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유해화학물질관리의 위기,
환기가 해결!


이복임

글. 어원석 숭실대학교 안전보건융합공학과 교수 국가 산재예방달인 1호

환기 실태 및 문제

환기는 일상생활에서 냄새제거, 에어로졸(바이오 에어로졸 포함) 등 매우 쉽게 접하고 가까이 있다보니 그 중요성과 그 가치를 과소평가해왔다. 환기를 쉽게 언급하면 원치않는 냄새를 제거 및 작업장(실내)의 오염된 공기를 실외로 배출하는 것이다. 아울러 환기라는 글짜앞에 산업이라는 글짜가 붙는 순간(산업환기) 어려운 공학적 개념이 부가되어 물리학의 법칙이 적용된다.
환자 및 병원종사자에게 코로나 바이러스 감염 예방대책으로 병실을 음압상태로 만들고 음압기를 설치한다. 제조업 및 건설업 근로자 등에게 화학물질 및 유해위험물질이 노출되지않도록 하기위해 환기시스템을 설치한다.
하지만 우리현장의 실태는 후드의 제어속도 불량, 자바라덕트의 굴곡 및 각도 이상으로 인한 압력손실, 필터막힘, 부적합한 송풍기 용량, 켄버스의 찢어짐 등 크고 작은 문제들이 다양하게 발생되어 그 기능을 제대로 선보이지 못하는 경우가 매우 많다. 아울러 최근 건설업, 제조업, 병원 등 업종에 관계없이 급식종사자까지 심각함을 호소하고 있다. 더욱이 먹는 음식을 조리하는데 유해위험성의 문제가 있다라는 것을 쉽게 인식하지 못하며 에어로졸의 이동경로의 다양성 때문이 아닐까 생각한다.
(출처 : https://youtu.be/fApkV7Ioxw4 급식실 환기연구)

에어로졸의 개념

에어로졸이라는 말은 고체입자가 분산되어 있는 안정된 현탁액을 의미하는 하이드로솔(hydrosol)이라는 단어와 유사한 말로서, 1920년경에 만들어졌다. 에어로졸은 부유입자상물질, aerocollodi계 또는 분산계라고도 부른다. 일반적으로 스프레이제품에 대하여 사용하고 있으나 과학용어로서는 기체상물질 중에 입자가 분산되어 있는 상태를 나타내는 말로서 널리 사용되고 있다. (출처 : 김희강 동화출판사 1995)

Fig. 1의 결과처럼 사람이 기침을 하게되면 에어로졸이 분출된 후 시간의 흐름에 따라 안면보호대에서 좀 더 먼거리의 에어로졸의 흐름이 발생하며 오히려 뒤쪽으로도 퍼지는 현상이 발생되는 것을 알 수 있다.

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[Fig. 1] 에어로졸의 퍼지는 모습
(출처 : 미국물리학회(AIP) 발행하는 학술지 유체물리학(Physics of Fluids))

환기 중요성의 기원 및 역사

19세기 중반 나이팅게일은 야전병원에서는 전투 중에 발생한 부상으로 숨지는 병사보다 각종 감염으로 숨지는 병사가 10배나 많았다. 그 당시에 현실을 관찰해 통계를 만들고, 혁신적인 인포그래픽을 만들어 세상에 알리고, 새로운 위생정책을 수립해 현장에 적용하고, 병원설계의 개념까지 제시한 사람이다.
그의 저서에서 더러워진 공기가 많은 질병의 원인이 된다는 믿음을 갖고 있었다. 환기가 제대로 안되는 실내에서 사람이 내쉰 호흡이 전국적인 사망의 40%에 관여한다고 주장했다. (출처 : https://www.youtube.com/watch?v=x-nQ8aVUlVk)
영국 리즈 대학은 지난 2013년 병원내 호흡기질병 확산과 환기의 효과에 대한 연구 논문을 발표했다. 호흡기 질환 환자의 지속적인 기침으로 병원내 실내공기에 항원이 확산되는 상황을 시뮬레이션한 연구였는데 겨울철을 가정해 창문을 닫아놓은 경우 항원에 대한 노출 위험이 창문을 열어놓은 경우보다 4배 커지는 것으로 나타났다. (출처 : https://youtu.be/tG7bkS8URo0)
두바이에 윈드타워는 독특한 건축요소로 갇힌 공기가 건물 아래로 향하도록 기도관 역할을 한다. 타워의 구멍을 통해 들어온 뜨거운 바람이 건물 아래에 저장된 물을 만나 차가운 공기로 병해 건물 전체를 시원하게 한다.
(출처 : https://www.youtube.com/watch?v=WjpNxA-aY8I)
(출처 : How This Desert City Stays Cool With An Ancient Air Conditioning System (youtube.com))

작업환경관리 및 우선순위에 대한 원칙

유해위험요인에 대한 개선대책은 본질적 대책, 공학적 대책, 관리적 대책, 보호구착용 등 4가지로 구분한다. Covid-19시대를 겪으며 보호구 착용의 중요성은 더 강조되고 있다. 본질적 및 근원적 대책은 유해위험물질 또는 유해위험성이 보다 적은재료로의 대체, 설계나 계획단계에서 위험성을 제거 또는 저감하는 조치이다. 공학적 대책은 인터록, 안전장치, 방호문, 산업환기 등이라고 할 수 있으며 최근 스마트개선대책이 여기에 해당한다고 할 수 있다. 관리적 대책은 매뉴얼 정비, 출입금지, 노출관리, 교육훈련, 물질안전보건자료 게시, 순환직무, 작업전 스트레칭 등이며, 본질적, 관리적, 공학적으로 조치를 취하더라도 제거 및 감소할 수 없었던 위험성에 대해서만 개인보호구를 사용한다. 그 이유는 근원적으로 유해위험요인을 제거 할 수 없기 때문이다. 독일연방노동사회부(BMAS)가 독일산업안전보건연구소(BAuA)의 연구 등을 바탕으로 보완 등 시행되었다. '개선원칙'에는 우리가 주목할 필요가 있을 것 같다. 즉, 사업주 '책임'하에 '위험성 평가'와 그에 따른 '작업환경개선 우선순위의 원칙'을 실현해야 한다는 것을 강조한다.

환기 및 공조의 구분

산업환기는 일반적으로 전체환기(강제환기, 자연환기)와 국소배기로 나눌 수 있다. (Table.1과 2) 전체환기는 독성이 낮을 때, 국소배기장치는 독성이 높을 때 사용된다. 국소배기시스템은 일반적으로 후드, 덕트, 공기정화장치, 송풍기, 배출구(덕트와 송풍기 사이에 캔버스와 댐퍼 등)로 구분되며 댐퍼의 위치는 정해진 것은 아니다. 캔버스는 찢어지거나 너무 길게 설치되어 수축현장이 일어나는 것을 주의해야한다. 공조(공기조화) 시스템은 실외의 공기를 실내로 급기하고 배기하는 환기시스템이다. 국소배기이던 자연환기이던 모두 배기하는 공기의 양 만큼 신선한 공기의 공급이 필요하다(Fig. 3). 아울러 음압(-)과 양압(+)이 발생한다. 열교환기는 급기하는 공기를 따듯하게 하거나 차갑게 만들어서 각 방(실)마다 적절한 상태의 공기를 제공하는 역할을 한다.

구 분 전체한기 국소배기
적용조건
  • - 오염물질 독성도가 낮을것
  • - 가스상 물질 환기에 적합
    (분진 또는 미스트 환기에는 부적합)
  • - 오염물질 발생량이 균일하고 발생원이
    산재해 있을 것
  • - 오염물질 발생량이 많고 독성이 높은 경우
  • - 오염물질 발생원 근처에 작업자가 위치한 경우
  • - 오염물질 발생원이 고정되어 있고,
    주기적으로 고농도로 발생되는 경우
장점
  • - 작업에 방해가 적고, 설치에 제약이 없음
  • - 적은 유량으로 효율적인 환기가 가능
  • - 작업자 호흡영역 보호 가능
단점
  • - 환기 효율이 낮음
  • - 필요환기량이 많아 에너지 비효율적임
    (냉난방비, 송풍기 운전비용 증가)
  • - 작업방해로 인한 설치 제약이 따름
<표1> 전체환기와 국소 배기 비교표
구 분 장점 단점
강제환기
  • - 외부조건에 관계없이 작업환경을 일정하게
    유지시킬 수 있음
  • - 송풍기 가동에 따른 소음, 진동문제뿐 만 아니라
    막대한 에너지 비용 발생
자연환기
  • - 적당한 온도차와 바람이 있다면
    상당히 비용효과적임
  • - 효율적인 자연환기는 냉방비 절감 효과 있음
  • - 외부 기상조건과 내부 작업조건에 따라
    환기량 변화가 심함.
  • - 환기량 예측 자료를 구하기 힘듦.
(출처 : http://www.kosha.or.kr/kosha/business/smartventilationmanagement.do)
<표2> 전체환기 구분
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[Fig. 3] 공기조화(Heating, Ventilating and Air Conditioning, HVAC)
(출처 : 한국방송대학교 작업환경관리 교재)

국소배기시스템의 구성

후드는 유해물질 발생원 가까이 설치해 발생한 유해물질을 목적한 곳으로 모으는 포집구이다. 아울러 가급적 전체를 포위해 흡인하도록 설계되어 국소적으로 유해물질 발생 속도보다 빠른 유속으로 흡인하면 제어될 수 있다.
덕트는 후드에 직접 연결되어 후드에서 흡인한 기류 및 오염물질을 공기정화장치까지 또는 정화장치에서 최종 배출구까지 운반하는 관이다. 주덕트와 가지덕트가 있으며, 형태와 기능에 따라 원형, 장방형, 장방형곡관, 합류관, 축소관, 확대관 등으로 분류하고 있다.
공기정화장치는 먼지나 매연, 유해화학물질 등을 제거하는 장치이다. 아울러 전처리장치는 관성식, 사이클론식, 중력침강식으로 구분되며 본처리는 물질에 따라 여과식, 습윤식, 전기식, 흡수식, 흡착식 등으로 구분한다. 또한 처리풍량, 처리공기 상태, 처리분진의 물성과 특성, 입경분포, 입자밀도, 분진농도 등을 신중히 고려해야한다.
송풍기는 블로어, 팬 등의 기체 수송기를 실내 또는 장치내 기체의 배출에 사용하는 경우 송풍기라고 한다. 저압, 대용량의 것이 사용되며 배기 장치, 공기정화장치 등에 사용되고 있다. 국소배기장치에서 사용되는 여러 가지 형식가운데 토출압력±1000mmH2O까지의 것으로서 일반적으로는 배풍기(팬)이라 부른다. 배풍기 형식 선정에서 성능, 경제성, 안정성, 내구성과 운전 및 보수의 간편성 등을 고려해야 한다. 일반적으로 원심식과 축류식으로 구분한다. 원심력 송풍기의 날개는 시로코팬, 평판형팬, 터버형팬이 있으며 전체환기용으로는 시로코팬을 많이 사용하고 산업환기용으로는 터버형팬을 가장 많이 사용한다.

환기 현장적용(컨설팅과 교육)

어원석 등, 2021년도 연구결과 환기장치를 제작하고 스마트를 적용한 설비를 이용하여(Fig. 4) 교육의 효과를 비교한 결과 다음과 같이 제시되었다. 보건관리자 신규와 보수과정 모두에서도 강의식 교육보다 실습과 다양한 교육매체를 이용했을 때 만족도가 높게 제시되었다(Table. 3과 4). 또한 직무교육과목 중에 가장 어려운 과목으로 손꼽였다.
직무교육(신규)에서 산업환기과목의 만족도 결과는 교육내용, 교육의 질, 교육능력(스킬), 교육수준, 교육이해정도, 교육활용 등에서 강의식보다 강의와 실습을 혼합한 교수방법에서 높은 만족도가 제시되었다. 특히 교육능력(스킬)만족도에서 다른 항목보다 유의한 차이가 나타났다.

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<표3> 교육방법 비교(보건관리자 신규)

직무교육(보수)에서도 6개의 항목 모두 신규과정과 마찬가지로 강의와 실습을 혼합한 교수방법에서 높게 나타났고 만족도 차이도 신규과정보다 큰 차이가 발생하였다. 이는 산업안전보건 경력이 높을수록 강의와 실습을 병행하는 혼합식 교육을 제시했을 때 만족도가 더 증가하는 것을 알 수 있었다.

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<표4> 교육방법 비교(보건관리자 보규)
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[Fig. 4] 교육 및 실습용 국소 배기 시스템