1. 고층 클린룸의 특성 분석
(1) 고층 클린룸은 고유한 특성을 가지고 있습니다. 일반적으로 고층 클린룸은 주로 후공정에 사용되며, 대형 장비 조립에 주로 사용됩니다. 높은 청정도를 요구하지 않으며, 온도 및 습도 제어 정확도가 높지 않습니다. 또한, 생산 과정에서 장비에서 발생하는 열이 적고, 작업자가 비교적 적습니다.
(2) 높은 클린룸은 일반적으로 프레임 구조가 크고 가벼운 재료를 사용하는 경우가 많습니다. 따라서 상판은 일반적으로 큰 하중을 견디기 어렵습니다.
(3) 먼지 입자의 발생 및 분포 고층 클린룸의 경우 주요 오염원은 일반 클린룸과 다릅니다. 사람과 스포츠 장비에서 발생하는 먼지 외에도 표면 먼지가 많은 비중을 차지합니다. 문헌에서 제공하는 데이터에 따르면 사람이 정지해 있을 때 발생하는 먼지는 105개/(분·인)이고, 사람이 움직일 때 발생하는 먼지는 사람이 정지해 있을 때의 5배로 계산됩니다. 일반적인 높이의 클린룸의 경우 표면 먼지 발생량은 지면 8m²의 표면 먼지 발생량이 정지해 있는 사람의 먼지 발생량과 동일하다고 계산합니다. 고층 클린룸의 경우 정화 부하가 하부 인력 활동 영역에서 크고 상부 영역에서 작습니다. 동시에 프로젝트의 특성상 안전을 위해 적절한 안전 계수를 적용하고 예상치 못한 먼지 오염을 고려해야 합니다. 이 프로젝트의 표면 먼지 발생량은 정지해 있는 사람의 먼지 발생량과 동일한 지면 6m²의 표면 먼지 발생량을 기준으로 합니다. 본 프로젝트는 교대근무 20명을 기준으로 산정되었으며, 인원에 의한 분진 발생은 전체 분진 발생의 20%에 불과한 반면, 일반적인 클린룸의 경우 인원에 의한 분진 발생이 전체 분진 발생의 약 90%를 차지합니다.
2. 높은 작업장의 클린룸 장식
클린룸 장식은 일반적으로 클린룸 바닥, 벽 패널, 천장, 그리고 보조 공조, 조명, 방화, 급배수 및 기타 클린룸 관련 설비를 포함합니다. 클린룸의 건물 외피 및 내부 장식은 요건에 따라 기밀성이 우수하고 온도 및 습도 변화에 따른 변형이 적은 재료를 사용해야 합니다. 클린룸의 벽과 천장 장식은 다음 요건을 충족해야 합니다.
(1) 청정실의 벽과 천장의 표면은 평활하고 매끄러워 먼지가 없고 눈부심이 없으며 먼지 제거가 용이하고 요철이 적어야 한다.
(2) 클린룸은 석조 벽과 석고 벽을 사용해서는 안 됩니다. 부득이한 경우 건식 시공을 하고 고급 석고 기준을 적용해야 합니다. 석고 시공 후 페인트 표면을 도장해야 하며, 난연성, 균열 방지, 세척 가능, 매끄러움, 물 흡수, 변질, 곰팡이 발생이 어려운 페인트를 선택해야 합니다. 일반적으로 클린룸 인테리어는 주로 분체 도장된 금속 벽 패널을 내부 마감재로 사용합니다. 그러나 대형 공장의 경우, 층고가 높아 금속 벽 패널 칸막이 설치가 어렵고 강도가 약하며 비용이 많이 들고 무게를 지탱할 수 없습니다. 본 프로젝트에서는 대형 공장의 클린룸 먼지 발생 특성과 실내 청결 요건을 분석했습니다. 기존의 금속 벽 패널 내부 마감 방식은 채택하지 않았습니다. 기존 토목 공사 벽에 에폭시 코팅을 적용했으며, 전체 공간에 천장을 설치하지 않아 사용 가능한 공간을 늘렸습니다.
3. 높은 청정실의 공기 흐름 구성
문헌에 따르면, 고층 클린룸의 경우 클린룸 공조 시스템을 사용하면 시스템의 총 공기 공급량을 크게 줄일 수 있습니다. 공기량이 감소함에 따라, 더 나은 청정 공조 효과를 얻기 위해 합리적인 기류 구성을 채택하는 것이 특히 중요합니다. 공기 공급 및 순환 공기 시스템의 균일성을 보장하고, 청정 작업 공간의 와류 및 기류 소용돌이를 줄이며, 공기 공급 기류의 확산 특성을 향상시켜 공기 공급 기류의 희석 효과를 최대한 발휘해야 합니다. 10,000등급 또는 100,000등급 청정도 요건을 충족하는 고층 클린 작업장의 경우, 공항이나 전시장과 같은 넓은 공간에 노즐을 사용하는 것처럼 고층 및 대형 공간의 쾌적한 공조를 위한 설계 개념을 예로 들 수 있습니다. 노즐과 측면 공기 공급을 사용하면 기류를 장거리로 확산시킬 수 있습니다. 노즐 공기 공급은 노즐에서 분사되는 고속 제트를 이용하여 공기를 공급하는 방식입니다. 주로 고층 클린룸이나 층고가 높은 공공 건물 공간의 공조 공간에 사용됩니다. 노즐은 측면 공기 공급 방식을 채택하고 있으며, 노즐과 리턴 공기 배출구는 같은 면에 배치되어 있습니다. 공기는 공간에 설치된 여러 개의 노즐에서 더 빠른 속도와 더 큰 풍량으로 집중적으로 분사됩니다. 제트는 일정 거리를 이동한 후 다시 흘러 공조 공간 전체가 리플로우 영역에 있게 되고, 하단에 설치된 리턴 공기 배출구에서 다시 공조 장치로 배출됩니다. 이 제품의 특징은 공기 공급 속도가 빠르고 범위가 넓다는 것입니다. 제트는 실내 공기를 강하게 혼합하고, 속도가 점차 감소하면서 실내에 큰 소용돌이 기류가 형성되어 공조 공간이 더욱 균일한 온도장과 속도장을 얻습니다.
4. 엔지니어링 설계 사례
키가 크고 깨끗한 작업장(길이 40m, 너비 30m, 높이 12m)에는 5m 미만의 깨끗한 작업 공간이 필요하며, 정적 정화 수준은 10,000, 동적 정화 수준은 100,000, 온도 tn= 22℃±3℃, 상대 습도 fn= 30%~60%가 필요합니다.
(1) 기류 구성 및 환기 빈도 결정
폭이 30m가 넘고 천장이 없는 이 고가 클린룸의 사용 특성을 고려할 때, 기존의 클린 작업장 공기 공급 방식은 사용 요건을 충족하기 어렵습니다.클린 작업 공간(5m 미만)의 온도, 습도 및 청정도를 보장하기 위해 노즐 다층 공기 공급 방식을 채택했습니다.블로잉용 노즐 공기 공급 장치는 측벽에 고르게 배치되고, 댐핑 층이 있는 리턴 공기 배출 장치는 작업장 측벽 하단 지면으로부터 0.25m 높이에 고르게 배치되어 작업 공간이 노즐에서 복귀하고, 집중면에서 복귀하는 공기 흐름 조직 형태를 형성합니다. 동시에 5m 이상의 비청정 작업 구역의 공기가 청정도, 온도, 습도 측면에서 사각지대를 형성하지 않도록 하고, 천장 외부에서 복사되는 추위와 열이 작업 구역에 미치는 영향을 줄이며, 작업 중 상부 크레인에서 발생하는 먼지 입자를 적시에 배출하고, 5m 이상 확산된 청정 공기를 최대한 활용하기 위해 비청정 공조 구역에 일련의 소형 스트립형 리턴 공기 배출구를 배치하여 소형 순환 리턴 공기 시스템을 형성함으로써 상부 비청정 구역에서 하부 청정 작업 구역으로의 오염을 크게 줄일 수 있습니다.
본 프로젝트는 청정도 및 오염물질 배출량을 고려하여 6m 이하 청정 공조 구역에는 16시간-1의 환기 빈도를 적용하고, 상부 비청정 구역에는 4시간-1 미만의 적절한 배기를 적용합니다. 실제로 전체 공장의 평균 환기 빈도는 10시간-1입니다. 이처럼, 전체 실내 청정 공조와 비교했을 때, 청정 다층 노즐 공기 공급 방식은 청정 공조 구역의 환기 빈도를 더욱 효과적으로 보장하고 대면적 공장의 공기 흐름 구성을 충족할 뿐만 아니라 시스템의 풍량, 냉각 용량 및 팬 전력을 크게 절감합니다.
(2) 측면 노즐 공기 공급량 계산
공급 공기 온도 차이
클린룸 공조에 필요한 환기 빈도는 일반 공조보다 훨씬 높습니다. 따라서 클린룸 공조의 풍부한 풍량을 최대한 활용하고 급기 유량의 급기 온도차를 줄이는 것은 설비 용량과 운영 비용을 절감할 뿐만 아니라 클린룸 공조 구역의 공조 정확도를 보장하는 데에도 도움이 됩니다. 본 프로젝트에서 계산된 급기 온도차는 ts = 6℃입니다.
클린룸은 폭이 30m로 비교적 넓은 스팬을 가지고 있습니다. 중간 영역의 오버랩 요구 사항을 보장하고 프로세스 작업 영역이 리턴 공기 영역에 있는지 확인해야 합니다. 동시에 소음 요구 사항도 고려해야 합니다. 이 프로젝트의 공기 공급 속도는 5m/s이고, 노즐 설치 높이는 6m이며, 공기 흐름은 노즐에서 수평 방향으로 배출됩니다. 이 프로젝트에서는 노즐 공기 공급 기류를 계산했습니다. 노즐 직경은 0.36m입니다. 문헌에 따르면 아르키메데스 수는 0.0035로 계산되었습니다. 노즐 공기 공급 속도는 4.8m/s이고, 끝부분의 축 속도는 0.8m/s, 평균 속도는 0.4m/s이며, 리턴 흐름의 평균 속도는 0.4m/s 미만으로 프로세스 사용 요구 사항을 충족합니다.
공급 공기 흐름의 풍량이 크고 공급 공기 온도 차이가 작기 때문에 등온 제트와 거의 동일하므로 제트 길이를 쉽게 확보할 수 있습니다. 아르키메데스 수에 따라 상대 거리 x/ds = 37m를 계산할 수 있으며, 이는 반대편 공급 공기 흐름의 겹침 거리 15m라는 요건을 충족합니다.
(3) 공조 조건 처리
클린룸 설계는 공급 공기량이 크고 공급 공기 온도차가 작은 특성을 고려하여, 환기를 최대한 활용하고 여름철 공조 처리 방식에서는 1차 환기를 제거합니다. 2차 환기의 비율을 최대로 높이고, 신선한 공기는 한 번만 처리한 후 다량의 2차 환기와 혼합하여 재가열을 제거하고 장비의 용량 및 운영 에너지 소비를 줄입니다.
(4) 엔지니어링 측정 결과
본 프로젝트 완료 후, 종합적인 엔지니어링 시험을 수행했습니다. 플랜트 전체에 총 20개의 수평 및 수직 측정 지점을 설치했습니다. 청정 플랜트의 속도장, 온도장, 청정도, 소음 등을 정적 조건에서 시험했으며, 실제 측정 결과는 비교적 양호했습니다. 설계 작업 조건에서 측정된 결과는 다음과 같습니다.
공기 배출구에서의 평균 기류 속도는 3.0~4.3m/s이고, 두 대향 기류가 만나는 지점에서의 속도는 0.3~0.45m/s입니다. 청정 작업 공간의 환기 빈도는 시간당 15회 보장되며, 청정도는 10,000등급 이내로 측정되어 설계 요건을 충족합니다.
실내 A레벨 소음은 환기구에서 56dB이고, 다른 작업 공간은 모두 54dB 이하입니다.
5. 결론
(1) 요구 사항이 높지 않은 높은 청정실의 경우 사용 요구 사항과 청정도 요구 사항을 모두 충족하기 위해 단순화된 장식을 채택할 수 있습니다.
(2) 일정 높이 이하 구역의 청정도가 10,000등급 또는 100,000등급만 요구되는 고층 청정실의 경우 청정층형 공조노즐의 공기공급 방식은 비교적 경제적이고 실용적이며 효과적인 방식이다.
(3) 이러한 유형의 고층 클린룸의 경우 크레인 레일 근처에서 발생하는 먼지를 제거하고 천장에서 복사되는 추위와 열이 작업 구역에 미치는 영향을 줄이기 위해 상부 비세척 작업 구역에 스트립 리턴 공기 배출구를 일렬로 설치하여 작업 구역의 청결과 온도 및 습도를 더욱 잘 보장할 수 있습니다.
(4) 고층 클린룸의 높이는 일반 클린룸의 4배 이상입니다. 일반적인 분진 발생 조건에서 단위 공간 정화 부하가 일반 저층 클린룸보다 훨씬 낮다고 할 수 있습니다. 따라서 이러한 관점에서 환기 빈도는 국가 표준 GB 73-84에서 권장하는 클린룸의 환기 빈도보다 낮다고 판단할 수 있습니다. 연구 및 분석 결과, 고층 클린룸의 경우 청정 구역의 높이 차이로 인해 환기 빈도가 달라집니다. 일반적으로 국가 표준에서 권장하는 환기 빈도의 30%~80%만으로도 정화 요건을 충족할 수 있습니다.
게시 시간: 2025년 2월 18일