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1、半导体厂干净室之节能措施壹、 前 言# C0 O t0 & n5 O5 w贰、 国内半导体厂干净室耗能之现况D! + r5 u! A7 Z. O参、 节约能源技术4 E/ |4 w7 X9 h% Y! X肆、 结 论 x7 n2 j% R8 E 0 E& R伍、 参考文献F- I5 P% e b5 t! ? / B! D1 o+ _! 7 g# L 台北科技高校冷冻空调探讨所/萧复文、胡石政、蔡炳煌 6 C0 F. Y4 S. g, J; bU* d U ; F/ | x4 N4 z干净室耗能为一般空调系统之510倍，在国内自产能源匮乏且面临能源消耗日益严峻的状况下，如何提升无尘室空调系统的节
2、能技术，以提升生产力与竞争力，是我们必需面对的课题。- c8 D f# k( n1 f! I( VU3 k. Q2 5 N. U! V 0 i; % U/ h5 c近年来，尖端科技产业快速发展，使得晶圆制造或光电技术层级从微米、次微米到奈米，这些产业的制程作业环境，若非于无尘室中进行，其产品即无法达于精密尺度要求。# P+ z$ k6 x9 T7 A |目前半导体产业的集积度提高，晶圆直径大型化，而干净室耗能又为一般空调系统之510倍，因此能源消耗日益严峻。为了维护地球环境生态与永续发展，我们应善尽人类能源与资源之利用，努力提升无尘室空调系统节能技术，以增加生产力、竞争力并灭少能源运用量。以下
3、针对国内半导体厂干净室耗能之现况以及节约能源技术作探讨。【参考文献16】3 y3 q. J9 : z- m0 + W5 n ! B( Y8 G8 X, 8 V一般电子厂用电总设备容量约为数万马力，契约容量亦为数千乃至数万瓦，全年电费总额更高达数亿元以上，可见半导体厂的耗能相当惊人。为协作=之节能措施，并准确了解国内半导体厂之实际耗能状况，特殊针对国内厂家进行探讨分析。一般半导体厂耗能流程示意图如图1。+ K5 t# R b& G; c * k. C* 9 T 图1. 一般半导体厂耗能流程示意图7 D7 x* W( B: f$ x/ f! v$ q t+ ?. 7 i6 Z; u6 g O5 n
4、, w5 Q- K笔者【参考文献1、2】针对国内九家制造厂实际运转所消耗的电力，做深化统计探讨报告，得到平均单位生产晶圆面积电力消耗为2.18kW/m2，平均冷冻负荷0.434 RT/m2，晶圆产量平均耗能1.432 kWh/m2。以整厂耗能分布而言，厂务系统占全厂耗电分布达56.6%，其中含冰水机系统（27.2%）、外气处理系统、空气循环系统、空压系统、排气系统、氮气系统、制程冷却、真空和超纯水系统。制程机台占全厂耗电40.4%、办公室占3%。半导体厂的电力消耗和冷气负荷分布如图2、3及4所示。 ! N* W% M! X2 Q: t N$ M4 o+ v$ l- ?8 G& v m F& A
5、3 d N% Y% B1 a0 n图2. 半导体厂电力消耗分布图【参考文献1】* a$ U* A- X! J b+ m* C6 I5 s c! L! m7 c7 w7 e3 图3. 半导体厂之冷气负荷【参考文献1】0 L$ k1 S# XS j* B9 k( C( V% * f8 t$ M c图4. 半导体厂冷气消耗概述2 Y3 w! q0 z0 K4 U7 X, o5 u* M4 v5 S3 n9 F! m 半导体厂干净室之节能措施主要项目分为冰水主机、冰水系统、冷却水系统、外气空调箱、排气系统、照明系统、电力系统及人员、设备操作维护之管理等八类，经专业评估进行规划、施工改善及验证，以达节能
6、之最佳效益。兹将要点概述如下： A: P8 B& , z4 I; O* x# u, I6 X% K2 Y% g- Y: B x一、冰水主机: P/ w- |U L+ k8 e: m0 A$ Lt( C, N1. 汰换COP值低之往复式主机，改用合乎EER值高效率之涡螺旋或离心式冰水主机。C/ U |. O: / K$ |2. 协作空调负载之改变，规划最佳化之运转台数限制、容量限制与耗能的匹配限制，使每部主机在最佳效率下运转，避开多台主机在低负载、低效率下运转。! C: 2 ! - d3 . + ; P. T3. 适当调整冰水主机之冰水设定温度，增加1约可提高3%之冰水主机效率。. K7 s*
7、+ k9 B/ G- s4. 降低主机之冷凝温度，以提高主机效率。4 f. M7 m/ 1 W8 - l5. 定期清洗冷凝器与蒸发器，保持最佳之热传效率，降低压缩机之消耗电力。& o$ a; F|% 8 e0 S9 l, q6. 冰水机组之容量限制采无段卸载或变频限制，来降低耗电量。 8 K+ z8 V1 - q& m+ 9 Y% N二、冰水系统. D% z# P% s, g- Z+ p9 g K! Q8 p0 0 1. 冰水管路系统应力求短截，避开逆回水装置，以削减管路压损而耗功。$ P c- A a4 L5 RG3 ; n2. 冰水各区域及各设备应设置多功能平衡阀，俾利平衡调整流量，以达设
8、计之水量。: z- Z5 a4 dU6 L: H. o R9 R I3. 因为流量变小时较省能，故空调箱之冰水流量限制应以二通阀之变流量定温差限制，取代三通阀之定流量定温差限制。+ i; b9 Z. ( o |; 4. 当负载改变时，冰水泵应以变频限制其冰水量。由于冰水泵耗功率可按水量三次方的比例降低，因此，变流量限制可以大量的节能，如图5。. G, z, v- 5 p, ; d8 S5. 中大型空调系统倾向运用P-S系统（Primary Secondary System）。【参考文献6】 ( g! w1 W3 1 B% d U(1 传统之P-S冰水系统：- G# G: A, o* r X通常
9、设计时冰水温度和负载的温差相同，使得一次侧冰水流量大于二次侧冰水流量，多余之冰水将自共通管道与回水混合后流回冰水主机；若设计错误或操作不当，则可能造成二次侧冰水流量大于一次侧冰水流量，冰水自共通管逆流而回，使冰水温度上升，造成冷却实力不足。4 F, I; - m( I9 m: w为了避开此状况，当共通管的冰水发生逆流时，即应启动一组冰水主机和冰水泵浦，使一次侧冰水流量加大，当共通管的冰水流量大于一组冰水机的流量时，才停止一组冰水主机的运转。换言之，共通管的冰水流淌方向应正确，且共通管至少须要510倍管径的长度。! a: 6 Z3 h8 |6 A. j$ H , m$ i0 n2 p8 & G%
10、 q( Q(2 节能之P-S冰水系统： 2 y* w* 3 a P多台主机并联时，其共通管之设计应为各主机总回水之共通管，使冰水主机能依不同的设定温度，作最佳化之限制运转模式，提高节能效益。+ * hd& e7 Q$ r ; P9 8 W+ . T4 J T! b, . Z! j图5. 消耗电力与变流量转速之关系曲线# X& q2 u2 * W8 a5 ?2 : | N/ 1 A9 q, |; H1 ?三、冷却水系统. u: f3 Q* w1 P P, & ( ?( H8 G, H( x H/ . F* f1. 以多组冷却水塔并联运转，并由冷却水送水温度回馈至变频器，限制水塔风车运转。7 Z6
11、 5 c! k; r, U C% 2. 多台冷却水塔并联运转，水量需平衡才能充分发挥冷却效果。0 L7 r$ + s3 7 i. c3. 水塔洒水头水量应分布匀称，使散热片与冷空气充分热交换。_, V% k ; A( J6 _1 V$ m4 R4. 水塔之散热片及水盘、滤网应定期清洗保养，防止结垢及生苔，影响冷却效果。9 a; $ O. d w/ e # 5. 冷却水设定应随外气、湿球温度重置（Reset），亦即以平均湿球温度加上35为冷却水的出水口温度，则风扇之耗电可大为削减。【参考文献6】- c. D x3 A( a, pm. j+ v3 u6. 当冰水主机冷媒高压压力于正常范围内，其冷却
12、水入口温度每降1可省电1.5%2%。 8 |- n; f4 i# Y5 G* f 四、外气空调箱【参考文献5】 + j- j x: f. q+ y4 a$ M9 n1 j. h$ K! l6 Z K K, E9 J1. 外气空调箱风车以变频器限制：: S v4 iL$ Y! V+ W6 t. I充分利用备用空调箱加入运转，将每台风量比例降低。依风车定律，耗电量与风量三次方成正比，如此一来整体外气空调箱可节约44%能源。4 S9 p+ K; t7 A2 X2. 冷凝水回收利用：5 y6 * p& d, Y6 k当引进外气经除湿盘管冷却，达于露点温度即冷凝成低温之水，可作为空气洗涤或冷却水塔补充水
13、，降低冷却水温。* P1 z6 E$ 8 $ U8 Z 3. 协作一般排气：8 Rm0 L; Y- Y利用全热交换器降低引入外气之焓值，大大削减外气空调箱冷却除湿盘管之负荷，相对降低冰水主机耗电量。7 I. L/ 0 E1 P9 u6 _2 a0 T0 g4. 以热管做冷却除湿盘管前后之热交换：7 L9 z% B1 Z ! Z: Q0 |利用其次道冷却除湿盘管下游之低温空气与引入之高温外气进行热交换，藉以降低引入外气之焓值，并提高再热盘管上游之空气温度，同时降低冷却除湿负荷与再热负荷，达到双重节能目的，如图6。# M, I; a+ | V6 D+ r+ d5. MAU (Make-Up Air
14、 Unit以双冰水温度设计：0 R z1 F$ . fb$ B7 在第一道冷却除湿盘管，以较高温之冰水供应，而其次道冷却除湿盘管，则供应低温冰水，如此可提高CHU(Chilled Water Unit系统冰水温度，削减主机耗电量，达到节能目的。F6 U! U5 Q9 l6. 冷却除湿盘管串联冰水管路低温设计：5 5 S9 qK . # z& H将低温冰水用于其次道冷却除湿盘管之进水，离开之冰水再进入第一道冷却除湿盘管，最终才回到CHU系统，如此冰水温度可获提高，且冰水流量削减，相对冰水主机及冰水泵之消耗电力大幅削减。1 T1 l5 AF M6 S( so* y 7. 选择高效率之风车：4 o7 Q3 & l$ E8 X. g* u! mMAU风车之选定，不应只考虑全数满载运转之性能，应评估实际运转之效率，避开在低效率下运转。+ T!
