2022. 8. 16. 22:49ㆍ연구 자료: 실내공기질 (연구)
Jose-Luis Jimenez의 미디엄 블로그에서 <How to quantify the ventilation rate of an indoor space using an affordable CO2 monitor>를 번역한 글입니다.
코로나19와 실내 환기율 정량화 필요성
COVID-19가 에어로졸 전파 비율이 있는 질병이라는 증거가 증가하고 있습니다. 코로나의 전파 패턴이 에어로졸과 가장 일치 한다는 것을 포함하여 이 경로가 중요하다는 증거가 있습니다.
에어로졸 전파를 막으려면 사회적 거리두기와 같이 우리가 이미 하고 있는 많은 일들이 필요하지만 환기의 중요성 역시 새롭게 강조합니다. 여기서 환기란 실내 공기를 실외 공기로 바꾸는 것을 의미합니다. 예를 들어, 아래의 에어로졸 전파 추정기 스프레드시트를 사용하여 해당 위치(예: 교실, 상점, 사무실)에서 에어로졸을 통한 감염률을 추정할 수 있으려면 실내 공간의 환기율을 알아야 합니다. 빨간색 화살표로 표시된 위치에 환기율을 입력합니다.
환기율은 공간에 따라 크게 달라질 수 있으며 이러한 변화는 매우 중요합니다. 이 비율을 표현하기 위해 "시간당 공기 변화(Air Change per Hour)"(ACH, 단위: h-1)를 사용합니다. 특정 방의 외기 환기율이 1h-1이면 1시간 동안 실내 공기의 63%가 실외 공기로 대체되었음을 의미합니다. 2시간이면 86%, 3시간이면 95%입니다. 환기율이 6h-1이면 1시간 동안 97%의 공기가 외부 공기로 대체됩니다. 분명히 환기율은 바이러스가 포함된 에어로졸이 주어진 공간에서 얼마나 오래 머무를 수 있는지를 결정하는 데 매우 중요합니다.
그러나 공간에 대한 현실적인 환기율을 결정하는 것은 어려울 수 있습니다. 건물 감독관과 유지 보수 직원이 있는 상업용 건물의 경우에도 적절한 환기율에 대한 정보가 없고 해당 정보를 얻는 방법을 모른다고 말합니다.
휴대용 CO2 측정기로 환기율을 추정할 수 있을까요?
연구에서 우리는 "추적자 방출" 실험을 사용하여 환기율을 측정합니다. 우리는 비활성의 끈적이지 않는 가스를 방출합니다. 관심 있는 연구자에게 이 연구는 가장 진보된 응용 방법 중 하나입니다. 그런 다음 추적자가 감쇠하는 측정값을 확인하는데, 이 감쇠 속도가 곧 환기 속도입니다. CO2는 다양한 휘발성 유기 화합물과 마찬가지로 유용한 추적자입니다. CO2는 인간이 지속적으로 만들어 낸다는 점에서 큰 이점이 있습니다.
문제는 이것을 "집에서" 하는 방법입니다. 내가 이 작업을 수행하는 데 사용한 연구용 CO2 분석기는 수천 달러(한화 수백만 원)의 비용이 들 수 있으며 이는 대부분 감당할 수 없습니다. 그러나 저는 $159 CO2 모니터를 구입하여 테스트했으며 잘 작동하는 것 같습니다(다양한 테스트 결과는 하단의 부록 1 및 2 참조). 아래는 이 모니터의 사진입니다.
실제로 환기율을 추정하는 방법
실험은 간단합니다. 그러나 언제 무엇을 했는지 잘 기록해 두십시오. 그렇지 않으면 나중에 데이터를 볼 때 여러 가지를 시도할 가능성이 있으므로 혼동하기 쉽습니다.
(1) 배경 농도를 기록하기 위해 최소 5분 동안 CO2 모니터를 외부에 두십시오.
(2) CO2가 축적되도록 관심 있는 위치에 잠시 동안 머무르십시오. 그런 다음 재빨리 자리를 비우고 몇 시간 동안 분석기가 CO2를 기록하도록 합니다.
(3) 공간의 공기를 혼합하기 위해 항상 선풍기를 두는 것이 가장 좋습니다. 이렇게 하면 CO2가 더 자연스럽게 줄어들며, 데이터를 더 쉽게 해석할 수 있습니다. 다만, 환기율에 영향을 주지 않아야 합니다. 선풍기가 없는 데이터는 내가 여기에 표시한 데이터보다 더 덩어리진 것처럼 보일 것입니다.
(4) CO2 모니터의 앱을 통해 데이터를 봅니다.
홈 스튜디오의 예시 실험
첫 번째 실험의 예는 다음과 같습니다. "과잉" CO2(주변 수준 이상)가 최고치의 36%로 감소하는 데 걸리는 시간을 결정해야 합니다.
아래 예의 경우 실외 수준은 545ppm이었습니다(모니터에는 오프셋이 있어 조정할 수 있지만 이 측정에서는 중요하지 않음). 사람이 오후 6시 43분에 공간을 떠났을 때 CO2 피크는 1473ppm이었으므로 대기보다 초과 CO2는 928ppm이었습니다. 879ppm(= 545ppm + 37% * (1473–545))으로 감소하는 시간을 살펴볼 필요가 있습니다. 오전 7시 9분에 공간에서 분석기를 제거했을 때 CO2는 여전히 1066ppm이었습니다. 감소율(마지막 시간에 40ppm)에서 대략 886ppm에 도달하는 데 4.5시간이 더 걸렸을 것입니다. 따라서 감소 시간은 ~15.5시간이고 환기율은 1/16 = 0.06h-1입니다. 측정기의 환기 섹션에 작은 스프레드시트 계산기가 있습니다 . 여기에서 숫자를 입력하면 자동으로 계산됩니다.
이것은 침투가 낮은 새로운 공간입니다(너무 낮아서 놀랐습니다). 대부분의 위치에서 0.5–3 h-1의 결과를 기대합니다. 다른 예를 설명하기 위해 창을 약간 열어 둔 상태에서 더 많은 데이터를 가져갈 것이지만 시간을 절약하기 위해 이 초기 실험을 게시합니다. 절차를 설명하기에 충분하기 때문입니다.
창문이 부분적으로 열린 상태에서 두 번째 시도
내가 예상하는 것이 보다 일반적인 결과임을 설명하기 위해 창을 부분적으로 연 상태에서 실험을 다시 수행했습니다. 이 경우 CO2 감소는 훨씬 더 빨랐고 이 조건에서 1.2 h-1로 추정합니다.
이렇게 결정된 환기율의 주의사항
우선 이 방법은 외기와의 환기율만을 수치화할 것입니다. 많은 공간에서 공기가 재순환되고 여과되며 많은 바이러스들이 필터에 의해 제거됩니다. 그러나 CO2는 필터의 영향을 받지 않습니다. 필터링된 재순환 흐름의 효과는 스프레드시트의 다른 곳으로 이동합니다. 세부 사항에 대한 설명은 측정기의 Readme 페이지를 참조하십시오.
둘째, 공기 변화율은 일정하지 않고 시간에 따라 변할 수 있습니다. 예를 들어 창문을 열어 놓으면 실외 바람의 변화에 따라 많이 달라집니다. HVAC 시스템의 역학 및 기타 요인에 따라 실내에서도 변경될 수 있습니다. 창문이 닫혀 있고 HVAC 시스템이 없는 경우에도 바람 및 기타 요인이 침투할 수 있고, 이는 환기율에 영향을 미칩니다. 이러한 이유로, 그리고 이것이 많은 시간을 할애할 공간이라면 이 실험을 몇 번 반복하고 일관된 결과를 얻고 있는지 확인하는 것이 좋습니다. 이 과학적 연구와 변동성의 예를 보여주는 다른 연구를 참조하십시오.
셋째, 복도나 HVAC 시스템을 통해 공간 사이에 공기가 흐를 수 있는 대형 건물에서는 이것이 더 어려울 수 있습니다. 전문가들은 이것을 지역간 운송이라고 부릅니다. 예를 들어, 다른 방에 있는 사람들이 CO2를 들이마신 다음 관심 있는 방에 도달하여 측정을 혼동할 수 있습니다.
요약하면 이 방법은 실외 공기 변화율에 대한 추정치를 제공하지만 그 값은 시간에 따라 변할 수 있고, 더 큰 건물에서는 더욱 복잡할 수 있다는 것입니다. 하지만 여전히 대부분의 경우 실험을 하기 전보다 훨씬 더 많은 정보를 주는 데에는 변함이 없습니다.
부록 1: CO2 분석기의 응답 시간 확인
가스 분석기의 품질에 대한 첫 번째 테스트는 농도 변화에 빠르게 반응하는지 확인하는 것입니다. 너무 느리게 반응하면 빠른 환기율 측정이 제한됩니다. 우리는 모니터를 CO2가 높은 장소에 두고 신속하게 외부로 이동하여 이를 수행합니다.
위의 그래프는 CO2 모니터 앱의 스크린샷입니다. CO2 수준은 분석기의 1분 응답 시간 내에 대부분의 응답으로 매우 빠르게 응답했습니다. 이는 모든 실내 환경에서 환기율을 측정하는 데 충분합니다.
부록 2: Aranet CO2 센서와 연구용 LI-COR 분석기의 상호 비교
Demetrios Pagonis 박사는 Aranet 센서와 연구 등급 LI-COR 센서를 비교하는 빠른 실험을 수행했습니다. 결과는 아래와 같습니다. LI-COR 센서는 1초마다 데이터를 제공하는 반면 Aranet은 1분마다 데이터를 제공합니다. 전반적으로 나는 이와 같은 저렴한 센서에 대한 결과를 매우 훌륭하다고 말할 것입니다. Aranet에는 샘플 흐름이 없고 센서 볼륨으로 확산되는 CO2에 의존해야 하기 때문에 일부 편차는 분명히 시간 응답으로 인한 것입니다. 이 특정 센서에는 아직 제거하지 못한 양의 오프셋이 있지만(이 작업을 수행하는 방법에 대한 설명서를 잘 이해하지 못할 수도 있음) 시간 응답 계산에는 문제가 되지 않습니다. 그리고 그것은 야외에서 공기를 측정한 후 머리에서 뺄 수 있습니다.
부록 3: 호흡이 CO2로 충분하지 않은 경우 해야 할 일
이것은 넓고 환기가 잘 되는 공간에서 문제가 될 수 있습니다. 한 사람 또는 몇 사람의 호흡으로는 CO2가 충분히 증가하지 않을 수 있으며, 분석기의 제한된 정밀도로 인해 실험에서 정보를 추출하기 어려울 수 있습니다. 적어도 전염병 동안에는 이 실험을 위해 많은 사람들이 모이는 것을 원하지 않습니다. 아래 아이디어는 다른 사람들이 제안한 것입니다. 주의하고, 이러한 작업을 시도하기 전에 공간을 관리하는 사람의 허가를 받았는지 확인하십시오.
Demetrios Pagonis 박사는 드라이아이스를 사서 물에 담그는 실내 공기질 연구자들에 의해 사용되는 일반적인 기술을 제안합니다. 식료품점에서 10파운드 블록(~$10)은 ~100인시(person-hour) 호흡 CO2에 해당합니다. 이것은 가장 큰 공간에도 충분할 것입니다. 또, 이것은 모든 제안 중에서 가장 안전한 것 같습니다.
이 경우 Twitter의 Peter Alstone이 제안한 한 가지 제안 은 CO2를 생성하는 공간에 베이킹 소다와 식초를 혼합하는 것이었습니다. 필요한 식초와 베이킹 소다는 방의 크기에 따라 다릅니다. 나는 적당한 양으로 시도하고 CO2가 충분히 증가하는 것을 볼 수 있는지 확인하고 거기에서 가십시오.
또 다른 제안은 바와 레스토랑에서 탄산 음료에 사용되는 것과 같은 CO2 탱크를 빌리는 것이었습니다. 이것은 안전 면에서 저를 불안하게 하기 시작합니다. 밀폐된 공간에서 사고로 다량의 CO2를 배출하면 치명적일 수 있습니다. 따라서 특히 가스 실린더 작업에 대한 경험이 없는 경우 이 작업을 시도하는 경우 매우 주의할 것입니다. 문이 열린 더 작은 공간에서 먼저 시도하십시오. 또는 전화 통화를 하는 동안 누군가가 밖에서 기다리게 하거나, 탱크의 출력을 공간을 향하게 하여 CO2를 주입하거나, 공간 바로 바깥에서 또는 다른 방법을 사용하십시오. 안전에 대해 확신이 없으면 도움을 요청하십시오.
공간에 이미 있는 경우 천연 가스 또는 프로판 스토브와 같은 조리 기구를 사용할 수도 있습니다. 나는 화재 안전 문제로 인해 캠핑 스토브 또는 이와 유사한 것을 가져오지 않을 것입니다.
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