Research Article

Journal of Korean Institute of Architectural Sustainable Environment and Building Systems. 30 December 2023. 422-433
https://doi.org/10.22696/jkiaebs.20230036

ABSTRACT


MAIN

  • 서 론

  •   연구의 필요성

  •   모듈러 방식의 음압병동

  •   연구 방법

  • 주요 부위별 설계시 반영사항

  •   음압병동 실내 마감재

  •   평면 레이아웃

  •   외장패널 접합구조

  • 모듈러 음압병동 제작 과정

  • 음압병동 기밀성능 실험

  •   기밀성능 실험 개요

  •   실험 결과

  • 결 론

  •   실험결과

  •   유사사례 결과 비교 분석

  •   음압병동 기밀성능 기준 필요성

서 론

연구의 필요성

국내 음압병동의 역사는 2003년 중증 급성호흡기 증후군(SARS)과 시작되어 국립중앙의료원이 2006년부터 운영하였고, 2009년 신종인플루엔자 유행 이후 2010년 ‘감염병의 예방 및 관리에 관한 법률’ 및 ‘국가입원치료병상 운영 규정’ 등의 개정을 통해 해당 시설 확보에 대한 법적 근거가 마련될 수 있었다. 특히 2015년 메르스(MERS) 사태 이후 의료기관을 통한 집단감염의 발생으로 인해 시설기준에 대한 관련법이 강화되어 2017년 감염병관리기관은 전국 총 216개소에 이르게 되었다1). 이에 따라 2011년 국가지정 격리병상 규모는 전국 10개 병원에서 음압병상 69실, 일반병상 291실로서 총 360실 병상 규모였지만, 현재는 전국 29개 병원에 음압병상 194실, 일반병상 372실로서 총566실 병상을 확보할 수 있었다. 이와 함께 시도지정 음압병상 198실 및 종합병원 보유 460실을 포함하면 전국에 총 847실의 음압병상을 확보 및 운영하고 있다2). 2021년 및 2022년 코로나 확진자의 기하급수적 확산은 기존 음압병상 규모로는 대응할 수 없는 상황에 직면하게 되었다.

모듈러 방식의 음압병동

이에 따라 본 연구에서는 향후 전염병 확산시 임시적으로 활용을 통해 빠른 대응이 가능한 모듈러 방식의 음압병동을 제시함으로 기술적 잠재력을 검토하고자 하였다. 개발되는 PC 모듈러 음압병동은 기존 모듈러 주택의 컨셉을 활용하여 통상적인 U자형 콘크리트 PC유닛 상부에 경량 Infill 유닛과 전면창이 포함된 클래딩(Cladding) 등이 결합된 형태로 구성된다(Figure 1).

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Figure 1.

PC+ Infill Modular Construction (Chung et al., 2023)

일반적인 모듈러 주택의 구성과 가장 큰 차이가 발생하는 부분은 기밀성능 부분이다. 통상 모듈러 주택은 접합부위를 우레탄 또는 실리콘 마감으로 처리된다. 하지만, 음압병동은 높은 기밀도를 확보하지 못하여 음압제어에 실패하면 오염공기의 확산될 수 있는 위험이 있기 때문에, 본 모듈러 음압병동에서는 음압격리구역의 시설기준에 부합하도록 벽체, 바닥, 천장을 통한 공기의 이동이나 누기가 없도록 벽체이음새를 밀폐처리할 수 있는 선박의 내부 캐빈 접합부에 적용되는 건식 공법을 적용하였다.

연구 방법

통상 음압격리구역은 전용 급·배기설비를 구축하며, 최소 6회 이상, 12회 이상의 환기횟수를 권장하며, 배기는 헤파필터로 여과 및 재순환되지 않도록 하며, 특히 음압제어의 경우도 병동내 오염도가 낮은 곳에서 높은 곳으로 공기 이동을 통제할 정도로 높은 공조제어 방식을 적용하는 설계기준이 적용된다3) (Figure 2).

뿐만 아니라 음압시설(격리병상) 기술 기준(Korean Biological Safety Assiociation, 2020)에 따르면 음압시설의 기술 기준을 건축계획, 장비, 기계, 소방, 의료 가스, 전기통신, 멸균설비 등 총 7개 분야에 대해 다루고 있다. 건축계획 부분에서 음압시설의 기밀성과 관련하여 다루고 있지만, 기밀성의 확보, 부착기구부 밀폐, 재료, 창문 기밀성, 접합부 기밀시공 등을 다루고는 있지만, 기밀성능에 대한 기준은 다루고 있지 않다. 이에 따라 본 연구에서는 2022년12월28일 공장에서 제작된 음압병동의 infill을 제작후 블로어도어 방식(KS L ISO 9972 (2006) 단열-건물 기밀성 측정-팬 가압법의 측정절차)으로 기밀성능을 테스트하여, 이에 따른 기밀성능 결과를 확인함으로 모듈러 주택 대비 향후 모듈러 음압병동이 지향해야 하는 기밀기준을 제시하고자 하였다.

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Figure 2.

Example of Air Conditioning Control Method in Negative Pressure Ward (KHARN, 2020)

주요 부위별 설계시 반영사항

음압병동 실내 마감재

본 연구에서 제작된 모듈러 음압병동의 구조는 ‘음압시설(격리병상) 기술 기준(Korean Biological Safety Assiociation, 2020)’의 ‘제9조 건축계획’의 기준에 부합하도록 제작되었다. 해당 내용은 설계시 고려된 내부 마감재의 결정과 관련된 내용이다. 병동의 특성상 clean 및 위생의 측면에서 밝은 회색 계통으로 마감재는 선정되었으며, 실내 바닥은 deco 타일 및 화장실 바닥은 non slip epoxy로 구성하였다 (Figure 3).

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Figure 3.

Lists of Finishes for the Interior of a Modular Negative Pressure Ward (KICT, 2023)

창호 프레임은 전체 색상을 맞추기 위해 어두운 회색, 그리고 유리는 반사기능이 있는 청색 계열의 유리를 적용하여 단열1등급 및 기밀 1등급 창호를 적용하였다. 마지막으로 도어는 원안은 미서기 도어로 계획되었어나, 적용은 여닫이 방식의 도어를 적용하였다.

평면 레이아웃

모듈러 음압병동 평면의 레이아웃은 규격화하여, 음압병동 모듈러 infill의 크기는 향후 PC와의 조립을 염두에 두어 길이는 7,400 mm, 폭은 3,000 mm로 구성하였다. 특히 음압병동 전용 기계설비의 원할한 적용을 위해 상부 천정부 높이는 880 mm를 확보하였다. 출입구의 폭은 병상의 출입이 원만하게 이루어 질 수 있도록 1,415 mm를 적용하였다. 정면부에는 turn 방식으로 개방되는 미서기 창 1기가 적용되었고, 후면부는 메인 출입구 도어 1기 및 점검구 도어 1기를 turn 방식으로 구성하였다. 특히 출입구부는 전실을 두어 2개의 도어를 반영할 수 있도록 하였다(Figure 4, Figure 5).

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Figure 4.

Floor Plan and Cross-sectional View of Modular Negative Pressure Ward (KICT, 2023)

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Figure 5.

Longitudinal Section and Elevation of Modular Negative Pressure Ward (KICT, 2023)

외장패널 접합구조

모듈러 주택의 경우 건축물 에너지절약설계기준의 단열기준에 따라 단열두께를 확보해야 하나, 음압병동의 경우는 실내에 적용되는 모듈로서 적용됨으로 해당 기준이 적용되지 않는다. 이에 따라 이번 모듈러 음압병동에 적용된 외장패널은 20 mm 두께의 글래스울을 적용한 Laminated Steel Panel로서 접합 방식은 통상 선박의 내부 캐빈 공사시 기밀 및 수밀 성능 확보를 위해 적용되는 공법이 반영되었다(Figure 6). 해당 공법은 접합되는 패널이 스크루에 의해 기밀성이 획기적으로 개선되며, 특히 그 기밀도가 지속성을 유지할 수 있도록 제안되었다. 이는 패널이 수평으로 연속될 경우 뿐만 아니라, 수직으로 접합되는 부분에도 동일하게 적용되었다. 무엇보다 기존 모듈러 주택은 천정이 우물천정으로 적용되어 우물천정을 구성하는 측면부에 다양한 크기의 패널이 복잡하게 접합되어야 했던 반면, 본 음압병동에서는 벽면에 적용되는 Laminated Steel Panel을 천정부도 동일하게 반영함에 따라 기밀성능이 개선될 수 있을 것으로 예상하였다.

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Figure 6.

Construction Method for Airtight Construction of Exterior Joints (KICT, 2023)

모듈러 음압병동 제작 과정

모듈러 음압병동은 부산 강서구에 소재한 공장에서 제작되었다. 총 12개 공정으로 나누어 공장제작이 진행되었다. 다음은 모듈러 음압병동 제작과정에 대한 요약이다(Figure 7). 제작공정에서 base frame의 수평 주부재는 S.Q. Pipe 50×50, 부부재는 S.Q. Pipe 30×30로 제작하였고, 글래스울 20 mm가 적용된 외벽면을 이루는 패널은 Laminated Steel Panel로서 선박 캐빈에 적용되는 접합공법을 통해 Weathertight 및 Gastight 등급을 확보할 수 있었다. 음압병동에는 주택에서 천정부에 디자인적으로 요구되는 우물천정이 없는 관계로 외벽 접합방식과 동일한 방식으로 천정부 패널을 조립하였으며, 이후 전면 커튼월을 시공하였다. 외장공사 완료 이후 내부 마감, 조명 및 화장실 유닛을 설치하였으며, 마지막으로 전면부 커튼월의 유리시공 및 후면 출입 도어 설치를 통해 제작을 마무리할 수 있었다(Figure 8). 2022년 12월 29일 현재 공장 제작이 완료되어 현장 이동을 위해 대기 중인 상황으로서 음압병동 infill에 대한 기밀성능 테스트를 실시할 수 있었다.

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Figure 7.

Product Process (1-12) of Infill Box Unit for Modular Negative Pressure Wards

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Figure 8.

Interior and Exterior Views (KICT, 2023)

음압병동 기밀성능 실험

기밀성능 실험 개요

모듈러 음압병동의 공장제작이 완료된 이후 현장 이동이 예정되어 제작 공장 실내에서 대기 중에 있는 음압병동 infill의 기밀성능 테스트를 실시할 수 있었다. 다음은 기밀성능 실험에 대한 개요이다.

Table 1.

Confidentiality Assessment Overview (KICT, 2023)

Outline Field Experiment on the Airtightness Performance of Infill Boxes
in Modular Negative Pressure Wards
Target 1 Unit of Modular Negative Pressure Ward Infill Box
Date 2023.12.29. 14:00 ~ 18:00
Methods KS L ISO 9972 (2006) “Thermal performance of buildings - Determination of air permeability
of buildings - Fan pressurization method”
Equipment Fan : Retrotec 3000SR, Gauge : Retrotec DM2
Note https://static.apub.kr/journalsite/sites/kiaebs/2023-017-06/N0280170610/images/Figure_KIAEBS_17_6_10_T1-1.jpg
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View of installing a blowdoor into a window opening

KS L ISO 9972 (2006)은 “단열-건물 기밀성 측정-팬 가압법의 측정절차”로서4) 건물의 기밀성능 측정을 위해 블로어도어(Blower Door) 장비를 활용하여 팬가압방식으로 측정하는 방식이다. 이번 연구에서는 Retrotec사의 팬 3000SR, 가압기 DM2를 적용하여 실험하였다. 모듈러 음압병동 후면부의 현관 크기가 1,415 mm 이상으로서 블로어도어 팬을 설치하는 것이 불가능하여, 전면부 창호의 개폐고정철물을 탈거하여 창호를 완전히 개방한 상태에서 블로우도어 팬을 설치하여 실험을 진행하였다(Table 1).

실내는 복사 패널 난방기 가동을 통해 실내온도 19~20℃로 유지 상황에서 오후1시~4시까지 실험을 실시하였고, 가감압법 기준에 따라 최저 10Pa~최대 60Pa까지 10Pa 간격으로 가압하여 실내 유입/유출 공기량(㎥/hr)을 측정하였다. 공장 내부에 설치된 음압병동 실험시 기밀성능에 영향을 미칠 수 있는 환기구, 급/배기구, 화장실 배수구, 콘센트, 점검구 등을 기밀하게 마감하였다.

이번 모듈러 음압병동의 초기 설계단계에서는 출입구 도어가 미서기 방식의 도어로 계획되었어나, 현재 여닫이 방식으로 시공되었다. 특히 적용된 여닫이 방식 도어의 하단부에 가스켓이 없는 구조로 적용된 관계로 현관부 폭 1,415 mm에 대해 약 20 mm 내외의 틈새가 발생하였다.

이에 따라 1차 실험은 20 mm 틈새를 유지한 상태에서 기밀성능을 테스크하였고(Figure 9), 연속하여 실시된 2차 실험에서는 해당 부분을 기밀 테이프로 마감처리하여 도어 하단부 기밀성을 확보한 후에 실험을 실시하였다. 이를 통해 출입구부 도어의 기밀처리에 따른 모듈러 음압병동의 기밀상태를 비교할 수 있었다(Figure 10).

실험 결과

1차 실험은 현관 출입구 하단부의 틈새부에 기밀성이 확보되지 않은 상태에서 실시하였고, 환기횟수는 7.45회가 도출되었다(Table 2).

Table 2.

Results of Airtightness Testing of Modular Negative Pressure Wards (KICT, 2023)

Results Primary Experiment
Door Bottom: Non-Confidential
Secondary Experiment
Door Bottom: Airtight
Building volume [m³] 51.1
Envelope Area [m²] 70.0
Floor Area [m²] 22.2
Building Height
(from ground to top) [m]
0.0
Air flow at 50 Pa, [m³/h] 380.20 271.35
Air changes at 50 Pa, n50 [/h] 7.45 5.31
Flow per Envelope Area
at 50 Pa, [m³/h/m²]
5.428 3.874

연속하여 실시한 2차 실험에서는 출입구 하단부의 틈새를 테이핑하여 기밀성을 확보한 상황을 가정하여 실시하였으며, 이의 경우 환기횟수는 5.31회가 도출되었다. 통상 음압병동의 현관 도어부는 가스켓 처리를 통해 기밀성을 확보하기 때문에 도어부의 기밀성 확보 유무에 따라 환기횟수 차이가 2.14회로 크게 발생하는 것을 확인할 수 있었다.

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Figure 9.

Non-confidential Status of the Door

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Figure 10.

Airtightness Status of the Door

결 론

실험결과

본 연구에서는 공장제작이 완료된 모듈러 음압병동의 기밀성능을 KS L ISO 9972 (2006)로 테스트하였다. 현관 출입구 도어 하단부에 기밀성이 확보되지 않은 상태에서는 7.45회, 그리고 음압병동의 설계기준에 따라 출입구 도어 하단부 기밀성이 확보될 경우 기밀성은 5.31회로, 출입구 도어 하단부의 기밀유무에 따라 환기횟수가 2.14회로 비교적 큰 차이가 발생하는 것을 확인할 수 있었다(Table 3). 이는 음압병동의 도어부 기밀성 확보가 매우 중요함을 의미하며, 특히 통상적으로 회전하여 가동되는 도어는 하단부에 고무재질 또는 솜털 방식의 가스켓이 적용되며, 이는 시간이 지남에 따라 바닥면과의 접촉이 지속될 수밖에 없기 때문에 자연파손될 가능성이 높음으로 기밀성 유지를 위해서는 출입구 도어의 가스켓부는 주기적 관리의 필요성이 높음을 의미한다.

Table 3.

Test Results of Airtightness of Other Modular Housing

Room No. Type Installation
Method
ACH50
(Counts/h 50 Pa) result
Goesan, pilot project
(KICT, 2022)
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Room 101 Basic Type Stacked 13.88
Room 201 11.57
Cheonan Dujeong
Happy House
(KICT, 2019)
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Room 607 16A Type Stacked 7.99
Room 608 7.74
Room 406 7.76
Room 408 7.56
Negative Pressure
Ward Infill unit
(KICT, 2023)
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Confidential Door Basic Type Not Stacked 5.31
Non-Confidential Door 7.45

유사사례 결과 비교 분석

특히 본 모듈러 음압병동 기밀성능 결과를 기존 모듈러 주택과 비교할 경우 뚜렷한 차이가 발생한다. 지난 2022년 5월 충북 괴산에 시공된 PC모듈러 주택에서 기밀성능이 평균 12.72회가 도출되었고, 또한 천안 두정 모듈러 행복주택의 경우는 평균 7.76회가 도출되었다. 충북 괴산 모듈러 주택 대비 천안두정 행복주택의 결과가 매우 양호하며, 천안두정 행복주택 대비 음압병동은 5.31회로서 환기횟수가 2.45회 개선된 것으로 나타났다. 특히 충북 괴산 모델러 주택의 기밀성이 타 현장보다 나쁘게 나타난 것은 우물천정의 적용 유무인 것으로 판단된다. 충북 괴산 모듈러 주택의 경우 주택 실내 디자인적 요소를 고려하여 우물천정이 반영되었고, 이는 우물천정부에 접합부가 많고, 구조적 복잡함이 발생하여 이와 같은 결과가 나온 것으로 판단된다. 그러므로 향후 모듈러 주택의 경우도 기밀성능 개선을 위해서는 내부 구조의 디자인적 단순화가 필요할 것으로 판단된다.

음압병동 기밀성능 기준 필요성

뿐만 아니라 현재 음압병동의 설계 기준에는 기밀성능이 건축계획 부분에서 포괄적으로 언급하고는 있지만, 명확한 성능기준을 제시하고 있지는 못하고 있다. 이는 향후 보다 다양한 음압병동에 대한 추가적 실험 결과가 취합되면, 사회적 동의를 통해 제안될 수 있을 것으로 판단된다. 특히 이번 연구의 결과는 음압병동의 infill 조건에서만 실시한 결과로서, 향후 PC 모듈러 적용 또는 병동내 시공시 전후면에 대한 추가 마감처리 등이 실시된다면 모듈러 음압병동의 좌우 및 상하부에서 발생하는 침기를 한단계 더 개선될 수 있을 것으로 판단된다.

Acknowledgements

본 연구는 보건복지부 감염병의료안전강화기술개발사업(R&D)으로 수행되었습니다(과제번호 HG22C0044, Free-plan 기반형 One-day 모듈러 음압병동 개발연구 2차년도).

References

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Notes

[1] 1) 감염병 관리시설 평가지침, 보건복지부 질병관리본부, 2017.08 (CDC, 2017).

[2] 2) 최진석, (특별기고)음압병실 이해와 시설 기준 (Choi, 2020).

[3] 3) 김희률, 음압병동 설계사례, 대한설비공학회 2018 하계학술발표대회 논문집, 2018 (Kim, 2018).

[4] 4) KS L ISO 9972 (2006) 단열-건물 기밀성 측정-팬 가압법의 측정절차, Thermal performance of buildings – Determination of air permeability of buildings - Fan pressurization method.

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