1 서 론

2015년 11월 정부에서는 ‘2030 에너지 신사업 확산 전략’을 통해 2025년부터 신축되는 국내 건축물이 모 두 제로에너지 빌딩으로 건축되어야 한다고 발표하였 다. 정부의 국가 정책 사업처럼 건축물의 에너지 사용 량 감축에 대한 관심은 지속되어왔다. 하지만 정부의 노력에도 불구하고 실제 건물의 용도에 따라 에너지 사용량 저감에 제약이 따를 수 있다. 서울시 기후환경 본부에서 2013년 5월에 발표한 보도자료 ‘서울에서 에 너지를 많이 쓰는 대형건물’에 따르면, 에너지 다소비 건물 중 병원의 경우 면적당 에너지 사용량이 76.1 kgoe/m2로 다른 에너지다소비 건물 중 가장 많은 것으 로 나타났다. 병원의 경우 병동, 외래, 수술실 등과 같 은 구역별 에너지 사용패턴이 다양하고 복잡하며, 일부 병원은 건물의 운영을 수동 운전으로 운영하고 있어 건물 에너지 사용량 절감에 취약한 상황이다(Green Energy Division of Seoul, 2013).

위와 같이 에너지 다소비 건물인 병원에서의 에너지 절감이 중요하지만 병원 같은 민감시설에서는 인간의 생명을 다루기 때문에 에너지 사용량 감축 보다 환자 의 치유환경에 대한 실내환경 분석이 우선적으로 이루 어져야하며, 에너지 절감은 환자의 치유환경에 맞는 수 준을 충족한 뒤 진행되어야 한다. 병원에서의 실내환경 은 3가지 요인을 만족시켜야 한다. 3가지 요인에는 병 원균, 바이러스 등과 같은 실내 감염 및 오염물질과 같 은 화학적 요인 제어와 온습도 및 기류 등과 같은 물리 적요인 제어, 병원 내 생활로부터 발생한 스트레스와 같은 심리적 요인이 있다. 위의 3가지 요인은 재실자의 특성에 따라 다르게 반응 할 가능성이 있으며, 재실자 의 특성에 맞는 실내환경에 대한 분석이 필요하다. 본 연구는 대형 종합병원에서 재실자의 특성에 따른 PMV (Predicted Mean Vote)와 TSV (Thermal Sensation Vote)를 통해 실내환경을 평가하였다.

현재까지 재실자의 PMV를 이용하여 실내환경을 해 석하고 문제점의 해결방안 도출을 위한 연구는 다양하 게 진행되어왔다. Noh and Oh (2005a)의 연구에서는 Computational Fluid Dynmics (CFD) 시뮬레이션을 이 용하여 기계 설비 시스템을 통한 PMV과 유효드래프 트온도(EDT)의 결과를 도출하고 두 열쾌적성을 분석 하는 지표를 비교 분석하였다. Noh and Oh (2005b)의 연구에서는 교실을 대상으로 에어컨의 토출각도 제어 를 통해 기류속도 및 온도분포를 분석하여 실내 열쾌 적성을 평가하였다. Kang and Lee (2010)의 연구에서 는 사무소 건물의 이중외피가 적용된 사무용 목적의 건물을 대상으로 실측을 통해 에너지 사용량 절감과 실내쾌적성 향상을 평가하였다. Lee et al. (2012)의 연 구에서는 지하생활공간을 대상으로 측정을 통해 PMV, 조명, 오염물질의 상관관계를 분석하였으며, 분석 결과 를 통한 종합적 실내쾌적성 평가로직을 개발하였다. Choi et al. (2013)의 연구에서는 민감시설인 의료시설 에서 발생하는 실내환경 요소 중 오염물질인 화학적 요인의 특성을 분석하였으며, 도출된 결과를 통해 오염 물질에 노출된 실내 재실자의 건강위해성을 평가하였 다. Yun et al. (2013)의 연구에서는 사무소 건물을 대 상으로 PMV에 적용되는 변수를 단순화한 회귀모델을 이용하여 건물 에너지 사용량을 비교하였으며, 회귀모 델을 통한 사무소 건물의 에너지 사용량 절감을 확인 하였다. Yang et al. (2014)의 연구에서는 건물 에너지 사용량 중 건물 내 열쾌적성을 위한 에너지 사용의 효 율을 높이기 위한 연구를 진행하였으며, 연구방법으로 PMV 분석을 통한 방법도 함께 진행하였다.

위와 같이 다양한 시설에서의 실내환경 분석에 관한 연구는 활발히 진행되었지만 국내에서 병원을 대상으 로 PMV를 이용한 실내 온열환경 분석에 관한 연구는 미흡한 실정이다. Lee et al. (2015)의 연구는 병원에서 PMV 측정을 통한 온열환경예측 분석연구를 진행하여 실내온열환경을 평가하였으며, Lee et al. (2017)의 연 구에서는 홍콩에서 개발한 통합실내쾌적도(IEQh)를 이 용한 보건의료시설에서의 실내쾌적도 평가를 진행하였 다. 본 연구는 의료기관 중 대형 종합병원에서의 실내 환경을 분석하고 쾌적도를 평가하기 위하여 재실자를 대상으로 진행한 설문조사와 PMV 실측을 진행하여 재실자가 느끼는 실내환경을 평가하고자 하였다.

2 연구방법

2.1 대상 대형 종합병원

연구대상의 대형 종합병원은 대전 소재의 K 대학병 원을 선정하여 진행하였다. K 대학병원은 2000년 개원 하였으며, 연면적 172,251 m²에 930 병상의 규모로 이 루어져있다. 병원은 본동 1, 2, 3층에 29개의 진료과 및 접수데스크가 위치하며, 본동 5층부터 10층까지 진료과 별 병동이 위치하고 있다. 2011년 병원 본동 옆 5층 규 모의 건물을 신축하여 개원하였으며, 환자 진료용도로 사용하고 있다. 진료과가 위치한 1, 2, 3층 및 신축건물 의 경우 중앙공조시스템을 통해 환기 및 실내 온습도 제어를 하고 있다. 병동부의 경우 복도에서 중앙공조시 스템, 병실에서 FCU(Fan coil unit)를 가동하여 실내 온 습도를 제어하고 있으며, 병실의 환기는 창을 통한 자 연환기가 되고 있는 상황이다. 병실 FCU의 냉난방수 배관은 향방에 따라 남향과 북향으로 설치되어 있다.

2.2 설문조사

설문조사는 의료진, 입원환자, 내원환자의 특성을 반 영하여 작성한 설문대상 별 조사지를 이용하여 실시하 였다. 설문조사는 동계 재실자의 실내쾌적성 평가를 위 하여 2018년 2월 말부터 2018년 3월 초까지 진행하였 으며, 설문대상 수는 의료진 20명, 입원환자 80명, 내 원환자 100명을 목표로 설문조사를 진행하였다. 설문 지의 내용은 KS A ISO 7730 (KATS, 2010)를 참고하 여 작성하였다. 설문내용으로는 설문응답자의 기본정 보(성명, 조사일시, 성별, 연령, 설문위치)를 포함하고 있으며, 설문응답자가 느끼는 온도, 습도, 공기질, 종합 쾌적성 항목과 쾌적성에 영향을 미치는 착의량과 활동 량도 반영하였다. 특히 PMV 도출을 위한 착의량 및 활동량은 설문 응답자(의료진, 입원환자, 내원환자)별 특성을 고려하여 다르게 작성하였다.

이와 별도로 입원실의 창 방향, 입원실의 인원수, 병 실의 위치, 창문개방여부, 냉난방 및 설문조사 당시 실 내 온습도를 설문조사원이 조사하였다. 설문조사는 외 래부문과 병동부문, 의료진부문으로 나누어 진행하였 으며, 외래부문 설문조사는 14개 진료과, 병동은 5~10 층의 10개 진료과의 병동에서 진행하였다.

2.3 PMV 실측

본 연구에서는 설문조사와 함께 PMV 실측을 진행 하였다. 실측은 설문조사가 진행되는 기간에 함께 진행 하였으며, 시간에 따른 PMV 도출을 위해 측정 시간을 오전, 오후, 저녁으로 나누어 진행하였다. 실측위치는 입원환자를 대상으로 설문조사가 진행된 병동 중 10층 에 위치한 101병동에서 병실 3개, 101병동의 간호스테 이션 1개, 102병동에서 병실 2개, 102병동의 간호스테 이션 1개에서 실시하였으며, 병실은 6인실 2개, 5인실 1개, 4인실 1개실에서 진행하였다. 또한 병실의 향별 PMV 값 비교를 위해 남향과 북향으로 나누어 진행하 였다. 외래부문의 경우 내원환자를 대상으로 설문조사 가 진행된 1, 2층 외래부문의 각 진료과와 로비에서 실 측을 진행하였다.

PMV 측정기기는 TESTO 480 PMV KIT를 사용하 였으며, 풍속, 온도, 습도, 복사온도를 동시에 측정하였 다. 병동 실측은 환자의 누워있는 높이를 가정하여 0.85 m 높이에서 진행하였으며, 외래부문의 실측은 위 치별 각각 0.1m, 1.1m 1.6m 높이에서 실시하였다. 높이 별 측정시간은 측정값 안정을 위해 15분 간격으 로 진행하였다. 본 연구에서는 PMV 실측을 통해 얻은 4가지 요소(복사온도, 온도, 습도, 기류)와 설문조사를 통해 얻은 활동량(met)과 착의량(clo) 값을 이용하여 PMV 값을 도출하였다.

3 결과 및 고찰

3.1 설문조사 결과

설문조사 응답자 수는 의료진 20명, 입원환자 84명, 내원환자 113명으로, 총 217명이 설문에 응답하였다. 입 원환자의 경우 병실의 향으로 분류하였을 경우 남향 49 명, 북향 35명이 응답하였으며, 6인실을 사용하는 입원 환자의 수가 59명으로 가장 많이 설문조사에 참여하였 다. 설문조사에 대한 결과는 Table 1과 Table 2와 같다.

의료진(간호사)의 경우 총 설문조사 응답자(n=20)의 연령은 20대 12명, 30대 8명으로 조사되었다. 의료진 의 온도 쾌적성 결과는 ‘춥지도 덥지도 않음’ 항목이 13명으로 가장 많은 것으로 나타났다. 습도 쾌적성 설 문조사는 온도 쾌적성과 같게 ‘보통’이 7명으로 가장 많이 나타났으며, 이외 응답자 중 11명은 실내 습도가 건조하다고 느끼는 것으로 나타났다. 이는 계절적(동계) 특성의 영향으로 인하여 실내가 건조하다고 느껴진 것 으로 판단된다. 공기질 쾌적성 결과는 ‘보통’ 항목이 8 명으로 가장 많은 것으로 나타났으며, 설문 응답자 12 명은 공기질이 나쁘다고 느낀 것으로 나타났다. 위의 쾌적성을 모두 반영한 의료진의 실내환경 종합쾌적성 은 ‘쾌적하지도 불쾌하지도 않음’의 항목이 11명으로 가장 많이 나타났으며, ‘약간 불쾌적’ 항목 4명, ‘불쾌 적’ 항목 3명, ‘약간 쾌적’ 2명으로 나타났다.

의료진의 설문조사 분석결과 온습도 및 공기질 쾌적 성 항목을 고려한 종합 쾌적성 항목에서는 실내환경이 불쾌하다고 느낀 응답자의 비율이 쾌적하다고 느낀 응 답자의 비율보다 높은 것으로 조사되었다. 의료진의 경 우 환자들을 치료하는 행위로 인하여 입원환자보다 활 동량이 많고, 상대적으로 병원 내 재실시간이 길다. 이 러한 의료진의 특성을 고려하여 실내환경의 조성이 이 루어져야 할 것으로 판단된다.

입원환자의 경우 총 설문조사 응답자(n=84)의 연령 은 70대 이상이 35명으로 가장 많았으며, 60대 17명 50대 14명 순으로 조사되었다. 입원환자의 온도 쾌적 성 결과는 ‘춥지도 덥지도 않음’ 항목이 43명으로 가장 많이 나타났으며, ‘약간 따뜻함’ 항목 18명, ‘따뜻함’ 16명, ‘더움’ 3명으로 나타났으며, ‘약간 서늘함’ 4명을 제외하고는 대부분 실내 온도가 따뜻하다고 느낀 것으 로 나타났다. 습도 쾌적성의 경우 ‘보통’의 항목이 37 명으로 가장 많이 나타났으며, ‘약간 건조’ 26명, ‘건조’ 15명, ‘매우 건조’ 5명으로 나타나 대부분 실내환경을 건조하다고 판단하였다. 공기질 쾌적성의 결과는 ‘보통’ 항목이 47명으로 가장 많이 나타났다. 이외 항목은 ‘약 간 나쁨’ 9명, ‘나쁨’ 10명, ‘매우 나쁨’ 1명 ‘약간 좋음’ 12명, ‘좋음’ 5명으로 조사되었다. 위의 실내환경을 종 합한 종합 쾌적성 결과는 ‘쾌적하지도 불쾌하지도 않 음’ 항목이 50명으로 가장 많이 나타났으며, 실내환경 에 대한 불쾌함 항목은 총 10명, 쾌적함 항목은 총 24 명으로 나타났다. 병실 향방에 따른 실내환경 쾌적성을 분석하기 위해 남향(n=49)과 북향(n=35)으로 나누어 분석하였으나 남향과 북향병실에서 유의미한 차이를 보이지 않았다. 이는 설문조사를 진행하였을 때 우천으 로 인하여 남향과 북향병실에서 일사를 통한 영향이 적었기 때문인 것으로 판단된다.

입원환자의 설문조사 분석결과 실내환경에 대한 종 합 쾌적성의 경우 쾌적하다고 느낀 응답자의 비율이 불쾌적하다고 느낀 응답자의 비율보다 높았으나, 공기 질 쾌적성은 불쾌하다고 느낀 응답자의 비율이 높았다. 이는 병실에 중앙공조장치를 통한 환기가 이루어지지 않았기 때문인 것으로 판단된다. 위의 설문조사 결과를 통해 의료진, 내원환자보다 재실시간이 길며, 건강한 일반인보다 실내환경에 대한 민감도가 더욱 높은 입원 환자의 특성 분석을 통해 치료환경에 맞는 실내환경 조성이 필요할 것으로 판단된다.

내원환자의 경우 응답자의 연령이 50대가 32명으로 가장 많은 것으로 조사되었다. 50대 이외의 응답자 연 령은 60대, 70대 이상 19명, 40대 16명, 30대 13명, 10 대와 20대 각각 7명으로 나타났다. 내원환자의 온도 쾌적성 결과는 ‘춥지도 덥지도 않음’의 항목이 57명으 로 가장 많이 나타났다. ‘약간 따뜻함’의 항목은 27명, ‘따뜻함’ 항목은 24명, ‘더움’ 항목은 4명으로 나타났으 며, ‘약간 서늘함’의 항목은 1명으로 나타났다. 내원환 자의 경우 온도에 관한 쾌적성에서 보통을 선택한 응 답자를 제외한 나머지 응답자 중 1명을 제외하고 보통 이상으로 따뜻함을 느낀 것으로 나타났다. 습도 쾌적성 은 ‘보통’ 항목이 77명으로 가장 많이 나타났으며, 입 원환자와 의료진과 비슷한 경향으로 ‘습함’의 항목보 다는 ‘건조’ 항목에 응답을 더 많이 한 것으로 나타났 다. 공기질의 경우 ‘보통’의 항목이 57명으로 가장 많 이 나타났으며, ‘약간 나쁨’ 15명, ‘약간 좋음’ 12명, ‘좋 음’ 29명으로 나타났다. 종합 쾌적성 결과는 ‘쾌적하지 도 불쾌하지도 않음’의 항목이 42명으로 가장 많았으 며, ‘약간 불쾌적’ 5명을 제외한 나머지 응답자는 모두 보통이상으로 쾌적하다고 응답하였다.

내원환자 설문조사 분석결과 진료과가 외부 출입구 와 가깝고 내원객의 출입을 통한 환기로 인하여 의료 진과 입원환자에 비하여 상대적으로 공기질과 종합쾌 적성 대한 긍정적인 응답이 많은 것으로 나타났다. 반 면 내원환자의 경우 의료진 및 입원환자보다 병원에서 의 재실시간이 비교적 적지만, 외부에서 병원으로 출입 하여 진료를 받기 때문에 활동량 및 착의량이 의료진 과 입원환자보다 높은 것으로 사료된다. 따라서 내원환 자의 온도 쾌적성 항목의 결과가 덥다고 느끼는 응답 자의 비율이 의료진과 입원환자의 응답자의 비율보다 많은 것으로 판단된다.

설문조사의 결과를 각 항목별 가중평균을 하였다. 가중평균은 쾌적성 항목에 관한 점수와 응답자수를 이 용하여 구하였다. 가중평균은 온습도 쾌적성의 경우 -3 (추움, 매우 습함) ~ +3(더움, 매우 건조함)이며, 공기질, 종합쾌적성은 0(매우 불쾌함) ~ 6(매우 쾌적함)으로 척 도를 두어 가중평균을 하였다. 의료진의 쾌적성 설문항 목 별 가중평균 결과는 온도 및 습도는 각각 0.25, 1로 나타났으며, 공기질 및 종합쾌적성은 각각 2.05, 2.6로 나타났다. 입원환자는 온도 및 습도 각각 0.65, 0.83, 공기질 및 종합쾌적성 각각 3.88, 3.28이며, 내원환자 의 경우 온도 및 습도 각각 0.76, 0.3 공기질 및 종합쾌 적성 각각 3.49, 3.88로 나타났다. 가중평균의 결과 온 도 쾌적성은 의료진, 습도 및 공기질 쾌적성은 입원환 자, 종합 쾌적성은 내원환자가 가장 쾌적함을 느끼는 것으로 나타났다. 위의 설문조사에서 병동과 외래부문 의 활동량과 착의량은 외래부문에서 활동량은 각각 약 2.0으로 나타났으며, 착의량은 약 1.2로 나타났다. 병동 부문에서 활동량은 약 1.5로 나타났고 착의량은 약 0.4 로 나타났다.

3.2 PMV 실측결과

실측을 통한 외래부문 및 병동 온도, 습도, 복사온도, PMV의 결과는 Table 3과 같다. 평균 복사온도, 온도는 외래부문 1층 로비에서 각각 23.2(±0.2)°C, 22.9(±0.46) °C로 가장 낮게 나타났으며, 10층 간호스테이션에서 27(±0.31)°C, 26.8(±0.41)°C로 가장 높게 나타났다. 온 도는 외부출입구와 가까운 1층에서 가장 낮은 경향을 보였으며, 고층부로 올라갈수록 온도가 상대적으로 높 아지는 것으로 나타났다.

평균 습도의 경우 2층 복도에서 13.8(±0.63)%로 가 장 낮게 나타났으며, 10층 북향병실에서 30.1(±4.31)% 로 가장 높게 나타났다. 인접한 외부출입구를 통한 내 원객의 출입에 따른 차갑고 건조한 외기의 유입으로 인하여 1층 및 2층의 경우 온습도가 병동부에 비해 낮 은 것으로 나타났다. 평균 풍속은 10층 북향병실에서 0.07(±0.01) m/s로 가장 낮게 나타났으며, 사람들의 출 입이 빈번하였던 1층 로비에서 0.18(±0.03) m/s로 가장 높게 나타났다. 설문조사의 활동량과 착의량을 이용하 여 도출한 PMV 결과는 병동부문의 북향병실에서 PMV지표 0에 가까운 0.34(±0.24)로 가장 쾌적한 상태 로 나타났으며, 2층 로비에서 1.25(±0.05)로 가장 불쾌 한 상태로 나타났다. 실측결과 병동부문보다 외래부문 에서 온도와 습도가 낮게 나타났으며, 풍속이 높은 것 으로 나타났다. 실측결과를 통하여 사람의 출입이 병동 보다 자유로운 외래부문의 경우 출입문으로 외기가 유 입되어 실내환경에 영향을 끼칠 수 있어 외래부문의 경우 실내환경 조성 시 외부환경 요소들도 고려해야 할 것으로 판단된다.

설문조사의 TSV, 실측 PMV를 비교한 결과는 Fig. 3와 같다. 외래부문의 경우 설문조사와 실측결과 비교 를 위해 설문조사가 진행된 진료과에서 실측한 데이터 와 비교하였다. Fig. 3과 같이 외래부문 평균 TSV 값 은 0.76으로 나타났으며, PMV는 1.14로 나타났다. 외 래부문의 TSV와 PMV 값은 진료과 별 큰 차이가 없 었으나 전체적으로 TSV 값(0.75~0.9)보다 PMV 값 (0.96~1.25)이 다소 높게 나타났다.

병동부문의 평균 TSV 값은 0.65이며, PMV는 0.43 으로 외래부문과는 대조적으로 TSV 값이 높은 것으로 나타났다. 또한 남향병실(0.53)보다 북향병실(0.74)의 TSV 값이 높게 나타났으나, PMV 값은 남향병실(0.67) 이 북향병실(0.34)보다 높은 것으로 나타났다. 병동부 문에서의 TSV와 PMV 값의 차이는 TSV는 병동부 5 층부터 10층까지의 설문조사를 통한 결과였으나 PMV 값은 10층의 병동에서만 실측을 진행하여 나타난 결과 이기 때문에 두 값의 차이가 나타나는 것으로 사료된다.

3.3 고찰

외래부문의 설문조사 결과, 활동량과 착의량이 병동 보다 높게 나타났다. 활동량이 높게 나타난 내원환자의 경우 입원환자보다 상대적으로 활동의 제약이 적으며, 병동에서 생활하며 침상에서 진료를 받는 입원환자와 는 다르게 진료를 받기위해 이동을 하는 특성 때문에 활동량이 더 많은 것으로 조사되었다. 착의량은 설문조 사를 진행한 기간의 계절적(동계) 특성 때문에 내원환 자의 외출복이 입원환자의 환자복보다 높은 착의량을 가지는 것으로 판단된다. 위의 결과를 통하여 동계 PMV 측정 시 외래부문의 경우 병동과 실내환경이 같 은 조건으로 조성되더라도 활동량과 착의량의 차이로 인하여 PMV가 높아질 것으로 판단된다.

병원에서의 실측결과, 외래부문과 병동부문에서 실 내환경의 차이가 있는 것으로 조사되었다. 외래부문에 서는 병동보다 온습도가 낮게 나타났으며, 풍속은 높게 나타났다. 또한 실측과 동시에 진행한 CO₂ 농도 측정결 과 외래부문에서 약 616(±14.3) ppm~811(±83.2) ppm로 나타났으며, 병동부문에서 약 935(±81.1) ppm~1171 (±76.6) ppm로 외래부문의 CO₂ 농도가 병동의 CO₂ 농 도보다 낮게 나타났다. 이러한 결과는 실측 구역에서의 중앙공조시스템 및 냉난방 시스템이 가동되지 않고 있 었기 때문이며, 외래부문의 경우 출입문의 개폐를 통한 자연환기가 병동보다 상대적으로 활발히 이루어져 차 갑고 건조한 외기의 영향 때문인 것으로 판단된다.

병원의 경우 일반적인 건물과는 다르게 치료행위, 휴식행위, 서비스행위 등 다양한 행위가 이루어지는 구 역으로 나누어져 운영되고 있으며, 이러한 구역별 실내 환경 조성은 각각 공간과 재실자의 특성에 따라 다르 게 조성되어야 한다.

4 결 론

본 연구에서는 에너지 사용량이 많은 대형 종합병원 건물을 대상으로 동계 재실자의 실내환경에 대한 만족 도를 조사하기 위해 설문조사 및 실측을 진행하였다. 설문조사, 실측의 결과를 종합적으로 정리하면

따라서 인간의 생명을 다루는 민감시설인 병원에서 재실자의 특성을 고려한 치료환경 및 실내환경 조성이 이루어져야 할 것으로 판단되며, 실내공간 특성에 맞는 공조제어를 통해 실내환경의 쾌적성을 높일 수 있는 방안이 필요하다.