KDS 설계기준 315020 클린룸설비

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클린룸 설비 설계 기준

1. 일반사항

1.1 목적

본 기준은 클린룸 설비에 필요한 최소한의 설계 지침을 제시하여, 클린룸 설비가 필요한 공간이 사용 목적에 적합하도록 유지시키는 설계 기준을 제공합니다.

1.2 적용 범위

본 기준은 산업용 시설과 바이오 관련 시설의 클린룸 설비 설계에 적용됩니다.

1.3 참조 기준

1.3.1 관련 법규

• 건설기술진흥법, 동법 시행령‧시행규칙
• 건설기술개발 및 관리 등에 관한 운영규정
• 실내공기질 관리법
• 산업안전보건법, 산업보건기준에 관한 규칙
• 건축물의 설비기준 등에 관한 규칙
• 의료법 시행규칙 시설기준(보건복지부)
• 전기사업법령, 전기공사업법령, 전력기술관리법령
• 전기설비기술기준(산업통상자원부)

1.3.2 관련 기준

• KCS 31 90 05 산업환경설비 설계기준
• KDS 31 25 15 공기조화설비 설계기준
• KDS 31 25 30 덕트설비 설계기준

상기 규정 및 기준의 적용 범위 이외의 경우에는 다음의 규정 및 기준을 참조하되, 반드시 적용된 규정 및 기준을 명기해야 합니다.

• International Mechanical Code
• 설비공학편람, 제4판, 제4권
• Federal Standard Clean Room and Work Station Requirements, Controlled Environment, FED-STD- 209D, 1988
• Federal Standard Clean Room and Work Station Requirements, Controlled Environment, FED-STD- 209E, 1992

1.4 용어의 정의

KDS 31 25 05를 따릅니다.

1.5 기호의 정의

내용 없음.

1.6 설계 고려 사항

클린룸 설비는 기본 계획 단계에서부터 철저한 검토가 필요합니다. 자연 조건, 교통 조건 등의 입지 조건, 온습도, 청정도 및 기류를 제어하는 조건, 가스 오염, 정전기, 진동, 소음 등의 요인에 대한 검토, 생산에 필요한 냉각제, 드라이에어, 진공 및 가스 등의 유틸리티, 안전 대책 등, 폭넓은 요구 항목, 그 외에 생산에 따른 배기, 폐수, 각종 폐기물의 환경에 대한 배려, 지구 온난화 방지에 관한 에너지 절약 대책 등의 기준 내용을 충분히 검토하고 아래 사항을 고려하여 설계해야 합니다.

• 외부 환경 조건, 건축적인 조건, 실내 조건, 설비적인 조건
• 클린룸 구조적 특성
• 클린룸 구역(zoning) 설정
• 클린룸 공조 설비 특성
• 클린룸 공정

1.6.1 세부 조사 항목

• 분진 발생의 원인
• 기기 발생의 발진량
• 기기 배기
• 정압의 설정
• 발열 장비 확인
• 열원 설비
• 배기 설비

1.6.2 재료 선정 및 설계 시 고려 사항

• 클린룸 내장재(Clean Panel)
• 클린룸 내장재의 종류 및 특성
• 클린룸의 전자 차폐
• 정전기 방지 대책
• 미소 진동 대책

1.6.3 공조 설비 계획 시 고려 사항

• 환경적 요구 수준의 검토
• 열부하 요소의 검토
• 필요 송풍량의 검토
• 화학 물질(Chemical) 오염 대책의 검토

1.6.4 차세대 클린룸 환경

• 인간을 위한 쾌적 설계
• 초청정화 대책
• 총 오염 제어(Total Contamination Control) 개념 도입
• 패턴의 미세화

2. 조사 및 계획

(1) 내용 없음.

3. 재료

• 냉난방 열원 장비, 공조기, 외조기, 에어 필터(전처리 필터, 중성능 필터, 고성능 필터, 초고성능 필터, 케미컬 필터, 카본 필터), FFU(팬 필터 유닛), BFU(블로어 필터 유닛), 에어 샤워, 패스 박스, 클린 부스, 클린 벤치, 차압 조정 댐퍼, 클린 라커 등이 있습니다.
• KCS 31 50 20에 따릅니다.

4. 설계

4.1 클린룸 설비의 기본적 요구 사항

4.1.1 클린룸 설비 계획 시 고려 사항

• 클린룸 설비 계획 시에는 초기 투자비, 운전비, 공사 기간, 검수 조건을 명확히 하고, 건축주는 예산을 명시하여 시공사와 상세한 검토·절충을 하고, 최종 계획 및 예산 금액을 결정합니다.
• 클린룸 건설 계획 시에 설정하는 청정도는 건설 초기 투자비 뿐만 아니라, 운전비에도 영향을 주기 때문에 건축주와 충분히 협의하고 영역마다 적정한 청정도나 합리적으로 경제적인 시스템을 계획해야 합니다.

4.1.2 클린룸 설비의 설계 순서

• 클린룸의 사용 목적을 명확히 검토하여 클린룸의 대상이 무엇인지 결정합니다.
• 설계 전 건물주와의 협의 단계에서 대상 오염 물질과 그 크기를 파악합니다.
• 대상 건물의 용도에 적합한 청정도를 설정합니다.
• 건물의 전체 계획을 수립한 후, 해당 실의 용도와 중요도에 따라 각 제실을 배치하고, 에어 샤워, 클린 벤치 등의 부대 설비와 실내 마감을 검토합니다.
• 클린룸 방식은 작업 공정, 작업 동선, 경제성, 건축적 조건과 같은 여러 조건을 충분히 고려하여 결정합니다.
• 비단일 방향류(난류 방식)은 실내 공기가 난류 상태가 되기 때문에 ISO 클린룸 규격 Class 3~5 (미국 연방 규격 클린룸 Class 1,000～100,000) 정도의 청정도가 요구되는 실에 적용합니다.
• 단일 방향류(수직, 수평 층류 방식)은 ISO 클린룸 규격 Class 2 (미국 연방 규격 클린룸 Class 100) 이상의 청정도가 요구되어지는 실에 적용합니다.
• 병용 방식은 클린 벤치와 필터 유닛 등을 사용하므로 작업대 위에서는 ISO 클린룸 규격 Class 2 (미국 연방 규격 클린룸 Class 100) 이상의 청정도가 됩니다.
• 실외 오염 물질이 실내로 침입하는 것을 방지하기 위하여 가압이 되도록 하며, 통상 차압 조절 댐퍼와 정풍량 장치를 병용합니다.
• 필터의 선정은 외기의 오염도, 실내의 발진량, 유지 보수의 편리성 등을 고려합니다. 필터 선정 후에는 실내 오염 농도를 산정하고, 선정된 필터로 요구되는 청정도가 기대되는지를 확인합니다.
• 시스템의 에너지를 절감할 수 있는 방안을 고려합니다.

4.2 클린룸 설비의 설계 방법

4.2.1 클린룸 설비 설계 계획 시 검토 항목

• 클린룸의 용도
• 청정도 기준
• 온·습도 설계 기준
• 특수 급·배기 필요 여부 확인
• 유틸리티(Utility) 라인(line)의 종류 및 필요 용량
• 시설 운용 방침
• 온·습도 제어 방법

4.2.2 클린룸 설비 방식의 선정

• 클린룸 설비 기류 방식
  • 운영 관리면: 작업역 청정도, 청정도의 유지·회복 특성, 온습도 제어성, 소음 대책, 유지 보수성, 고장 시 성능 저하 등
  • 비용면: 초기 비용, 운영 경비, 에너지 절약성 등
  • 건축, 시공면: 시공 기간, 기계실 점유 면적, 유연성(장래성도 포함) 등
• 공기 조화 방식
  • 열부하 분포나 설비비 외에 청정도나 제어성을 고려하여 방식을 선정합니다.
  • 온습도의 제어 조건이 엄한 경우나 생산 기기의 배기량이 커서 외기 취입량이 방대해질 경우에는 에너지 절약 장치나 온습도 제어성 향상을 위해 외조기를 채용을 고려 합니다.
  • 도입 외기의 온습도를 제어하기 위하여 외조기 설치를 고려합니다.
  • 분자상 오염 물질을 저감할 수 있는 에어워셔를 채용 시에 미생물의 번식이나 수질 관리 등의 문제를 고려합니다.
  • 외조기에 있어서 습도 제어를 할 경우에는 순환 공조기에 가습 기능을 달지 않는 것이 일반적입니다.
• 클린룸 설비 방식
  • 클린룸 순환 공기는 실내에서 발생한 입자나 분자상 오염 물질을 포함하고 있으므로 고성능 필터를 사용하여 오염 물질을 제거합니다.
  • 외기도 순환 공기처럼 입자나 분자상 오염 물질을 포함하고 있으므로 실 목적에 적절한 필터를 설치하여 공기를 정화합니다.

4.2.3 실압 설정?계통 분리?조닝

• 실압의 설정과 제어
  • 클린룸은 외부에서의 입자나 분자상 오염 물질의 침입을 방지하기 위해 클린룸 내를 양(+)압으로 유지할 필요가 있고, 실간 차압을 계속 유지합니다.
  • 실압의 설정 방법은 일반실에서 준 클린룸, 저 청정도 클린룸, 고 청정도 클린룸 순으로 실압이 높아지도록 계획합니다.
  • 유해 가스를 취급하는 방이나 제조 시 발생하는 분진이 다른 공정에 악영향을 미칠 수 있는 방은 청정도를 상관하지 않고, 주변 방보다 부(-)압으로 합니다.
  • 실압 및 실간 차압을 유지하기 위해서는 생산 기기의 배기량과 방으로부터의 누출 공기량의 합계치를 웃도는 외기량의 공급과 다음과 같은 제어 시스템이 필요합니다.
    • 수동 제어
      • 압력 조정 댐퍼 개폐를 수동으로 제어하고, 실내를 정압으로 제어합니다. 생산 기기의 배기량이 변했을 때는 각 댐퍼(VD) 및 압력 조정 댐퍼를 수동에 의해 재세트 합니다.
    • 외기량 제어
      • 차압 발신기에서 실간 차압(또는 실압)을 검지하고 필요 외기량 자동 제어를 합니다. 외기 계통과 리턴 계통에 설치하는 모터 댐퍼(MD)는 역 동작으로 합니다. 또는 실간 차압이 존재할 때의 개구(또는 틈)면적에 대응한 방에서의 누출 공기량을 고려한 다.
• 공기 조화 방식의 계통 분리
  • 과냉각 및 재 가열 방지 등의 에너지 절약 설계가 될 뿐만 아니라, 부하 변동에 추종하기 쉬운 합리적인 시스템 구축이 중요하므로 적절한 조닝을 합니다.
  • 조닝 방법은 클린룸의 사용 목적이나 설계 조건 등으로부터 경제성 등을 고려하여 종합적으로 판단합니다.
  • 조닝은 청정도별 조닝, 사용 시간대별 조닝, 실내 온습도 조건별 조닝, 열부하 특성별 조닝, 사용 화학 물질별 조닝으로 나눌 수 있습니다.
• 생산 기기 배기의 계통 분리
  • 클린룸의 생산 기기에서 발생되는 산, 알카리, 알콜·유기 액제류, 재료 가스류 등의 배기 계통은 분리합니다.

4.2.4 레이아웃의 검토?필터의 선정

• 취출구·흡입구의 배치 검토
  • 취출구 및 흡입구의 배치는 실내의 공기들이 원활히 환기될 수 있도록 배치합니다.
  • 비단일 방향류 방식의 취출구·흡입구
    • 비단일 방향류 방식의 취출구는 평면적으로 많이 설치하는 편이 기류가 정체됨을 적게 할 수 있으므로 바람직합니다. 실제로는 비용이나 시공성을 고려하여 3~4m마다 한 군데씩 설치합니다.
    • 취출구의 형상은 유인이 적고 또 확산 반경이 큰 것으로 합니다.
    • 흡입구 개수는 취출구 개수보다 적어도 됩니다.
    • 취출구·흡입구의 위치·개수를 검토할 때에 유의점은 아래와 같습니다.
      • 벽에서 내뿜기·벽에서 빨아들이기, 또는 천정에서 내뿜기·천정에서 빨아들이기로 할 경우에는 쇼트 서킷(공급된 청정 공기가 클린룸내의 환기에 기여하지 못하고, 배기되어 버리는 것)가 일어나지 않을지를 충분히 검토합니다.
      • 흡입구를 한쪽으로 치우치게 배치하면 흐름 정체가 발생하기 쉽기 때문에 가급적 균일하게 배치합니다.
      • 흡입구가 생산 기기 등에 따라 막히지 않도록 생산 기기 레이아웃을 충분히 검토합니다.
      • 바이오 클린룸의 경우에는 바닥면 물청소를 많이 하기 때문에 바닥면에 흡입구를 설치하는 것은 바람직하지 않습니다.
  • 수직 단일 방향류 방식 취출구·흡입구
    • 수직 단일 방향류 방식에서는 취출구가 천정 전면(80%이상), 흡입구가 그레이팅 구조로 만들어진 바닥으로 구성합니다.
    • 기류 분포의 문제에 대해서는 기류 시뮬레이션을 이용한 해석으로 시공 전에 기류의 문제점을 확인하고, 개선안을 검토해야 합니다.
  • 혼재류 방식의 취출구·흡입구
    • 혼재류 방식은 위 두 방식의 조합이기 때문에 배치 방법이나 유의점 등은 기본적으로 같으나, 클린 부스나 클린 벤치의 배치에 따라 단일 방향류 부분을 결정한 다.
    • 클린 부스나 클린 벤치의 흡입구는 거의 대부분이 상부나 측면에 설치되므로 서로 간섭하거나, 비단일 방향류 측 취출구에서의 청정 공기를 끌어들여 청정 공기가 쇼트 서킷(short circuit)이 되지 않도록 하며, 비단일 방향류 영역과 단일 방향류 영역이 서로 간의 간섭이 적어지도록 각각의 취출구·흡입구의 배치를 계획해야 합니다.
• 입자 제거용 에어 필터의 선정
  • 클린룸에 있어서 가장 중요한 역할을 하는 것이 입자 제거용 에어 필터인데, 에어 필터를 급기 덕트 안이나 취출구에 설치함으로서 청정한 공기가 공급될 수 있고, 클린룸의 청정도를 유지해야 합니다.
  • 필터는 초고성능(ULPA) 필터, 고성능(HEPA) 필터, 준 고성능(준 HEPA) 필터, 중성능(Medium) 필터, 프리(Pre) 필터가 있는데, 동일 필터라도 취출 풍속에 따라 효율이나 저항치가 바뀌기 때문에 시스템에 맞춰 필터를 선정해야 합니다.
• 케미컬 에어 필터의 선정
  • 반도체용 클린룸에서는 제품의 미세화에 따라 제어 대상이 입자에서 분자상 오염 물질로 전환되고 있으므로 외조기나 순환 공조기 내 또는 FFU 등에 입자 제거용 에어 필터와 분자상 오염 물질 제거용 케미컬 에어 필터의 조합을 고려할 수 있습니다.
  • 케미컬 에어 필터는 설치해도 효과적인 오염 물질 제거를 할 수 없을 뿐만 아니라, 반대로 오염을 확대시킬 우려도 있기 때문에 선정할 때에는 충분히 유의해야 합니다.

4.2.5 열부하의 산출

• 고도의 온습도 제어를 요구하는 클린룸에서는 실내 열부하의 자세한 계산이 필요합니다.
• 기본적인 실내 열부하의 계산 방법은 KDS 31 25 05에 따릅니다.

4.2.6 풍량?수량의 산출

• 외기도입량의 산출은 클린룸 실내를 정압으로 유지하기 위해 일반적으로 환기 회수 상당으로 1~2회/h로 하고, 클린룸 형상, 사람·제품의 출입의 빈도 등에 의해 증감하는 필요한 외기량과 생산 기기 사양에 표시된 수치를 합산하여 구하는 생산 기기 배기량의 합계로 구합니다.
• 송풍량의 산출 방법은 클린룸의 기류 방식에 의해 달리 구합니다.
  • 비단일 방향류 방식의 송풍량은 청정도(환기 회수)에서 산출되는 량, 실내 열부하에서 산출되는 양, 외기도입량의 3가지를 비교하여 최대치가 되는 것을 송풍량으로 결정합니다.
  • 단일 방향류 방식과 혼재류 방식에서의 단일 방향류 부분의 송풍량은 실내 기류 속도와 바닥 면적으로 송풍량을 결정합니다. 그리고 통상 사용되는 기류 속도는 수직 단일 방향류 방식이 0.25~0.5m/s, 수평 단일 방향류 방식이 0.45~0.5m/s입니다. 또 클린룸 ISO 규격(ISO14644-4)은 기류 속도를 0.2~0.5m/s로 하고 있습니다.
• 수량의 산출
  • 냉수량, 온수량, 가습용 증기량의 산출 방법은 KDS 31 25 10에 따릅니다.

4.2.7 기기의 선정

• 외 조 기
  • 외조기를 설치하는 목적은 외기에 포함된 입자의 제거, 들어오는 외기의 열부하 제거와 노점 제어, 해염 입자의 제거, 외기에 포함된 분자상 오염 물질의 제거 등에 있습니다. 설치하는 외조기에 상기의 모든 능력을 가지게 할 필요는 없고, 설계 조건이나 환경 조건에 적합하도록 필요한 기능을 선정하면 됩니다. 또, 외조기의 기내 압력 손실이 큰 경우에는 외조기에 팬을 설치합니다.
• 순환용 공조기
  • 외조기의 기능에 따라 순환용 공조기의 기능이 결정되지만, 순환용 공조기의 큰 목적은 환기와 외기를 혼합 처리하여 실내 환경 조건에 대응해야 합니다.
• 순환 송풍기
  • 순환 송풍기의 선정 방법 및 유의점에 대해서는 일반 공조의 경우와 같습니다.
• 생산 기기 배기용 팬
  • 생산 기기 배기용 팬의 선정 방법도 전술한 팬의 선정 방법과 기본적으로 같습니다. 단, 배기에 포함된 가스 성분에 따라 팬의 재질이나 사양 등에 미치는 영향과 부식이나 폭발 등의 문제에 대한 대책을 세워야만 합니다.
• 열원 기기
  • 열원 기기의 선정은 클린룸 특성을 고려하여 KDS 31 25 10에 따릅니다.
  • 냉동기의 선정
    • 냉동기를 선정할 때의 냉동기 부하, 냉수 및 냉각수 출입구 온도, 필요 냉수량, 냉동기 동력원 등을 고려합니다.
  • 보일러의 선정
    • 보일러를 선정 할 때에는 난방·급탕 부하, 온수 출입구 온도 및 증기 압력, 연료 종류 등을 고려하여 결정합니다.
  • 자동 제어 방식의 선정
    • 환경 조건의 효율적인 유지 보전 및 합리적인 에너지 이용이 가능하고, 에너지 절약과 자원 절약의 지원을 위해서 자동 제어 항목이나 방법을 적합하게 선정합니다.

4.2.8 에너지 절약 대책

• 클린룸의 냉방 부하는 실내 기기 발열량, 외기도입량(=기기 배기량), 공기 반송 동력 등이 크기 때문에 일반 오피스 빌딩의 5~10배 이상으로 훨씬 크고, 24시간 운전할 경우가 많기 때문에 에너지 절약적인 요소를 반드시 고려해야 합니다.
• 클린룸의 에너지 절약 대책은 여러 가지의 항목을 검토하여 실시합니다. 그 항목은 열원 계, 반송 계로 집약됩니다.
  • 중간기에 실내 온도 보다 낮은 외기를 도입하여 냉방 부하를 절약하는 외기 냉방 시스템을 적용합니다.
  • 실내 배기열, 장비 배기열을 회수하여 공조기 부하 감소시키는 폐열 회수 시스템을 적용합니다.
  • 기타의 에너지 절감 대책은 송풍기 풍량 제어, 덕트 내의 정풍량(CAV) 및 변풍량(VAV) 시스템 적용, 열교환기(Heat Exchanger) 사용, 보온의 강화, 장치 용량의 최적 설계, 불필요한 배기 장치, 누기(Air Leak)의 방지 등을 적용합니다.

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