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기술 가이드
2026-10-30
HEPA 필터는 촘촘한 체가 아닙니다. 그 기원, 유리섬유가 섬유 사이 틈보다 훨씬 작은 입자를 잡는 원리, 가장 잡기 어려운 입자가 약 0.1–0.3 µm인 이유, 설치 후 성능을 좌우하는 요소를 설명합니다.
핵심 요약
고효율 입자 공기 필터(HEPA)는 1940년대에 개발되었습니다. 당시 미국의 원자력 계획은 작업자가 방사성 입자를 들이마시지 않게 하고, 연구소와 공장에서 외부로 배출되지 않게 할 방법이 필요했습니다. 초기 필터는 '앱솔루트 필터'라고 불렸고, HEPA라는 이름은 나중에 널리 쓰이게 되었습니다. 미국 에너지부의 공기 정화 기술 발전사는 이 기술이 이들 계획에서 하나의 산업으로 성장한 과정을 기록하고 있습니다 [1].
처음의 생각은 지금도 미국의 정의에 남아 있습니다. 미국 에너지부의 HEPA 필터 규격은 0.3 µm 입자에 대해 최소 99.97%의 효율을 요구하며, 모든 필터를 사용 전에 개별 시험합니다 [2]. 방사성 분진 대책으로 시작된 것이 지금은 클린룸, 수술실, 제약 공장, 생물안전작업대, 공기청정기의 핵심이 되었습니다.
필터를 막으려는 입자보다 작은 구멍을 가진 체로 생각하는 것은 자연스럽습니다. 하지만 HEPA 필터는 그렇게 작동하지 않습니다. 여재는 유리 극세섬유가 무작위로 겹쳐진 매트이며, 많은 섬유가 1마이크로미터보다 가늘고 섬유 사이의 틈은 잡는 입자보다 훨씬 큽니다. 입자가 잡히는 것은 섬유에 닿아 반데르발스 힘으로 달라붙기 때문이며, 섬유에 닿는 경로는 주로 세 가지입니다 [3].
각 메커니즘은 입경 범위의 한쪽 끝에서 강하고 다른 쪽에서 약합니다. 충돌과 차단은 입자가 클수록 강해지고, 확산은 작을수록 강해집니다. 그 사이에 필터 효율이 가장 낮은 입경이 있으며, 이를 최대 투과 입경(MPPS)이라고 합니다. HEPA 유리섬유 여재에서는 여재와 풍속에 따라 보통 약 0.1~0.3 µm 사이입니다 [3].
여기에는 자주 오해되는 실제적 의미가 있습니다. 가장 약한 지점에서 평가된 필터는 다른 모든 입경에서 더 높은 효율을 보입니다. 0.3 µm에서 99.97%인 HEPA 필터는 더 큰 분진과, 확산으로 아주 잘 잡히는 바이러스 크기의 가장 작은 입자 모두를 더 높은 비율로 막습니다.
주요 평가 체계는 두 가지이며 같은 시험이 아닙니다. 미국 방식(미국 에너지부와 IEST 권장 실무)은 0.3 µm 고정으로 시험합니다 [2]. 유럽 규격 EN 1822와 국제 규격 ISO 29463은 각 필터의 MPPS에서 시험하고, 모든 필터의 국부 누설을 스캔하며, 등급으로 나눕니다 [5][6]. MPPS는 0.3 µm보다 잡기 어렵기 때문에 두 숫자는 정확히 환산할 수 없습니다. 사양서가 EN 1822 등급을 지정했다면 그 등급의 시험성적서로 답해야 합니다.
| 등급 | 전체 효율 | 투과량(10만 개당 통과 입자 수) | 주요 용도 |
|---|---|---|---|
| E11 | ≥ 95% | ≤ 5,000 | HEPA 전단, 일반 청정 공기 |
| E12 | ≥ 99.5% | ≤ 500 | 병원 급기, 공정 공기 |
| H13 | ≥ 99.95% | ≤ 50 | ISO 7–8 클린룸, 수술실, 대부분의 FFU |
| H14 | ≥ 99.995% | ≤ 5 | ISO 5 구역, 무균 충전 |
| U15 | ≥ 99.9995% | ≤ 0.5 | 반도체 및 핵심 공정 구역 |
EN 1822는 E10, U16, U17도 정의합니다. ISO 29463은 병렬 체계를 사용하며 ISO 35 H는 H13, ISO 45 H는 H14에 해당합니다.
100%에 가까운 효율 숫자는 큰 차이를 가립니다. 통과하는 입자의 비율인 투과율로 보면 훨씬 명확합니다. H13 필터는 MPPS에서 10만 개당 최대 50개를 통과시키고, H14는 최대 5개입니다. 따라서 H13에서 H14로 바꾸면 하류 입자가 10분의 1이 되지만, 효율 숫자는 소수점 셋째 자리만 다릅니다.
같은 관점에서 이 한 단계에 대가가 따르는 이유도 알 수 있습니다. 더 많은 입자를 막으려면 더 조밀하거나 더 많은 여재가 필요하고, 이는 보통 더 높은 압력손실이나 더 깊은 필터, 더 많은 팬 전력을 뜻합니다. 그래서 ISO 7과 ISO 8 실에서는 H13이 일반적인 선택이고, H14는 실의 등급이나 사양이 요구할 때 선택합니다.
공장 시험을 통과한 필터도 천장에 설치하면 문제가 생길 수 있습니다. 공기는 가장 쉬운 길로 흐르고, 그 길은 필터를 통과하기보다 주위를 돌아가는 경우가 많습니다. 개스킷의 틈, 손상된 모서리, 하우징에 밀착되지 않은 프레임 등입니다. 시운전 때 발견되는 누설은 대부분 여재가 아니라 실링과 프레임에 있습니다. 그래서 ISO 14644-3은 상류에 에어로졸을 방출하고 하류 면 전체와 실링 부위를 프로브로 스캔하는 현장 누설 시험을 규정합니다 [4].
설치된 HEPA 필터의 장기 성능을 좌우하는 요소가 세 가지 더 있습니다. 상류의 프리필터가 좋으면 HEPA 여재가 빨리 막히지 않습니다. 풍량은 정격 범위 안에 유지해야 하는데, 풍속이 높을수록 가장 작은 입자에 대한 효율이 떨어지기 때문입니다. 그리고 필터는 조심스럽게 다뤄야 합니다. 현장에서 포장을 풀고 점검하며, 여재에는 절대 손대지 말고, 바로 설치합니다.
실험실 시험은 필터가 무엇을 할 수 있는지를, 현장 연구는 실제로 무엇을 하는지를 보여 줍니다. 코로나19 유행 중 영국 케임브리지 Addenbrooke's 병원 연구팀은 코로나19 병동과 중환자실에 자외선 살균 기능이 있는 이동식 HEPA 여과 장치를 설치하고, 장치를 끈 주, 켠 주, 다시 끈 주에 공기를 채취했습니다. 병동에서는 장치를 끈 주에 공기 중 SARS-CoV-2가 검출되었고 켠 주에는 검출되지 않았으며, 다른 세균, 진균, 바이러스 바이오에어로졸도 줄었습니다 [7].
저자들은 한계에 대해 신중했습니다. 소규모 연구였고, 측정한 것은 공기 중 바이러스이지 감염자 수가 아니었습니다. 이것이 HEPA 여과에 관한 대부분의 근거를 읽는 적절한 방법입니다. 공기에서 입자를 제거하는 것은 충분히 입증되었지만, 그것이 결과를 얼마나 바꾸는지는 풍량, 공간, 그리고 그 안에서 일어나는 모든 일에 달려 있습니다.
HEPA 필터는 입자를 제거하며 기체는 제거하지 못합니다. 냄새, 용제 증기, 암모니아, 산성 가스는 통과합니다. 분자는 입자보다 훨씬 작고 유리섬유에 달라붙지 않기 때문입니다. 기체가 문제라면 HEPA 단과 함께 활성탄이나 첨착 여재의 케미컬 필터가 필요합니다. 또한 HEPA 필터는 나쁜 기류 패턴을 보완하지 못합니다. 깨끗한 공기가 엉뚱한 곳으로 가거나 문이나 열원 때문에 작업 위치를 비켜 가면 아무것도 보호하지 못합니다.
네. 0.3 µm는 가장 잡기 어려운 입경에 가깝습니다. 더 작은 입자는 확산으로, 더 큰 입자는 차단과 충돌로 더 효율적으로 잡힙니다.
정확히 같지는 않습니다. 0.3 µm 99.97%는 다른 시험에서 나온 값이고, H13은 MPPS에서 99.95% 이상입니다. 사양서가 EN 1822 등급을 지정했다면 그 등급과 시험성적서를 요구하십시오.
누설은 보통 실링이나 프레임에서 생기며 공장 시험으로는 확인할 수 없습니다. 현장 스캔으로 설치된 필터가 성능을 내는지 확인합니다.
아닙니다. 기체는 HEPA 여재를 통과합니다. 기체에는 활성탄이나 케미컬 여재를 사용하십시오.
