클린룸 오염제어 - 클린룸 구축 비용을 결정하는 8가지 요소

클린룸 구축 비용은 8가지 요소가 복합적으로 결정된다

클린룸 구축 비용을 결정하는 8가지 요소

클린룸은 단순한 청정 공간이 아니라 정밀 공조·압력 제어·오염 관리·운영 프로세스가 동시에 요구되는 고도 기술 설비다. 따라서 구축 비용은 일반 산업 시설과 비교할 수 없을 만큼 다양한 요소에 의해 결정된다. 특히 반도체, 디스플레이, 바이오·제약, 2차전지 등 분야에 따라 요구 수준이 달라지기 때문에, 비용 구조를 정확히 이해하는 것은 프로젝트 계획 단계에서 매우 중요하다. 아래에서는 클린룸 구축 비용을 좌우하는 핵심 8가지 요소를 상세히 설명한다.

클린룸 오염제어를 위한 클린룸 비용은 단순히 평당 단가로 정할 수 있는 구조가 아니다.
청정도 등급, HVAC 성능, 공정 특성, 기류 방식, 밸리데이션, 운영비까지 포함한 총 비용 구조를 분석해야 한다.

클린룸 구축 비용을 결정하는 8가지 요소 인포그래픽

 

1. 요구 청정도 등급 (ISO Class 또는 GMP Grade)

클린룸 예산을 가장 크게 좌우하는 요소는 바로 필요한 청정도 수준이다.

• ISO Class 5 이하(초고청정) : 반도체·광학·나노공정
  • 공기교환 횟수(ACH) 증가
  • 고성능 HEPA/ULPA 필터 대량 적용
  • 층류(One-way flow) 설계 필요
  • 진동·온도·습도 제어 강화
    → ㎡당 비용이 급격히 상승
• GMP Grade A–D : 제약·바이오 제조
  • 무균 충전용 Grade A는 가장 고비용
  • Isolator/RABS 등 무균 설비 필요
  • 미생물 모니터링 시스템 포함

청정등급이 높아질수록 공조설비(HVAC) 용량, 필터 수량, 기류 속도, 압력 스테이징이 기하급수적으로 증가하기 때문에, 전체 예산 구조의 기반이 된다.

2. HVAC(공조) 설비 용량과 구성

클린룸 오염제어을 위한 클린룸 구축 비용의 50~70% 를 차지하는 핵심이 바로 HVAC다.

HVAC 비용에 영향을 미치는 요소:

• 급기량(CFM) 및 풍량 용량
• 환기 횟수(ACH)
• 냉각·가열 코일 용량
• 가습/제습 장비
• 초정밀 온·습도 제어 범위
• 청정도 유지 시간(Clean-up time)

특히 반도체 팹의 경우 1m²당 요구되는 급기량이 일반 산업의 10~50배 수준으로, 이를 처리하기 위한 AHU·덕트·팬파워·에너지 비용이 매우 높아진다.

약품 및 바이오 시설은 온·습도뿐 아니라 압력 차등(Pressure Cascade) 유지가 필수라, 제어 시스템 비용이 더해진다.

HVAC는 단순히 “공기를 보내는 설비”가 아니라, 클린룸·공정 환경의 품질을 결정하는 핵심 인프라이기 때문에 의미와 역할을 정확히 이해하는 것이 중요합니다. 아래에서 HVAC의 의미 → 왜 분리해서 쓰는지 → 클린룸·산업 설비에서의 핵심 역할 → 용량·구성 개념과의 연결 순서로 풀어서 설명드리겠습니다.

 

그럼 HVAC에 대해서 좀더 포괄적으로 설명을 해 드리도록 하겠습니다 

 

HVAC의 의미(약어 해석부터 정확히)

HVAC는 다음 세 단어의 약어입니다.

• H (Heating) : 난방
• V (Ventilation) : 환기
• A/C (Air Conditioning) : 공기조화(냉방 + 공기질 제어)

여기서 중요한 점은 Air Conditioning은 단순히 ‘냉방’이 아니라 ‘공기 상태를 목적에 맞게 조절하는 것’을 의미한다는 점입니다.
즉 HVAC란,

실내 공간의 공기 상태(온도·습도·청정도·기류·압력)를 목표 조건으로 만들어 지속적으로 유지하는 종합 환경 제어 시스템

을 뜻합니다.

 

왜 Heating / Ventilation / Air Conditioning을 묶어서 부르는가

공기는 하나의 물리 시스템이기 때문에,
온도·습도·기류·청정도·압력은 서로 분리해서 제어할 수 없습니다.

예를 들면:

• 난방을 하면 → 습도가 떨어짐
• 환기를 늘리면 → 온도·청정도·압력이 변함
• 냉방을 하면 → 결로·습도·기류가 함께 바뀜

따라서 HVAC는

• 난방 설비
• 환기 설비
• 냉방 설비

를 각각 따로 보는 것이 아니라,
"공기라는 하나의 매체를 통합적으로 제어하는 시스템”으로 묶어 관리합니다.

 

HVAC의 본질적 역할: ‘쾌적함’이 아니라 ‘환경 유지’

일반 건물에서는 HVAC의 목적을 “쾌적함”으로 이해하는 경우가 많습니다.
하지만 클린룸·산업 시설·공정 환경에서 HVAC의 목적은 전혀 다릅니다.

핵심 정의 하자면 HVAC는 사람을 위한 설비가 아니라, 공정·제품·품질을 위한 설비이다.

즉, HVAC는 다음을 보증하기 위해 존재합니다.

• 공정이 요구하는 온도 편차 유지
• 장비가 요구하는 습도 안정성
• 제품이 요구하는 입자·미생물 제어
• 공간이 요구하는 압력 차 유지
• 오염 확산을 막는 기류 방향 제어

클린룸에서 HVAC가 수행하는 구체적 역할

온도 제어 (Temperature Control)

• 공정 정밀도 확보
• 장비 열 발생 상쇄
• 재료 특성 안정화

클린룸에서는 ±1℃, 심지어 ±0.5℃ 이내 제어가 요구되며
이는 일반 사무실 HVAC와 차원이 다릅니다.

 

습도 제어 (Humidity Control)

• 정전기(ESD) 방지
• 재료 변형 방지
• 미생물 증식 억제

특히 반도체·디스플레이·바이오 공정에서는
습도 편차 자체가 불량 원인이 됩니다.

 

청정도 유지 (Air Cleanliness)

• HEPA / ULPA 필터를 통한 입자 제거
• 분자 오염(MC) 관리
• 미생물 제어(GMP 환경)

여기서 HVAC는 단순 송풍이 아니라
필터링 + 순환 + 희석 + 배출의 종합 시스템입니다.

 

기류 제어 (Airflow Control)

• 오염원을 한 방향으로 쓸어냄
• 재비산 방지
• 작업자 → 제품 방향 오염 차단

Laminar Flow, Turbulent Flow 설계는
HVAC 설계의 핵심 영역입니다.

 

압력 차 유지 (Pressure Cascade)

• 청정 구역 → 덜 청정 구역으로 공기 흐름 유도
• 외부 오염 유입 차단
• 교차 오염 방지

이는 HVAC 없이는 절대 구현할 수 없는 기능입니다.

 

HVAC “용량”이 의미하는 것

HVAC 용량은 단순히 “크기”나 “마력”이 아닙니다.
다음 요소를 모두 포함한 개념입니다.

• 필요한 풍량(Air Volume)
• 필요한 열 제거 능력(Cooling/Heating Load)
• 필요한 환기 횟수(ACH)
• 필터 압력 손실 보상 능력
• 공정 부하 + 인원 부하 + 장비 부하

즉, HVAC 용량 = 목표 환경을 무너뜨리지 않고 지속 유지할 수 있는 힘

이라고 이해하면 정확합니다.

 

HVAC 구성의 의미

HVAC 구성은 단순한 설비 나열이 아니라
환경 유지 논리를 하드웨어로 구현한 결과입니다.

• AHU / MAU
• 냉동기 / 보일러
• 가습·제습기
• 덕트 시스템
• 필터 단계(Pre / HEPA / ULPA)
• 제어 시스템(BMS / EMS)

이 모든 구성은“얼마나 깨끗하게, 얼마나 안정적으로, 얼마나 오래 유지할 것인가”라는 질문에 대한 답입니다.

 

한 문장으로 정리하면

클린룸 오염제어을 위한 HVAC는 공기를 움직이는 설비가 아니라, 공정·품질·안전을 지탱하는 환경 제어 인프라이다.

그래서 클린룸, 반도체, 바이오, 제약 산업에서
HVAC 설비 용량과 구성은 비용 항목이 아니라 기술 경쟁력으로 취급됩니다.

3. 작업 면적(㎡)과 층고(높이)

클린룸 면적이 넓을수록 비용이 증가하는 것은 당연하지만, 사실 층고 또한 매우 중요하다.

• 층고가 높을수록 → 덕트 수량 증가, 제어범위 확장, 조명·전력 배선 등이 대폭 증가
• 반도체/디스플레이 FAB처럼 층고 6m 이상 구조 → HVAC와 덕트 설비 예산이 폭증
• 바이오 시설도 Grade A·B는 장비가 대형이어서 층고 비용이 증가

일반적으로 비용은 바닥 면적보다 공조 용량(공간적 볼륨)에 더 민감하다.

4. 공정 특성 및 오염원 수준

클린룸 오염제어에서는 어떤 공정이 들어가는지에 따라 비용은 크게 달라진다.
예를 들어:

● 반도체·디스플레이

• 나노 패턴 공정 → 초고청정 ISO 4~5 요구
• 고정밀 장비 → 진동·온도·분자 오염 제어 필요
• 화학약품 처리 구역 → 배기(Ventilation) 강화

● 바이오·제약

• 무균 충전(Aseptic Filling)
• 세포 배양·단백질 생산(생물안전 요구)
• 엔도톡신 관리(WFI 시스템 포함)
• GMP Annex 1 규정 준수

● 2차전지

• 수분 제어(1% RH 이하 Dry Room)
• 특수 제습기 및 기밀 구조 필요

즉, “어떤 오염원을 제어해야 하는가”가 클린룸 전체 시스템의 규모와 기술 수준을 결정한다.

5. 필터 종류와 수량 (HEPA · ULPA)

클린룸의 핵심은 필터링 시스템이다.
특히 고등급 클린룸에서는 아래 요소가 비용을 높인다.

• HEPA(H13~H14) 또는 ULPA(U15~U17) 등급 선택
• 천장 전체를 FFU(Fan Filter Unit)로 구성
• 1,000m² 기준 FFU 500~1,500개까지 설치
• 주기적인 교체 비용까지 포함

ISO 5 이하나 GMP Grade A에서는 ULPA 필터 요구로 인해 필터 비용이 비약적으로 상승한다.

6. 압력 제어 및 기류 방식 (Laminar Flow vs Turbulent Flow)

기류 방식은 비용에 직결된다.

 

■ 층류(One-way Flow, Laminar Flow)

• 반도체 및 무균 충전
• 공조 용량 2~5배 상승
• 천장 FFU 100% 설치
• 바닥/벽 쪽 리턴 에어 설비 필요
  → 매우 고비용 구조

■ 난류 혼합(Turbulent Flow)

• 일반 제조·포장 구역
• 공조 부하가 낮아 비용 절감

또한 압력 단계(Pressure Cascade) 구성도 비용 증가 요인이다.

7. 설비 밸리데이션 및 인증 비용

특히 GMP 클린룸은 “설치된 장비가 규정대로 작동하는지”를 검증해야 한다.

• DQ: 설계 검증
• IQ: 설치 검증
• OQ: 운영 검증
• PQ: 성능 검증
• Media Fill Test(무균 충전 검증)
• 환경 모니터링 적합성 시험

이 과정에는 외부 전문가, 장비 시험, 제균 검증 등 상당한 비용이 추가된다.
반면 일반 산업용 클린룸은 ISO 기준 시험으로 끝나기 때문에 비용이 상대적으로 낮다.

8. 유지관리·에너지 비용까지 고려한 설계 여부

클린룸의 특징은 “지어 놓고 끝나는 시설이 아니다”라는 점이다.

• 필터 교체 주기
• AHU 세척 및 점검
• 압력 검증
• 미생물·입자 모니터링
• 대용량 전력 소모

특히 반도체·바이오 클린룸은
운영 비용(OPEX)이 구축 비용(CAPEX)보다 더 큰 경우도 흔하다.

따라서 설계 단계에서

• 에너지 효율
• FFU 인버터 적용
• 회수 공조 시스템
• 최적화된 압력 스테이징
  을 포함해야 실제 비용을 절감할 수 있다.