Technical Document

기술문서

산업 기술 문서 백과

압력 단위 환산 Pa·kPa·bar·psi·mmH2O 환산표와 차압 계산

요약
압력 단위 환산은 Pa·kPa·bar·psi·mmH2O·inH2O처럼 서로 다른 압력 단위를 같은 기준(파스칼, Pa)으로 바꿔 비교하는 계산입니다.
센서 사양서, 설비 도면, 규정이 서로 다른 단위를 쓰기 때문에 환산을 잘못하면 알람 기준이나 측정 범위가 수십~수천 배 틀어질 수 있습니다.
이 글에서는 1 bar = 100,000 Pa, 1 psi ≈ 6,894.76 Pa, 1 mmH2O ≈ 9.807 Pa 같은 핵심 환산값과 환산표, 게이지압·절대압·차압의 구분을 정리합니다.
마지막으로 클린룸 차압 10 Pa가 mmH2O·inH2O로 얼마인지, 4-20mA 차압 신호를 Pa로 바꾸는 계산까지 실무 예로 보여 드립니다.

압력 단위가 문제 되는 순간은 대개 도입 단계입니다. 해외 장비 매뉴얼에는 psi와 inH2O가, 국내 설비 도면에는 kgf/cm2와 mmAq가, GMP 문서에는 Pa가 적혀 있어서 같은 압력을 세 가지 숫자로 다루게 됩니다.

특히 클린룸 차압처럼 10~15 Pa 수준의 아주 작은 압력은 단위를 한 번 잘못 읽으면 기준을 크게 벗어나도 알아채기 어렵습니다. 반대로 압축공기나 배관 압력은 bar와 MPa를 섞어 쓰다가 자릿수를 틀리기 쉽습니다. 이 글은 현장에서 바로 쓸 수 있는 환산값과 계산 순서를 중심으로 정리했습니다.

1. 압력 단위 Pa(파스칼)란?

파스칼(Pa, Pascal)은 국제단위계(SI)의 압력 단위로, 1 m2 면적에 1 N(뉴턴)의 힘이 수직으로 작용할 때의 압력입니다. 즉 1 Pa = 1 N/m2입니다.

1 Pa는 매우 작은 압력이어서 실무에서는 접두어를 붙여 씁니다. 1 kPa = 1,000 Pa, 1 MPa = 1,000,000 Pa입니다. 클린룸 차압·덕트 정압은 Pa, 공정 배관·탱크 압력은 kPa나 MPa, 유압·고압가스는 MPa 단위가 흔합니다.

2. 압력 단위 종류와 정의는?

현장에서 자주 만나는 압력 단위는 아래와 같습니다. bar·atm·kgf/cm2는 SI 단위가 아니지만 산업계에서 여전히 널리 쓰이고, psi와 inH2O는 미국식 장비에서 주로 나옵니다.

단위 정의 / Pa 환산값 주로 쓰는 곳
Pa (파스칼) 1 N/m2 (SI 기본 압력 단위) 클린룸 차압, 덕트 정압, 필터 차압
kPa / MPa 1,000 Pa / 1,000,000 Pa 배관, 탱크, 유압, 압력 센서 사양
bar (바) 정확히 100,000 Pa (= 100 kPa) 압축공기, 펌프, 유럽식 장비
psi 1 lbf/in2 ≈ 6,894.757 Pa 미국식 장비, 타이어, 가스 레귤레이터
mmH2O (mmAq) 물기둥 1 mm 높이의 압력 ≈ 9.80665 Pa 송풍기 정압, 국내 공조 도면
inH2O 물기둥 1 inch 높이의 압력 ≈ 249.09 Pa 미국식 차압계, HVAC 장비
atm (표준 기압) 정확히 101,325 Pa 기준 대기압, 가스 부피 환산
kgf/cm2 98,066.5 Pa (≈ 0.98 bar) 국내 구형 압력계, 보일러·배관 도면
mmHg (Torr) ≈ 133.322 Pa 진공 장비, 혈압

3. 압력 단위 환산표 (Pa·kPa·bar·psi·mmH2O·inH2O)

아래 환산표는 왼쪽 단위 1을 오른쪽 단위로 바꾼 값입니다. mmH2O는 9.80665 Pa, inH2O는 249.089 Pa(물 밀도 1,000 kg/m3, 표준 중력 기준)를 적용했으며, 소수점 아래는 반올림했습니다.

1 단위 Pa kPa bar psi mmH2O inH2O
1 Pa 1 0.001 0.00001 0.000145 0.102 0.00401
1 kPa 1,000 1 0.01 0.1450 101.97 4.015
1 bar 100,000 100 1 14.504 10,197 401.5
1 psi 6,894.76 6.895 0.06895 1 703.1 27.68
1 mmH2O 9.807 0.00981 0.0000981 0.00142 1 0.03937
1 inH2O 249.09 0.2491 0.00249 0.03613 25.4 1
1 atm 101,325 101.325 1.01325 14.696 10,332 406.8
1 kgf/cm2 98,066.5 98.07 0.9807 14.223 10,000 393.7

3-1. 압력 단위는 어떻게 환산할까?

가장 실수가 적은 방법은 모든 값을 먼저 Pa로 바꾼 뒤 목표 단위로 나누는 것입니다. 단위 두 개 사이의 환산 계수를 따로 외울 필요가 없습니다.

  • 예 1 : 압축공기 7 bar를 psi로 → 7 × 100,000 = 700,000 Pa → 700,000 ÷ 6,894.76 ≈ 101.5 psi
  • 예 2 : 송풍기 정압 50 mmH2O를 Pa로 → 50 × 9.807 ≈ 490 Pa (≈ 0.49 kPa)
  • 예 3 : 미국 장비 사양 0.5 inH2O를 Pa로 → 0.5 × 249.09 ≈ 124.5 Pa
  • 예 4 : 0.6 MPa를 kgf/cm2로 → 600,000 ÷ 98,066.5 ≈ 6.12 kgf/cm2

현장 어림셈으로는 "1 bar ≈ 1 kgf/cm2 ≈ 1 atm ≈ 14.5 psi", "1 mmH2O ≈ 10 Pa", "1 inH2O ≈ 250 Pa"를 기억해 두면 자릿수 실수를 바로 걸러낼 수 있습니다. 다만 1 bar와 1 kgf/cm2는 약 2% 차이가 나므로 기록·교정 값에는 정확한 계수를 씁니다.

4. 게이지압·절대압·차압의 차이는?

압력 값은 어디를 0으로 잡느냐에 따라 세 가지로 나뉩니다. 단위가 같아도 기준이 다르면 숫자가 약 100 kPa씩 차이 나므로, 사양서와 기록에는 기준을 함께 적어야 합니다.

구분 0점 기준 표기 예 대표 용도
게이지압 (Gauge) 현재 대기압 bar(g), barg, psig, kPa G 배관·압축공기·탱크 압력계
절대압 (Absolute) 완전 진공 bar(a), bara, psia, kPa A 기압계, 진공 공정, 가스 유량 보정
차압 (Differential) 비교 대상 압력(다른 쪽 포트) ΔP, Pa d, psid 클린룸 실간 차압, 필터 막힘, 유량

4-1. 게이지압과 절대압은 어떻게 바꿀까?

절대압 = 게이지압 + 대기압입니다. 대기압을 표준값 101.325 kPa로 두면 다음과 같이 계산합니다.

  • 압축공기 : 7 bar(g) + 1.013 bar ≈ 8.01 bar(a)
  • 진공 : −80 kPa(g) + 101.3 kPa ≈ 21.3 kPa(a)

실제 대기압은 날씨와 고도에 따라 변합니다. 해발 1,000 m 부근에서는 대기압이 약 90 kPa 수준으로 낮아지므로, 정밀한 절대압 환산이 필요하면 표준값 대신 현장 기압 측정값을 씁니다.

4-2. 차압은 무엇이 다른가?

차압은 두 지점의 압력 차이만 보므로 대기압 변화의 영향을 거의 받지 않습니다. 클린룸 차압계는 한쪽 포트를 실내에, 다른 쪽을 기준실(복도·전실)에 연결해 "실내가 기준실보다 몇 Pa 높은가"를 측정합니다. 차압 측정 원리와 클린룸 관리 방법은 차압(Differential Pressure) 측정과 클린룸 관리 글에 자세히 정리되어 있습니다.

5. mmH2O·inH2O 값이 자료마다 조금씩 다른 이유는?

mmH2O와 inH2O 같은 수주(水柱) 단위는 물기둥 높이로 압력을 나타내기 때문에, 물의 밀도를 몇 ℃ 기준으로 잡느냐에 따라 Pa 환산값이 조금씩 달라집니다.

  • 관례값(밀도 1,000 kg/m3) : 1 mmH2O = 9.80665 Pa, 1 inH2O ≈ 249.089 Pa
  • 39.2°F(4℃) 기준 (NIST 환산표) : 1 inH2O ≈ 249.082 Pa
  • 60°F 기준 : 1 inH2O ≈ 248.84 Pa (일부 미국 장비에서 사용)

차이는 0.1% 안팎이어서 클린룸 차압 모니터링에서는 거의 문제가 되지 않습니다. 하지만 교정 성적서와 장비 표시값을 비교할 때 오차가 미세하게 맞지 않는다면, 장비가 어떤 기준 온도의 inH2O를 쓰는지 매뉴얼에서 확인합니다.

6. 클린룸 차압 Pa 실무 예

6-1. 클린룸 차압 기준은 몇 Pa일까?

EU GMP Annex 1(2022)은 등급이 다른 인접 실 사이에 최소 10 Pa의 차압을 권고값(guidance value)으로 제시합니다. 미국 FDA 무균공정 가이던스(2004)는 등급이 다른 인접 실 사이에 문을 닫은 상태에서 최소 10~15 Pa, 무균공정실과 인접한 비등급 실 사이에는 예를 들어 최소 12.5 Pa의 양압을 유지하도록 권고합니다. 실제 설정값은 공정 위험평가와 밸리데이션으로 정하며, 적용 기준은 각 사업장의 규정 체계에 따라 확인해야 합니다.

차압 (Pa) mmH2O inH2O 현장 의미
5 Pa 0.51 0.020 같은 등급 내 실간 차압, 경보 하한으로 쓰는 경우가 많음
10 Pa 1.02 0.040 EU GMP Annex 1의 등급 간 최소 권고값
12.5 Pa 1.27 0.050 FDA 가이던스의 무균실-비등급 실 예시값
15 Pa 1.53 0.060 FDA 가이던스 범위 상단
30 Pa 3.06 0.120 2단 캐스케이드 누적 예 (외부 대비)

표에서 보듯 클린룸 차압 10 Pa는 물기둥 약 1 mm에 불과합니다. 그래서 클린룸 차압계는 보통 ±50 Pa, ±100 Pa처럼 측정 범위가 좁은 미차압 센서를 씁니다. 범위가 0~1 kPa인 센서로 10 Pa를 재면 분해능과 정확도가 부족해지기 쉬우므로, 센서 선정 시 정확도·정밀도·분해능 차이를 함께 확인합니다.

6-2. 압력 캐스케이드 계산 예시

클린룸은 청정도가 높은 실을 더 높은 압력으로 유지해 공기가 깨끗한 쪽에서 덜 깨끗한 쪽으로 흐르게 합니다. 예를 들어 일반 복도(기준 0 Pa) → 전실 +15 Pa → 작업실 +30 Pa로 설계했다면 각 실간 차압은 15 Pa이고, 작업실의 복도 대비 차압은 30 Pa입니다. 차압계를 "복도 대비"로 설치했는지 "바로 옆 실 대비"로 설치했는지에 따라 같은 실의 표시값이 15 Pa 또는 30 Pa로 달라지므로, 차압계 라벨에 기준실을 꼭 적어 둡니다. 청정도 등급 체계는 클린룸 ISO Class 기준 글을 참고하십시오.

6-3. 4-20mA 차압 신호를 Pa로 바꾸는 계산

차압 트랜스미터 출력이 4-20mA이고 측정 범위가 −50~+50 Pa라면, 측정값 = (전류 − 4) ÷ 16 × 100 + (−50) 입니다.

  • 12 mA → (12 − 4) ÷ 16 × 100 − 50 = 0 Pa
  • 13.6 mA → (13.6 − 4) ÷ 16 × 100 − 50 = 60 − 50 = 10 Pa
  • 14.4 mA → (14.4 − 4) ÷ 16 × 100 − 50 = 65 − 50 = 15 Pa

이 범위에서는 1 mA가 6.25 Pa에 해당하므로, 0.16 mA의 신호 오차만 생겨도 1 Pa가 틀어집니다. 미차압 신호에서는 배선 노이즈와 전원 품질이 측정값에 직접 영향을 줍니다. 전류 루프의 구조는 4-20mA 전류 루프 전송 표준 글에 정리되어 있습니다.

7. 압력 단위 환산에서 자주 생기는 실수와 해결

  • Pa와 kPa 혼동 : 모니터링 화면 단위를 kPa로 두면 10 Pa가 0.01로 표시되어 소수점 자리에서 묻힙니다. 클린룸 차압은 화면·알람·보고서 모두 Pa로 통일합니다.
  • bar와 kgf/cm2를 같은 값으로 처리 : 약 2% 차이가 납니다. 6 kgf/cm2 = 5.88 bar이므로 설정 압력이 경계에 있으면 판정이 달라질 수 있습니다.
  • 게이지압·절대압 혼동 : 절대압 센서를 대기 개방 상태에서 읽으면 0이 아니라 약 101 kPa가 나옵니다. 고장으로 오인하지 않도록 사양서의 G/A 표기를 확인합니다.
  • 차압 부호 반대 : 차압계의 H(+)/L(−) 포트를 바꿔 연결하면 양압실이 음압으로 표시됩니다. 설치 직후 문을 열고 닫으며 값이 예상 방향으로 움직이는지 확인합니다.
  • 스케일 설정 오류 : 장비 교체 후 4-20mA 범위(예: ±50 Pa → ±100 Pa)가 바뀌었는데 수신 측 스케일을 그대로 두면 값이 절반이나 두 배로 표시됩니다. 장비 교체 기록에 측정 범위를 함께 남깁니다.

8. 관련 산업용어

■ mmAq
mmH2O와 같은 단위입니다. Aq는 물을 뜻하는 라틴어 aqua에서 왔으며 국내 공조 도면에 자주 쓰입니다.

■ 정압 (Static Pressure)
덕트나 실내에서 공기 흐름과 관계없이 벽면에 작용하는 압력입니다. 송풍기 성능과 필터 저항을 나타낼 때 Pa나 mmAq로 표기합니다.

■ 압력 캐스케이드 (Pressure Cascade)
청정도가 높은 실에서 낮은 실로 갈수록 압력을 단계적으로 낮게 설계하는 방식입니다. 오염 공기가 역류하지 않게 하는 것이 목적입니다.

■ 미차압 트랜스미터
수십~수백 Pa 범위의 작은 차압을 측정해 4-20mA, 0-10V, RS-485 등의 신호로 내보내는 센서입니다.

9. 자주 묻는 질문

Q. 1 bar는 몇 Pa이고 몇 psi인가요?
1 bar는 정확히 100,000 Pa(100 kPa)이고 약 14.5 psi입니다. 1 bar는 표준 대기압 1 atm(101,325 Pa)보다 약 1.3% 작습니다.

Q. 1 mmH2O는 몇 Pa인가요?
약 9.807 Pa입니다. 어림셈으로는 1 mmH2O ≈ 10 Pa로 기억하면 편하며, 10 mmH2O는 약 98 Pa입니다.

Q. 클린룸 차압 10 Pa는 inH2O로 얼마인가요?
약 0.04 inH2O입니다. 10 ÷ 249.09 ≈ 0.040이며, 미국식 차압계 눈금에서는 0.04 근처를 읽으면 됩니다.

Q. psig와 psia의 차이는 무엇인가요?
psig는 대기압 기준 게이지압이고 psia는 진공 기준 절대압입니다. 해수면 표준 대기에서는 psia = psig + 약 14.7입니다.

Q. kgf/cm2와 bar는 같은 단위인가요?
아닙니다. 1 kgf/cm2는 0.98067 bar로 약 2% 작습니다. 어림셈에서는 같게 보지만 기록과 판정에는 정확한 환산값을 씁니다.

Q. 차압 센서도 대기압 보정이 필요한가요?
일반적으로 필요하지 않습니다. 차압은 두 포트의 압력 차이만 측정하므로 대기압 변화가 양쪽에 함께 작용해 상쇄됩니다.

10. 마무리

압력 단위 환산은 모든 값을 먼저 Pa로 바꾼 뒤 목표 단위로 나누는 방식이 가장 안전합니다. 1 bar = 100,000 Pa, 1 psi ≈ 6,894.76 Pa, 1 mmH2O ≈ 9.807 Pa, 1 inH2O ≈ 249.09 Pa 네 가지만 정확히 알아도 대부분의 환산을 할 수 있습니다.

압력 값에는 게이지압·절대압·차압 중 어느 기준인지를 항상 함께 적어야 합니다. 클린룸 차압은 10 Pa가 물기둥 약 1 mm일 만큼 작은 값이므로, 화면·알람·보고서 단위를 Pa로 통일하고 차압계마다 기준실과 측정 범위를 기록해 두는 것이 실무의 기본입니다.

참고 기준 : BIPM 「The International System of Units (SI Brochure)」 9판(2019), NIST SP 811 「Guide for the Use of the International System of Units」(2008), EU GMP Annex 1 「Manufacture of Sterile Medicinal Products」(2022), US FDA 「Sterile Drug Products Produced by Aseptic Processing — Current Good Manufacturing Practice」(2004)

태그 : 압력단위환산, 압력환산표, 파스칼, kPa, bar, psi, mmH2O, inH2O, mmAq, 게이지압, 절대압, 차압, 클린룸차압, 압력캐스케이드, 차압트랜스미터, 4-20mA