모듈형 클린룸의 HEPA 여과 시스템을 지정하는 것은 자본 지출, 운영 비용, 공정 무결성에 직접적인 영향을 미치는 중요한 설계 결정입니다. 흔히 필터 사이징을 단순히 공간 부피의 문제라고 생각하지만 이는 공기 변화율, 부하 시 필터 성능, 공기 흐름 역학 간의 복잡한 상호 작용을 간과하는 것입니다. 크기가 작은 시스템은 검증에 실패하고, 크기가 큰 시스템은 에너지를 낭비하고 열 부하를 증가시키므로 정확한 계산과 전략적인 구성 요소 선택이 필수적입니다.

이 가이드는 방탄 사양을 작성하기 위한 단계별 프레임워크를 제공합니다. 기본 공식을 넘어 모듈식 구성의 실질적인 제약, 모터 및 제어 선택의 전략적 트레이드 오프, 처음부터 설계된 대로 투자가 이루어지도록 보장하는 검증 프로토콜을 다룹니다.

총 공기 흐름(CFM) 요구량 계산 방법

재단 시간당 공기 변화량(ACH)

목표 ISO 분류에 따라 필요한 공기 변화율(ACH)이 결정되며, 이는 청결도에 따라 기하급수적으로 증가합니다. ISO 6 클린룸은 약 180개의 ACH가 필요하지만 ISO 8은 20개만 필요할 수 있습니다. 이 9배의 차이는 시스템 규모, 에너지 소비 및 장기 운영 비용의 주요 요인입니다. 공식은 간단합니다: (공간 부피(입방피트) x (ACH) / 60 = 필요한 순 CFM. 이 계산은 다음과 같이 산출됩니다. 배달 필터 면에 필요한 깨끗한 공기량.

실제 시스템 손실에 대한 회계 처리

계산된 순 CFM은 시작점일 뿐입니다. 프리필터, 덕트 및 클린룸 외피 자체에서 발생하는 시스템 정압 손실을 고려해야 합니다. 팬 필터 장치(FFU)는 특정 정압에서 다양한 CFM을 제공하도록 정격화되어 있습니다. 시스템의 실제 압력 강하에 대한 감압 없이 최대 자유 공기 등급만을 기준으로 장치를 선택하는 것은 성능 저하로 이어지는 중대한 오류입니다. 업계 전문가들은 이러한 손실을 극복하고 목표 공기 흐름을 유지할 수 있도록 FFU를 선택하기 전에 순 CFM에 10-15%의 안전 계수를 추가할 것을 권장합니다.

CFM 번호의 전략적 의미

이 초기 계산은 재정적으로 큰 영향을 미칩니다. 더 높은 ISO 등급을 위한 FFU 수의 기하급수적인 증가는 초기 장비 비용뿐만 아니라 시설의 수명주기 에너지 프로필 및 냉각 요구 사항을 직접적으로 결정합니다. 처음부터 효율성은 단순한 기술적 고려 사항이 아니라 핵심적인 재정적 고려 사항이어야 합니다.

적합한 HEPA FFU 크기 및 수량 선택하기

표준 패널 크기 탐색

총 CFM이 설정되면 산업 표준 천장 그리드 치수의 제약을 받는 개별 FFU 모듈로 선택이 전환됩니다. 주로 사용되는 크기는 2’x4’ 및 2’x2’ 패널이며, 4’x4’ 유닛은 고CFM 애플리케이션에 사용됩니다. 각 모델에는 지정된 정압(일반적으로 0.1’ ~ 1.0’ w.g)에서 인증된 출력 범위(예: 2”x4”의 경우 500-900 CFM)가 있습니다. HEPA(0.3µm에서 99.97%) 및 ULPA(0.12µm에서 99.999%) 필터 중 선택은 애플리케이션의 엄격성에 따라 결정되며 대부분의 제약 및 전자 애플리케이션에는 HEPA가 충분합니다.

다음 표에서는 표준 옵션과 그 적용에 대해 설명합니다:

출처: IEST-RP-CC001.6: HEPA 및 ULPA 필터. 이 권장 사례는 올바른 필터 등급을 선택하는 데 필수적인 성능 분류 및 효율 등급을 정의합니다.

수량 및 그리드 계획 계산

필요한 총 CFM(안전 계수 포함)을 단위당 선택한 중간 범위 출력으로 나누어 최소 FFU 수량을 계산합니다. 그런 다음 수량이 천장 그리드에 논리적으로 맞도록 반올림하여 균일한 커버리지를 제공해야 합니다. 홀수 수량을 표준 그리드에 강제로 넣으면 커버리지 갭과 난기류가 발생합니다. 여기서 전략적 가치는 맞춤형 구성에서 구성 가능한 구성 요소로의 전환이며, 이러한 모듈성은 향후 재구성 또는 확장을 가능하게 하여 유연한 자산으로서 자본 투자를 보호합니다.

최적의 공기 흐름 패턴을 위한 FFU 배치 계획 수립

수직 대 수평 층류 흐름

물리적 배치에 따라 공기 흐름의 단방향성 및 오염 제어가 결정됩니다. 모듈식 천장 그리드의 FFU가 공기를 아래쪽으로 밀어 벽이나 바닥 패널을 통해 되돌려 보내는 수직 층류(VLF)가 일반적인 구성입니다. 벽에 장착된 FFU를 사용하는 수평 층류(HLF)는 특정 공정 터널이나 벤치에 사용됩니다. 이 선택은 공간 레이아웃, 장비 배치 및 작업자 워크플로에 영향을 미치는 기본적인 건축적 결정입니다.

재순환 대 일회성 패스 구성

전체 시스템 설계는 여기서 분기됩니다. 재순환 시스템은 컨디셔닝된 공기를 리턴 플레넘을 통해 FFU로 되돌려 보내 표준 애플리케이션에 높은 에너지 효율을 제공합니다. 원패스 시스템은 한 번 통과한 후 모든 공기를 배출하며, 위험하거나 휘발성 오염 물질이 포함된 애플리케이션에 사용됩니다. 소프트월 룸에서 종종 구현되는 이 아키텍처 선택은 시공 복잡성, 압력 캐스케이드 설계 및 운영 비용을 결정합니다. 경험상 FFU 레이아웃을 설계된 리턴 공기 경로와 조정하지 않으면 층류 및 차압을 방해하는 흔한 실수입니다.

주요 기술적 특징 모터, 제어 및 서비스 가능성

모터 및 전압 선택

드라이브 시스템을 지정할 때는 명확한 효율성 트레이드오프가 필요합니다. 표준 115V 대신 230V 또는 277V 모터를 선택하면 전류 소비를 줄여 즉각적인 운영 비용을 절감할 수 있습니다. 표준 AC 모터에서 DC/EC(전자식 정류) 모터로 업그레이드하면 에너지 절약, 수명 연장, 탁월한 속도 제어 등의 이점을 누릴 수 있습니다. 이 결정은 시설의 전력 인프라와 평생 전기 비용에 직접적인 영향을 미칩니다.

제어 시스템 및 서비스 액세스

제어 시스템은 개별 수동 가변 저항기부터 프로그래밍이 가능한 중앙 집중식 빌딩 관리 시스템(BMS)까지 다양합니다. 네트워크 제어를 통해 공기 흐름을 정밀하게 밸런싱하고 모니터링하며 동적으로 조정할 수 있습니다. 서비스 편의성을 위해 제약 업계 표준인 RSR(Room-Side Replaceable) 필터를 사용하면 플레넘에 접근할 필요 없이 안전하게 필터를 교체할 수 있습니다. 검증된 필요에 따라 기능을 지정하는 것이 중요합니다. 예를 들어, 테스트 포트와 표시등은 이제 덜 일반적이며 특정 프로토콜 요구 사항 없이 이를 조달하면 불필요한 비용이 추가됩니다.

아래 표에는 주요 기술적 결정에 대한 개요가 나와 있습니다:

출처: 기술 문서 및 업계 사양.

클린룸 시스템의 균형을 맞추고 검증하는 방법

밸런싱 프로세스

설치 후 밸런싱은 설계 의도와 현실이 만나는 지점입니다. 기술자는 전체 천장 어레이에서 균일한 표면 속도를 달성하기 위해 개별 FFU 속도를 조정하며, 일반적으로 층류의 경우 분당 90피트(FPM) ±20%를 목표로 합니다. 이 작업은 보정된 풍속계를 사용하여 수행됩니다. 균일한 속도는 단방향 흐름을 유지하고 난기류 또는 데드존으로 인한 오염 함정을 방지하는 데 매우 중요합니다.

시각화 및 최종 인증

연기 연구를 통한 기류 패턴 시각화는 장비, 인력 또는 부적절한 환기 공기 배치로 인한 장애를 식별합니다. 마지막 단계는 입자 수 테스트를 통해 다음과 같이 정의된 목표 ISO 분류를 준수하는지 인증하는 것입니다. ISO 14644-4:2022. 이 단계에서는 데이터 기반 조정과 지속적인 성능 모니터링이 가능한 통합 제어 시스템의 가치를 드러내며, 단순한 필터링에서 최적화되고 감사 가능한 환경 관리로 가치 제안을 전환합니다.

유효성 검사 단계는 표준화되어 있습니다:

출처: ISO 14644-4:2022 클린룸 및 관련 제어 환경 - 파트 4: 설계, 시공 및 시운전.

필터 크기 및 레이아웃에서 흔히 저지르는 실수 피하기

정적 압력 감독

가장 중요한 기술적 오류는 실제 시스템 정압에 맞게 정격화하지 않고 FFU의 최대 자유 공기 CFM 정격을 사용하는 것입니다. 모든 필터, 프리 필터, 덕트 다리는 저항을 추가합니다. 제조업체가 성능 곡선을 제공하는 데는 이유가 있으며, 이를 참조하지 않으면 시스템이 부하 상태에서 필요한 공기 흐름을 제공하지 못할 수 있습니다.

그리드 통합 불량 및 공기 흐름 중단

또 다른 일반적인 함정은 기계 설계와 건축 계획의 통합이 제대로 이루어지지 않는 것입니다. 여기에는 비표준 수량의 FFU를 천장 그리드에 강제로 설치하여 커버리지 갭을 만들거나 FFU 레이아웃을 리턴 에어 그릴의 위치 및 크기와 조정하지 못하는 경우가 포함됩니다. 이는 의도한 층류 및 압력 캐스케이드를 방해합니다. 최종 사용자의 프로젝트 팀에서 중요하고 전체적인 검토 없이 사양 권한을 장비 공급업체에 과도하게 위임할 경우 위험이 높습니다.

최종 사양 및 조달 체크리스트 만들기

기술적 의사 결정 통합

최종 사양 문서는 조달 및 품질 보증 도구입니다. 모든 사전 결정을 명확한 요구 사항으로 변환해야 합니다. 여기에는 다음이 포함됩니다: 1) 계산된 총 CFM 및 목표 ACH, 2) FFU 수량, 크기, 필터 유형 및 효율, 3) 공기 흐름 구성을 보여주는 상세한 천장 레이아웃 도면, 4) 전압, 모터 유형 및 제어 시스템에 대한 기술 사양, 5) RSR과 같은 필수 서비스 기능, 6) 필수 검증 프로토콜이 포함됩니다.

전략적 조달 프레임워크

이 체크리스트는 구매를 안내하는 것 이상의 역할을 하며 수명주기 전략을 요약합니다. 서비스 가능한 구성 요소와 통합 제어 기능을 갖춘 잘 문서화된 모듈식 시스템을 지정하면 클린룸이 현재 목적에 적합할 뿐만 아니라 재구성이 가능한 자산이 될 수 있습니다. 이를 통해 장기적인 운영 위험을 완화하고 노후화를 방지하여 완전한 재구축 없이도 향후 프로세스 변화에 적응할 수 있는 환경을 구축할 수 있습니다.

사양의 기초는 ISO 등급과 공기 변화율 간의 관계이며, 이는 이후의 모든 사이징을 결정합니다.

출처: ISO 14644-4:2022 클린룸 및 관련 제어 환경 - 파트 4: 설계, 시공 및 시운전.

성공적인 모듈형 클린룸 프로젝트는 시스템 압력에 대한 정확한 FFU CFM 감소, 천장 그리드와 환기 경로를 통합 공기 흐름 시스템으로 설계, 장기 운영 비용을 절감하는 제어 및 서비스 기능 지정이라는 세 가지 우선순위에 달려 있습니다. 이 접근 방식은 사양을 정적 부품 목록에서 동적 성능 계약으로 전환합니다.

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자주 묻는 질문

Q: 모듈형 클린룸이 특정 ISO 등급을 충족하는 데 필요한 총 CFM은 어떻게 계산하나요?
A: 공간의 입방 피트에 목표 ISO 분류에 필요한 공기 변화율(ACH)을 곱한 다음 60으로 나누어 체적 공기 흐름을 결정합니다. 예를 들어 ISO 6 클린룸은 약 180 ACH가 필요하지만 ISO 8은 20만 필요할 수 있습니다. 그런 다음 FFU를 선택할 때 덕트 및 프리필터로 인한 시스템 압력 손실을 고려하여 이 계산된 순 CFM을 감산해야 합니다. 등급이 높아질수록 ACH가 기하급수적으로 증가하면 장기적인 에너지 소비와 팬 유닛에 대한 자본 지출이 직접적으로 결정되므로 이 초기 단계는 비용에 큰 영향을 미칩니다.

Q: 모듈형 클린룸을 위해 HEPA 필터와 ULPA 필터 중에서 선택할 때 중요한 요소는 무엇인가요?
A: 가장 중요한 요소는 애플리케이션에 필요한 입자 포집의 엄격성입니다. HEPA 필터는 직경 0.3마이크론 입자에 대해 99.97% 효율로 평가되는 반면, ULPA 필터는 0.12마이크론 입자에서 99.999%의 입자를 포집합니다. 일반적으로 공정 요구 사항과 목표 ISO 등급에 따라 선택이 결정되며, 가장 엄격한 애플리케이션에는 ULPA가 사용됩니다. 필터 성능 사양은 다음과 같은 표준에 자세히 설명되어 있으므로 이러한 선택은 기본입니다. IEST-RP-CC001.6. 향후 프로세스 업그레이드가 예상되는 프로젝트의 경우 처음부터 더 높은 등급의 필터를 지정하면 나중에 비용이 많이 드는 개조 작업을 줄일 수 있습니다.

Q: FFU 배치는 클린룸 공기 흐름 패턴과 오염 제어에 어떤 영향을 미칩니까?
A: 배치에 따라 단방향 층류를 달성할지 난류 데드 존을 만들지 결정됩니다. FFU는 천장 그리드에 설치되어 수직 층류를 만들어 공기를 아래쪽으로 밀어 벽 패널을 통해 되돌려 보내는 반면, 수평 흐름은 벽에 장착된 장치를 사용합니다. 수직 흐름과 수평 흐름 사이의 선택은 공간 레이아웃과 공정 장비 배치에 영향을 미치는 근본적인 건축적 결정입니다. 이 설계는 다음과 같은 클린룸 설계 원칙에 설명된 대로 적절한 압력 캐스케이드를 유지하기 위해 환기 공기 경로와 통합되어야 합니다. ISO 14644-4:2022. 공정에 대형 장비가 포함된 경우 FFU 그리드 레이아웃을 모델링하여 중요 구역의 의도된 공기 흐름 패턴을 방해하지 않도록 해야 합니다.

Q: 운영 효율성을 위해 FFU 사양에서 우선순위를 두어야 하는 기술적 기능은 무엇인가요?
A: 장기적인 비용 절감을 위해 모터 전압과 기술의 우선순위를 정하세요. 115V보다 230V 또는 277V 모터를 선택하면 전류 소모가 줄어들고 표준 AC에서 DC/EC 모터로 업그레이드하면 고급 에너지 효율과 정밀한 속도 제어가 가능합니다. 서비스 편의성을 위해 RSR(룸 사이드 교체형) 필터를 제약 표준으로 채택했습니다. 즉, 수명 주기 비용에 중점을 둔 시설에서는 에너지 절감 효과가 높은 초기 자본 비용을 빠르게 상쇄할 수 있으므로 중앙 집중식 제어 시스템을 갖춘 고전압 DC/EC 모터에 투자해야 합니다.

Q: 새로 설치된 모듈형 클린룸 시스템의 밸런싱과 검증을 위한 프로세스는 무엇인가요?
A: 검증에는 일반적으로 분당 90피트 ±20%를 목표로 균일한 표면 속도를 달성하기 위해 개별 FFU 속도를 조정한 후, 공기 흐름을 시각화하기 위한 연기 연구와 ISO 등급 인증을 위한 입자 수 테스트가 포함됩니다. 이 프로세스를 통해 데드존 없이 층류를 제공하는 설계를 보장합니다. 지속적인 규정 준수 데이터가 필요한 운영의 경우, 네트워크로 연결된 FFU 관리 및 모니터링을 가능하게 하는 통합 제어 시스템은 감사 준비 및 장기적인 성능 최적화에 상당한 이점을 제공합니다.

Q: HEPA 필터 팬 유닛을 지정할 때 흔히 저지르는 중대한 실수는 무엇인가요?
A: 프리필터와 덕트를 포함하여 설치된 시스템의 실제 정압 저항을 고려하지 않고 최대 자유 공기 CFM 등급만을 기준으로 FFU를 선택하는 것은 심각한 오류입니다. 이렇게 간과하면 부하가 걸린 상태에서 필요한 청정 공기량을 공급할 수 없기 때문에 성능이 저하됩니다. 즉, 조달 팀은 근본적인 설계 실패를 방지하기 위해 카탈로그 피크 정격뿐만 아니라 시스템에서 계산된 정압에 대한 성능 곡선을 요구하고 검토해야 합니다.

Q: 최종 HEPA 여과 단계와 관련하여 사전 필터 선택에 어떻게 접근해야 하나요?
A: 프리필터는 더 큰 입자로 채워져 수명을 연장함으로써 더 비싼 HEPA 필터를 보호합니다. 프리 필터의 효율성은 종종 아시아어/아시아어 52.2 환경에 예상되는 미립자 부하에 맞게 MERV 시스템을 선택해야 합니다. 주변 먼지 또는 공정에서 발생하는 입자가 많은 시설의 경우 다단계 사전 여과 전략을 구현하면 HEPA 시스템의 유지보수 빈도와 총 소유 비용을 크게 줄일 수 있습니다.