밀폐 공간 내 CO₂ 농도를 모니터링하여 코로나바이러스 감염 위험도 표시

실내 공기질에 부정적인 영향을 주는 한 가지 측면이 이산화탄소(CO₂)입니다. 사람은 에너지를 만들기 위해 탄수화물을 대사할 때 CO₂를 만들어내고 호흡을 통해 CO₂를 내뿜습니다. 그러나 공기 중 CO₂ 농도가 증가하면, 폐와 흡입 공기 사이에 존재하는 고유한 CO₂ 농도 구배가 감소하여 몸에서 이산화탄소를 적게 내뿜게 됩니다. 그 결과 혈중 CO₂ 수치가 높아져 체내 필수 기능에 영향을 줄 수 있습니다.

코로나바이러스는 수십 미터를 이동할 수 있는 미세액적을 통해 확산될 수 있습니다

CO₂ 외에도 다른 여러 성분이 실내 공기질에 나쁜 영향을 줄 수 있습니다. 페인트와 용제, 동물의 털 그리고 코로나 시대와 관련성이 가장 큰 박테리아와 바이러스가 이에 해당합니다. 2020년 10월 16일 현재 코로나19 팬데믹으로 전 세계에서 3,800만 명이 감염되었으며 총 사망자 수는 100만 명이 넘었습니다.

다른 바이러스처럼 코로나19 역시 감염된 사람의 호흡, 기침, 재채기에서 나오는 호흡기 액적을 통해 확산되며, 오염된 공유 표면에 직접 접촉했을 때도 전염됩니다. 이러한 감염병은 사람들이 실내에서 보내는 시간이 많아 공기질이 더 나쁜 추운 계절에 더 많이 발생합니다.

사회적 거리두기와 손씻기가 늘면서 호흡기 액적(배출 지점 근처, 일반적으로 1-2미터 이내)을 통한 코로나19 확산이 줄고 오염된 표면과의 접촉이 줄었습니다. 그러나 대부분의 바이러스가 전파되는 세 번째 방식은 미세한 공기 매개 미세 액적(≤5 µm)을 통해 이루어집니다. 이 미세 액적은 수십 미터를 이동할 수 있어 실내 전체를 쉽게 다닐 수 있습니다.

2004년에 한 과학자 팀에서 홍콩에 있는 공동 주택에서 발생한 중증 급성 호흡기 증후군 코로나바이러스(SARS-CoV)-1 바이러스의 지역사회 대유행을 분석했습니다. 이들은 컴퓨터로 계산한 공기 흐름 역학을 사용해 많은 수의 사례가 공기 매개 미세 액적이 원인인 것을 알게 되었습니다. 최근에 현재의 코로나바이러스(SARS-CoV-2) 전염에 관한 여러 연구에서도 동일한 방식으로 전염된다는 사실이 밝혀지면서 호흡하고 말할 때 나오는 공기 매개 미세 액적으로 밀폐된 환경에서 감염이 확산될 수 있다는 합리적 의심이 사실로 입증되었습니다. 현재 과학자들은 국내 및 국제 기구에 이 전염 방식을 인정하고 이 경로의 감염을 최소화는 통제 조치를 시행할 것을 촉구하고 있습니다.

자주 환기하여 줄일 수 있는 바이러스 감염

다행히도 CO₂ 농축과 같은 이 전염 경로는 자주 환기하면 크게 줄일 수 있습니다. 일부 건물은 기계식 환기를 실시할 수 있는 HVAC(난방, 환기, 냉방) 시스템이 장착되어 있습니다. 기계식 환기 장치가 없는 건물(예: 주택과 식당)은 문과 창문을 여는 자연 환기도 효과가 있습니다. 물론 이 경우에는 공기 흐름이 창문이 열리는 범위, 창문과 문의 위치, 외부 날씨에 더 많이 좌우됩니다.

CO₂ 모니터 참조 설계/출처: Sensirion AG

안타깝게도 공기 중 바이러스 입자의 수치는 검출할 수 없지만 CO₂ 센서를 사용해 CO₂ 농도를 측정하는 것은 비교적 쉽습니다. 따라서 CO₂ 수치로 공기 중 감염성 물질의 수치를 모니터링하는 것이 효과적일 수 있습니다. 공기 중 CO₂ 수치를 ‘신호등’ 시스템으로 볼 수 있습니다. 녹색은 400–1'000 ppm 사이이고 실외 공기의 CO₂ 농도입니다. 노란색은 1'000–1'600 ppm 사이이고 이 경우는 사람들의 80%가 공기질에 만족합니다. 빨간색은 ≥1'600 ppm이고 이 경우는 사람의 건강과 웰빙에 부정적인 영향을 준다고 볼 수 있습니다. 이 수치에서는 공기질이 나쁜 것으로 간주되며 바이러스 전염 위험이 높아집니다.

Sensirion CO₂ 센서를 사용해 감염성 물질의 수치 측정 가능

Sensirion은 디지털 마이크로 센서를 제조하는 세계적인 업체입니다. 이 회사는 두 가지 CO₂ 센서 SCD30과 SCD4x를 제공합니다. 이 두 센서는 CMOSens® 기술이 탑재되어 있어 적외선 감지 기능 또는 광음향 측정 원리에 기반한 PASens 기술을 사용해 CO₂를 매우 정확하게 측정합니다(각각 ±30 ppm과 ±50 ppm). 이 두 센서는 크기가 작아(특히 SCD4x은 1 입방 센티미터의 공간에 장착) 상대적으로 적은 비용으로 HVAC 시스템에 간편하게 통합할 수 있습니다. CO2 수치가 1,000 ppm에 달하면 환기량을 늘리도록 시스템을 프로그래밍할 수 있습니다.

SCD30과 SCD4x의 크기 비교 / 출처: Sensirion AG

현재 전 세계 여러 지역에서 코로나바이러스 팬데믹의 2차 대유행이 일고 있고 추위 때문에 실내에 머무는 시간이 늘고 있기 때문에 자연 환기나 기계식 환기를 통해 자주 환기할 때 코로나19 감염 확산을 최소화하고 인명을 구할 수 있을 것입니다.

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