Evaluation on th e Wear Fit and Activity of Emergency Escape Breathing Devices for Ship Accidents

선박사고용 호흡구난장비의 착용성 및 활동성 평가 연구

Abstract

The use of emergency escape breathing devices (EEBD) is strongly required to protect against toxic gas or flooding caused by ship fires or accidents. Recently developed domestic EEBD products only satisfy the basic performance requirements, but no wear fit and activity performance evaluation has been done for real usage. In this study, the global level test requirements for wear comfort and activity of EEBDs were developed and the open and closed type of domestic EEBD products were evaluated. Poor visibility, longer wear time, breathing resistance, and hose obstruction in an open type and canister obstruction, weight unbalance, and an invisible black breathing bag in the closed type EEBD were estimated to be the main problems that need to be improved.

선박 운항 중 화재나 사고 시에 선박 내부의 복잡한 구조나 침수로 인해 갑판으로의 신속한 피난이 어려울 경우 유해가스나 산소 부족에 대응하기 위해서는 비상탈출용 호흡구난장비가 필수적이다. 최근 국내에서도 비상탈출호흡구가 개발 보급되고 있으나, 기본 성능만 만족할 뿐 실제 사용시의 착용성 및 활동성에 대한 평가 사례가 없어 그 효용성에 대해 의혹이 크다. 본 연구에서는 선박사고에 적합한 비상탈출호흡구에 대한 착용성 및 활동성 평가 항목을 제반 국제 기준으로부터 도출하였고, 개방식과 폐쇄식 각각의 국산 제품 샘플에 대한 평가를 수행하였다. 개방식은 시인성, 착용시간, 호흡저항 및 호스 걸림 부분에서, 폐쇄식은 정화통 방해, 무게 불균형, 호흡백 시야 가림 부분에서 개선이 필요한 것으로 평가되었다.

1. 서론

최근 5년간 선박 운행 횟수와 비례하여 선박 사고 횟수도 점점 늘어나는 추세이다. 2012년도에는 사고 발생율이 0.8% 이었지만, 2016년에는 1.1%로 증가하였다. 2016년 총사고 건수 2,307건 중 대피가 필요한 충돌, 좌초, 전복, 화재/폭발, 침몰사고의 비율은 23.2%로 전체사고의 약 1/4을 차지한다⁽¹⁾. 선박 사고 시 유독가스가 존재하거나 산소 부족에 대비할 수 있도록 선진국에서는 주요 선박에 해양 구난장비로 소량의 구조용 공기호흡기 이외에 피난용 비상탈출호흡구(EEBD)를 별도로 비치하도록 하고 있다. 국내에서도 2004년부터 선박의 비상탈출호흡구 비치 기준을 강화하였으나 2014년 세월호 사건의 경우 선실에 비상탈출호흡구 미설치로 미처 대피하지 못하거나 배에서 탈출한 뒤에익사한 사망자가 300여명이나 발생하였다. 세월호 사고를 계기로 국내에서도 고가의 외산 제품에 의존하지 않기 위하여 선박용 비상탈출호흡구가 개발되고 있으며, 공급된 공기를 호흡과 함께 밖으로 배출하는 개방식과 공급된 산소를 재순환하여 사용하는 폐쇄식의 두 가지가 있다.

본 연구에서는 각 방식의 국산 제품의 장단점 및 피난시의 착용성 및 활동성을 비교 평가하였다. 이를 위하여 국내외 관련 기준을 분석하고 선박용 비상탈출호흡구에 대한 국제적 수준의 착용성 및 활동성 평가 항목을 도출하였다.

2. 실험 샘플

2.1 기본 성능

Table 1은 EN 1146 (Respiratory protective devices forself-rescue) 및 Safety of life at sea (SOLAS) 기준에 맞는 대표적인 외산 3종 및 국산 2종의 비상탈출호흡구 제품의 기본 성능을 비교한 것이다.

Table 1. Specification of EEBD Samples

비상탈출호흡구 중 개방식(Open type)은 용기내 압축공기(산소농도 약 21%)를 일정하게 공급하여 호흡하고 날숨은 배기밸브를 통하여 외기로 배출하는 형식이며, 폐쇄식(Closed type)은 호흡 후 날숨 속의 이산화탄소(약 4% 내외)는 화학적으로 제거하고, 날숨 속의 산소(산소농도 약 17%내외)는 다시 사용하되 용기내 압축산소를 조금씩 보충하여 약 21%의 농도를 유지하는 방식이다. 폐쇄식은 이산화탄소 정화 장치로 인해 기술적으로 복잡한 반면 같은 사용시간이라도 산소 소모량이 훨씬 적으므로 용기 크기가 작아서 개방식에 비해 무게가 훨씬 적은 것이 큰 특징이다.

Figure 1은 실험 대상인 2종의 국산화 개발된 비상탈출호흡구 샘플 사진을 각각 나타낸 것이다. 개방식은 휴대용 소프트 가방 속에 두건과 함께 1.5 L 짜리 2개의 산소용기가 마우스피스까지 호스로 연결되어 있고, 폐쇄식은 휴대용 하드케이스 에 두건과 호흡백, CO2 정화장치, 그리고 0.12 L 짜리 작은 산소용기 1개가 들어 있다. 개방식의 두건은 양호한 시야를 확보하기 위해 눈 부분만 딱딱한 고글형태로 되어 있는 반면, 폐쇄식은 두건과 호흡백 모두 전체적으로 유연한 난연성 비닐로 되어 있다.

Figure 1. Domestic EEBD samples.

3. 착용성 및 활동성 평가

3.1 국내외 평가 기준 분석

비상탈출호흡구와 같은 호흡구난장비의 착용성 및 활동성과 관련한 국내 연구는 매우 미흡한 실정이며⁽²⁾, 국내 기준으로는 KS M 6766이 있으며, 해외 기준으로는 ISO 16975-3과 EN 13274-2 등이 있는 것으로 조사되었다.

Table 2에서 보는 바와 같이 KS M 6766⁽³⁾ 기준의 시험항목에는 착용성 항목 2 가지와 활동성 항목 3 가지가 있는데, 착용성 평가 항목은 모두 시인성과 관련된 항목이고, 활동성 평가 항목은 2 가지의 포복 시험과 1 가지의 바구니채우기 항목으로 되어 있어서 화재 대응 또는 구조 활동 측면에서 볼 때 해외 기준 대비 착용성과 활동성 평가 항목이 매우 적은 편이다.

Table 2. Standards for Wear Fit and Activity Test of Gas Masks

호흡보호구(RPD) 관련 ISO 16975-3⁽⁴⁾ 기준을 분석한 결과 국제 공통기준임에도 불구하고 착용성 평가 항목은 6가지인 반면, 활동성 평가 항목은 따로 없어 본 연구에 적용하기에는 부적합한 것으로 나타났다.

EN 13274-2⁽⁵⁾ 기준은 착용성 및 활동성 평가 항목들이 다른 기준들보다 많으면서도 구체적이고, 명확하게 명시되어 있다. 착용성 평가 항목은 안락함, 밀착성, 시인성 등을 평가하는 10 가지 항목으로 되어 있으며, KS 기준과 ISO 기준의 시험항목을 모두 포함하는 것으로 분석되었다. 활동성 평가 항목은 걷기 등 20 가지로서 피난뿐만 아니라 구조, 진압 활동에 필요한 포복, 달리기, 호스풀기 등의 항목들도 포함되어 있는 것으로 나타났다.

3.2 평가 항목 도출

본 연구에서는 EN 13274-2 기준을 바탕으로 본 연구에 가장 적합하다고 판단되는 12 개의 착용성 평가 항목과 10개의 활동성 평가 항목을 도출하였고, 여기에 선박 사고로 피난 시 수중에서의 활동도 필요할 수 있다고 판단하여 활동성 평가 항목에 다이빙하기와 수면이동하기 등 수중시험항목 2종을 추가하였다.

그리하여 본 연구에서는 착용성 시험 항목 12가지와 활동성 시험 항목 12가지를 적용하였다.

3.3 착용성 및 활동성 평가

실험 대상으로서는 개방식과 폐쇄식의 특성을 상호 비교하기 위하여 국산 A(개방식) 제품과 국산 B(폐쇄식) 제품을 각각 샘플로 선정하였다.

평가 방법은 성인 남녀 총 15명의 실험자가 각 시험항목에 대하여 ‘매우불편, 불편, 보통, 편함, 매우 편함’의 5개등급으로 나누어 주관적이지만 느끼는 대로 평가하도록 하였으며, 수중 시험은 안전을 고려하여 스쿠버 교육을 받은5명의 실험자만 참여하였다. 각 실험에서 불편함이 있을 시에는 불편 부위와 불편 증세 등 시험자의 의견을 반드시 기록하도록 하였다.

착용성 및 활동성 평가의 경우 개인별 신체적 특성이나 주관적인 느낌에 대한 평가의 척도가 다를 수 있으므로, 동일 조건에 대해서도 다른 평가가 나올 수 있다. 따라서 데이터 하나하나에 대한 분석보다는 전체적인 흐름과 비중을 보는 것이 중요하다고 판단하였다.

3.3.1 착용성 평가 실험 및 분석

Figure 2는 착용성 평가 실험을 위해 비상탈출호흡구 샘플을 착용한 모습을 나타낸 사진이다.

Figure 2. Photos of EEBD samples after wear.

개방식의 경우 사용자가 가방속의 산소통 밸브를 수동으로 열어서 사용해야 하는 데 비해 폐쇄식은 원타치 방식으로 사용자가 개봉과 동시에 산소통 밸브가 자동으로 열려서 보다 빠른 시간 내에 신속하게 착용할 수 있으므로 필요시 즉각적으로 대응하기에 유리한 것으로 평가되었다.

또한 폐쇄식은 날숨속의 산소를 재활용하기 때문에 산소 공급량이 적어도 되므로 산소용기 크기가 작아서 경량이고, 수납성 또한 개방식의 가방 타입보다 폐쇄식의 용기 타입이 사용 및 보관 측면에서 더 편리한 것으로 평가되었다.

Table 3은 개방식 및 폐쇄식 국산 샘플에 대한 착용성 평가 실험 결과를 정리한 것이고, Table 4는 실험자의 불편사항에 대한 의견을 정리한 것이다.

Table 3. Wear Fit Test Results of the Samples

Table 4. Comments on the Wear Comfort

Table 3에 따르면 착용성 평가의 경우 개방식은 12개 항목 중 2개 항목을 제외하고는 보통 이상의 양호한 것으로 나타났으며, 2개 항목은 고개를 숙이거나 뒤로 젖히는 동작에서 각각 1회씩의 불편함이 보고되었을 뿐 대부분의 실험자는 불편함을 느끼지 않는 것으로 나타났다.

폐쇄식의 경우 12개 항목 중 6개 항목에서 불편함이 있는 것으로 나타났으며, 특히 고개를 앞뒤로 젖히거나 좌우로 돌리는 동작에서 많은 시험자의 불편이 보고되었다. 동일 동작에 대해 불편함을 느끼지 않는 경우는 실험자의 신체적 특성이나 주관적 느낌 차이에 따른 것으로 추정되었다. 팔을사용하는 착용성 평가 항목에서는 모두 불편함이 없었다.

Figure 3은 착용성 평가 실험 결과를 통계로 나타낸 것으로, 폐쇄식이 개방식에 비해 착용성 측면에서는 부정적인 평가가 약 21% 더 많은 것으로 나타났다.

Figure 3. Wear fit test results analysis.

착용성 평가에서 나타난 불편함에 대한 구체적인 의견을 보면, 개방식의 경우 가방 개방 후 산소용기의 밸브를 수동으로 조작해야 하므로 빨리 착용하기 힘들며, 호흡저항이 커서 호흡이 힘들고, 두건의 면체가 불투명하고 안면부 시야가 좁은 것으로 나타났다. 폐쇄식은 개방과 동시에 자동으로 호흡백으로 산소가 공급되므로 이산화탄소 정화장치와 산소용기가 부착된 몸체를 끈으로 목에 걸고 두건만 착용하면 되므로 신속한 피난이 가능한 반면, 몸체가 안면부와 가까워서 무겁게 느껴지고 머리에 고정이 잘 되지 않으며 그로 인해 턱이 아프다는 의견과, 무게중심이 앞으로 쏠려서 균형을 잡기 힘들다는 문제점이 있는 것으로 나타났다.

3.3.2 활동성 평가 실험 및 분석

Table 5는 개방식 및 폐쇄식 국산 샘플에 대한 활동성 평가 실험 결과를 정리한 것이고, Table 6은 실험자의 불편사항 의견을 정리한 것이다.

Table 5. Activity Test Results

Table 6. Comments on the Wear Activity

활동성 평가 결과를 보면 개방식의 경우 10개 항목 중높이가 낮은 공간을 통과하거나 포복 및 달리기 등 4개 항목에서만 불편함이 느끼는 것으로 나타났다. 폐쇄식의 경우 10개 항목 모두에서 불편함이 보고되어 개방식에 비해활동성이 크게 미흡한 것으로 평가되었다.

Figure 4는 활동성 평가 실험 결과를 통계로 나타낸 것으로, 폐쇄식이 개방식에 비해 활동성 측면에서 부정적인 평가가 약 20% 더 많은 것으로 나타났다.

Figure 4. Activity test results analysis.

활동성 평가에서 불편함에 대한 구체적인 의견을 살펴보면, 개방식의 주요 문제점은 고정 끈이 없어 달릴 때 흔들림이 있었으며, 허리를 숙일 시 산소통이 담겨 있는 가방의 고정이 힘들고, 포복 시에는 호스가 걸려서 움직이기 불편한 것으로 지적되었다. 폐쇄식은 호스가 없이 마우스피스와 정화통이 안면부 바로 밑에서 연결되므로 달릴 때 정화통의 무게와 돌출 구조로 인해 흔들림으로 인한 불편이 크게 느껴지며, 몸을 숙일 시 가슴에 압박이 오고, 포복 시몸체의 부피가 크고 턱 부근에 위치하여 이동하기에 불편한 것으로 평가되었다.

3.3.3 수중 활동성 실험

Table 7은 개방식 및 폐쇄식 국산 샘플에 대한 수중에서의 활동성 평가 실험 결과를 정리한 것이고, Table 8은 실험자의 불편 사항 의견을 정리한 것이다.

수중 활동성 평가의 실험 결과를 보면 개방식의 경우 착용한 휴대용 가방이 크게 흔들리고 산소용기간의 부딪힘이 발생하였으며, 조절끈이 목에 감기는 경우도 있어 정상적인 수영 활동을 저해하는 것으로 나타나 개선이 필요한 것으로 분석되었다.

반면 폐쇄식의 경우 다이빙 시에 몸체가 가슴을 압박하였으며 수영 이동 시에 검정색의 호흡백이 물위에 뜨므로 시야를 가리는 현상이 발생하여 호흡백의 색을 투명색으로 바꿀 필요가 있는 것으로 파악되었다. 다만 이러한 불편함은 비상용임을 감안할 때는 어느 정도 감내할 수 있는 수준이겠지만 향후 정화통의 경량화 및 장착 위치의 변화 등이 필요한 것으로 분석되었다. 한편 폐쇄식의 경우 공기가 들어가 있는 호흡백은 수중에서 수영을 하지 않고 머무를 시에는 짧은 시간이나마 어느 정도 공기 튜브와 같은 기능을 하는 효과가 있는 것으로 평가되었다.

4. 결론

본 연구에서 살펴본 바와 같이 선박용 비상탈출호흡구는 기본적 성능 측면에서는 개방식의 경우 사용자가 산소통을 수동으로 열어서 사용해야 하는 데 비해 폐쇄식은 원타치 방식으로 사용자가 개봉과 동시에 산소통 밸브가 자동으로 열려서 빠른 시간 내에 신속하게 착용할 수 있으므로 사고 발생 시 즉각적으로 대응할 수 있는 큰 장점이 있는 것으로 평가되었다. 또한 폐쇄식은 호흡을 재활용하여 사용하므로 산소용기 크기가 적으므로 경량이라는 큰 이점이 있다. 수납성 또한 개방식의 가방 타입보다 폐쇄식의 용기 타입이 훨씬 우수한 것으로 평가되었다.

다만 각 제품이 상시 사용이 아닌 비상용으로 짧은 시간 사용된다는 점을 감안하더라도 착용성이나 활동성 측면에서는 전반적으로 호흡 재순환 방식인 폐쇄식이 공기 공급 방식인개방식보다 개선되어야 할 점들이 많은 것으로 평가되었다.