클린룸 오염제어 - 환기 횟수(ACH) 계산과 최적값 설정

클린룸 오염제어를 위한 환기 횟수(ACH) 계산과 최적값 설정 완전 가이드

환기 횟수(ACH, Air Changes per Hour)는 클린룸 HVAC 설계에서 청정도 형성 능력을 정량적으로 평가하는 핵심 지표다. ACH는 클린룸 오염제어를 위해 일정 시간 동안 실내 공기가 몇 번 교체되는지를 나타내며, 입자 제거 속도, 오염 희석 능력, 차압 안정성에 직접적인 영향을 미친다. 그러나 ACH는 단순히 “높을수록 좋은 값”이 아니며, 과도하거나 부족한 설정 모두 청정도와 운영 효율을 저하시킬 수 있다. 따라서 ACH는 클린룸의 청정도 등급, 기류 방식, 공정 특성에 기반해 최적값으로 설계되어야 한다.

클린룸 오염제어를 위한 공기환기 횟수(ACH)를 표현한 그림

1. 환기 횟수(ACH)의 정의와 클린룸에서의 의미

핵심 요약

• ACH는 1시간당 실내 공기 교체 횟수
• 청정도 형성 속도를 나타내는 대표 지표
• HVAC 성능의 결과값이자 설계 기준

ACH는 실내로 공급되는 공기량을 공간 체적으로 나눈 값으로 정의된다. 즉, 단위 시간 동안 얼마만큼의 신선 공기 또는 정화된 공기가 실내로 유입되는지를 수치로 표현한 것이다. 일반 건축물에서는 쾌적성 확보가 목적이지만, 클린룸에서는 클린룸 오염제어 및 입자 제거, 오염 희석이 주요 목적이 된다.

클린룸에서 ACH는 입자가 발생했을 때 이를 얼마나 빠르게 제거할 수 있는지를 간접적으로 나타낸다. ACH가 높을수록 오염 제거 속도는 빨라지지만, 이는 동시에 풍량 증가, 에너지 소비 증가, 기류 불안정이라는 부작용을 동반한다. 따라서 ACH는 청정도 달성을 위한 최소 요구치와 시스템 안정성을 동시에 만족해야 하는 설계 변수다.

2. 환기 횟수(ACH) 계산 방법과 기본 공식

계산 절차 요약

• 공간 체적 산정
• 공급 풍량 확인
• 단위 변환 후 ACH 산출

ACH는 다음의 기본 공식으로 계산된다.

ACH = (시간당 공급 풍량) ÷ (실내 체적)

여기서 공급 풍량은 m³/h 단위로 환산되어야 하며, 실내 체적은 클린룸 유효 공간 기준으로 산정한다. 천장 플리넘이나 장비 하부 등 실질적인 공기 교환이 이루어지지 않는 공간은 제외하는 것이 일반적이다.

ACH 계산 시 주의해야 할 점은 “이론적 풍량”과 “실제 유효 풍량”의 차이다. 필터 차압 증가, 덕트 손실, 누설 등으로 인해 실제 실내에 도달하는 풍량은 설계값보다 낮아질 수 있다. 따라서 ACH 계산은 설계 단계뿐 아니라 시운전 및 운영 단계에서도 반복적으로 검증되어야 한다.

ACH 계산 예시 표

항목	값
클린룸 면적	100 m²
유효 높이	3 m
실내 체적	300 m³
공급 풍량	18,000 m³/h
계산된 ACH	60 ACH

클린룸 환기횟수(ACH, Air Changes per Hour)의 기본 계산식은 아래와 같습니다.

ACH = (공급풍량 × 60) ÷ 실내 체적

설명

• 공급풍량(CFM 또는 CMH)을 시간 단위 공기량으로 환산
• 실내 체적 = 바닥면적 × 실내높이
• 결과값 = 1시간 동안 실내 공기가 몇 번 완전히 교환되는지

단위별 예시

• 공급 풍량이 **CMH(m³/h)**일 경우
  → ACH = CMH ÷ 실내 체적(m³)
• 공급 풍량이 **CFM(ft³/min)**일 경우
  → ACH = (CFM × 60) ÷ 실내 체적(ft³)

즉, 시간당 공급되는 공기량을 실내 전체 부피로 나눈 값이 ACH입니다.

3. 청정도 등급별 ACH 권장 범위와 단위 해석

핵심 요약

• ACH는 시간당 공기 교체 횟수(1/h) 를 의미
• ISO 청정도 등급, 기류 방식, 공정 특성에 따라 범위가 달라짐
• 고청정 등급일수록 높은 ACH 요구

ACH(Air Changes per Hour)는 1시간 동안 실내 공기 체적이 몇 번 교체되는지를 나타내는 무차원 지표로, 단위는 일반적으로 1/h 또는 h⁻¹로 표기된다. 예를 들어 ACH가 60이라는 것은, 이론적으로 해당 공간의 공기가 1시간 동안 60회 교체되는 수준의 풍량이 공급된다는 의미다. 이 값은 실제 공기가 완전히 치환되는 횟수를 의미하기보다는, 환기 강도를 나타내는 상대적 지표로 이해하는 것이 적절하다.

클린룸에서 ACH의 적정 범위는 ISO 14644 청정도 등급과 밀접하게 연관되며, 동시에 기류 방식(Unidirectional / Non-unidirectional)과 내부 오염 발생량에 따라 달라진다. 동일한 ISO 등급이라 하더라도 작업자 밀도, 장비 발열, 공정 입자 발생 특성에 따라 설계 ACH는 차이를 보일 수 있다.

클린룸 오염제어에 있어서 ACH 가 높을 수록 유리한 반면 그만큼 공조 효율비용은 증가함으로 최적화가 필요하다.

 

ISO 14644 청정도 등급별 ACH 권장 범위(세분화 표)

ISO	등급대표 적용 분야	기류 방식	일반적 ACH 범위 (1/h)	설계 시 고려 사항
ISO Class 3	초미세 반도체	단방향	600 이상	기류 속도 기준 병행
ISO Class 4	반도체 노광	단방향	480 ~ 600	FFU 밀도 중요
ISO Class 5	반도체·바이오	혼합/단방향	240 ~ 480	입자 발생량 영향 큼
ISO Class 6	정밀 조립	혼합	90 ~ 180	회수 구조 중요
ISO Class 7	일반 클린룸	혼합	30 ~ 60	에너지 최적화 고려
ISO Class 8	지원·조립 구역	혼합	10 ~ 20	환기 균일성 중요

단방향(Unidirectional Flow) 클린룸의 경우, 실제 설계 기준은 ACH보다 기류 속도(m/s) 가 우선 적용된다. 이 경우 ACH는 기류 속도와 공간 높이로부터 결과적으로 산출되는 보조 지표로 활용된다. 반면 비단방향(Non-unidirectional Flow) 클린룸에서는 ACH가 청정도 달성의 핵심 설계 기준으로 작용하며, 공기 혼합 효율과 회수 위치 설계가 함께 검토되어야 한다.

ACH 값은 단순히 “높을수록 좋은 수치”가 아니라, 목표 청정도 달성과 에너지 효율, 차압 안정성 간의 균형점에서 결정되어야 한다. 과도한 ACH는 기류 난류와 에너지 낭비를 초래할 수 있으며, 부족한 ACH는 오염 제거 지연과 청정도 불안정으로 이어질 수 있다. 따라서 청정도 등급별 ACH 범위는 설계의 출발점으로 활용하고, 실제 최적값은 공정 조건을 반영해 조정하는 것이 바람직하다.

4. 환기 횟수(ACH) 과다·과소 설정의 문제점

문제 유형 요약

• 과다 ACH: 에너지 낭비, 기류 불안정
• 과소 ACH: 입자 축적, 청정도 미달
• 운영 비용과 품질 리스크 동시 증가

ACH를 과도하게 설정하면 오염 제거 속도는 빨라질 수 있으나, 에너지 소비 증가와 함께 기류 난류가 발생할 가능성이 높아진다. 이는 오히려 입자 재부유를 유발해 국부 청정도 저하로 이어질 수 있다. 또한 팬과 필터의 부하가 증가해 유지관리 비용이 상승한다.

반대로 ACH가 부족할 경우 내부에서 발생한 오염원이 충분히 희석·제거되지 못하고 체류하게 된다. 이는 공정 안정성을 저하시킬 뿐 아니라, 청정도 검증 실패로 이어질 수 있다. 따라서 ACH는 “최대값”이 아니라 “최적값”을 목표로 설정해야 한다.

5. 최적 환기 횟수(ACH) 설정을 위한 설계 전략

최적화 전략 요약

• 청정도 등급 + 공정 특성 동시 고려
• 기류 방식과 배치 설계 연계
• 에너지 효율과 유지관리성 반영

최적 ACH 설정을 위해서는 청정도 등급뿐 아니라 클린룸 오염제어에 있어서 공정에서 발생하는 입자량, 장비 발열, 작업자 수, 기류 패턴을 종합적으로 고려해야 한다. 동일한 ISO 등급이라도 입자 발생이 많은 공정은 더 높은 ACH가 필요할 수 있다.

또한 ACH는 FFU 배치 밀도, 덕트 설계, 차압 전략과 연계되어야 한다. ACH만 높이고 차압이나 회수 구조가 불완전할 경우 청정도 안정성은 확보되지 않는다. 최근에는 에너지 절감을 위해 가변 풍량 제어(VAV)와 실시간 모니터링을 통해 ACH를 동적으로 관리하는 설계도 확대되고 있다.

6. 환기 횟수(ACH) 설정의 종합 정리

환기 횟수(ACH)는 클린룸 청정도를 수치로 설명하는 핵심 지표이지만, 단독으로 청정도를 보장하는 절대 기준은 아니다. ACH는 기류 방식, 차압 설계, 필터 성능, 공간 구성과 유기적으로 연결되어야 한다. 최적의 ACH 설정은 청정도 달성과 에너지 효율, 운영 안정성을 동시에 만족시키는 균형점에서 결정되어야 하며, 이는 클린룸 HVAC 설계의 핵심 판단 영역으로 간주된다.

클린룸 오염제어를 위해 무작성 환기횟수를 증가할 필요는 없으나 그렇다라고 해서 반대로 낮출 경우에는 오염제어 효율이 떨어지게 됨으로 고려를 잘 해야 한다.

 

이상 클린룸 오염제어를 위한 환기 횟수(ACH) 계산과 최적값 설정 완전 가이드 대하여 알아보았는데,

소자가 현장 경험 때 환기횟수 산출을 위해 클린룸 HEPA 필터 아래의 면풍속을 하나씩 측정해서 수백개를 측정했던 것을 생각하면 완전 쌩 노가다였던 것 같다. 지금은 모니터링 룸에서 자동 계산 되어 알 수 있는 유틸리티 제어 통제가 가능한 상태이나,

옛날 클린룸 수동 관리 인프라에서는 여전히 수동으로 환기횟수 계산을 위해 풍속계를 들고 고개 빳빳이 세워 HEPA 필터 밑에서 고생한 적이 아련한 추억으로 떠오르기도 합니다.