당신은 실험실 관리자입니다. 75 m³짜리 ISO 7 무균 작업실은 공조기가 HEPA 필터를 거쳐 공기를 불어 넣습니다. 사람은 입자를 내뿜고, 문은 복도 공기를 들이며, 흄후드는 고정된 배기량을 빨아들여 작업실의 양압을 갉아먹을 수 있습니다. 복도 끝 초저온 냉동고에는 시료 랙 네 개가 −80 °C로 보관되어 있습니다. 모델은 5분마다 작업실의 입자 수지, 문틈으로 흐르는 공기, 냉동고로 스며드는 열을 계산합니다. 교육용 시뮬레이션일 뿐이며 GMP·규정 준수·임상 자문이 아닙니다.
천장 HEPA 필터로 들어오는 급기량입니다. 공기가 많을수록 입자가 더 묽어지고 빨리 빠지지만, 팬 동력은 풍량의 세제곱으로 늘어납니다. 공조기가 성능이 떨어지면 설정만큼 나오지 않습니다.
사람마다 입자를 내뿜고, 드나들 때마다 문이 열립니다. 인원이 줄면 해낼 수 있는 일도 줄어듭니다.
클린룸 전신복은 평상복 위에 실험복을 입었을 때보다 0.5 µm 이상 입자 방출을 대략 절반으로 줄입니다. 갈아입는 데 약 10분이 걸립니다.
에어록 문은 한 번에 하나만, 짧게 엽니다: 한 번 열 때 40초·복도 공기 2 m³ 대신 약 10초·0.5 m³. 에어록에서 기다리느라 시간이 조금 듭니다.
배기는 급기에서 이 값을 뺀 만큼을 따라가고, 그 차이가 문틈으로 빠져나가며 작업실을 복도보다 높은 압력으로 유지합니다. 배기는 흄후드와 안전작업대가 자체로 빼는 양 밑으로는 내려갈 수 없습니다.
고정 배기를 1100에서 500 m³/h로 줄여, 그만큼을 작업실 양압에 돌립니다. 흄후드가 필요한 작업은 미뤄집니다.
평소 꺼내기와 확인하려고 여는 일을 막습니다. 문을 열 때마다 냉동고 안 공기가 실내 공기로 바뀝니다.
호출 시간(야간엔 더 김)이 지난 뒤 예비 냉동고의 빈 자리만큼 랙을 옮깁니다. 이 빈 자리는 건물의 비상용 여유분이라 고장이나 경보가 난 냉동고에만 내줍니다 — 아직 −80 °C를 지키는 동안의 요청은 거절됩니다. 옮기는 동안 랙마다 약 2분은 실내 공기에 노출됩니다.
냉동고에 남은 랙을 드라이아이스를 채운 단열 상자에 넣습니다 (랙당 10 kg, 재고가 허락하는 만큼). 얼음이 남아 있는 동안 상자는 −78.5 °C를 유지합니다.
| 0.5 µm 이상 입자 | 256 k/m³ |
|---|---|
| 실제 환기 횟수 | 20 1/h |
| 급기 팬 동력 | 0.45 kW |
| 작업실 인원 | 3 |
| 계획 대비 작업량 | 0 % · 위험 |
| 문 닫힌 상태 차압 | 12.4 Pa |
| 이번 구간 문 열림 횟수 | 0 |
| 냉동고 내부 온도 | -80.0 °C |
| 남은 드라이아이스 | 20.0 kg |
| 냉동고에 남은 랙 | 4 |
지금은 08시입니다. 밤새 작업실은 시간당 5회 환기의 에너지 절약 모드로 흄후드도 대기 상태였고, 평상복 차림의 외부 작업자가 방금 안에서 일을 마쳤습니다: 계수기는 1 m³당 약 300만 개를 가리킵니다. 실험복 차림의 여섯 명이 준비 중입니다. 08시 30분부터 세 명이 무균 공정을 시작하는데, 10시까지 작업실이 ISO 7 이상을 유지해야 합니다. 작업팀은 방에 있어야 하고, 팬 전기료도 적당해야 합니다.
지금은 21시, 당신이 당직입니다. −80 °C 냉동고에는 다시 구할 수 없는 시료 랙 네 개가 있습니다. 22시쯤 압축기가 멈추고, 수리 기사는 07시 30분에나 올 수 있습니다. 예비 냉동고에는 랙 두 개 자리가 있는데, 이는 건물의 비상용 여유분이라 고장이나 경보가 난 냉동고에만 내줍니다. 현장에는 드라이아이스가 20 kg — 상자 두 개분 — 있습니다. 무엇을 하든 먼저 누군가 출근해야 하며, 밤에는 약 30분이 걸립니다. 경비 순찰이 가끔 냉동고를 열어 봅니다. 실험실 SOP는 어떤 시료도 −60 °C를 넘어서는 안 된다고 정하고, 연구팀은 여유를 두어 랙이 −68 °C보다 따뜻해지지 않기를 바랍니다.
네 시간짜리 실습 교육으로 실험복 차림 일곱 명이 작업실에 있고, 복도 문으로는 방문자가 끊임없이 드나듭니다. 10분이 지나자 급기 팬에 고장이 나기 시작합니다: 내일 수리 전까지 용량의 40 %(시간당 16회 환기)밖에 내지 못합니다. 흄후드는 사용 중이며 고정 배기로 1100 m³/h를 빼 갑니다. 작업실을 ISO 7로, 복도보다 최소 10 Pa 높게 유지하면서 계획한 작업을 마치세요.
시뮬레이터가 쓰는 모든 관계식과 출처입니다. 가정으로 표시된 상수는 설명을 위한 보정값입니다.
Cn = 10^N·(0.1/D)^2.08 ⇒ N = log10(C) + 2.08·log10(D/0.1); ISO 7 at 0.5 µm = 352 000 /m³, ISO 5 = 3 520 /m³[1]V·dC/dt = G + Q_s·(1−η)·(f·C_out + (1−f)·C) + (Q_in + Q_door)·C_corr − (Q_s + Q_in + Q_door)·C (exact solution per 5-min tick); steady C = G/Q[5][7]C(t) − C∞ = (C₀ − C∞)·e^(−N·t); 100:1 recovery t = ln(100)/N (20 1/h → 13.8 min, 5 1/h → 55 min)[2][5][3]G = Σ people e·exp(0.3·z − 0.045), z ~ N(0,1); e = 35 500 /s (lab coat over indoor clothing; measured for indoor clothing), 17 000 /s (cleanroom coverall), ≥ 0.5 µm[4]가정: 작업실 크기, 공조기 용량, 고정 배기량, 누기 면적, 문 열림 시간과 교환 공기량, 팬 동력, 냉동고 단열과 압축기 용량, 랙 열용량, 운반 중 노출, 예비 냉동고 자리를 비상시에만 내주는 규칙, −60 °C 기준(SOP)은 일반적인 실험실을 가정한 설명용 값입니다. 물리 법칙과 공개된 입자 방출량은 인용한 그대로입니다.Q_off = Q_s − max(E_fixed, Q_s − offset); ΔP = ρ/2·(Q_off/(C_d·A))², C_d = 0.61, A = 0.02 m²; ΔP_avg = ΔP·(1 − time doors open)[6][3][5]가정: 작업실 크기, 공조기 용량, 고정 배기량, 누기 면적, 문 열림 시간과 교환 공기량, 팬 동력, 냉동고 단열과 압축기 용량, 랙 열용량, 운반 중 노출, 예비 냉동고 자리를 비상시에만 내주는 규칙, −60 °C 기준(SOP)은 일반적인 실험실을 가정한 설명용 값입니다. 물리 법칙과 공개된 입자 방출량은 인용한 그대로입니다.openings ~ Poisson((1·people + traffic)·Δt) + people in/out; per opening 40 s and 2 m³ of corridor air exchanged (10 s, 0.5 m³ with airlock discipline)[3][5]가정: 작업실 크기, 공조기 용량, 고정 배기량, 누기 면적, 문 열림 시간과 교환 공기량, 팬 동력, 냉동고 단열과 압축기 용량, 랙 열용량, 운반 중 노출, 예비 냉동고 자리를 비상시에만 내주는 규칙, −60 °C 기준(SOP)은 일반적인 실험실을 가정한 설명용 값입니다. 물리 법칙과 공개된 입자 방출량은 인용한 그대로입니다.P = 0.45 kW·(Q_s / 1500 m³/h)³[8]가정: 작업실 크기, 공조기 용량, 고정 배기량, 누기 면적, 문 열림 시간과 교환 공기량, 팬 동력, 냉동고 단열과 압축기 용량, 랙 열용량, 운반 중 노출, 예비 냉동고 자리를 비상시에만 내주는 규칙, −60 °C 기준(SOP)은 일반적인 실험실을 가정한 설명용 값입니다. 물리 법칙과 공개된 입자 방출량은 인용한 그대로입니다.C·dT/dt = UA·(T_amb − T) + Q_door − Q_comp; T(t) = T_amb + (T₀ − T_amb)·e^(−t/τ), τ = C/UA = 20 h; −80 → −60 °C in τ·ln(102/82) ≈ 4.4 h[9]가정: 작업실 크기, 공조기 용량, 고정 배기량, 누기 면적, 문 열림 시간과 교환 공기량, 팬 동력, 냉동고 단열과 압축기 용량, 랙 열용량, 운반 중 노출, 예비 냉동고 자리를 비상시에만 내주는 규칙, −60 °C 기준(SOP)은 일반적인 실험실을 가정한 설명용 값입니다. 물리 법칙과 공개된 입자 방출량은 인용한 그대로입니다.Q_door = 2·ρ·V_cab·c_p·(T_amb − T) (cabinet air replaced, ×2 for moisture and frost); V_cab = 0.7 m³ → ≈ 1.2 K per opening at −80 °C[9]가정: 작업실 크기, 공조기 용량, 고정 배기량, 누기 면적, 문 열림 시간과 교환 공기량, 팬 동력, 냉동고 단열과 압축기 용량, 랙 열용량, 운반 중 노출, 예비 냉동고 자리를 비상시에만 내주는 규칙, −60 °C 기준(SOP)은 일반적인 실험실을 가정한 설명용 값입니다. 물리 법칙과 공개된 입자 방출량은 인용한 그대로입니다.T_rack ← lag(T_rack, T_surroundings, τ = 1 h); handling: 2 min in room air with τ = 0.5 h (≈ +6 K from −75 °C); excursion = Σ racks minutes above −60 °C[9][11]가정: 작업실 크기, 공조기 용량, 고정 배기량, 누기 면적, 문 열림 시간과 교환 공기량, 팬 동력, 냉동고 단열과 압축기 용량, 랙 열용량, 운반 중 노출, 예비 냉동고 자리를 비상시에만 내주는 규칙, −60 °C 기준(SOP)은 일반적인 실험실을 가정한 설명용 값입니다. 물리 법칙과 공개된 입자 방출량은 인용한 그대로입니다.chest at −78.5 °C while ice remains; dm/dt = −(UA_chest·(T_amb + 78.5) + rack heat)/573 kJ/kg[10][11]가정: 작업실 크기, 공조기 용량, 고정 배기량, 누기 면적, 문 열림 시간과 교환 공기량, 팬 동력, 냉동고 단열과 압축기 용량, 랙 열용량, 운반 중 노출, 예비 냉동고 자리를 비상시에만 내주는 규칙, −60 °C 기준(SOP)은 일반적인 실험실을 가정한 설명용 값입니다. 물리 법칙과 공개된 입자 방출량은 인용한 그대로입니다.room 75 m³, AHU ≤ 40 air changes/h × health · HEPA 99.95 %, 20 % outdoor air at 35·10⁶ /m³ · corridor 2·10⁶ /m³ · fixed exhaust 1100 m³/h (hood in use) / 500 m³/h (standby) · gowning change 10 min · 1 door trip per person-hour · work × 0.8 with the hood in standby, × 0.95 with airlock discipline · freezer UA 2 W/K, compressor 600 W, alarm −70 °C, SOP limit −60 °C · 4 racks of 15 kJ/K · backup freezer −80 °C, its free slots released only for a freezer in fault or alarm (emergency reserve) · 10 kg dry ice per rack, chest UA 0.25 W/K가정: 작업실 크기, 공조기 용량, 고정 배기량, 누기 면적, 문 열림 시간과 교환 공기량, 팬 동력, 냉동고 단열과 압축기 용량, 랙 열용량, 운반 중 노출, 예비 냉동고 자리를 비상시에만 내주는 규칙, −60 °C 기준(SOP)은 일반적인 실험실을 가정한 설명용 값입니다. 물리 법칙과 공개된 입자 방출량은 인용한 그대로입니다.난수: 시드가 고정된 mulberry32 생성기. 사용 분포 — 균등, 지수(역CDF), 정규(Box–Muller), 포아송(Knuth). 시드는 화면에 표시되고 공유됩니다.
교육용 모델입니다 — 실제 운영 결정에 쓰지 마세요. 실제 현장은 모든 상수를 자기 장비와 데이터로 보정합니다.