실내의 유동에 영향을 주게 되어, 전체 실내의 공기가 정체하지 않고 살균기를 통과하는 공기가 주위의 공기를 유인하게 됨으로써 공기 중의 인접한 부유세균이 유동하게 하고 이렇게 유동된 부유균은 살균기에 의해 살균되도록 유도되는 것을 알 수 있다.
- 이것은 온도변화 초기에는 통과풍속이 Om/s가 되면서 램프 주위공기가 정체됨에 따라 주위공기의 온도가 상승하게 됨과 동시에 램프 표면온도도 동반 상승하게 되고, 이때 램프의 전압은 상대적으로 하강하게 되어 램프의 작동을 안정시켜주는 것을 알 수 있다. 또한 램프 표면온도가 점차 안정되어 감에 따라 안정기 이후의 램프 입력전압과 전류는 더욱 하강하는 것을 볼 수 있으며, 램프가 안정되면 안정기 이후의 램프 입력전압과 전류가 최소 값에 도달하는 것을 보여주고 있다.
- 따라서 살균기를 설치하는 위치에 따라 시간경과에 따른 살균공기의 공간적 분포는 다소 달라질 수 있으며, 오랜 시간이 경과되면 실 전체의 살균에 도달할 수 있음을 알 수 있다. 본 현장실험에서도 초기에 공간에 따른 살균 성능의 차이는 있었으나 시간이 24 시간 이상 경과될 경우 목표치 99% 이상의 살균 성능을 가짐을 확인할 수 있었고 이 경우에는 측 정대상실의 환기횟수에 해당하는 풍량범위에서 목 표로 하는 살균율(99%)을 얻기 위해서 요구되는 UVC 램프의 조사강도의 범위를 살균 대상균의 종류에 따라 다르게 설정해야 한다는 사실과 살 균 대상균의 종류와 UVC 램프의 조사강도, 풍량 범위 등 공기살균기 제작에 필요한 주된 설계인자의 상관관계를 파악할 수 있었다.
- 시험용으로 제작된 2차감염 방지용 공기살균기에 있어 UVC 램프의 사양에 따른 안정기의 역할이 중요한 것으로 나타났다. 본 연구에서는 국내 벤처기업에서 개발한 안정기를 사용한 외산 UVC 램프에 대한 조사강도 측정실험을 수행하였다.
- 또한 동일한 풍량조건에서 공기살균기를 통과하는 공기가 살균기 내부에서 정체하는 시간을 늘려주는 것이 살균기의 성능에 미치는 효과가 클 것으로 예상되어 정체되는 시간을 증가시키는 구조로 하는 것이 검토되어야 할 것으로 판단된다. 실험결과를 보면 2차감염 방지용 공기살균기는 실험대상 공간에 대하여 온도와 습도 및 기류 조건에 따라 달라진다. 특히 살균대상 실의 온도 25℃, 상대습도 50%, 공기살균기 통과풍속 lm/s 에서 동작시간을 증가할 경우 99% 이상의 공기 살균력을 가지는 것을 확인할 수 있었다.
- 그러나, 30℃일 경우 풍속이 증가함에 따라 상대적으로 램프 표면의 냉각이 원할하여 자외선 조사강도가 약간 증가하는 것을 알 수 있다. 실험결과에서 램프 표면의 온도가 45℃ 부근에 도달할 때 조사강도가 최대가 됨을 알 수 있었다. 또한, 램프 주위 공기온도가 변화할 경우에 대하여 램프 발열에 대한 냉각이 적절한 경우 조사강도가 최대가 되며, 특히 주변온도가 15-20℃ 낮아질 경우에는 통과풍속이 증가함에 따라 램프 표면을 과냉각시켜 오히려 자외선 강도가 낮아지는 램프 특성을 갖는 것을 알 수 있는데 이와 같은 결과는 Va- nosdell and Foarde의 실험결과⑵와 Hong의 실험 결과에서도 유사한 경향으로 나타나고 있다.
- 기류속도는 팬을 회전수를 제어하여 실험조건 1~3m/sec 범위 내에서 조정할 수 있도록 하였으며 아크릴 원통의 중심에 실험용 UVC 램프를 축방향으로 설치하고 표면으로부터 수직이격거리에 따른 자외선 조사강도를 측정할 수 있도록 자외선 조사강도 센서의 수광부를 이송하기 위한 정밀한 수직이송 장치를 설치하였다. 인공기후실 실내의 온도를 변화시켰을 경우 약 1시간 정도 지나면 온도와 습도가 완전히 안정화되고, 인공기후실 내에 설치된 UVC 조사성능 실험장치의 풍속을 변화시켰을 경우 약 20분의 시간이 지나면 기후실 내의 온도와 습도가 완전히 안정화하는 것을 예비실험을 통해 확인하였다. 그러므로 온도변화시는 1시간을 풍속변화시는 경우 약 20분을 정상상태에 도달하도록 안정기를 거친 후 실험을 수행하였다.
- 실험결과를 보면 2차감염 방지용 공기살균기는 실험대상 공간에 대하여 온도와 습도 및 기류 조건에 따라 달라진다. 특히 살균대상 실의 온도 25℃, 상대습도 50%, 공기살균기 통과풍속 lm/s 에서 동작시간을 증가할 경우 99% 이상의 공기 살균력을 가지는 것을 확인할 수 있었다. 이는 향후 다양한 대상공간에서의 다양한 주위공기의 온도와 기류조건이 주어지는 실내 공기환경에서 2차감염 방지용 공기살균기 설계에 대한 기본적인 설계자료로서의 가치가 있다고 생각된다.
후속연구
- 또한 동일한 풍량조건에서 공기살균기를 통과하는 공기가 살균기 내부에서 정체하는 시간을 늘려주는 것이 살균기의 성능에 미치는 효과가 클 것으로 예상되어 정체되는 시간을 증가시키는 구조로 하는 것이 검토되어야 할 것으로 판단된다. 실험결과를 보면 2차감염 방지용 공기살균기는 실험대상 공간에 대하여 온도와 습도 및 기류 조건에 따라 달라진다.
- 특히 살균대상 실의 온도 25℃, 상대습도 50%, 공기살균기 통과풍속 lm/s 에서 동작시간을 증가할 경우 99% 이상의 공기 살균력을 가지는 것을 확인할 수 있었다. 이는 향후 다양한 대상공간에서의 다양한 주위공기의 온도와 기류조건이 주어지는 실내 공기환경에서 2차감염 방지용 공기살균기 설계에 대한 기본적인 설계자료로서의 가치가 있다고 생각된다.
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