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운전자 승객보다 감염 위험도 높다. 창문 많이 열수록 위성상 낮아.
자동차 실내 공기는 뒤에서 앞으로 이동한다.
자동차 안에서도 마스크 착용이 창문 모두 여는 것 보다 안전.

코로나 : 자동차에서 감염 위험은 얼마나 높을까?
자동차에 퍼지는 작은 부유 물방울(에어로졸)은 예상과 다르게 움직인다.

자동차 실내 환기는 방법에 따라 효과가 다르다.
일부 기류는 감염을 줄이는 것이 아니라 조장할 수 있기 때문이다. 컴퓨터 시뮬레이션으로 확인한 결과 차량 내의 에어로졸은 의외로 뒤에서 앞으로 퍼졌다. 결과적으로 운전자는 승객보다 감염 위험이 더 높은 경향이 있다. 특히 반대편 창문이 닫혀 있는 경우에는 더욱 그렇다. 

▲ 코로나 시대, 택시 탑승 시 에어로졸 감염 위험은 얼마나 될까?

SARS-CoV-2 코로나바이러스는 주로 호흡, 말하기, 기침 또는 재채기를 할 때 생성되는 물방울을 통해 전염된다. 더 큰 물방울은 빠르게 땅에 가라앉지만 극히 미세한 에어로졸(작은 부유 물방울)은 몇 시간 동안 공기 중에 남아있을 수 있다.

문제는 입과 코를 보호하더라도 에어로졸을 통한 감염은 완전히 예방할 수 없다.
따라서 통풍이 잘 안되고 습도가 낮은 실내에 머무르는 것은 금방 위험이 된다.

자동차 실내에서 재구성한 공기 흐름

하지만 차 안에서 운전하는 것은 어떨까?
아머스트(Amherst)에 있는 매사츄세츠(Massachusetts) 대학의 버르기스 마타이(Varghese Mathai)와 함께 일하는 과학자들은 최근 운전 시 감염 위험을 조사했다.
그들은 차량 내부의 기류가 서로 다른 환기 시나리오에서 어떻게 작동하는지와 병원균 전파 위험에 어떤 영향을 미치는지 알아보고 싶었다.

▲ 그림 1 앞-왼쪽 (FL), 뒤-왼쪽 (FL), 앞-오른쪽 (FL) 및 뒤-오른쪽 (FL) 창에 대한 식별자가 있는 모델 자동차 지오메트리의 개략도. 검은색으로 표시된 두 영역은 운전자와 승객의 얼굴을 나타낸다. 오른쪽 표는 완전히 열리고 닫힌 창을 다양한 조합으로 시뮬레이션 한 6 가지 구성을 요약한 것이다. (출처: 관련 논문 Airflows inside passenger cars and implications for airborne disease transmission

연구원들은 컴퓨터 모델을 사용하여 시속 80km로 이동하는 소형 자동차의 내부를 시뮬레이션했다. 차량은 운전자와 뒷좌석에 대각선으로 앉아있는 승객 두 사람이 차지했다.
시뮬레이션에서 탑승자는 4개, 3개 또는 2개의 반대쪽 또는 대각선 창을 열었다.
마지막 시나리오에서는 에어컨을 켰다.

▲ 그림 2 차량 속도 22m/s(50mph)와 관련된 차량 외부 주변의 압력 분포. (a) 표면 압력 분포. (b) 중앙면에서 공기 중의 압력 분포. 색상 막대는 게이지 압력을 Pascal로 표시하고 중간 범위의 압력을 강조한다. [-180, 60] Pa.이 속도에서 표면의 전체 게이지 압력 범위는 [-361, 301] Pa 이다. (출처:관련 논문 Fig.2)

예상대로 창문을 많이 열수록 감염 위험이 낮아졌다.
“우리가 찾은 최상의 시나리오는 네 개의 창을 모두 열어 두는 것이다.
그러나 하나 또는 두 개의 창문을 열어 두는 것이 모두 닫아 두는 것보다 훨씬 낫다”고 연구원들은 말했다. 창문을 닫고 에어컨이나 난방을 켠 채로 운전하는 것은 시뮬레이션에 따르면 분명히 최악의 시나리오다.

▲ 그림 3 왼쪽 후면 및 오른쪽 전면 창이 열려있는 경우 계산된 유선. 유선형은 RL 창을 열 때 시작되었다. 유선형 색상은 유속을 나타낸다. 인세트는 정상 속도로 색상이 지정된 전면 오른쪽 (FR) 및 RL 창을 보여준다. RL 창은 주변 공기의 강한 유입 (양성)을 가지고 있으며 후면에 집중돼있는 반면, 전면 오른쪽 창은 주로 주변으로의 외부 흐름 (음성)을 보여준다.

뒤에서 앞으로 공기가 흐른다.

흥미로운 현상이 있다.
일반적으로 예상하는 것과 달리 자동차의 공기는 앞 좌석에서 뒷좌석으로 흐르지 않는다.
시뮬레이션은 4개의 창이 열려있을 때 공기압이 전면보다 후면에서 더 높은 경향이 있음을 보여주었다. 그 결과 신선한 공기는 뒷 유리를 통해 차량으로 들어가 앞 유리를 통해 빠져 나간다.

4개의 창을 열려 있면 두 측면으로 흐름이 생성되지만 서로 크게 분리돼 있다.
이것은 네 개 창문이 열려있을 때 차량 내에서 다른 자리에 앉아있는 경우 한쪽에서 다른 쪽까지 에어로졸이 매우 적게 도달한다.
운전자는 공기 이동으로 인해 승객보다 약간 더 높은 위험에 노출된다.

창문을 여는 방식에 따라 운전자에게 미치는 영향 다르다.

거주자가 창문을 닫는 순간 달라진다.
두 개의 개별 공기 흐름이 더 이상 발생할 수 없으며 공기가 더 강하게 혼합된다는 것이 시뮬레이션으로 확인됐다.
그 결과 훨씬 더 많은 에어로졸이 조수석에서 운전자에게 전달된다.
미세 물방울은 낮은 공기 교환으로 인해 차 안에서 더 오래 머무른다.

▲ 그림 5 운전자-승객 전송. (a) 내부 구획의 중앙을 통과하는 단면이 있는 차량의 개략도. (b) 막대 그래프는 운전자가 승객에게 도달하는 공기의 질량 분율을 보여준다. (c) 다른 창 케이스에 대한 드라이버에서 유래한 종의 농도 필드를 보여주는 히트 맵. 선 세그먼트 A-D는 자동차 캐빈의 전면에 있고 (c)의 흐름 방향은 왼쪽에서 오른쪽이다. 파선은 열린 창을 나타내고 실선은 닫힌 창을 나타낸다. 여기서 C0은 주입 위치에서 수동 스칼라의 초기 질량 분율이다. 여기서 C / C0 = 1 (b)의 오차 막대는 승객 주변의 농도 필드의 표준 편차다.

▲ 그림 6 승객 대 운전자 변속기.

운전자의 위험은 또한 창문의 선택에 따라 달라진다.
운전자의 뒤에 대갓선으로 비스듬히 앉아있는 승객 옆에 창문이 열려있으면 운전자의 감염 위험이 증가한다. 두 탑승자가 옆에 있는 창을 닫고 반대쪽 창을 여는 것이 더 유리하다.

"탑승자 반대편에 창문이 열리면 차에 있는 운전자 뒤로 들어가는 흐름이 생성되고 승객 뒤의 공간을 거쳐 흘러나온 다음 조수석 쪽의 앞 창문을 통해 빠져 나가게 된다"고 마타이스(Mathais)의 동료 케니 브로이어(Kenny Breuer)가 설명했다.

창문을 열어도 마스크를 대체 할 수 없음

이 결과로 볼 때, 탑승자의 거리와 창문을 열어 두는 것을 유지함으로써 자동차 운전 시 감염 위험을 줄일 수 있다.
과학자들은 이것이 채광창이 있는 자동차, 트럭 또는 밴에 반드시 적용되는 것은 아니라고 말한다. 또한 강한 측면 바람이나 더 높은 주행 속도는 공기 흐름에 영향을 미칠 수 있다.
거리를 두고 창문을 열어 놓는 것도 차 안에서 안면 마스크를 착용하는 것을 대체 할 수 없다.

▲ 자동차 안에서도 창문여는 것보다 마스크 착용이 더 안전하다.

결론적으로 Mathai와 그의 팀은 차량에 항상 감염 위험이 있으며 택시나 카풀을 타지 않는 것이 SARS-CoV-2 코로나 바이러스와 같은 바이러스 감염을 예방하는 가장 안전한 방법이라고 강조한다.
(Science Advances, 2020, doi : 10.1126 / sciadv.abe0166)
출처 : Brown University

[더사이언스플러스=문광주 기자] "No Science, No Future"

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