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제목 [최신 COVID 19 연구동향] COVID-19 전파차단을 위한 사회적 거리두기와 환기 효과 연구
글쓴이 관리자
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[최신 COVID 19 연구동향] COVID-19 전파 차단을 위한 사회적 거리두기와 환기효과 연구

The efficacy of social distance and ventilation effectiveness in preventing COVID-19 transmission



 

COVID-19 팬데믹 전파를 막기위해 다양한 환경에서 사회적 거리두기와 환기의 중요성이 강조되고 있다. 그러나 이 중요한 두가지 예방사항에 대한 이론적인 근거가 아직 충분하지 않다. 안전한 사회적 거리두기는 얼마인가?  충분한 환기는무엇인가? 에 대한 근거있는 제시는 경제활동과 학교 재개를 위한 중요한 요소이고, 의학적, 생물학적, 공학적인 요소를 모두 고려해야 한다.  본 연구는 적절한 사회적 거리두기와 환기를 유지하는 근본적인 이유가 되는 공기 중의 바이러스 감염가능성을 예측하기 위하여 완전혼합기반 Wells-Riley 모델 (perfect-mixing-based Wells-Riley model)을 도입하여 연구 분석하였다. 거리지수, Pd는 비말 분포와 인간 호흡 활동시에 전파되는 이론적 분석을 통해 얻을 수 있으며, 환기지수, Ez는 공간에서 시스템에 따른 공기 분포 효율을 나타낸다.




 

“what is the safe distance” and “what is sufficient ventilation” 



 

그림 1) 비말 크기에 따른 전파(Transmissions of particles with different sizes). Source:: Sustain Cities Soc. 2020 Nov; 62: 102390. Published online 2020 Jul 13. doi: 10.1016/j.scs.2020.102390 



 

 이 연구에 의하면 말을 할 때 나오는 큰 비말형태의 에어로졸 전파를 고려할 때는  1.6 ~ 3.0m (5.2 ~ 9.8ft)가 안전한 사회적 거리이며 모든  비말을 고려할 경우 조용한 공기 환경에서 안전한 거리 두기는 8.2m (26ft)까지 될 수 있음을 시사했다.  COVID-19에 대한 아직 밝혀지지 않은 양적 반응으로 인해 모델은 감염 선량 (감염량)을 보정하기 위해 실제 팬데믹 ??사례 하나를 사용했으며, 그 후 노출 시간이 짧은 다른 여러 기존 사례를 통해 확인했다. 

 

운송 차량 및 건물 공간을 포함한 다양한 시나리오에 대해 모델을 통한  예측은 (1) 사회적 거리 증가 (예 : 밀집도 절반 감소)가 처음 30 분 동안 현재 환기를 통해 감염률 (20-40 %)을 크게 줄일 수 있음을 보여주었다. ; (2) 최소 환기 또는 신선한 공기에 대한 요구 사항은 여러가지 조건들 예를 들면 거리 조건, 노출 시간 및 공기 분배 시스템의 효율성에 따라 영향을 받는다.

 

그림 2) 비말크기에 따른 전파거리(The transmission distance of droplets with different sizes).  Source:: Sustain Cities Soc. 2020 Nov; 62: 102390. Published online 2020 Jul 13. doi: 10.1016/j.scs.2020.102390 

 

그림 2에서 비말크기에 에 따른 전파거리 계산에서 비말이 전파되는 동안 증발 효과에 대해서는 반영하지 못했다.  증발로 인한 비말크기의 변화는 Eq. 92 μm가 비말 최종 위치를 구별하기 위한 임계 직경을 나타났다. 그 결과 작은 크기 (D <92μm)의 비말은 땅에 떨어지기 이전에 이미 공기 중으로 완전히 증발할 수 있는 가능성이 있다. 이 증발 된 비말은 공기 핵으로 바뀌어 공기 중에 더 오래 머물러 있을 수 있다. 그러나 이러한 작은 크기를 가진 비말은 질량 비율이 낮고 COVID-19의 공기전파 위험 영향에 대해서는 결정적이지 않기 때문에 이번 연구에서는 완전히 증발하기 전에 땅에 떨어질 비말에 초점을 맞추었다.



 

그림 3) 증발유무에 상관없이 크기가 다른 비말의 낙하시간(The falling time of droplets of different sizes with and without evaporation). Source:: Sustain Cities Soc. 2020 Nov; 62: 102390.

Published online 2020 Jul 13. doi: 10.1016/j.scs.2020.102390 

그림 3은 증발 유무에 관계없이 크기가 다른 비말의 낙하시간을 비교했다. 증발 유무에 따른 낙하 시간의 차이는 직경 100 ~ 200μm의 비말에서 발견되었다. 비말크기의 증가에 따라 불균형이 감소하고 직경이 150μm 이상일 때 차이는 거의 나타나지 않았다. 작은 비말인 경우에는 증발의 영향을 더 많이 받지만 사회적 거리 Pd의 확률은 직경이 큰 비말에서 더욱 중요하게 강조된다. 따라서 그림 5자료는 합리적인 근거로 사용할 수 있다.

 

그림 4) 사례를 통한 예측된 실제 감염 확률(The predicted and actual probability of infection in existing cases).

 

그림 5) 다양한 시나리오에 대한 예상 감염 확률(Predicted probability of infection for different scenarios). 



 

그림 5는 밀집도 100 %와 50 % 인 대표적인 밀폐 환경에서 COVID-19로 인한 감염 가능성 예측을 보여준다. 모든 감염 확률은 충분한 노출 시간으로 결국 1 (100 %)에 가까워졌다. 이 결과는 공공 버스의 감염 위험이 모든 대중 교통 수단 중에서 가장 높았음을 시사했다. 이것은 낮은 공기 분배 효과, 낮은 신선한 공기 비율 및 높은 밀집도로 인해 실제 상황과 일치한다. 

 

비행기 기내 위험은 가장 낮았으며 거리와 환기의 합산 지수 Pd / (Ez ? Q / N)가 가장 낮게 나타났다. 이상의 결과는 각 적용에 필요한 최소 환기율을 기반으로 분석되었다. 육상 교통을 위한 총 환기율 (신선한 공기와 깨끗해진 재순환 공기로 인해)은 항공기보다 훨씬 많을 수 있기에 감염위험을 줄일 수 있다.

 

그림 6) 낮은 감염확률을 위해 요구되는 활기율(The requested ventilation rate for controlling the low infected probability).



 

그림 6은 또한 사무실에서 4 -h 노출된 시간으로 동일한 감염을 나타내기 위해 필요한 환기율이 438.2 m3 / (h ? p)에서 77.8 m3 / (h ? p) (약 82 % 감소)로 감소했음을 보여준다. 밀집율이 25 %로 감소했을 때 확률 목표는 <2 % 로 나타났다. 환기효과를 더 높은 수준으로 끌어올리는 것은 (즉, Ez = 1.4에서 개인화된 환기사용) 필수 환기율에 큰 영향을 미쳤는데, 특히 밀집율이 50 % 인 레스토랑, 공공 버스 및 지하철의 경우 밀집율이 25 %이고 Ez = 1 인 사람들보다 훨씬 낮게 나타났다.이 상황에서 대부분의 연구 공간에서 처음 30 분 노출 동안 필요한 최소 환기율은 50m3 / (h ? p) 미만이었다. 대대적인 개조없이 대부분의 최신 환기 시스템으로 달성 할 수 있습니다.  이러한 상황에서 대부분의 공간에서 처음 30분 노출 동안 필수 최소 환기율은 50m3 / (h ? p) 보다 낮게 나타났다. 이는 대대적인 개조없이도 현재의 환기시스템으로 달성 할 수있는 환기율이다.

 

결론적으로 많은 연구에서 비말전파를 차단하기 위한 사회적 거리두기를 제안하고 있다.  WHO (2014)는 1미터(3피트) 거리두기를 공공활동에서 바이러스 전파 차단을 위해 제안되었다. 하지만 연구결과에 의하면 1미터 거리두기는 감염관리에 충분하지 않음을 보고하고 있다. 그러나 비말크기, 공기 습도 및 온도에 따라 0.1mm 이상의 물방울이 증발하거나 2m 이내의 표면으로 떨어질 수 있기 때문에 2-6m가 안전한 거리라고 보고하고 있다. 비말은 기침이나 재채기를 할 때 6m 떨어진 거리까지 도달 할 수 있다. 

 

COVID-19 팬데믹으로 한 연구에 따르면 재채기 시, 비말이 최대 8 미터 (23 ~ 27 피트)까지 이동할 수 있으며, 작은 비말이라도 방 전체에 퍼질 수 있음을 시사했다. 이러한 결과는 CFD 시뮬레이션 또는 실험실 테스트를 기반으로 했으며, 본 연구에서는 중력, 마찰, 부력 양정, 증발을 동시에 고려하여 낙하와 투과를 이론적으로 분석하고자 하였다. 이번 연구에서는 크기가 다른 비말의 전파거리를 별도로 표시하는 대신 질량 통계를 기반으로 방출 확률과 투과거리의 관계를 구축했다. COVID-19 감염전파를 차단하기 위해서는 비말의 크기, 실내 밀집도, 환기율 등 다양한 요소들이 바이러스 감염위험에 영향을 주고 있음을 고려해야 할 것 이다. 즉, 1미터 거리두기는 감염관리에 충분하지 않고, 비말크기, 공기 습도 및 온도에 따라 0.1mm 이상의 비말 방울이 증발하거나 2m 이내의 표면으로 떨어질 수 있기 때문에 2-6m가 안전한 거리라고 보고하고 있다. 비말은 기침이나 재채기를 할 때 6m 떨어진 거리까지 도달 할 수 있기때문이다. 




 

출처 : The efficacy of social distance and ventilation effectiveness in preventing COVID-19 transmission. Sustain Cities Soc. 2020 Nov; 62: 102390. doi: 10.1016/j.scs.2020.102390 





 

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2020-08-28 오후 12:26:26, 조회수 : 329