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병원 환기에 전열열교환기 라..?
몇년 만에 글을 써봅니다.
지난주 설계 미팅 중 언성이 높아진 일이 있었습니다. 병원 신축의 기술 미팅이였는데 건축, 설비 설계, 건축 주최측과 하는 미팅이였습니다. 갈등의 원인은 환기설비의 종류의 결정을 하는 중 생기게 되였습니다.
나는 현열 재질의 열교환기를 얘기하고, 건축과 설비 설계는 눈치 중, 건축 주최는 전열을 고집하는 상황이였네요. 전열 주장의 요지는 다소 단순한 거였는데 모든 국가 정책과 인터넷에는 전열 열교환기라고 하지 현열 이란건 듣지 못했다. 따라서 승인할 수 없고 등등 다소 격양된 분위기였습니다. 여기에 맞서 나는 전열은 절대 안된다고 결론 부터 주장하다가 도무지 끝날것 같지 않아 외국 기준을 인용했습니다.
미국 CDC 와 ASHRAE 는 병원 환기 특히 감염병 격리 존의 환기는 절대 전열 또는 재순환을 금지하고 있다는 규정을 보여 주고 나서야 그 씩씩거림을 멈추더군요. (그전에 내가 한 설명은 그에겐 어떻게 들렸을까 하는 생각이 들더군요)
코로나 초기에 뉴스 보도를 보면서 좀 어이가 없는 장면이 몇개 있었는데 그중 하나는 코로나가 공기 전파가 안된다는 소위 전문가의 인용. 그리고 바로 다음에는 재채기를 할때 코로나가 몇 미터 까지 토출된다는 보드를 보면서, 참 이게 무슨 아이러니 인가? 는 생각이 들더군요. 블랙이 검정은 아니고 까만색 이에요 라고 하는 느낌.. 지금은 이런 보도는 안나오더군요.
전열이 무슨 문제야? 라고 의야할 분들을 위해 보충하면 의료기관의 실내 공기는 각종 균, 바이러스의 천국이라고 보시면 됩니다. 그래서 공조 시스템은 100% 외기를 도입하고 100%외기로 배출되는 시스템을 권장합니다. 열회수 환기장치와 비슷하죠. 100% 나가고 들어오면 에너지가 엄청 나겠죠. 그래서 열회수 열교환기를 고려하는데 이때 방식이 전열이나 현열이냐를 결정하는 거였던거죠.
에너지의 전체 회수 측면에선 전열이 유리할수도 있습니다. 왜 할수도 있다고 하냐하면 수분의 정도에 따라 유리할 수 있고 아닐 수도 있습니다. 온도계로 측정 한다고 할께요. 외부가 -10도, 실내가 10도라면, 현열 90%는 급기가 8도가 됩니다. 이때 전열90% 는 온도는 8도 보다 낮습니다. 왜냐면 전열이란건 현열과 잠열을 합친 거라서 그렇습니다.
습도를 조절한다 등등의 말이 이 의미인데 습도를 조절한다는 건, 수분이 외부->실내 와 실내-> 외부 사이에서 삼투압 현상으로 높은 습도에서 낮은 습도로 평형현상이 일어 납니다. 이게 포인트입니다. 전열 열교환기는 겨울철 결로가 발생할 확률이 높습니다. 그래서 프리히터가 필요합니다.. (좀 어렵죠)
곰팡이 균의 발생이 용이한 환경이 됩니다. 자 여기서 전열 열교환기의 본질에 대해 대입을 해보면 수분이 왔다갔다 한다는 건 곰팡이균도 왔다 갔다 할수 있다는 결론이 됩니다. 곰팡이는 세균입니다. 바이러스는 세균보다 10배나 100배 작습니다. 이런 이유로 감염병예방의 환기는 절대 전열은 고려할 수 없습니다.
쓰다보니 길어 졌네요.. 그런데 집 환기장치는 어떻냐고 걱정은 할 필요는 없습니다. 가정기준 0.5회 환수횟수는 풍량이 작아서 현열이든 전열이든 고민할 건 아닙니다. 위 얘기는 환기횟수 6회 이상 12회 (음압격리병실)얘깁니다. 전열이 무슨 의미인지, 어떤 문제가 있을수 있는지 정도는 이해하면 좋겠죠. 사실 기계보단 덕트가 어떻게 되는지도 신경쓸 부분이지만도요.
진짜 간만에 글 한번 써보고 갑니다. 코로나와 감기 조심하세요.
저 또한 병원 음압병동의 경우는 매우 특수한 상황으로 말씀대로 현열이 적합하다고 생각합니다.
다만 국내 여름철 기후가 아열대 기후로 바뀌어가면서 "에너지의 전체 회수 측면에선 전열이 유리할 수도 있습니다."라는 말보다는 우리나라에서는 일년 전체를 높고 보면 전열이 유리합니다. 가 맞는 듯 합니다.
말씀하신 10도의 겨울 날씨가 아니라 35도에 상대습도 50%에 육박하는 고온다습한 국내여름 기후에서 현열 열교환기는 거의 가습기 수준이 되어버리니까요.
다량의 습기가 발생하는 샤워실, 탈의실, 수영장 등 현열이 필요한 특수한 상황을 빼놓고는 에너지 효율적인 측면에서 전열이 훨씬 유리하겠지요.
물론 음압병동에서의 감염병 예방을 위해서는 만에 하나의 가능성을 없애기 위해 현열이 적합하지만 그보다 먼저 제품의 누기율이 백배는 더 중요하지 않을까 싶습니다.
전열과 현열의 비교 부분에 있어서는 아래 사이트를 참고하였습니다.
https://www.architectmagazine.com/technology/products/the-facts-about-energy-recovery-ventilators_o
늘 좋은 말씀 감사합니다~
현열은 로타리 타입은 거의 없고 고정형 열교환기인데 재질 자체가 박막형 알루미늄 이나 유기화합물 재질의 열교환기 소자. 또는 라운드 코일이나 히트펌프 코일을 이용한 열 교환 방식인데 수분의 이동은 허용하지 않습니다. 대체로 현열은 비쌉니다. 소재가 풍량이 큰 유닛은 박막 알루미늄을 사용합니다.
국내는 전열 현열의 구분 개념이 설계자들조차 명확하게 이해 하지 못하거나 않는게 현실인 듯 하고요. 그냥 환기회수는 전열이라는 등식으로 이해하고 있죠. 하지만 공학적인 정립과 합리적인 비교 분석은 누군가는 해야 됩니다.
판형전열교환기에 대해서만 (환형전열교환기를 제외하고) 논의해 보고자 합니다.
(0) 관리자님께 질문
: 실증적으로 전열교환기소자에 곰팡이가 발생하나요?
(1) 곰팡이 발생 여부에 대한 논의 : 곰팡이 발생은 어떤 표면에 포자가 흡착되어 자라야 되는데, 이때의 조건은 습도가 높고 공기가 정체되어 있어야 합니다. 첫번째 조건은 충족될 수 있느데, 환기장치 특성상 두번째 조건때문에 곰팡이자 자라기 어려울 것 같습니다.
감염병 차단목적의 병원용 환기장치의 경우 HEPA filter, UV 살균기를 권장하는 것으로 알고 있습니다. OA에 필터를 적용하면 소자내 발생을 억제할 것이고, SA에 필터를 적용하면 실내확산을 억제할 수 있을 것입니다.
(2) 곰팡이가 발생하는 것을 가정할 경우
전열교환소자 RA->EA 면에 발생한 곰팡이 (~20um) 가 전열교환소자 (주로 펄프소재인경우) 막 통과하여 OA->SA 면으로 이동할 수 있나요?
전열교환소자 OA->SA 면에 발생한 곰팡이는 SA 쪽의 HEPA filter로 걸러질 수 있을것 같습니다.
(3) 바이러스 (~0.2 um) 는 수증기 (약 0.2 nm) 보다 약 1,000배 정도 더 큽니다. (2)번 논의와 같이 전열교환소자의 pore 크기에 따라서 RA->EA 의 바이러스파티클이 OA->SA 쪽으로 넘어갈 수 있는지가 결정됩니다. 전열교환소자의 pore 크기에 대한 정보가 있을까요?
병원용 환기장치의 경우 누기율 0.1% 이하를 요구한다는 문서를 본 것같습니다. 기술적으로 환형전열교환기로는 만족하기 어려울 것으로 보입니다만, 판형열교환기는 가능해 보입니다. 전열이냐 현열이냐는 위 논의상 중요한 요인이 아닌것으로 보입니다. SA 쪽에 HEPA filter와 UV 살균기를 적용하면 더더욱 그렇습니다.
감염병 차단시설의 경우 12 ACH를 요구하는 것 같습니다. 현실적으로 12 ACH 가 되면 시끄러워서 살 수가 없습니다. 이정도 되면 여기에 수반되는 냉방/난방 에너지도 무시할 수 없고요. 더군다나 현열교환기를 적용하면 , 겨울철 가습 및 여름철 제습요구량은 상상을 초월합니다. 에너지를 무한대로 사용하지 않고는 치료를 위한 쾌적조건을 모두 만족시키기가 어렵습니다. ACH를 낮추고 turbulence flow 대신에 laminar flow 조건을 만드는 것이 더 현실적이지 않을까 하는 의견입니다.
몇몇 환기장치회사에서는 병원용 환기장치에도 전열교환을 사용해도 되는것으로 광고하는 것 같습니다. 위의 정광호님 글처럼 환기장치방식 보다는 제품의 누기율 및 추가적으로 HEPA filter, UV살균기 등이 훨씬 중요한 요인으로 생각되기에 의견을 적어봅니다.
제가 병원용은 잘 알지 못해서 .. 그래도 명색이 병원용인데.. 그런 수준이하의 제품은 없을 것이라는... 희망을...
나머지는 찾아보니..
몇몇 회사에서 펄프소재의 멤브레인에 대한 자사의 바이러스 차단 기능을 홍보하고 있는 것으로 보아서는.. 최소한 병원에 들어가는 열교환소자(전열포함)은 바이러스의 통과는 안되는 것으로 보아야 할 것 같습니다. (코로나바이러스의 직영은 125nm 라고 합니다.)
그 규격을 통과한 제품군 중에서 현열 제품이 많을 것 같기는 합니다만.. 구매 요건에 전열교환을 조건으로 세운다고 해서 안될 것은 없어 보입니다.
참고한 자료를 첨부파일로 올려 놓겠습니다. 거의 모든 유럽산 열교환소자의 멤브레인을 공급하고 있는 회사의 의견서입니다.
일본의 미쯔비씨도 멤브레인의 메인 브랜드라서 자료를 찾아 보려 했습니다만, 일본어의 한계로 인해 깊이 들어가지는 못했습니다. 다만 시장 점유율로 볼 때 유사한 성능이지 않을까 싶습니다.