“교실 내 코로나 감염 막으려면 공기의 수평 흐름 차단해야”

미국 MIT연구팀 분석
창문에 환기 블라인드 설치하고
바깥 공기 바닥으로 흐르게 유도
겨울엔 창문 쪽으로 히터 틀어야

교실 내 환기의 가장 이상적인 공기 흐름은 바닥을 통해 들어온 공기가 사람의 체온으로 데워져 위로 올라가 배출되는 것이다. 사진 출처 MIT

신종 코로나바이러스 감염증(코로나19) 4차 유행이 한창인 가운데 전국 유치원과 초중고교가 18일 등교 개학을 시작했다. 학생들이 함께 집단 생활하는 교실은 감염 위험이 큰 공간이다. 여름이 아직 끝나지 않은 상황에서 에어컨이 교실 내 공기 감염을 키울 수 있다는 우려를 낳고 있다.

리언 글릭스먼 미국 매사추세츠공대(MIT) 기계공학부 교수 연구팀은 최근 학교 교실 내 감염을 막으려면 학생들이 마스크를 쓰게 하고 신선한 공기를 바닥 근처로 유입했다가 천장 통풍구를 통해 빼는 방식으로 환기해야 한다는 분석 결과를 국제학술지 ‘빌딩과 환경’에 발표했다.

연구팀은 다양한 교실 구조를 놓고 환기시설과 창의 위치 등을 조절하며 공기 흐름과 에어로졸 전파를 컴퓨터 시뮬레이션으로 분석했다. 그 결과 가장 이상적인 환기 시나리오는 에어로졸이 주변 사람에게 전파되지 않고 위로 빠져나가는 것이라는 사실을 알아냈다.

분석에 따르면 공기를 위로 보내는 데는 사람의 체온이 중요한 역할을 한다. 사람의 몸은 36.5도로 실내 대기보다 뜨겁다. 사람 주변의 공기는 데워지며 조금씩 위로 상승한다. 실내온도가 25도일 때 사람 주변의 공기는 초속 약 0.15m 속도로 천장으로 향한다.

연구팀은 이때 실내에서 마스크를 착용하는 것이 중요하다는 점을 확인했다. 마스크가 호흡을 통해 나오는 에어로졸의 속도를 줄여 사람이 만든 상승 기류에 갇혀 퍼지지 않도록 하기 때문이다. 정상적인 날숨은 초속 1m로 배출되는데 기침을 할 경우 속도가 더 빨라진다. 반면 마스크는 사람이 내뱉는 공기 속도를 초속 0.1m로 떨어뜨린다.

현재 방역당국은 각급 학교 교실에서 환기를 할 때는 양쪽 창문을 열어 맞바람이 생기도록 하라는 지침을 내렸다. 바람을 통해 실내 공기를 빠르게 순환시키겠다는 계산이다. 하지만 연구팀 분석을 보면 이런 환기 방식이 교실 구조에 따라 오히려 에어로졸의 확산을 유발하는 것으로 나타났다. 책상의 각 열이 창문과 창문 사이를 흐르는 바람과 같은 선상에 놓이는 경우다. 코로나19에 감염된 학생이 책상에 앉아 있다가 배출한 에어로졸이 바람을 타고 빠르게 전파되는 것이다. 연구팀은 이를 해결하려면 창문에 환기 블라인드를 설치할 필요가 있다고 조언했다. 환기 블라인드의 각도를 조절해 창문에서 들어오는 공기를 바닥 쪽으로 흐르게 유도하는 방식이다. 이렇게 하면 신선한 공기가 학생들의 발밑으로 유입된 뒤 위쪽으로 상승하기 때문에 에어로졸을 퍼뜨리지 않는다는 분석이다.

다가올 겨울에는 히터를 창문 방향으로 트는 방식을 연구팀은 추천했다. 겨울철 온도가 낮은 창문 쪽에는 공기가 가라앉는데 여기에 확진자가 앉아 있을 경우 환자가 내뿜은 에어로졸이 교실 바닥 전체에 내려앉았다가 사람이 호흡하는 높이까지 올라오는 것으로 나타났다. 만약 창문 온도를 히터로 먼저 높이면 이런 공기 흐름이 생기지 않는 것으로 나타났다.

글릭스먼 교수는 “마스크 착용과 교실 구조를 고려해 환기 효율을 높여 학생이 호흡하는 위치의 에어로졸 농도를 최소화하는 것이 교실 환기의 핵심”이라고 말했다.


조승한 동아사이언스 기자 shinjsh@donga.com