클린룸용 공기 처리 장치를 지정하는 것은 매우 중요한 엔지니어링 결정입니다. 크기가 작은 시스템은 청결도를 유지하지 못해 제품 오염 및 규정 미준수의 위험이 있습니다. 대형 장치는 불필요한 자본 및 운영 비용을 초래합니다. 핵심 과제는 단순한 공기 흐름 계산을 넘어 성능, 에너지 효율성, 총 재정 지출의 균형을 맞추는 전체적인 시스템 모델로 전환하는 것입니다.

이러한 통합적 접근 방식은 현재 매우 중요합니다. 에너지 비용은 변동성이 크고 기업의 지속가능성 의무가 강화되고 있습니다. 중앙 AHU와 모듈식 FFU 시스템 사이의 선택은 10년 이상 유연성과 비용 구조를 고정시키는 근본적인 아키텍처의 갈림길입니다. 여기서 실수를 하면 쉽게 바로잡을 수 없습니다.

클린룸 AHU 크기 및 공기 흐름의 핵심 원칙

타협할 수 없는 목표: 파티클 제어

클린룸 HVAC 설계는 쾌적성 애플리케이션과는 완전히 다릅니다. 주요 목표는 재실자 온도가 아니라 활성 입자 제어입니다. AHU는 희석 및 여과를 통해 의무화된 ISO 분류를 달성하기 위해 정밀하게 조절된 공기량을 제공해야 합니다. 이 풍량은 시간당 공기 변화량(ACH)을 기준으로 계산되며, 청결도에 따라 기하급수적으로 확장되는 변수입니다.

구성 요소 결정의 연쇄 효과

사이징은 구성 요소별로 순차적으로 수행할 수 없습니다. 코일 또는 필터 단계에서의 선택은 시스템 전체에 연쇄적인 결과를 초래합니다. AHU 설치 공간을 줄이기 위해 더 높은 풍속을 선택하면 압력 강하가 증가하여 더 강력한 팬이 필요하므로 수명 기간 동안 에너지 소비가 증가합니다. 업계 전문가들은 장비 견적을 내기 전에 물리적 크기, 정압, 소비 전력 사이의 이러한 상충 관계를 시각화하기 위해 처음부터 통합 모델링을 수행할 것을 권장합니다.

성능 삼총사: 청결, 온도, 습도

AHU는 입자 수, 온도, 습도라는 세 가지 연동된 매개변수의 수호자입니다. ACH는 청결을 위해 공기 흐름을 유도하지만 코일 및 가습 시스템은 실내의 현열 및 잠열 부하에 맞게 크기를 조정해야 합니다. 공기 흐름은 올바르게 계산되었지만 냉각 용량이 과소평가되어 피크 생산 기간 동안 사양을 벗어나는 프로젝트를 종종 볼 수 있습니다.

필요한 공기량 계산하기: ACH 및 ISO 등급 가이드

기본 공식

모든 사이징의 시작점은 필요한 공기 흐름을 분당 입방피트(CFM) 단위로 결정하는 것입니다. 공식은 간단합니다: 필요한 공기 흐름(CFM) = (공간 볼륨(ft³ x ACH) / 60. 중요한 변수는 단일 숫자가 아니라 목표 ISO 등급, 실내 활동 및 공기 흐름 패턴에 따라 결정되는 범위인 ACH입니다. 범위의 하단을 사용하는 것은 필터 로딩이나 작동 편차에 대한 여유가 없는 일반적이지만 위험한 지름길입니다.

청결의 기하급수적 비용

필수 ACH는 HVAC 에너지 수요의 가장 큰 요인입니다. 필요보다 한 단계 더 엄격한 등급을 선택하면 영구적이고 심각한 에너지 패널티가 부과됩니다. 실제 프로세스 요구 사항을 엄격하게 평가하는 것은 지속 가능성 및 비용 관리를 위한 중요한 조치입니다. 예를 들어, ISO 7 메인 룸에 연결된 ISO 5 탈의실은 과도한 사양과 에너지 낭비의 원인이 되는 경우가 많습니다.

ISO 클래스별 ACH 참조

다음 표는 다음과 같은 권위 있는 출처를 기반으로 작성되었습니다. ASHRAE 핸드북 - HVAC 애플리케이션, 19장, 는 기류 계산의 기초가 되는 일반적인 ACH 범위를 제공합니다.

출처: ASHRAE 핸드북 - HVAC 애플리케이션, 19장: 청정 공간. 이 권위 있는 참고 자료는 AHU에 필요한 공기 흐름(CFM)을 결정하는 주요 동인인 청정도 등급에 따라 공기 변화율을 계산하는 기본 방법론을 제공합니다.

핵심 AHU 구성 요소: 팬, 코일 및 필터 크기 조정하기

팬 선택: 총 외부 정압 극복하기

팬은 총 외부 정압(ESP)에 대해 필요한 CFM을 제공해야 합니다. ESP는 덕트, 댐퍼, 그릴, 컨디셔닝 코일 및 필터의 저항을 합한 값입니다. 일반적인 실수는 깨끗한 필터 압력 강하를 기준으로 팬을 지정하는 것입니다. 팬의 크기는 수명 종료 다음과 같은 표준에 정의된 최종 HEPA/ULPA 필터의 압력 강하를 측정합니다. EN 1822-1:2009. 이를 과소평가하면 필터가 가장 필요할 때 공기 흐름이 충분하지 않게 됩니다.

필터 압력 강하: 주요 에너지 동인

코일도 기여하지만, 필터 압력 강하는 ESP의 주요하고 가변적인 구성 요소입니다. 필터에 부하가 걸리면 압력 강하가 증가하여 팬이 CFM을 유지하기 위해 더 열심히 작동해야 합니다. 이러한 관계로 인해 필터 선택(미디어 유형, 주름 깊이)이 운영 에너지 비용에 직접적인 영향을 미칩니다. 초기 비용이 더 많이 들더라도 압력 강하가 낮은 HEPA 필터를 선택하면 팬 에너지 감소를 통해 빠른 ROI를 얻을 수 있습니다.

정밀한 컨디셔닝을 위한 코일 사이징

코일은 현열 및 잠열 부하를 처리합니다. 코일은 온도 차이와 필요한 제습 용량에 따라 크기가 결정됩니다. 허용 오차(±0.5°C)가 엄격한 클린룸의 경우, 습도 제어를 유지하면서 과냉각을 방지하기 위해 페이스 앤 바이패스 댐퍼 또는 다단계 코일 구성이 필요할 수 있습니다. 코일의 핀 간격과 튜브 배열도 압력 강하에 기여하여 팬 에너지와 다시 연결됩니다.

페이스 속도: 에너지 효율과 시스템 비용의 균형 맞추기

디자인 레버 정의하기

페이스 속도는 냉각 코일 및 프리필터와 같은 부품의 전면 영역을 통과하는 공기의 속도(m/s 또는 fpm 단위)입니다. 이는 직접적인 재정적 영향을 미치는 중요한 설계 매개변수입니다. 기존 가이드라인에서는 2.0~2.5m/s(400~500fpm)를 권장합니다. 이 단일 수치는 장치의 물리적 크기, 압력 강하 및 에너지 프로파일에 큰 영향을 미칩니다.

고속과 저속의 트레이드 오프

이 결정은 명확한 자본 대 운영 비용의 균형을 만들어냅니다. 유속(~2.5m/s)이 높을수록 더 작고 저렴한 AHU를 만들 수 있지만 코일 및 필터 압력 강하가 증가하여 지속적인 팬 에너지 비용이 증가합니다. 속도가 낮으면(~2.0m/s) 압력 강하가 크게 감소하여 에너지 사용량이 줄어들지만 더 크고 비싼 장치가 필요합니다. 페이스 속도를 2.54m/s에서 2.0m/s로 낮추면 특정 팬 전력을 약 4.5%까지 낮출 수 있다는 증거가 있습니다.

TCO를 통한 재무 분석

이 선택은 공학적 선호도에서 재무적 계산으로 전환됩니다. 다음 표는 페이스 속도 결정이 시스템 경제에 미치는 직접적인 결과를 보여줍니다.

출처: 기술 문서 및 업계 사양.

중앙 AHU와 FFU 시스템 비교: 중요한 설계 결정

아키텍처 포크

이는 프로젝트의 비용, 유연성 및 공급업체 환경을 정의하는 근본적인 선택입니다. 기존의 중앙 AHU는 전용 플랜트 룸에서 공기를 조절하고 덕트를 통해 터미널 HEPA 필터로 분배합니다. 팬 필터 장치(FFU) 시스템은 천장 그리드에 각각 자체 모터와 필터가 있는 분산형 팬 구동 모듈을 사용하여 실내 공기를 재순환합니다.

애플리케이션 중심 선택

시장은 두 갈래로 나뉘었습니다. 초기 비용이 저렴하고 설치가 간편하며 모듈화되어 있는 FFU 시스템은 현재 대부분의 ISO 5-8 클린룸을 지배하고 있습니다. 분산된 특성상 수동적 이중화 기능을 제공합니다. 그러나 덕트형 HEPA를 갖춘 중앙 AHU는 위험한 환경(예: 제약의 강력한 화합물 취급), 온도 허용 오차(±0.5°C)가 매우 엄격한 공간 또는 초기 비용이 가장 중요한 대규모의 중요하지 않은 ISO 8 구역과 같은 틈새 애플리케이션에 여전히 필요합니다.

시스템 비교 분석

의사 결정 매트릭스는 복잡합니다. IEST-RP-CC012.1: 클린룸 설계 시 고려 사항 에서는 이러한 선택에 도움이 되는 공기 흐름 전략에 대한 지침을 제공합니다. 아래 표에는 주요 차별화 요소가 요약되어 있습니다.

출처: IEST-RP-CC012.1: 클린룸 설계 시 고려 사항. 이 권장 사례는 중앙 집중식 및 분산식 공기 공급 시스템 간의 근본적인 아키텍처 선택에 영향을 미치는 공기 흐름 전략 및 오염 제어 개념에 대한 포괄적인 지침을 제공합니다.

총 소유 비용 평가하기: 자본 대 운영 지출

구매 주문서 그 이상으로 나아가기

정보에 입각한 선택을 위해서는 10~15년 수명 주기 동안의 총소유비용(TCO)을 모델링해야 합니다. 초기 장비 비용과 다년간의 운영 비용 절감 사이의 명확한 균형은 AHU 사이징을 재무 공학적 결정으로 전환합니다. 에너지 절감에 대한 입증된 데이터를 바탕으로 수준 높은 구매자들은 이제 벤더에게 TCO 분석을 요구합니다.

CAPEX 및 OPEX 동인 분석

자본 지출은 AHU의 물리적 크기와 선택한 페이스 속도에 의해 결정됩니다. 운영 지출은 주로 필터 압력 강하의 함수인 팬 에너지 소비에 의해 압도적으로 좌우됩니다. 따라서 필터 사양과 시설의 손익 계산서 사이에 직접적인 연결 고리가 생깁니다.

조달의 미래

최저 입찰 장비만 제공하는 공급업체는 평생 에너지 성능을 모델링하고 보장할 수 있는 공급업체에 밀릴 것입니다. 또한, 지속 가능성에 대한 압박과 기업의 탄소중립 목표는 저속, 고효율 설계를 의무로 공식화하고 있습니다. 다음 표에는 이 평가의 재정적 프레임워크가 요약되어 있습니다.

출처: 기술 문서 및 업계 사양.

중요 애플리케이션을 위한 시스템 이중화 및 위험 완화

중요도 정의

제약, 반도체 제조 또는 첨단 생물학적 제제의 미션 크리티컬 환경에서는 시스템 장애가 발생하면 수백만 달러의 제품 손실이 발생할 수 있습니다. 이중화 전략은 선택 사항이 아니라 위험 완화를 위한 필수 요건입니다. 접근 방식은 두 가지 주요 시스템 아키텍처 간에 근본적으로 다릅니다.

액티브 및 패시브 중복성

중앙 AHU는 일반적으로 N+1 팬 어레이를 통해 액티브 리던던시를 사용합니다. 하나의 팬이 고장 나면 다른 팬이 속도를 높여 공기 흐름을 유지합니다. 이를 위해서는 복잡한 제어 로직이 필요하고 장치의 설치 공간과 비용이 추가됩니다. 이와는 대조적으로 FFU 시스템은 수동적이고 내재적인 이중화를 제공합니다. 수십 또는 수백 대의 장치 중 한 대의 고장은 주변 장치가 보완하기 때문에 전체 실내 상태에 미치는 영향은 미미합니다.

적절한 전략 선택

선택은 핵심 아키텍처 결정 및 위험의 성격과 직접적으로 연관되어 있습니다. 맞춤형 AHU가 필요한 틈새 애플리케이션의 경우 이중화는 기본으로 제공되는 관리형 기능입니다. 지배적인 FFU 패러다임의 경우, 견고성은 분산을 통해 달성됩니다. 아래 표는 각 접근 방식에 따른 장애의 영향을 비교한 것입니다.

출처: 기술 문서 및 업계 사양.

최종 선정 기준 및 구현 체크리스트

검증 및 아키텍처 선택

첫째, ISO 등급과 계산된 ACH를 실제 프로세스 요구 사항과 비교하여 엄격하게 검증합니다. 둘째, 기본적인 아키텍처를 선택합니다: 틈새 시장, 고위험 또는 매우 엄격한 허용 오차 애플리케이션을 위한 중앙 AHU, 유연성과 낮은 TCO가 필요한 표준 ISO 5-8 클린룸을 위한 FFU 시스템. 이 결정에 따라 공급업체 목록이 좁혀지고 프로젝트의 비용 궤적이 설정됩니다.

구성 요소 사양 및 에너지 모델링

셋째, AHU 크기 조정의 경우 팬, 코일, 필터 등 모든 구성품이 계산된 CFM을 충족하도록 지정합니다. 최대 ESP. 초기 비용뿐 아니라 TCO에 최적화된 유속을 신중하게 선택합니다. 넷째, 시간 경과에 따른 필터 압력 강하 증가에 초점을 맞춰 에너지 소비를 모델링합니다. 이 모델을 사용하여 필터 옵션과 잠재적인 팬 가변 주파수 드라이브(VFD) 절감 효과를 평가하세요.

위험 검토 및 문서화

다섯째, 운영 중요도 및 재무 위험 허용 범위를 기준으로 이중화 요구 사항을 정의합니다. 마지막으로, 모든 의사 결정이 포괄적인 TCO 모델에 따라 문서화되도록 합니다. 이 모델은 정량화된 운영 비용 절감을 통해 자본 지출 증가를 정당화하여 설계가 기술적으로 건전하고 전체 서비스 수명 동안 경제적으로 최적화되도록 보장해야 합니다. 모듈화 및 신속한 배포가 우선 순위인 프로젝트의 경우, 최신 모듈형 클린룸 솔루션 는 FFU 기반 아키텍처 및 TCO 목표에 부합하는 실행 가능한 경로를 제공할 수 있습니다.

최적화된 클린룸 AHU로 가는 길은 고립된 계산에서 통합 시스템 사고로 전환해야 합니다. 중앙 시스템과 FFU 시스템 간의 아키텍처 결정은 이후의 모든 선택에 영향을 미치므로 우선순위를 정해야 합니다. 유속을 재정적 지렛대로 사용하여 자본 및 운영 지출의 균형을 맞추고 시스템 수명 기간 동안 에너지 비용을 예측하는 TCO 분석을 수행해야 합니다. 이러한 체계적인 접근 방식은 낭비적인 과잉 엔지니어링 없이 성능 규정 준수를 보장합니다.

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자주 묻는 질문

Q: ISO 등급 클린룸에 필요한 공기 흐름은 어떻게 계산하나요?
A: 공간의 부피(입방 피트)에 필요한 시간당 공기 변화량(ACH)을 곱한 다음 60으로 나누어 CFM을 구하면 총 공기 흐름을 결정할 수 있습니다. ACH는 다음과 같은 표준에 자세히 설명된 대로 ISO 8의 경우 15-25에서 ISO 6의 경우 90-180 범위의 ISO 등급에 따라 결정됩니다. ISO 14644-4:2022. 즉, 공정에 필요한 것보다 더 엄격한 분류를 선택하면 첫날부터 HVAC 에너지 비용이 기하급수적으로 증가하게 됩니다.

Q: AHU의 얼굴 속도와 총 소유 비용 간의 절충점은 무엇인가요?
A: 페이스 속도는 자본과 운영 비용 사이의 재정적 균형을 직접적으로 만들어냅니다. 속도가 빠를수록(~2.5m/s) 더 작고 저렴한 장치를 만들 수 있지만 압력 강하와 팬 에너지가 증가합니다. 더 낮은 속도(~2.0m/s)는 더 큰 자본 투자가 필요하지만 지속적인 에너지 비용을 크게 절감할 수 있으며, 데이터에 따르면 특정 팬 전력에서 최대 4.5%의 잠재적 절감 효과가 있는 것으로 나타났습니다. 에너지 효율성이 우선시되는 프로젝트의 경우, 장기적인 운영 비용 절감을 위해 초기 비용을 더 높게 계획하세요.

Q: 팬 필터 유닛(FFU) 시스템보다 중앙 AHU를 선택해야 하는 경우는 언제인가요?
A: 유해 물질을 취급하는 공간, 극한의 온도 안정성(±1°F)이 필요한 공간 또는 중요하지 않은 ISO 8 방과 같은 틈새 용도에만 덕트형 HEPA가 있는 기존 중앙 AHU를 선택하세요. 대부분의 ISO 5-8 클린룸의 경우 모듈식, 저렴한 비용, FFU 시스템의 고유한 이중화 기능으로 인해 이 시스템이 지배적인 선택이 되었습니다. 이러한 초기 아키텍처 결정은 프로젝트의 비용 구조, 유연성 및 사용 가능한 공급업체 옵션을 근본적으로 고정시킵니다.

Q: 필터 선택이 클린룸 AHU의 지속적인 에너지 소비에 어떤 영향을 미칩니까?
A: 필터의 압력 강하, 특히 입자 부하에 따른 압력 강하는 지속적인 팬 에너지 사용의 주요 원인입니다. 다음과 같은 표준에 따라 초기 저항이 낮은 최종 HEPA/ULPA 필터를 선택하고 부하 특성을 이해해야 합니다. EN 1822-1:2009, 는 효율성을 위해 매우 중요합니다. 즉, 필터 사양은 오염 제어를 위한 결정일 뿐만 아니라 수명 주기 동안 운영 비용을 절감할 수 있는 주요한 재정적 수단입니다.

Q: 클린룸 HVAC의 총소유비용 분석에는 무엇이 포함되어야 하나요?
A: 적절한 TCO 모델은 주로 시스템 압력 강하와 풍속의 영향을 받는 팬 에너지로 인한 초기 장비 비용과 다년간의 운영 비용 절감 간의 균형을 유지해야 합니다. 수준 높은 구매자들은 이제 벤더가 이러한 수명주기 에너지 성능 분석을 제공할 것을 요구합니다. 기업의 지속가능성 또는 탄소중립 목표를 가지고 있는 조직이라면 고효율 설계를 선제적으로 도입하여 향후 의무화에 대비하고 운영 비용 절감을 통해 자본 지출을 정당화할 수 있습니다.

Q: 미션 크리티컬한 클린룸 환경을 위한 이중화 접근 방식은 무엇인가요?
A: 선택한 시스템 아키텍처에 따라 이중화를 구현합니다. 중앙 AHU는 N+1 팬 어레이와 같은 능동적인 전략이 필요합니다. 이와는 대조적으로, 팬 필터 유닛(FFU) 시스템은 단일 유닛의 고장이 영향을 최소화하기 때문에 분산을 통해 수동적이고 내재적인 이중화를 제공합니다. 운영 연속성이 가장 중요한 프로젝트의 경우, FFU의 분산형 견고성은 맞춤형 AHU에 복잡한 엔지니어링을 적용하는 것보다 더 안정적이고 간단한 솔루션을 제공하는 경우가 많습니다.

Q: AHU 사양 및 선택을 마무리하는 주요 단계는 무엇인가요?
A: 구조화된 체크리스트에 따라 ISO 등급 및 ACH를 검증하고, 중앙 AHU 또는 FFU 아키텍처 중에서 선택하고, CFM 및 정압에 대한 구성 요소를 지정하고, TCO에 최적화된 페이스 속도를 지정하고, 필터 드롭에 중점을 둔 에너지 소비를 모델링하고, 중복성 요구 사항을 정의합니다. 다음과 같은 종합적인 설계 가이드를 참조하세요. ASHRAE 핸드북 - HVAC 애플리케이션, 19장. 이를 통해 전체 서비스 수명 동안 설계가 기술적으로 건전하고 경제적으로 정당화될 수 있습니다.