클린룸 오염제어 - 공기정화장치(Air Cleaner)의 종류와 성능 비교

클린룸 오염제어 공기정화장치(Air Cleaner)의 종류와 성능 비교 완전 가이드

클린룸 오염제어를 위한 공기정화장치(Air Cleaner)는 실내 공기 중에 존재하는 입자상 오염물질과 분자상 오염물질을 제거하기 위해 사용되는 핵심 환경 제어 장치다. 일반 건축물에서는 쾌적성 확보가 주목적이지만, 클린룸·제조시설·의료·바이오·반도체 산업에서는 공정 품질과 직접적으로 연결되는 필수 설비로 간주된다. 공기정화장치는 단일 기술이 아닌 다양한 제거 메커니즘의 조합으로 구성되며, 제거 대상 오염물의 종류와 농도에 따라 적절한 방식이 선택되어야 한다.

클린룸 오염제어를 위한 대표적인 공기정화장치 3종류 그림

1. 공기정화장치의 기본 개념과 분류 체계

핵심 요약

• 입자 제거형 / 가스 제거형 / 복합형으로 분류
• 적용 환경에 따라 기술 선택 기준 상이
• 필터 기반 방식이 가장 보편적

클린룸 오염제어를 위한 공기정화장치는 제거 대상 오염물의 성격에 따라 크게 세 가지로 분류된다. 첫째는 먼지, 에어로졸, 미립자 등을 제거하는 입자 제거형 장치다. 둘째는 휘발성 유기화합물(VOC), 산성·염기성 가스 등을 제거하는 가스 제거형 장치이며, 셋째는 두 기능을 동시에 수행하는 복합형 공기정화장치다.

클린룸 환경에서는 입자 제어가 최우선 과제이므로 HEPA 또는 ULPA 필터 기반 장치가 주류를 이룬다. 반면 화학 공정이나 디스플레이·배터리 산업에서는 분자 오염이 품질에 영향을 미치므로 가스 제거형 공기정화장치의 비중이 증가한다. 따라서 공기정화장치는 단순한 “공기 청소기”가 아니라, 공정 요구 조건에 맞춰 선택되는 환경 제어 시스템으로 이해해야 한다.

2. 입자 제거형 공기정화장치의 종류와 특성

입자 제거 기술 요약

• 프리필터(Pre-filter) → 중성능 필터(Medium Efficiency Filter) → HEPA/ULPA 필터
• 다단 여과 구조를 통한 단계적 입자 제거
• 상위 필터 보호 및 시스템 수명 연장 목적

입자 제거형 공기정화장치는 단일 필터로 구성되지 않으며, 일반적으로 프리필터–중성능 필터–고성능 필터로 이어지는 다단 여과 구조를 채택한다. 이 중 중성능 필터는 프리필터와 HEPA/ULPA 사이에서 핵심적인 완충 역할을 수행하는 구성 요소다.

1) 프리필터(Pre-filter)

프리필터는 공기정화장치의 최전단에 설치되며, 상대적으로 큰 입자(대략 5㎛ 이상)를 제거하는 역할을 담당한다. 외기 도입부나 회수 공기 라인에 주로 적용되며, 상위 필터에 가해지는 먼지 부하를 줄여 전체 시스템의 유지관리 주기를 연장하는 기능을 한다.

2) 중성능 필터(Medium Efficiency Filter)의 정의와 역할

중성능 필터는 일반적으로 **F7~F9 등급(EN 779 기준) 또는 MERV 11~15 등급(ASHRAE 기준)**에 해당하는 필터를 의미하며, 1~5㎛ 범위의 미세 입자를 주로 제거한다. 이 필터는 고성능 필터 이전 단계에서 미세 분진을 상당 부분 제거함으로써, HEPA 또는 ULPA 필터의 수명과 성능 안정성을 확보하는 데 결정적인 역할을 한다.

중성능 필터는 단독으로 클린룸 청정도를 달성하기 위한 장치라기보다는, 고성능 공기정화 시스템의 전처리 단계로 이해하는 것이 적절하다. 이 단계가 생략될 경우, HEPA/ULPA 필터는 단기간 내에 차압 상승과 성능 저하를 겪을 가능성이 높아진다.

또한 중성능 필터는 공조기(AHU) 내부나 FFU 전단부에 설치되는 경우가 많으며, 중앙 공조 방식 클린룸에서 특히 중요하게 활용된다.

3) HEPA/ULPA 필터

HEPA 및 ULPA 필터는 입자 제거형 공기정화장치의 최종 단계로, 서브마이크론 영역의 입자를 고효율로 제거한다. HEPA 필터는 0.3㎛ 입자에 대해 99.97% 이상의 제거 효율을, ULPA 필터는 0.12㎛ 입자 기준 99.9995% 이상의 제거 성능을 요구한다. 이 필터들은 청정도 등급을 실질적으로 결정하는 핵심 요소로, 상위 단계 필터의 보호 없이는 안정적인 장기 운전이 어렵다.

입자 제거형 공기정화장치 단계별 역할 정리 표

클린룸 오염제어를 위해 가장 비싸고 고효율을 가진 필터는 ULPA 필터로써 고청정도 확보에는 필수적이다.

단계	필터 종류	주요 제거 입자 크기	주 역활
1단	프리필터	≥5㎛	큰 먼지 제거
2단	중성능 필터	1~5㎛	미세 분진 차단
3단	HEPA/ULPA	≤0.3㎛	청정도 확보

중성능 필터의 오염제어 관점 중요성 요약

• HEPA/ULPA 수명 연장
• 압력 손실 증가 속도 완화
• 유지관리 비용 절감
• 시스템 안정성 확보

3. 가스 제거형 공기정화장치의 원리와 한계

가스 제거 방식 요약

• 흡착·화학반응 기반
• 활성탄·화학 필터 사용
• 포화 관리가 핵심

가스 제거형 공기정화장치는 입자와 달리 분자 단위의 오염물질을 대상으로 한다. 대표적인 방식은 활성탄이나 특수 화학 흡착제를 사용해 VOC, 산성가스, 염기성가스를 제거하는 것이다. 일부 시스템은 촉매 반응을 통해 오염 가스를 무해한 물질로 전환하기도 한다.

이러한 장치는 반도체 공정의 분자 오염 제어, 제약 제조의 냄새 및 가스 관리에 활용된다. 다만 가스 제거형 장치는 필터 포화 시 성능이 급격히 저하될 수 있으므로, 주기적인 교체 주기 관리가 필수적이다. 또한 제거 효율은 특정 가스에 한정되는 경우가 많아, 사전에 제거 대상 물질을 명확히 정의해야 한다.

4. 복합형 공기정화장치의 성능 평가 기준

복합형 장치 핵심 요소

• 입자 + 가스 동시 제어
• 시스템 통합 설계 필요
• 유지관리 난이도 상승

복합형 공기정화장치는 입자 제거 필터와 가스 제거 필터를 하나의 장치에 통합한 형태다. 이러한 장치는 공정 오염 요구 조건이 복합적인 환경에서 사용되며, 공간 효율성과 관리 편의성을 동시에 추구한다. 그러나 필터 구성 요소가 증가함에 따라 압력 손실이 커지고, 유지관리 항목도 복잡해진다.

성능 평가는 단순 제거 효율뿐 아니라 초기 압력 손실, 운전 안정성, 필터 교체 주기, 에너지 소비량 등을 종합적으로 고려해야 한다. 특히 클린룸 적용 시에는 HVAC 시스템과의 연계성이 매우 중요하며, 독립형 장치인지 중앙 공조 시스템에 포함되는지에 따라 설계 기준이 달라진다.

5. 공기정화장치 선택을 위한 종합 성능 비교 기준

선정 기준 요약

• 제거 대상 오염물 명확화
• 요구 청정도 수준 정의
• 에너지·유지관리 비용 고려

공기정화장치 선택의 핵심은 “무엇을 제거할 것인가”에 대한 명확한 정의다. 입자가 주요 문제라면 고성능 필터 기반 장치가 적합하며, 분자 오염이 문제라면 가스 제거형 또는 복합형 장치가 필요하다. 또한 요구 청정도 수준이 높을수록 장치 성능뿐 아니라 시스템 전체의 설계 완성도가 중요해진다.

공기정화장치 성능 비교 종합 표

클린룸 오염제어를 위해 어떤 항목의 입자를 제거할것인지를 잘 선택하여 공기정화장치를 적용해야 한다.

항목	입자 제거형	가스 제거형	복합형
입자 제거	매우 우수	제한적	우수
가스 제거	불가	우수	우수
유지관리	비교적 단순	교체 관리 중요	복잡
적용 분야	클린룸	화학·제약	반도체·바이오

공기정화장치는 단독 설비가 아니라 클린룸 HVAC 시스템의 일부로 이해되어야 하며, 설계·시공·운영 전 단계에서 일관된 기준으로 검토되어야 한다. 적절한 공기정화장치 선택은 청정도 안정성 확보뿐 아니라 장기적인 운영 비용 절감과 품질 리스크 최소화에 결정적인 역할을 한다.

 

오늘은 클린룸 오염제어 공기정화장치(Air Cleaner)의 종류와 성능 비교 알아 보았는데 클린룸 내부에서는 HEPA/ULPA를 가장 많이 사용한다. 당사 에서는 ULPA 필터는 적용하지 않고 있지 않지만 반면 삼성반도체 경우에는 모두 ULPA 필터를 적용하고 있다.