에어필터 성능평가

왜 배우는가: 에어필터 성능평가는 공조 설비에서 실내 청정도와 설비 운전비를 함께 좌우하므로 실무 설계와 유지관리에서 항상 쓰인다. 시험에서는 중량법과 계수법의 차이, 필터 등급 분류, 포집 원리를 묶어 반복해서 묻는다.

출제 이력: 제127회 2교시 2번, 제119회 2교시 4번, 제89회 2교시 2번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

에어필터 성능평가는 공기 중 입자를 포집하는 필터의 포집효율, 압력손실, 분진보유용량을 표준 시험 조건에서 측정해 등급을 매기는 절차다. 답안 첫 줄에는 다음 정의를 쓴다.

에어필터 성능평가는 표준 시험 분진을 사용해 포집효율·압력손실·분진보유용량을 측정하고 필터 등급을 정하는 시험이다.

핵심 키워드는 다음과 같다.

• 포집효율(collection efficiency)
• 압력손실(pressure drop)
• 분진보유용량(dust holding capacity)
• 중량법(gravimetric method)
• 계수법(dust spot method, 계수효율)
• MPPS(Most Penetrating Particle Size)
• HEPA 필터(High Efficiency Particulate Air filter)
• 정격풍량(rated air flow)

2. 개념 풀이

쉽게 말하면 필터가 공기 속 먼지를 얼마나 잘 잡고, 그 대가로 공기 흐름에 얼마나 저항을 주며, 먼지가 쌓일 때까지 얼마나 오래 버티는지를 재는 것이다. 세 가지 값을 같은 조건에서 재야 필터끼리 비교할 수 있다.

정식 정의는 다음과 같다. 필터 성능평가는 정격풍량에서 필터 전후의 입자 농도 또는 질량을 측정해 포집효율을 구하고, 필터 전후 정압차로 압력손실을 구하며, 종말 압력손실에 도달할 때까지 주입한 분진량으로 분진보유용량을 구하는 시험이다.

포집효율은 필터가 포집한 입자의 양을 공급된 입자의 양으로 나눈 값이다. 입자 크기에 따라 효율이 다르므로 크기별 효율 곡선으로 표시하는 것이 일반적이다.

압력손실은 필터를 통과하는 공기의 저항이다. 필터가 먼지를 쌓을수록 커지므로 시험 중 시간에 따른 변화도 함께 본다.

분진보유용량은 필터가 정해진 종말 압력손실에 이를 때까지 보유할 수 있는 시험 분진의 질량이다. 이 값이 클수록 교체 주기가 길어진다.

MPPS는 필터 효율이 가장 낮아지는 입자 크기를 뜻한다. 보통 0.1~0.3μm 부근에서 나타나며, 확산과 관성 포집이 교차하는 지점이다. HEPA 등급은 MPPS 기준 국부효율로 구분되는 경우가 많다.

0.3μm 입자 99.97% 이상은 미국 DOE·ASME 기준의 HEPA 포집 조건이고, ISO·유럽 표준은 0.3μm 입자 99.95% 이상을 따른다. 유럽 표준은 EN 1822 계열로 MPPS 기준 효율을 따르며, 등급 체계가 다르므로 직접 비교하지 않는다.

3. 등장 배경과 필요성

반도체·제약·병원 클린룸과 고성능 공조가 늘면서 필터 성능을 객관적으로 비교할 기준이 필요해졌다. 제조사마다 측정 방법이 달라 같은 등급 표기라도 실제 성능이 다른 문제가 생겼다. 그래서 표준 시험 분진, 정격풍량, 측정 절차를 통일한 시험법이 만들어졌다.

또한 필터는 소비 자재이므로 교체 시기를 정하려면 압력손실과 분진보유용량을 알아야 한다. 과도하게 자주 교체하면 비용이 늘고, 늦게 교체하면 송풍기 동력이 증가하고 필터가 파손될 수 있다. 성능평가는 이 균형점을 설계와 운전 단계에서 정하는 근거가 된다.