공조냉동기계기술사/133회 기출문제 풀이

4-4. 클린룸의 4대원칙을 설명하고 클린룸에서의 공조 에너지절약기술의 방법을 반송동력부문과 열원부문으로 구분하여 설명하시오.

onha09 2025. 3. 25. 15:38
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1. 클린룸의 4대 원칙

클린룸은 특정 환경 조건(온도, 습도, 압력, 기류, 조도 등)과 함께 공기 중의 입자 수를 엄격하게 관리하는 특수하게 설계된 공간입니다. 이러한 청정도를 유지하기 위한 4대 원칙은 다음과 같습니다.

  1. 희석 (Dilution):
    • 클린룸 내부에서 발생하는 미세 입자들을 지속적으로 깨끗한 공기로 희석하여 농도를 낮추는 원리입니다.
    • 고성능 필터(HEPA 또는 ULPA 필터)를 통과한 청정한 공기를 다량으로 클린룸 내부에 공급하고, 오염된 공기를 배출함으로써 입자 농도를 목표 수준 이하로 유지합니다.
    • 공기 순환 횟수(Air Change Rate, ACR)를 높여 희석 효과를 극대화합니다.
  2. 차단 (Exclusion):
    • 외부의 오염된 공기나 입자가 클린룸 내부로 유입되는 것을 근본적으로 차단하는 원리입니다.
    • 클린룸의 벽, 천장, 바닥, 출입문 등을 밀폐 구조로 설계하여 외부와의 공기 흐름을 최소화합니다.
    • 출입 시 에어 샤워, 패스 박스 등을 설치하여 작업자나 물품을 통해 유입되는 오염 물질을 제거합니다.
    • 클린룸 내부를 외부보다 높은 압력으로 유지하여 공기가 외부로만 흐르도록 합니다.
  3. 격리 (Containment):
    • 클린룸 내부의 특정 공정이나 장비에서 발생하는 고농도의 오염 물질이 다른 청정 구역으로 확산되는 것을 방지하는 원리입니다.
    • 오염 발생 가능성이 높은 공정은 별도의 격리된 공간(크린벤치, 안전 작업대 등)에서 수행합니다.
    • 국소 배기 시스템을 설치하여 발생된 오염 물질을 즉시 포집하여 외부로 배출합니다.
    • 클린룸 내부를 청정도 등급에 따라 구획하여 오염 확산을 방지합니다.
  4. 청소 (Cleaning):
    • 클린룸 내부 표면에 축적된 미세 입자들을 정기적으로 제거하여 재비산되는 것을 방지하는 원리입니다.
    • 클린룸 전용의 청소 도구 및 세정제를 사용하여 표면을 청결하게 유지합니다.
    • 작업자의 움직임을 최소화하고, 클린룸 전용 복장을 착용하여 인체로부터 발생하는 오염을 줄입니다.
    • 정기적인 환경 모니터링을 통해 청정도 유지 상태를 확인하고 필요한 조치를 취합니다.

 

2. 클린룸 공조 에너지절약기술

클린룸은 엄격한 환경 유지를 위해 많은 에너지를 소비하므로 에너지 절약 기술 적용이 중요합니다. 반송 동력 부문과 열원 부문으로 구분하여 에너지 절약 방법을 설명합니다.

가. 반송 동력 부문 에너지절약기술

반송 동력은 주로 공기 순환을 위한 팬(Fan)의 운전에 필요한 에너지입니다.

  1. 가변 풍량(VAV) 시스템 적용:
    • 클린룸의 부하 변동에 따라 공기량을 조절하여 불필요한 송풍 에너지 소비를 줄입니다.
    • 재실 인원, 생산량 변화 등에 따라 필요한 청정도를 유지하면서 최소한의 공기량으로 운전합니다.
  2. 고효율 팬 및 모터 적용:
    • 기존 팬보다 효율이 높은 팬(예: 플러그 팬, EC 팬)을 사용하여 동일한 풍량을 공급하는 데 필요한 동력을 줄입니다.
    • 고효율 모터를 사용하여 전력 소비를 최소화합니다.
  3. 덕트 설계 최적화:
    • 덕트의 마찰 손실을 줄이기 위해 직선화, 곡관부 최소화, 적절한 덕트 크기 선정 등을 통해 팬의 운전 압력을 낮춥니다.
  4. 팬 어레이 시스템 적용:
    • 대형 팬 하나 대신 여러 개의 소형 팬을 병렬로 설치하여 부분 부하 운전 효율을 높이고, 시스템의 신뢰성을 향상시킵니다.
  5. 디퓨저 및 필터 압력 손실 최소화:
    • 압력 손실이 적은 고성능 디퓨저 및 필터를 선정하여 팬의 운전 부담을 줄입니다.
    • 필터의 차압을 주기적으로 모니터링하여 적절한 시기에 교체함으로써 불필요한 압력 상승을 방지합니다.
  6. 송풍기 회전수 제어:
    • 인버터 등을 이용하여 팬의 회전수를 조절하여 필요한 풍량만큼만 공급함으로써 에너지 소비를 줄입니다.

나. 열원 부문 에너지절약기술

열원은 주로 냉난방 및 제습에 필요한 에너지입니다.

  1. 외기 냉방(Free Cooling) 활용:
    • 외부 공기의 온습도가 클린룸 냉방 부하보다 낮을 때, 외기를 도입하여 냉방 에너지를 절감합니다.
    • 외기 도입 시 필터링을 강화하여 청정도를 유지해야 합니다.
  2. 현열 회수형 환기 장치(HRV/ERV) 적용:
    • 배출되는 공기의 열을 이용하여 유입되는 외기를 예열 또는 예냉함으로써 냉난방 부하를 줄입니다.
    • 전열 교환 방식의 장치를 사용하여 잠열까지 회수하면 제습 부하 절감에도 효과적입니다.
  3. 고효율 냉동기 및 보일러 적용:
    • 에너지 효율이 높은 냉동기(예: 터보 냉동기, 흡수식 냉동기) 및 보일러를 사용하여 냉난방 에너지 소비를 줄입니다.
  4. 축열 시스템 활용:
    • 야간 등 냉방 부하가 적은 시간대에 냉열을 축적하여 주간 피크 부하 시 활용함으로써 냉동기 용량을 줄이고 운전 효율을 높입니다.
  5. 제습 방식 최적화:
    • 냉각 제습 외에 데시칸트 제습 방식 등 고효율 제습 시스템을 적용하여 에너지 소비를 줄입니다.
  6. 냉각탑 효율 향상:
    • 냉각탑의 성능을 주기적으로 점검하고 청소하여 냉각수 온도를 낮춤으로써 냉동기 효율을 향상시킵니다.
  7. 단열 강화:
    • 클린룸의 벽체, 천장, 바닥 등의 단열 성능을 강화하여 외부로부터의 열 침입 및 손실을 최소화함으로써 냉난방 부하를 줄입니다.
  8. 실내 온도 및 습도 최적화:
    • 제품 생산 및 작업 환경에 필요한 최소한의 온도 및 습도 기준을 설정하여 불필요한 냉난방 에너지 소비를 줄입니다.
  9. 폐열 회수:
    • 클린룸 내부 장비나 공정에서 발생하는 폐열을 회수하여 급수 예열 등에 활용합니다.

이러한 에너지 절약 기술들을 종합적으로 적용하여 클린룸의 운전 비용을 절감하고 지속 가능한 클린룸 환경을 구축할 수 있습니다.

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