[보고서]국가 전염병 재난 대응, 자율 확장 및 신속 설치/해체가 가능한 이동형 음압격리병실 사업화 모델 개발 (2024)

□ 연구개발 목표 및 내용
◼ 최종 목표
바이러스 팬데믹 지역의 유동적 대응이 가능한 이동형 음압격리병실 개발/실증 및 사업화 모델 개발

◼ 전체 내용
○ 최대 3일 이내의 설치-해체-이동 가능한 핵심 연결부재 개발
○ 국가지정 일반 음압격리병실의 요구조건 충족
○ 실간 차압 -5 Pa 및 환기횟수 12 ACH 유지
○ 급배기 HEPA filter 99.97%, 역류방지댐퍼, 소음저감 등 최적 환기시스템 개발
○ 제로에너지건축물인증 4등급 수준의 에너지 성능 확보
○ 이동형 음

□ 연구개발 목표 및 내용
◼ 최종 목표
바이러스 팬데믹 지역의 유동적 대응이 가능한 이동형 음압격리병실 개발/실증 및 사업화 모델 개발

◼ 전체 내용
○ 최대 3일 이내의 설치-해체-이동 가능한 핵심 연결부재 개발
○ 국가지정 일반 음압격리병실의 요구조건 충족
○ 실간 차압 -5 Pa 및 환기횟수 12 ACH 유지
○ 급배기 HEPA filter 99.97%, 역류방지댐퍼, 소음저감 등 최적 환기시스템 개발
○ 제로에너지건축물인증 4등급 수준의 에너지 성능 확보
○ 이동형 음압격리병실 1 모듈 제작 및 실증

◼ 1단계
❏ 목표
○ 구조체
- 이동식 음압격리병실 구조체 설계 및 시공법 개발
○ 설비
- 이동식 음압격리병실 설비 시스템 개발
- 이동형 음압격리병실 설비시스템 최적화 설계
- 기류방향(급/배기구 위치) 기반 병실내 오염 전파 최소화 계획
○ 성능평가
- 이동형 음압격리병실 주요 자재 공인성능평가
- 이동형 음압격리병실 실증 평가
- 이동형 음압격리병실 시작품 제로에너지건축물인증 타당성 평가
❏ 내용
○ 구조체
- 트라이앵글 큐브형 모듈러 구조체 설계
- 트라이앵글 코어 금형 개발
- 내압기능을 갖는 에너지 절감 이동식 모듈 구조체 개발
- 삼각형 코어 모듈 연결 제품 시제품 제작
○ 설비
- 40dB 이하 소음 저감 위한 송풍기 개발
- 열교환 효율, 냉방 60% 및 난방 80%의 밀폐식 열교환 기술 개발
- 살균 및 살바이러스 장치 개발
- 음압제어 S/W 개발(실간 차압 -5 Pa 및 환기횟수 12 ACH)
- 매크로 계획안: 실간 공조풍량 설계 / 실간 차압 설계
- 마이크로 계획안: 급/배기구 설치위치 최적화
- 기류 및 교차오염의 영향을 최소화 가능 냉난방 계획매크로 계획안 검증:네트워크-환기 시뮬레이션 - 실간 차압 확보
- 마이크로 계획안 검증: CFD 해석을 통한 급/배기구 결정
- 종합적인 음압격리병실의 감염방지 안전율 지표 제안 및 도출
- 음압병실 성능시험 방법 및 타당성 검증 프로토콜 개발
○ 성능평가
- 모듈러 구조체의 단열 성능시험
- 모듈러 구조체의 화재 성능시험 (구조체의 중규모 화재시험은 필요시 시행 예정)
- 급배기 시스템 성능시험
- 음압격리병실 배기 필터(HEPA filter) 성능시험
- 이동형 음압격리병실 모듈 시작품 건물에너지 성능평가(실증)
- 이동형 음압격리병실 모듈러 건축물의 건물에너지 성능평가
- 이동형 음압격리병실 시작품 기밀 성능 테스트
- 이동형 음압격리병실 시작품 건축물에너지효율등급인증 타당성 평가
- 이동형 음압격리병실 시작품 제로에너지건축물인증 타당성 평가

◼ 2단계
❏ 목표
○ 구조체
- 모듈러 구조체 확장 모델 및 사업화 모델 개발
○ 설비
- 이동식 음압격리병실 설비 시스템 시작품 제작 및 고도화
- 단위실험 기반 음압병실 요구성능 검증
- 이동형 음압병실 설비설계 가이드라인 제시
○ 성능평가
- 이동형 음압격리병실 요구성능 표준지침 및 가이드라인 도출
- 이동형 음압격리병실 실증 데이터 분석
❏ 내용
○ 구조체
- 이동식 음압격리병실 구조체 설계 및 시공법 개발
- 트라이앵글 코어 모듈연결제품 시작품 제작
- 모듈연결제품 시제품 성능평가 및 고도화
○ 설비
- 저소음 송풍기, 열교환 효율 냉방 60%, 난방 80% 밀폐식 열교환기, 살균 및 살바이러스 장치, 음압제어 S/W, 급배기 분리형 열회수 환기 시스템 등의 시작품 제작 및 실증
- 밀폐력이 향상된 현열교환 소자 개발
- 난방 겸용 급배기 분리형 열회수 환기장치 개발
- 실간 차압값에 따른 급배기 풍량조절 기술 개발
- 소음저감 및 필터살균 기술 개발
- 네트워크-환기 시뮬레이션 – 실간 차압 분석
- CFD 해석을 통한 급/배기구 결정
- 종합 감염방지 안전율 지표 제안 및 도출
- 성능시험 방법 및 타당성 검증 프로토콜 개발(PIV분석/연막실험/멀티가스,모니터)
○ 이동형 음압격리병실 요구성능 표준지침 및 가이드라인 도출
- 구조체·설비·에너지 분야 표준모델 지침서 작성
- 음압격리병실 표준안 개발 타당성 조사
○ 이동형 음압격리병실 실증 데이터 분석
- 계절별 대표일 에너지소비량 패턴 분석
- 실내 쾌적성 변화 추이 분석
- 설치·해체에 따른 성능변화 분석
- 태양광 발전량 및 에너지 자립도 분석

□ 연구개발성과
○ 구조체
- 트라이앵글 큐브형 모듈 연결[커넥터]구조체 설계 및 시작품,시제품 개발 완료
- 트라이앵글 코어 금형 개발 완료(코어부 고기밀 리프팅 백 금형)
- 내압기능을 갖는 에너지 절감 이동식 모듈 구조체 개발 및 시작품,시제품 완료
. 시제품 성능 평가 및 고도화(안전성, 모듈러 기능 기밀성 평가등)
- 삼각형 코어 및 모듈 연결 제품 설계도면 및 시작품 및 시제품 제작 완료
. 코어 구조체 시공법 개발[모듈 본제품과 연결 부분 시공법 도면 및 3D 시뮬레이션]
○ 설비
- 40dB 이하 소음 저감 위한 송풍기 개발 완료
- 열교환 효율, 냉방 60% 및 난방 80%의 밀폐식 열교환 기술 개발 완료
- 살균 및 살바이러스 장치 개발 완료
- 음압제어 S/W 개발(실간 차압 -5 Pa 및 환기횟수 12 ACH) 완료
- 밀폐식 열교환 기술 개발 완료
- 급배기 분리형 열회수 환기 시스템 개발 완료
- 국내외 질병관리 병실 시설기준 조사, 기존 음압격리병실 문제점 도출 및 개선사항 도출 (학술논문 게재)
- 최적 설계 방법 1 (메크로 계획)
. 요구성능 확보를 위한 모듈 설계안 도출 (상세 설계도면, 개념도)
. 실간 공조풍량 설계 / 실간 차압 설계
. CFD를 통한 네트워크 – 환기 시뮬레이션 및 실간 차압 확보
- 최적 설계 방법 2 (마이크로 계획)
. 급/배기구 설치위치 최적화
. 기류 및 교차오염의 영향을 최소화 가능 공조시스템 계획 (상세 설계도면, 개념도)
. CFD를 통한 급/배기구 결정
- 실험/측정 기반 검증
. 감염 위험율(지표) 평가 (학술논문 게제)
. 성능시험 방법 및 타당성 검증 프로토콜 개발 (특허출원)
. [선행진행] PIV 분석 / 연막실험 / 멀티가스 모니터 (COVID-19 선별진료소 대상 사전평가)
. 단위실험 기반 음압병실 요구성능 검증 (추적가스 실험)
○ 성능평가
- 모듈러 구조체의 단열 성능시험 완료
- 모듈러 구조체의 화재 성능시험 완료
- 이동형 음압격리병실 시설기준 조사보고서 작성 완료
- 구조 및 구조체 성능기준 조사보고서 작성 완료
- 열교환 시스템(급배기 시스템) 성능시험 완료
- 배기 필터(HEPA filter) 성능시험 완료
- 이동형 음압격리병실 모듈러 시작품 건물에너지 성능평가(실증 평가) 완료
- 이동형 음압격리병실 시작품 제로에너지건축물인증 타당성 평가 완료
○ 구조체
- 개발 모델의 BM 모델 사업화 진행
. 1단계 제품 고도화후,제품 실험 인증 완료, 추가 확장 모델 진행중[2023년 하반기]
. 의료시설 1개 모델, 조달 혁신제품 등록, 다목적 모듈러 구조물 추가 진행중
- 사업화 모델의 홍보 활동 진행
. 국내 최고 권위 전시회, 제품 전시 및 홍보, 판촉 활동 전개(해외 인증 전시회)
. 정부 R&D 개발 전시관 단독 대형 부스 참여(24개 부스, 건설기술연구원 공동)
○ 설비
- 저소음 송풍기, 열교환 효율 냉방 60%, 난방 80% 밀폐식 열교환기, 살균 및 살바이러스 장치, 음압제어 S/W, 급배기 분리형 열회수 환기 시스템 등의 시작품 제작 후 설치
- 밀폐력이 향상된 현열교환 소자 개발 완료
- 난방 겸용 급배기 분리형 열회수 환기장치 개발 완료
- 단위실험 기반 음압병실 요구성능 검증 진행
. TAB 시험 및 환기량 검증, 실간 오염원 이동 방지 목표 차압 검증, 바이러스 모사 입자 가시화 및 PIV 분석, 멀티 가스 모니터를 통한 실간 교차오염 및 구역별 교차 오염 추가실험 예정 [2023년 추가진행 예정]
- 이동형 음압병실 설비설계 가이드라인 제시
. 평가방법을 활용한 실험논문 투고(2023 해외 학술논문 2편 개제)
. [선행진행] 이동형 음압병실 최적화 설계도면 및 개념도 도출
. [선행진행] 이동형 음압병실 필수 성능 및 요구성능 확보를 위한 평가방법 제시
. 종합적인 음압격리병실의 감염방지 안전율 목표지표 제시 예정
○ 성능평가
- 저소음 송풍기, 열교환 효율 냉방 60%, 난방 80% 열회수 환기장치 공인시험 평가 중
- 밀폐식 열교환기, 살균 및 살바이러스 장치 설계 후 음압병실 장착 완료
- 급배기 분리형 열회수 환기 시스템 제작 후 음압병실 설치 완료
- 밀폐력이 향상된 현열교환 소자 제작 완료
- 난방 겸용 급배기 분리형 열회수 환기장치 제작 완료
- 실간 차압값에 따른 급배기 풍량조절 기술 개발 후 자체평가 완료
- 소음저감 및 필터살균 기술 개발 완료
○ 표준지침 및 가이드라인 도출(수행 예정)
- 구조체·설비·에너지 분야 표준모델 지침서 작성 예정
- 음압격리병실 표준안 개발 타당성 조사 수행 예정
○ 실증 데이터 분석(수행 예정)
- 계절별 대표일 에너지소비량 패턴 분석
- 실내 쾌적성 변화 추이 분석
- 설치·해체에 따른 성능변화 분석
- 태양광 발전량 및 에너지 자립도 분석

□ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과
○ 감염병 재난시 신속한 음병병실(동) 구축으로 긴급성이 요구되는 지역적으로 최고의 의료서비스 제공
○ 평상시 일반병실 수준으로 운영하여 전국적인 의료서비스 불균형 해소
○ ‘K-방역모델’ 대응 스마트 의료시설 활용 가능
○ 설비시스템 최적화로 오염원 교차 방지를 위한 단일방향 기류 흐름을 구현하여 기존 대비 오염 제거효율 향상
○ 최적화 환기 기술 접목으로 최대 오염원 제거효율 향상 → 세계 최고 고효율 이동형 음압격리 병실 구현
○ 이동식 구조물은 음압격리병실뿐만 아니라 이동형 의료시설로 개조하여 활용 가능
○ 이동형 의료시설은 COVID-19 등의 재난 상황에서 신속하고 효율적으로 대응 가능한 맞춤형 공공의료서비스에 대한 요구 해결 가능
○ 또한, 의료 소외계층, 재난/재해 지역, 농어촌 지역, 국방 의료시설, 대북 인도적 지원 의료 시설 등 그 활용 범위가 매우 크기 때문에 향후 수요가 폭발적으로 증대될 것으로 예상
○ 이러한 수요에 대응하여 고품질, 스마트 이동형 의료시설 시장 선점 가능
○ 본 연구의 결과물인 이동식 음압격리병실은 디지털 뉴딜의 비대면 산업 육성 계획과 부합하며, 동시에 에너지 자립형 이동식 음압격리병실 구현은 그린뉴딜의 공공시설 제로에너지화에 부합되어, 한국판 뉴딜 정책의 성과물 중 하나로 활용 가능

(출처 : 요약문 3p)

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