HEPA의 효율은 상수입니다. H14는 곧 99.995%이고 달 때부터 갈 때까지 이 숫자입니다. 케미컬 필터는 완전히 다릅니다. 효율이 시간에 따라 줄어들고 마지막에는 반드시 실효됩니다. ASHRAE 145.2는 언제 실효되는가라는 질문에 답하는 규격입니다.
입자 필터의 시험 방법을 케미컬 필터에 쓸 수 없는 이유
입자 필터(HEPA / ULPA / 일반 공조 필터)는 물리적 차단에 기댑니다. 여재 구조가 고정되어 있어 효율이 거의 변하지 않습니다(극단적인 막힘이나 파손이 아니라면). 그래서 EN 1822는 효율을 한 번 재면 사용 수명 전체를 대표할 수 있습니다.
케미컬 필터는 화학 흡착이나 반응에 기댑니다. 활성탄 표면의 함침 시약이 목표 가스와 반응하고 반응 자리 하나를 쓰면 하나가 줄어듭니다. 스펀지 한 조각과 같습니다. 처음에는 물을 빨리 빨아들이지만 차오를수록 느려지고 마지막에는 완전히 포화되어 더는 빨아들이지 않습니다.
이는 케미컬 필터의 효율이 숫자 하나가 아니라 시간에 따라 내려가는 곡선이라는 뜻입니다. 케미컬 필터를 평가하려면 효율이 얼마냐고만 물을 것이 아니라 어떤 조건에서 얼마 뒤에 효율이 얼마까지 내려가느냐를 물어야 합니다.
ASHRAE 145.2는 바로 그 어떤 조건에서를 표준화한 시험 방법입니다.
ASHRAE 145.2 시험 장치
ASHRAE 145.2 시험 장치 개념도
케미컬 필터를 시험 덕트에 넣고 상류에 농도를 아는 도전 가스를 넣은 뒤 하류에서 투과 농도를 재어 제거 효율이 시간에 따라 어떻게 변하는지 계산합니다
표준 실린더나 투과관으로 농도를 아는 목표 가스(toluene, SO₂, NH₃ 등)를 만듭니다
도전 가스와 깨끗한 공기를 혼합단에서 충분히 섞어 상류 농도를 고르게 합니다
케미컬 필터 앞에서 채취해 실제 상류 농도 C_up을 확인합니다
측정 대상 케미컬 필터를 표준 시험단에 설치합니다
케미컬 필터 뒤에서 채취해 투과 농도 C_down을 재고 효율을 계산합니다
도전 가스 농도는 보통 10–100 ppm으로 잡는데(실제 환경의 ppb 급보다 훨씬 높습니다) 합리적인 시험 시간 안에 여재를 빨리 포화시키기 위해서입니다. 효율의 정의는 제거 효율 % = (1 − 하류 농도 / 상류 농도) × 100입니다. 투과 시간이란 효율이 어떤 문턱값(보통 50%) 아래로 처음 내려가는 시점을 말합니다.
ASHRAE 145.2 시험 장치의 핵심 개념은 아주 간단합니다:
- 1알고 있는 농도의 도전 가스를 만듭니다 —— 보통 톨루엔(MC 부류 대표), SO₂(MA 부류 대표), NH₃(MB 부류 대표)입니다
- 2일정한 풍속으로 케미컬 필터를 지나게 합니다 —— 실제 사용의 면풍속을 흉내 냅니다
- 3하류 농도를 연속으로 잽니다 —— PID, GC, 또는 화학 검출기를 씁니다
- 4투과율 대 시간의 곡선을 그립니다
시험은 투과율이 100%에 이를 때까지(완전 포화) 또는 미리 정한 정지 조건(투과율 > 95% 등)까지 이어집니다.
핵심 인자입니다:
| 인자 | 설명 | 왜 중요한가 |
|---|---|---|
| 도전 가스 종류 | 걸러야 할 AMC 부류를 대표 | 가스가 다르면 함침 배합도 다름 |
| 도전 농도 | 보통 10–200 ppm(가속 시험은 고농도) | 실제 환경은 ppb 급이라 모델로 추산해야 함 |
| 면풍속 | 필터를 지나는 기류 속도 | 속도가 높을수록 체류 시간이 짧아 투과가 빠름 |
| 온도 / 습도 | 시험 환경 조건 | 고습·고온은 투과를 앞당김 |
유의: ASHRAE 145.2의 시험 농도(ppm 급)는 실제 사용 환경(ppb 급)보다 훨씬 높은데, 이는 합리적인 시간 안에 시험을 끝내기 위해서입니다. ppm 급 결과에서 ppb 급 수명을 추산하려면 Wheeler-Jonas 모델 같은 수학 도구가 필요합니다.
투과 곡선 읽는 법
전형적인 투과 곡선(Breakthrough Curve)
케미컬 필터의 효율은 HEPA처럼 일정하지 않고 시간에 따라 줄어듭니다. 투과 곡선은 효율이 어떻게 떨어지는지를 찍은 X선 사진입니다
입자 필터(HEPA)의 효율은 시간이 지나도 거의 변하지 않아 통과하느냐만 알면 됩니다. 그러나 케미컬 필터의 효율은 반드시 시간에 따라 줄어들므로 얼마나 버티느냐가 핵심 지표입니다. 초기 효율이 똑같이 99%인 케미컬 필터 두 장이 하나는 6개월을 버티고 다른 하나는 2개월밖에 못 버틸 수 있습니다. ASHRAE 145.2의 투과 곡선이 바로 이 차이를 보여 줍니다.
투과 곡선의 모양은 여재 종류(활성탄, 함침탄, 합성 흡착제), 도전 가스 종류, 농도, 온도, 습도가 정합니다. 같은 필터라도 toluene과 SO₂에 대한 투과 곡선 모양이 전혀 다릅니다. ASHRAE 145.2는 적어도 50% 투과점까지 재도록 요구하지만 95%까지 재야 보고서를 받아들이는 고객도 많습니다.
투과 곡선(Breakthrough Curve)은 케미컬 필터의 가장 중요한 성능 지표입니다. 가로축은 시간(또는 누적 기체량)이고 세로축은 투과율(하류 농도 / 상류 농도 × 100%)입니다.
곡선의 전형적인 모양은 S자입니다:
- ▸초기: 투과율이 0%에 가깝고 케미컬 필터가 잘 일합니다
- ▸중기: 투과율이 오르기 시작하고 흡착제가 서서히 포화됩니다
- ▸후기: 투과율이 100%에 가까워지고 필터가 완전히 포화됩니다
핵심적으로 읽는 지점 몇 가지입니다:
| 투과율 | 용어 | 실무적 의미 |
|---|---|---|
| 1% | 초기 투과점 | 필터가 새기 시작했지만 아직 허용 범위 안 |
| 10% | 조기 투과 | 일부 용도의 교체 문턱(사무실 HVAC 등) |
| 50% | 반감점 | 필터 수명의 표준 참고점, 대부분의 보고서가 이것을 기준으로 함 |
| 95% | 포화에 가까움 | 엄격한 용도의 수명 상한(더 안 갈면 완전히 실효) |
50% vs 95% 투과 —— 고객은 어느 쪽을 요구해야 하나
케미컬 필터를 구매할 때 가장 흔한 혼란입니다.
50% 투과(반감점)는 ASHRAE 145.2 보고서가 흔히 쓰는 참고점입니다. 보고서에 "50% breakthrough at 120 minutes"라고 적힐 수 있는데, 시험 조건에서 120분에 투과율이 50%에 이르렀다는 뜻입니다.
그러나 50%는 아직 120분을 더 쓸 수 있다는 뜻이 아닙니다. 이 시점에 도전 가스의 절반이 이미 통과했다는 뜻입니다. 반도체 팹으로 보면 1% 투과에서 이미 기준을 넘겼을 수 있습니다.
어느 투과점을 고를지는 용도에 달렸습니다:
| 적용 현장 | 권장 투과점 문턱 | 이유 |
|---|---|---|
| 반도체 선단 공정 | 1% – 5% | ppb 급 허용 농도라 50%까지 기다릴 수 없음 |
| 반도체 성숙 공정 | 5% – 10% | 허용 농도가 넉넉한 편 |
| 박물관 / 자료 보관 | 10% – 20% | 장기 보호이지 실시간 공정이 아님 |
| 사무 건물 HVAC | 50% | 쾌적성 요구이지 공정 요구가 아님 |
실무 권고: 공급업체에 보고서를 요청할 때 "X ppm 도전, Y m/s 면풍속에서 투과율이 Z%에 이르는 시간"을 분명히 요구하십시오. 효율 95%라는 숫자 하나만 주는 것은 의미가 없습니다. 달고 나서 첫 1초의 숫자일 수도 있습니다.
ISO 10121과 어떻게 비교하나
ISO 10121은 케미컬 필터 시험 규격의 국제판으로 ASHRAE 145.2와 논리가 비슷하지만 몇 가지가 다릅니다:
| 비교 항목 | ASHRAE 145.2 | ISO 10121 |
|---|---|---|
| 발표 기관 | ASHRAE(미국) | ISO(국제) |
| 도전 가스 선택 | 여러 선택지(톨루엔, SO₂, NH₃ 등) | 비슷하지만 목록이 조금 다름 |
| 투과 곡선 | 반드시 그림 | 반드시 그림 |
| 효율 등급 | 등급 없음, 투과 시간을 그대로 보고 | 등급 체계가 있음 |
| 압력손실 시험 | 포함 | 포함 |
ISO 10121에는 효율 등급이라는 개념이 하나 더 있습니다. 케미컬 필터의 투과 시간을 등급 코드로 바꾸는 것으로 ISO 16890이 입자 필터를 ePM1 / ePM2.5 등급으로 나눈 것과 비슷합니다. 지금 반도체 업계는 여전히 ASHRAE 145.2가 주류이지만 해외 구매에서는 ISO 10121 보고서도 받아들여집니다.
SEMI F21 → ASHRAE 145.2를 잇는 선정의 다리
SEMI F21은 팹에 어떤 AMC를 막아야 하는지 알려 주고 ASHRAE 145.2는 고른 케미컬 필터가 얼마나 버티는지 알려 줍니다. 둘을 잇는 절차입니다:
- 1SEMI F21으로 AMC 부류와 허용 농도를 정합니다
- ▸예: MB(염기성) < 1 ppb, MC(유기) < 5 ppb
- 1대응하는 케미컬 필터 배합을 고릅니다
- ▸MB → 산을 함침한 활성탄
- ▸MC → 고표면적 미함침 활성탄
- 1ASHRAE 145.2 보고서로 수명을 확인합니다
- ▸투과 곡선을 봅니다. 우리 허용 투과율(예: 1%)에서 몇 시간을 버팁니까?
- ▸시험 조건과 실제 환경의 차이(농도, 풍속, 온습도)에 유의해 모델로 환산합니다
- 1교체 주기를 정합니다
- ▸투과 곡선 수명 × 안전 계수(보통 0.6–0.8) = 실제 교체 주기
- ▸온라인 감시를 함께 두어 실시간으로 검증합니다
케미컬 필터의 V-Bank 선정 구조는 케미컬 필터 V-Bank 선정을 참고하십시오.
자주 묻는 질문
Q: 초기 효율이 99%인데 왜 투과합니까?
A: 99%는 달고 나서 첫 1초의 효율입니다. 케미컬 필터의 흡착제는 한정되어 있어 분자 하나를 흡착할 때마다 빈자리가 하나 줄어듭니다. 빈자리가 채워지면서 효율이 계속 떨어집니다. 새 스펀지는 고인 물을 다 빨아들이지만 몇 번 쓰고 나면 안 되는 것과 같습니다. 투과는 필연이고 문제는 얼마나 빠르냐입니다.
Q: 보고서에 도전 가스 종류가 적혀 있지 않으면 의미가 있습니까?
A: 없습니다. 케미컬 필터는 가스에 따라 흡착 능력 차이가 아주 큽니다. 같은 필터가 톨루엔(MC)에는 투과 시간이 200분인데 SO₂(MA)에는 30분뿐일 수 있습니다. 도전 가스를 지정하지 않은 효율 숫자는 비교할 수 없습니다. 공급업체에 보고서를 요구할 때는 실제로 막아야 할 가스(또는 SEMI F21 부류)를 반드시 지정하십시오.
Q: 습도가 높으면 왜 케미컬 필터가 더 빨리 투과합니까?
A: 두 가지 메커니즘입니다. 첫째, 물 분자가 목표 가스와 흡착 자리를 두고 경쟁합니다. 활성탄의 흡착 용량은 한정되어 있어 물 분자가 자리를 차지하면 목표 가스를 흡착할 수 없습니다. 둘째, 어떤 함침 시약(KOH 등)은 고습 환경에서 액화되어 빠져나가 쓸 수 있는 반응 자리를 곧바로 줄입니다. 그래서 ASHRAE 145.2 보고서에는 시험 당시의 습도 조건을 반드시 적어야 합니다. 같은 필터라도 30% RH와 80% RH에서 수명이 2–3배 차이 날 수 있습니다.
Q: 함침 활성탄과 일반 활성탄은 무엇이 다릅니까?
A: 일반 활성탄(미함침)은 물리 흡착에 기댑니다. 미세공극 구조의 반데르발스 힘으로 기체 분자를 붙잡아 큰 분자 유기물(MC)에는 효과가 좋지만 작은 분자 무기 가스(MA / MB)에는 효과가 나쁩니다. 함침 활성탄은 표면에 화학 시약을 더해 화학 반응에 기댑니다. 예를 들어 KOH를 함침하면 HF나 SO₂와 반응해 휘발하지 않는 염을 만들어 목표 가스를 되돌릴 수 없게 잠급니다. 대가는 함침 뒤 미세공극이 일부 막혀 유기물에 대한 물리 흡착 능력이 떨어진다는 것입니다. 그래서 MA/MB에는 함침탄을, MC에는 미함침탄을 써서 각자 제 몫을 하게 합니다.
Q: 우리 환경은 실험실 조건이 아닌데 보고서 값이 그래도 맞습니까?
A: 100% 맞지는 않습니다. ASHRAE 145.2 시험은 통제된 조건(고정 농도, 고정 풍속, 고정 온습도)을 쓰지만 실제 환경은 변합니다. 보통 이런 보정이 필요합니다. (1) Wheeler-Jonas 모델로 ppm 급 시험 결과를 ppb 급으로 환산합니다. (2) 온습도 보정 계수를 넣습니다. (3) 0.6–0.8의 안전 계수를 곱합니다. 보고서 값은 최선의 상황에서의 상한이고 실제 수명은 반드시 더 짧습니다. 선단 팹이 추정에 기대지 않고 온라인 감시로 언제 갈지 실시간으로 정하는 이유이기도 합니다.
