HVAC 클린룸 설계 계산

ISO 클래스 6과 ISO 클래스 8 클린룸은 공기의 양이 다릅니다. 즉, HVAC 시스템은 두 배 이상의 공기를 조절할 수 있어야 합니다. 그러나 분류만으로는 공기 흐름을 계산하는 데 충분하지 않습니다.

표준 ISO 14644-1:2015는 여러 요인에 따라 달라지기 때문에 각 클린룸 등급에 대한 시간당 공기 변화량(ACH)을 명시하지 않습니다.

ACH는 한 시간 동안 실내 공기의 총 교체 횟수이며, ISO 14644-1:2015는 목표해야 하는 결과, 즉 입자의 최대 농도 한도만을 알려줍니다.

예를 들어 ISO 클래스 7 클린룸의 경우 0.5마이크론(≥0.1µm, ≥0.2µm, ≥0.3µm) 미만의 입자는 고려하지 않습니다.

0.5µm 이상의 입자 농도는 352,000 이하, 1마이크론 이상의 입자는 83,200 이하, 5마이크론 이상의 입자는 2,930 이하이어야 합니다.

그러나 ISO 청결도 수준(ISO 8, 7, 6, 5)을 통해 필요한 ACH 범위에 대한 힌트를 얻을 수 있습니다. '값'이 아닌 '범위'라는 용어가 사용된다는 점에 유의하세요.

입자 발생이 적은 활동을 하는 클린룸과 공기 중 입자 발생이 많은 클린룸은 둘 다 ISO 7이라 하더라도 시간당 공기 교체가 동일하게 필요하지 않습니다.

공기 교환 범위에 대한 다양한 권장 사항은 인터넷에서 찾을 수 있습니다. Mecart는 독점적인 클린룸 공기 흐름 계산기를 사용하며, ISO 8의 경우 10~30 ACH, ISO 7의 경우 30~65 ACH, ISO 6의 경우 80~150 ACH, ISO 5의 경우 200~450 ACH를 가정했습니다.

프로세스에서 상당한 양의 파티클이 생성되는 경우 범위에서 더 높은 숫자가 선택됩니다. 이것은 경험 법칙일 뿐입니다.

시간당 공기 변화량과 분당 입방 피트(CFM, 소위 공기 흐름)는 공정의 입자 발생 가능성에 대한 경험과 이해를 바탕으로 HVAC 엔지니어가 계산해야 합니다.

클린룸 HVAC 엔지니어링에 영향을 미치는 요소는 무엇인가요?
내부에 사람이 없고 장비가 없으며 자재 이동이 없다면 방을 깨끗하게 만드는 것은 쉽습니다. 하지만 클린룸에서 이루어지는 작업은 HVAC 계산에 반드시 고려해야 합니다.

다음은 필요한 공기 흐름에 영향을 미치는 몇 가지 다른 요소입니다:

• 클린룸 ISO 분류
• 클린룸의 레이아웃
• 회의실에서 작업 중인 인원 수
• 방의 장비(열 증가)
• 흄 후드 또는 생물 안전 캐비닛 사용(공기 추출)
• 조명 시스템
• 압력 차
• 외부 온도 및 습도
• 필요한 정밀도 수준

이러한 각 요소에 대해 자세히 살펴보겠습니다.

클린룸의 레이아웃
클린룸의 공기량은 필요한 공기 흐름의 양에 영향을 미칩니다. 공간이 클수록 더 많은 공기가 필요합니다. 분류실의 폭, 길이, 높이와 레이아웃은 HVAC 계산에 사용해야 합니다.

사람들은 종종 방의 높이가 공기 흐름에 직접적인 영향을 미친다는 사실을 잊곤 합니다. 비용을 절약하는 한 가지 방법은 천장을 낮추는 것입니다. 계산기에서 동일한 입력을 사용하지만 방의 크기나 천장의 높이를 변경하여 공기 흐름을 비교하면 그 차이를 확인할 수 있습니다.

회의실에서 작업 중인 인원 수
클린룸의 공기 중 오염 수준은 실내 활동과 근무자에 따라 크게 달라집니다.

클린룸에서 발생하는 대부분의 입자는 사람이 원인입니다. 피부 부스러기, 화장품, 향수, 침, 의류 부스러기(보푸라기, 섬유), 머리카락과 같은 공기 중 입자가 가장 흔한 원인입니다.

공조 시스템을 설계할 때는 한 공간에서 동시에 작업하는 사람의 수를 고려해야 합니다. 클린룸에서 작업하는 사람이 많을수록 오염 물질을 제거하기 위해 더 많은 공기 흐름이 필요합니다.

사람들은 공기 중 오염 물질뿐만 아니라 열도 발생시킵니다. 작업자 수는 열을 보상하기 위한 에어컨 수준을 계산하는 데도 사용됩니다.

클린룸의 직원들은 보통 오염을 방지하기 위해 작업복을 착용합니다. 따라서 보통 66.5°F~70°F(19°C~21°C) 사이의 쾌적한 환경을 유지하는 것이 중요합니다.

회의실 내 장비
사람과 마찬가지로 장비도 열과 먼지를 발생시킵니다. 클린룸 내부의 장비에서 발생하는 열은 필요한 냉각을 결정하는 데 사용됩니다.

실내의 장비는 제품 제조와 함께 정확한 양의 공기로 제거해야 하는 먼지를 발생시킵니다.

흄 후드 또는 생물 안전 캐비닛
흄 후드와 층류 캐비닛은 클린룸과 마찬가지로 일정한 공기 공급이 필요합니다. 이 공기 공급은 클린룸 HVAC 계산에 반드시 고려되어야 합니다.

또한 생물안전 캐비닛과 같이 흄 후드가 건물 외부로 공기를 배출하는 경우, 배출된 공기를 신선한 공기로 교체해야 합니다.

이 신선한 공기는 컨디셔닝(온도 및 상대 습도)이 필요하며, 이를 위해서는 더 큰 공기 구성 또는 공기 처리 장치(AHU)가 필요합니다.

후드에서 추출된 공기가 HVAC 계산에 고려되지 않으면 양압을 유지하기 위해 실내로 유입되는 공기가 충분하지 않을 수 있습니다.

반대로, 압력이 너무 음압이 되어 실내 외부의 더러운 공기를 빨아들일 수도 있습니다.

조명 시스템
필요한 조명 수준은 클린룸 내부에서 발생하는 열에도 영향을 미치므로 필요한 냉각에도 영향을 미칩니다.

300룩스의 일반 사무실 조명과 1200룩스의 고정밀 조명은 같은 양의 열을 발생시키지 않습니다.

압력 차
더 엄격한 기밀실에서는 압력이 더 높아야 하므로 공기가 덜 깨끗한 방으로 누출됩니다.

양압은 더러운 공기가 클린룸으로 유입되는 것을 방지합니다. 음압 클린룸에서는 그 반대의 현상이 발생하는데, 인접한 공간의 공기 흐름이 더 커야 합니다.

외부 온도 및 습도
클린룸에서 공기를 재순환할 수 있다면 외부 날씨가 HVAC 시스템에 미치는 영향은 미미합니다.

그러나 위험한 제품을 다루는 클린룸의 경우 공기 구성이 100%까지 올라갈 수 있습니다. 이러한 유형의 클린룸에서는 HVAC 시스템이 더 복잡합니다.

예를 들어, 겨울철 일부 지역에서는 HVAC 시스템이 -22°F(-30°C)의 외부 공기를 가져와 68°F(20°C)까지 데운 후 습기를 제거하여 실내로 가져오는 작업을 반복해야 합니다.

필요한 정밀도 수준
마지막으로, 필요한 정밀도의 정도도 HVAC 시스템의 설계에 영향을 미칩니다.

고정밀 온도 제어 시스템은 ± 0.25°F(± 0.15°C), 습도의 경우 ± 2%까지 제어할 수 있습니다.

클린룸에는 그렇게 높은 수준의 정밀도가 거의 필요하지 않습니다. 대부분의 경우 온도의 경우 ± 2°F(± 1°C), 습도의 경우 ± 10%의 정밀도면 충분합니다. 정밀도 수준은 클린룸의 작업에 따라 달라집니다.

클린룸의 CFM은 어떻게 계산하나요?
이 문서에서 간단한 CFM 계산 예시를 확인하거나 클린룸 설계 계산기를 사용하여 분류된 공간당 CFM, ACH 및 조명 설비의 수량에 대한 근사치를 알아볼 수 있습니다.

또한 클린룸 설계 계산기를 사용하면 필요한 HEPA 필터의 수와 클린룸에 필요한 저공기 환기 수를 추정할 수 있습니다.

하지만 이는 추정치일 뿐이라는 점을 기억하세요. 공기 흐름은 HVAC 엔지니어가 계산해야 합니다. 위에 나열된 많은 요소는 계산기에서 고려되지 않습니다.