潔凈室之空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與能源消耗分析.doc

第7章 潔淨(jìng)室之空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與能源消耗分析7.1前言 因?yàn)殡娮庸I(yè)對(duì)於潔淨(jìng)室的需求，再加上潔淨(jìng)室機(jī)器所散發(fā)大量的熱量，需要處理大量的外氣，且全年24小時(shí)都再運(yùn)作的情形下，其所造成的耗能是相當(dāng)大的。在此我們就以幾種不同的空調(diào)箱及其不同的搭配種類來(lái)加以討論。7.2應(yīng)用計(jì)算實(shí)例 某300mm DRAM廠潔淨(jìng)室實(shí)際設(shè)計(jì)參數(shù)作為案例分析如下諸元外氣條件31 DB, RH= 80%室內(nèi)條件23 DB, RH= 45%潔淨(jìng)室面積11,182m2潔淨(jìng)室高度3.5m作業(yè)人數(shù)500循環(huán)量6,543,000CMH熱排氣498,120CMH酸排氣30,540CMH鹼排氣33,5400CMH有機(jī)氣體排氣59,880CMH製程設(shè)備負(fù)載7,367KW本廠使用的空調(diào)系統(tǒng)構(gòu)型為抽風(fēng)式外氣空調(diào)箱(MAU)、風(fēng)機(jī)過濾器(FFU)以及冷卻乾盤管(DCC)之搭配方式，其中每部外氣空調(diào)箱容量為100,000CMH共10臺(tái)，靜壓為1,300Pa(fan= 0.8), motor= 0.95)，冷卻盤管採(cǎi)高/低溫冰水盤管連續(xù)冷卻方式； FFU平均面風(fēng)速0.35m/s，風(fēng)量為900CMH，靜壓為 100 Pa (fan= 0.3, motor= 0.95)，配合循環(huán)量的大小共採(cǎi)用7270臺(tái)。圖一 外氣空調(diào)箱(MAU)、風(fēng)機(jī)過濾器(FFU)以及冷卻乾盤管(DCC)之搭配方式 然而為了進(jìn)一步分析各種不同空調(diào)系統(tǒng)構(gòu)型對(duì)設(shè)計(jì)的影響，本研究將以同樣的設(shè)計(jì)參數(shù)為基礎(chǔ)，分別引入其它不同的空調(diào)系統(tǒng)構(gòu)型藉以交叉比對(duì)耗能的影響，茲分別說明如下1. 外氣空調(diào)箱、軸流風(fēng)機(jī)組以及冷卻乾盤管方式圖二外氣空調(diào)箱、軸流風(fēng)機(jī)組以及冷卻乾盤管方式其中，軸流風(fēng)機(jī)共十臺(tái)，每部風(fēng)量654,300CMH，靜壓850Pa(fan= 0.85, motor= 0.95)2. 外氣空調(diào)箱(MAU)及循環(huán)空調(diào)箱(RCU)方式圖三 外氣空調(diào)箱(MAU)及循環(huán)空調(diào)箱(RCU)方式其中循環(huán)空調(diào)箱共十臺(tái)，每部風(fēng)量654,300 CMH，靜壓1850Pa(fan= 0.45, motor= 0.95)。3. 純循環(huán)空調(diào)箱(RCU)方式(即與一般空調(diào)之空調(diào)箱設(shè)計(jì)類似)圖四 純循環(huán)空調(diào)箱(RCU)方式其中循環(huán)空調(diào)箱共十臺(tái)，每部風(fēng)量654,300 CMH，靜壓2,000Pa(fan= 0.85, motor= 0.95)。4. 外氣空調(diào)箱(MAU)及循環(huán)空調(diào)箱(RCU)方式加上局部循環(huán)風(fēng)機(jī)盤管(FCU)圖五 外氣空調(diào)箱(MAU)及循環(huán)空調(diào)箱(RCU)方式加上局部循環(huán)風(fēng)機(jī)盤管(FCU) 組成與外氣空調(diào)箱(MAU)及循環(huán)空調(diào)箱(RCU)方式類似，但增加局部小型冷風(fēng)系統(tǒng)，其循環(huán)量佔(zhàn)總循環(huán)量之30%；小型冷風(fēng)機(jī)之fan= 0.3, motor= 0.85與本研究有關(guān)之各機(jī)械公用設(shè)備規(guī)格如下 冰水主機(jī)及系統(tǒng)：熱回收式，備有高低溫冰水機(jī)兩種，其中高溫冰水機(jī)出水溫度為9/14、性能係數(shù)(COP)=3.5，低溫冰水機(jī)出水溫度為6、性能係數(shù)(COP)=4。冰水泵揚(yáng)程25m (pump efficiency = 80%)熱水泵揚(yáng)程20m (pump efficiency = 80%)冷卻乾盤管循環(huán)揚(yáng)程20m (pump efficiency = 80%)製程潔淨(jìng)區(qū)之最主要的空調(diào)負(fù)荷，分為室內(nèi)及室外負(fù)荷。在本研究中，室內(nèi)負(fù)荷採(cǎi)用熱指標(biāo)法(Thermal Index)作為計(jì)算依據(jù)。室內(nèi)及室外負(fù)荷計(jì)算依據(jù)如下： A.室內(nèi)負(fù)荷： (a)人員(顯熱60kcal/h人，潛熱50kcal/h人) (b)燈光：28W/ (c)機(jī)器負(fù)荷： 輸入功率X負(fù)荷係數(shù) (考慮為1.0) 冷卻循環(huán)水負(fù)荷循環(huán)水流量X水溫差(此處溫差約為3.2左右) 排氣負(fù)荷排氣量X排氣溫差，此處排氣溫差可分為三類： 1. 酸排氣(SEX)、鹼排氣(AMX)溫差一般為0.3， 2. 有機(jī)氣體(VOC)的排氣溫差為4.9， 3. 機(jī)臺(tái)的產(chǎn)生高溫機(jī)械其排氣裝置的排氣溫差為2.2左右。 (d)送風(fēng)機(jī)的熱負(fù)荷：輸入功率X負(fù)荷係數(shù)：對(duì)潔淨(jìng)室內(nèi)負(fù)載Qi而言，由能量守恆可推得以下關(guān)係：QFFU +Qlighting + Qelectricity +Qoccupant + Qeveloped = QDCC + QMA + QPCW+QEA (1)由(1)式可計(jì)算潔淨(jìng)室所需乾盤管容量之大小。B.室外負(fù)荷： (a) 外氣負(fù)荷外氣負(fù)荷=外氣輸入量X室內(nèi)外空氣之焓值差，此處外氣輸入量包含排氣量加上人員換氣及維持正壓需要量?jī)烧咧腥∑浯笳?。其中人員換氣量為40CMH，正壓維持需求量為15Pa(相對(duì)外界)。(b) 包絡(luò)負(fù)荷(Eveloped Load)本部份主要來(lái)自建築物外部的熱源，以傳導(dǎo)方式進(jìn)入潔淨(jìng)室內(nèi)，以本案採(cǎi)用之點(diǎn)型之潔淨(jìng)室建築型式包絡(luò)負(fù)荷約30Kcal/hr。7.2.1計(jì)算及分析1、 採(cǎi)用不同空調(diào)系統(tǒng)之對(duì)能源消耗之分析依據(jù)前述計(jì)算後所得到之總表詳如表一及圖六所示。圖六 各種不同設(shè)計(jì)之潔淨(jìng)室耗能總量比較由前述計(jì)算結(jié)果可知，以外氣空調(diào)箱以及分散型的循環(huán)及冷卻裝置(FFU或軸流風(fēng)機(jī))其能源消耗較集中式為少，再以軸流風(fēng)機(jī)與風(fēng)機(jī)過濾器兩者來(lái)看，因前者的噪音、振動(dòng)問題遠(yuǎn)大於後者，而此兩點(diǎn)也正是無(wú)塵室的操作大忌；若再加上潔淨(jìng)室運(yùn)用彈性以及日常維修保養(yǎng)及操作成本均高的觀點(diǎn)來(lái)看，毫無(wú)疑問的抽風(fēng)式外氣空調(diào)箱、風(fēng)機(jī)過濾器以及冷卻乾盤管(DCC)之組合幾乎可說是目前電子工業(yè)潔淨(jìng)室的設(shè)計(jì)主流；不過初設(shè)成本表較空調(diào)箱加風(fēng)管的組合偏高為其缺點(diǎn)。但在整個(gè)建廠投資成本及日後節(jié)能的觀點(diǎn)而研則無(wú)足輕重。2、 採(cǎi)用旁通循環(huán)空調(diào)箱的耗能分析空調(diào)箱加風(fēng)管的另一項(xiàng)設(shè)計(jì)限制為風(fēng)車及風(fēng)管尺寸，倘若為降低空調(diào)設(shè)備成本採(cǎi)用此一設(shè)計(jì)，將會(huì)面臨無(wú)法覓得合適尺寸的風(fēng)車，就算採(cǎi)用客製化(Custom Made)之風(fēng)機(jī)，也將衍生巨大的機(jī)房空間需求；另外所需之供回風(fēng)管的尺寸也會(huì)十分巨大，佈置上也十分困難。是故採(cǎi)用此一設(shè)計(jì)於大面積潔淨(jìng)室只是徒然增加廠房的尺寸，造成土建成本不降反升的窘境。表一 各種不同設(shè)計(jì)之潔淨(jìng)室耗能比較 (單位KW)系統(tǒng)搭配方式FFU+MAUAxial Fan+MAUMAU+RCURCUMAU+RCU+FCURCU/w 76% RA Bypass6oC冰水製冷電量2349.06 2349.06 2349.06 11615.37 2349.06 7819.59 9oC冰水製冷電量2681.05 2681.05 3558.99 2681.05 14oC冰水製冷電量439.03 694.28 301.01 一次冰水泵電力122.76 122.76 122.76 606.99 122.76 408.63 二次冰水泵電力128.10 128.10 170.04 157.46 14oC冰水泵電力58.99 93.29 31.46 熱水泵電力26.40 26.40 24.79 162.99 24.79 408.63 MAU472.47 472.47 472.47 472.47 氣流循環(huán)單元?jiǎng)恿?27.00 1875.64 4957.06 4689.11 2598.05 4689.11 FCU31.46 總計(jì)7004.86 8443.06 11655.18 17074.46 8769.57 13325.97 氣流循環(huán)系統(tǒng)耗能指標(biāo)(W/m2)65.02 167.74 443.31 419.34 232.34 419.34 耗能評(píng)比(以FFU型為基礎(chǔ))11.21 1.66 2.44 1.25 1.90 系統(tǒng)評(píng)論最省能,潔淨(jìng)室運(yùn)轉(zhuǎn)有彈性,為目前主流設(shè)計(jì),但初設(shè)成本偏高為其缺點(diǎn)潔淨(jìng)室運(yùn)轉(zhuǎn)有彈性,但有噪音問題,系統(tǒng)保養(yǎng)性差造價(jià)便宜,但風(fēng)管布建較複雜,不利於大規(guī)模或使用彈性需大的無(wú)塵室,可作為改善案之參考造價(jià)便宜,但風(fēng)管布建較複雜,耗能設(shè)計(jì),同時(shí)不利於大規(guī)?；蚴褂脧椥孕璐蟮臒o(wú)塵室風(fēng)管布建較複雜,耗能較純MAU+RCU改善許多,唯潔淨(jìng)度較不易維持造價(jià)便宜,但風(fēng)管布建較複雜,耗能設(shè)計(jì),同時(shí)不利於大規(guī)?；蚴褂脧椥孕璐蟮臒o(wú)塵室不過空調(diào)箱加風(fēng)管的設(shè)計(jì)組合若運(yùn)用於面積較小、排氣量低以及潔淨(jìng)等級(jí)不高的的潔淨(jìng)廠房(如研發(fā)實(shí)驗(yàn)室、生物科技、精密工業(yè)及食品業(yè)潔淨(jìng)廠)，其低廉的初期投資成本的設(shè)計(jì)仍受到樂用。而此類設(shè)計(jì)十分類似於一般產(chǎn)業(yè)恆溫恆濕空調(diào)系統(tǒng)，即便無(wú)任何排氣，但基於室內(nèi)正壓之需求，仍須引入小量外氣。於外氣潮濕的情況下，利用循環(huán)空調(diào)箱兼處理外氣，儘管外氣量很少，冷卻盤管之離風(fēng)條件仍然必須低於室內(nèi)之露點(diǎn)溫度以避免室內(nèi)產(chǎn)生凝露現(xiàn)象，但如此一來(lái)卻造成冷卻除濕負(fù)荷非常大。一般設(shè)計(jì)上均以再熱方式處理，但如此一來(lái)勢(shì)必又要損耗更多能源。在此類型潔淨(jìng)室設(shè)計(jì)上，將大部分回風(fēng)直接旁通至冷卻盤管下游，避免不必要之回風(fēng)經(jīng)冷卻後再加熱造成雙重能源耗損，為一重要的思考方向。為探討旁通量對(duì)節(jié)能的差異性，在本研究中以乎略實(shí)際設(shè)備布局(Physical Layout)及設(shè)備選型(Equipment Sizing)的前提下仍以前例作為計(jì)算分析的依據(jù)。依據(jù)前述計(jì)算後所得到之總表詳如表二及圖七所示，而其詳細(xì)過程則如附錄二所示。圖七 各種不同旁通量循環(huán)空調(diào)箱設(shè)計(jì)之潔淨(jìng)室耗能總量比較表二 各種不同旁通量循環(huán)空調(diào)箱設(shè)計(jì)之潔淨(jìng)室耗能比較單位KW系統(tǒng)搭配方式MAU+RCUMAU+RCU+FCURCURCURCURCURCU/w 0% RA Bypass/w 12% RA Bypass/w 25% RA Bypass/w 45% RA Bypass/w 76% RA Bypass6oC冰水製冷電量2349.06 2349.06 11615.37 10783.51 9449.72 8022.76 7819.59 9oC冰水製冷電量3558.99 2681.05 14oC冰水製冷電量301.01 37oC熱水一次冰水泵電力122.76 122.76 606.99 563.52 493.82 419.25 408.63 二次冰水泵電力170.04 157.46 14oC冰水泵電力31.46 熱水泵電力24.79 24.79 287.23 47.57 200.07 133.51 17.37 MAU472.47 472.47 氣流循環(huán)單元?jiǎng)恿?957.06 2598.05 4689.11 4212.42 3696.00 2901.51 1670.05 FCU31.46 總計(jì)11655.18 8769.57 17198.70 15607.01 13839.61 11477.03 9915.64 本研究例舉了0%、25%、45%以及76%循環(huán)旁通量狀態(tài)下的能量消耗；由計(jì)算結(jié)果，充份顯示了旁通量越大，對(duì)於節(jié)能的成效越顯著，甚至在旁通量達(dá)76%時(shí)其耗電量較MAU+RCU的組合更低，而能更近一步接近MAU+RCU+FCU組合的水準(zhǔn)。理論上，RCU採(cǎi)行旁通循環(huán)風(fēng)量的方式的確能夠省下大量電能，然而前面已提及在大規(guī)模外氣需求量下，設(shè)備選型布局以及旁通風(fēng)門的控制靈敏度及準(zhǔn)確性侷限了此一設(shè)計(jì)的可能性。是故此一設(shè)計(jì)仍只適合在小面積規(guī)模、外氣需求量低、潔淨(jìng)等級(jí)要求不高的潔淨(jìng)廠房設(shè)計(jì)。3、 採(cǎi)用熱管(Heat Pipe)對(duì)外氣空調(diào)箱的節(jié)能分析對(duì)外氣空調(diào)箱而言，節(jié)能的手段除了降低再熱溫度外，採(cǎi)用熱管(Heat Pipe)亦為一可行之方法。熱管基本之概念為一以重力-毛細(xì)作用力輸送工作流體之封閉式熱交換設(shè)備，不須電力推動(dòng)流體為其特點(diǎn)。對(duì)外氣空調(diào)箱而言，熱管可取代一組高溫段預(yù)冷盤管及再熱盤管的組合，用以回收部份高溫外氣作為再熱之熱源，其概念如圖八所示。圖八 熱管運(yùn)用於外氣空調(diào)箱之概念圖為實(shí)際顯示熱管的節(jié)能效果，將本研究案例中之外氣空調(diào)箱安裝熱管之性能，經(jīng)過重新計(jì)算後如附錄三所示，在與原有外氣空調(diào)箱性能比對(duì)後其比較如表三所示。表三 外氣空調(diào)箱安裝熱管前後耗能差異比較單位:KW熱水泵所需電力高溫冰水製備電力高溫冰水泵所需電力總電力需求MAU21.12 2681.05 160.12 2841.17 MAU (安裝熱管)0.00 2378.06 0.00 2378.06 從表三可清楚的發(fā)現(xiàn)，若採(cǎi)用熱管設(shè)計(jì)的外氣空調(diào)箱，其電力需求量為原設(shè)計(jì)的84%；若以運(yùn)轉(zhuǎn)的觀點(diǎn)來(lái)看，其省下的463KW電力，若單位成本以1.5NTD/KWH、稼動(dòng)率95%計(jì)算，每年所省下之電費(fèi)可達(dá)NTD 5,781,044之譜，再加上減少的熱水系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備保養(yǎng)費(fèi)用，確實(shí)為一有效節(jié)能方式。不過熱管之實(shí)際運(yùn)用仍有其侷限性，分述如下：- 熱管為確保其熱力性能，於製作時(shí)即抽真空，倘若熱管組發(fā)生破損將失去功能且無(wú)法修復(fù)，需重新更換。- 缺乏大容量熱管之實(shí)績(jī)，且製作較為困難。- 無(wú)法於部份負(fù)載(Partial-Load)側(cè)針對(duì)得熱-棄熱作主動(dòng)控制。- 初期購(gòu)置成本偏高。是故於外氣空調(diào)箱採(cǎi)用熱管來(lái)節(jié)能的設(shè)計(jì)，目前大多仍侷限在小容量(30,000CMH)以下的外氣空調(diào)箱為主。 為了消彌熱管無(wú)法主動(dòng)控制以及熱管本身脆弱的缺憾，目前另外產(chǎn)生所謂的擬熱管(Quasi-Heat Pipe)的設(shè)計(jì)概念，這種設(shè)計(jì)概念來(lái)自於工業(yè)用的封密式氣-氣熱交換器(Gas-Gas Heater)，以壓力(循環(huán)泵)取代重力-毛細(xì)作用力輸送工作流體的方式，也可達(dá)到相同的效果。不過多了循環(huán)泵，故在節(jié)能要求上則不如真正的熱管，但其工作流體壓力輸送的優(yōu)點(diǎn)，使得冷、熱盤管布置為任意而不受重力流布置所節(jié)制。故此設(shè)計(jì)目前反較真正的熱管設(shè)計(jì)受歡迎。4、 顯熱比與熱負(fù)荷變化之分析由於一般大規(guī)模的半導(dǎo)體及平面顯示器製造廠，熱負(fù)荷普遍上其顯熱因素(SHF)均接近100%，然而對(duì)於平面顯示器模組(LCM)、印刷電路板、電漿顯示器(PDP)、光纖電纜等製造廠，這些製程所需作業(yè)人員多、或生產(chǎn)區(qū)內(nèi)有大量水氣蒸發(fā)，造成SHF降低，是故本研究也針對(duì)SHF與負(fù)載的變化作探討。為配合實(shí)際的情況，特另列舉實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)的某小型LCM廠為案例，該潔淨(jìng)廠房之規(guī)格如下諸元潔淨(jìng)室面積2,678m2潔淨(jìng)室高度3.2m (Injection)2.8m (Others)作業(yè)區(qū)內(nèi)容Injection (10K)導(dǎo)光板拋光區(qū) (10K)成型點(diǎn)燈檢查區(qū) (10K)更衣室(100K)循環(huán)量224,952CMH熱排氣21,400CMH (T=2.2oC)製程設(shè)備負(fù)載290KW本製程抽氣量極少，所有濕製程均於微環(huán)境下完成，是故製程區(qū)最大之潛熱幾乎是由人員來(lái)提供，本例將分別就30、100、150、300、500、700、900、1100、1500、2000人等狀況來(lái)模擬潛熱的增量變化。在這裡要說明的一點(diǎn)是在本例尺寸下的廠房鮮少有300人以上同時(shí)作業(yè)的情況，故之後的人數(shù)僅是為說明潛熱增加造成的影響。本例的計(jì)算方式一如前面的分析，所有的變化均列表如附錄四所示，而廠房顯熱比與熱負(fù)荷變化詳如圖九所示。從圖九中可以發(fā)現(xiàn)，在SHF=0.926以上的情況，人員的潛熱負(fù)荷相較於總熱負(fù)荷顯得無(wú)足輕重，所以總熱幾乎保持常數(shù)，一旦SHF低於此則值熱負(fù)荷便產(chǎn)生急遽的變化，這顯示在本例中人員負(fù)荷占了舉足輕重的地位。這項(xiàng)影響從外氣總量的計(jì)算也能夠看出來(lái)(圖十)；由先前外氣總計(jì)算的基準(zhǔn)為室內(nèi)所需量加上維持室內(nèi)正壓量或人員換氣量取其大者(稱為外氣增量)之前提下，我們可以看到當(dāng)SHF=0.926時(shí)不僅總熱負(fù)荷有了明顯變化，外氣增量也由原有正壓掌控(Dominate)轉(zhuǎn)變?yōu)槿藛T換氣量掌控，更突顯了這一點(diǎn)。圖九 潔淨(jìng)室熱負(fù)荷與顯熱因素(SHF)之變化圖十 潔淨(jìng)室外氣補(bǔ)充量與顯熱因素(SHF)之變化5、 排氣能量之回收探討在本研究之主要300mm DRAM製造廠案例中，不論維持正壓或人員所需之換氣需求量相較於其它製程排氣可說是少之又少(不超過新風(fēng)總量之7%)，是故龐大的外氣量將佔(zhàn)去全廠製冷量不小的部份(約70%)，所以如何節(jié)省此部份的電能亦為值得思考的方向。降低外氣空調(diào)箱出風(fēng)溫度目前以為廣為眾所皆知方法，排氣減量雖也是方法之一，但受到製程本身的限制只能視為治標(biāo)的手段。是故，從排出的廢氣中找尋可回收的能量成為一可行之道。從排出的廢氣中計(jì)算廢棄的製冷量508KW(約144RT)，不過受限於溫度偏高(多在25oC以上)，跟廠內(nèi)大部份冷源動(dòng)輒均在20oC以下的情況看來(lái)，排氣能量回收十分困難?；旧弦话闩艢庋u程所排氣大部份對(duì)人體無(wú)害，故可作為中央設(shè)備廠房(CUB)作為機(jī)房設(shè)備部份的冷源，或者可拉回MAU機(jī)房與新風(fēng)混合，兩者均可降低部份冰水主機(jī)的熱負(fù)荷；本例之一般排氣所排放之溫度為25.3oC，冷凍量為376KW(107RT)，其出風(fēng)條件與機(jī)房之空調(diào)室內(nèi)系統(tǒng)的條件(機(jī)房設(shè)計(jì)溫度大多在2627oC左右)類似，對(duì)此可作出以下的規(guī)劃，並使得冰水主機(jī)省下256KW的電力(以每冷凍噸需0.68KW之電力計(jì)算)。- 作為CUB機(jī)房冰水主機(jī)或潔淨(jìng)壓縮空氣空壓機(jī)(CDA Compressor)的空調(diào)供風(fēng)或輔助供風(fēng)源：由於排氣源十分乾淨(jìng)，甚至可延長(zhǎng)CDA空壓機(jī)入口慣性過濾器的壽命。- 作為與MAU新風(fēng)於機(jī)外預(yù)冷之冷源：在與原有空調(diào)箱比較後之節(jié)能改善如表四所示。表四 外氣空調(diào)箱與排氣理論上混風(fēng)所節(jié)約之能量單位:KW高溫冰水泵所需電力高溫冰水製備電力總電力需求MAU160.12 3064.06 3224.18 MAU (與GEX混合)100.12 1915.92 2016.04 由表四可以發(fā)現(xiàn)，兩者電力需求量相差達(dá)1208KW；若電價(jià)成本以1.5NTD/KWH、稼動(dòng)率以95%計(jì)算，每年所省下之電費(fèi)可達(dá)15,081,095NTD 之譜，對(duì)節(jié)約電費(fèi)將頗有助益。不過建議設(shè)計(jì)者在先小心的確認(rèn)排氣是否不會(huì)造成任何副作用後再行規(guī)劃為佳。筆者實(shí)際上作過類似規(guī)劃，在該例中一般排氣可同時(shí)對(duì)MAU機(jī)房及CDA室供應(yīng)26oC，RH=6065%的排氣，對(duì)於該廠節(jié)能助益頗大。(如圖十一及圖十二)。6、 排氣量減少之討論潔淨(jìng)室在製程作業(yè)的過程中必須要將廢氣排出，再加上會(huì)有一部分的循環(huán)空氣洩露或滲出牆外，因此就必須由外氣空調(diào)箱補(bǔ)進(jìn)新鮮的外氣，但處理大量高溫高濕的外氣達(dá)到室內(nèi)所要求的固定溫溼度，絕對(duì)是相當(dāng)耗能的。因此我們考慮將排氣量減少25%、50%及75%來(lái)相互比較其間對(duì)傑能會(huì)有什麼樣的效果。表五 排氣量的不同與耗能之比較25%排氣量FFU+MAUAxial Fan+MAUMAU+RCURCUMAU+RCU+FCURCU (Bypass Mode)Power Consumption3073.074511.277571.7217057.624577.3811151.0750%排氣量FFU+MAUAxial Fan+MAUMAU+RCURCUMAU+RCU+FCURCU (Bypass Mode)Power Consumption4409.68015847.8797678901.7766217063.2355944.32679811879.5664675%排氣量FFU+MAUAxial Fan+MAUMAU+RCURCUMAU+RCU+FCURCU (Bypass Mode)Power Consumption5746.28777184.4873810231.833617068.8467311.2751412608.06663100%排氣量FFU+MAUAxial Fan+MAUMAU+RCURCUMAU+RCU+FCURCU (Bypass Mode)Power Consumption7152.2088590.4081811630.817074.4578749.1100713325.96672由上表我們可以得知當(dāng)我們減少排氣後，外氣的補(bǔ)給量也會(huì)減少。MAU系統(tǒng)因?yàn)闇p少了高溫高濕的外氣處理量，引次在節(jié)約能源上有了非常顯著的效果。而RCU的系統(tǒng)，因?yàn)檫€要和回風(fēng)相混合，雖然在處理外氣的耗能降低了，但風(fēng)車必須送出的風(fēng)量還是相當(dāng)?shù)拇?，因此在?jié)能上的效果非常的有限，而如果是RCU+BYPASS的模式下，則可以相對(duì)的節(jié)省了更多的能源。但是RCU系統(tǒng)與NAU系統(tǒng)相互比較的話，MAU系統(tǒng)還是佔(zhàn)有較大的節(jié)能優(yōu)勢(shì)。經(jīng)過前述的討論後，我們可以發(fā)現(xiàn)：1. MAU加分散式循環(huán)系統(tǒng)(FFU、軸流風(fēng)機(jī))及冷卻系統(tǒng)(DCC)消耗動(dòng)力為均偏低，特別以MAU+FFU+DCC的組合其消耗動(dòng)力為最低。2. RCU系統(tǒng)最耗能，對(duì)大規(guī)模及高循環(huán)次數(shù)之潔淨(jìng)廠房設(shè)計(jì)不適用，但對(duì)造價(jià)較低，小規(guī)模、潔淨(jìng)等級(jí)低之潔淨(jìng)室設(shè)計(jì)則十分適合。3. 採(cǎi)取外旁通系統(tǒng)可有效降低RCU冷卻及再熱量進(jìn)而節(jié)省電能。4. 熱管對(duì)MAU可有效減少其預(yù)冷及再熱所需能源。5. 當(dāng)RCU系統(tǒng)對(duì)SHF0.926以下之負(fù)荷情況其熱負(fù)荷將急遽上升。6. 若經(jīng)仔細(xì)調(diào)查，部份排氣系統(tǒng)亦可自其中回收部份冷能，且對(duì)全廠節(jié)能助益斐淺。7. 若將排氣量減少，耗能也可以相對(duì)的減少。且MAU系統(tǒng)會(huì)比RCU系統(tǒng)還要明顯。7.3熱負(fù)荷的綜合分析計(jì)算 1.概括來(lái)源：設(shè)備機(jī)臺(tái)和廠商系統(tǒng)發(fā)熱量約以以下負(fù)載推估：(1) 機(jī)臺(tái)發(fā)熱(2) 真空PUMP(3) 電力供應(yīng)系統(tǒng)之發(fā)熱(4) External Head Gain(5) FFU MOTOR(6) LIGHTING(7) MAU FAN 2.依熱負(fù)荷推斷FAB所需Dry Coil 冷凍能力，並作適當(dāng)Dry Coil Arravge，以 某一晶圓廠Supporting Building 無(wú)塵室熱負(fù)荷實(shí)例來(lái)作計(jì)算。表一、Room Cooling Load Calculation Data By UserZONE NO.LOADINGKWCOILSETSD/CCAPACITY(KW/SET)SELECT CAPACITY(KW/SET)1CMP430.96459.6122THIN FIN244.99279.1123TCR143.27178.4124MOVE-IN(AIR LOCK)6.6816.6885MAIN GOWN ROOM47.9459.61062F RAP GOWN RM14.3114.315表二、DRY COIL CAPACITY CALCULATION (SUPPOR BUILDING)ZONE NO.COOLINGLOADO.AQTY(CMM)O.ASUB-COOLINGLOAD (KW)(11-23) 60DRY COILLOAD(KW)DRY COILSAFETYLOAD(KW)20DRY COILCAPACITY(KW)HEAT-EXCHANGERWATER FLOW RATE(CMH)(KW)( )PRIMARY(6-12.7)SECONDARY(1419)CMP ROOM385.0545.10180.00-25.92359.1371.83430.9655.4274.25THIN FILM225.7626.44150.00-21.60204.1640.83244.9931.5142.21TCR ROOM191.3922.42500.00-72.00119.3923.88143.2718.4224.69組裝噴砂間6.120.720.000.006.121.227.340.941.27EQ.MOVE-INAIR LUCK5.570.650.000.005.571.116.680.861.15MAIN GOWN ROOM39.954.680.000.0039.957.9947.946.178.26TOTAL853.84100830.00-119.52734.32146.86881.18113.32151.83表三、COOLING LOAD ESTIMATEROOM NO2F RAP GOWN ROOMOUTSIDE AIR CONDITION35 DB ,28 WBMAKE-UP AIRCONDITION10 DB,9.8WBROOM CONDITION23+2,5337 RHROOM SIZEM(L)M(W)=473M(H)=141m3EXTERNAL LOAD(A)8,273WALL(W) :50m108KCAL/H-=5400PARTITION :105m1.1KCAL-2=213:72m1.1KCAL-12=950CELING :47m18KCAL-=846FLOOR :47m18KCAL-=846INTERNAL LOAD(B)4,105PEOPLE :8 PEOPLEEQUIPMENT POWER :8153KCAL/H-PEOPLE=1,224FFU POWER 12EA (170W/EA) :12170W1000860=1,754LIGHTING 20EA (40W/EA) :2040W10008601.2=826FAN COIL UNIT 1EA :1350W1000860=301MAKE-UP AIR LOAD(C)EXHAUST AIRRELIEF AIRSTAND BY 0%(D)N/AGRAND TOTAL LOAD(A)+(B)+(C)+(D)12,378(4.09RT14.3KW)(1) FOR 12KW DRY COIL-DC TYPE (CMP & THIN & TCR) INLET OUTLET USED SECOND CHILLED WATER TEMP 14 19WATER FLOW RATE:12KW360010004.186(19-14)=2.064CMH(9.1GPM)AIR FLOW RATE =160CMM(2) FOR 8KW DRY COIL2-DC TYPE (FOR AIR LOCK) INLET OUTLET USED SECOND CHILLED WATER TEMP 14 19WATER FLOW RATE:8KW360010004.186(19-14)=1.376CMH(6.065GPM)AIR FLOW RATE =190CMM(3) FOR 10KW DRY COIL WITH FAN DCF TYPE INLET OUTLET USED SECOND CHILLED WATER TEMP 14 19WATER FLOW RATE:10KW360010004.186(19-14)=1.72CMH(7.58GPM)AIR FLOW RATE =87CMM(4) FOR 15KW DRY COIL WITH FAN DCF TYPE) INLET OUTLET USED SECOND CHILLED WATER TEMP 14 19WATER FLOW RATE:15KW360010004.186(19-14)=2.58CMH(11.352GPM)AIR FLOW RATE =87CMM3 HEAT EXCHANGER Load Calculation (1) Dry Coil Capacity ： (熱負(fù)荷不另述) FABSB6753kW 6753Kw 3 2251kW/set (2)Base On Cooling Load Calculation We Selection Heat Exchanger Capacity 2300kK4sets (For FAB & S.B. Used , Include One Stand -by ) (3) Water Flow Rate Capacity INLET OUTLED Primary Chilled Water Temp 6 12.7Second Chilled Water Temp 19 14.0Primary Chilled Water Flow Rate 23004.186(12.7-6)=82 L/s (200A)Second Chilled Water Flow Rate 23004.186(19-14)=110 L/s (200A)(4) PUMP SELECTION FLOW RATE :110 L/s TOTAL PRESSURE :45 mWG PUMP EFFICIENCY :75% POWER CONSUMPTION :67 BkW DRIVED MOTOR POWER OUTPUT :75Kw7.4空調(diào)設(shè)計(jì)方案1、 以FFU型無(wú)塵室觀念設(shè)計(jì)下列條件的無(wú)塵室，條件：0.3m，Class1000，240.5，405%RH，作業(yè)人員10人，房間面積38.4m2，室高3m，Cooling load: 100W/floor area (m2)，若依滿足衛(wèi)生條件所需之新風(fēng)(外氣)量為每人35m3/h，已知室內(nèi)機(jī)械排風(fēng)1920m3/h，由門縫洩至鄰室之風(fēng)量以估算，若=1mmAq、=0.5、A= 0.04m2，且循環(huán)空氣次數(shù)為80次/h，求(a)系統(tǒng)所需新風(fēng)量 (b)FFU所需個(gè)數(shù)(設(shè)每個(gè)FFU的濾網(wǎng)面速為0.3m/s，且有效面積為0.55m x 1.11m。Ans:( a ) =1920 m3/h=0.53 m3/s=35 m3/h 10 人=350 m3/h=0.097 m3/s = 3= 0.026 m3 /s 系統(tǒng)所需新風(fēng)量 = max( or )+ = 0.53 + 0.026 = 0.556 m3 /s( b ) 單個(gè)FFU的風(fēng)量 = 0.3 m/s 0.55 m 1.11m = 0.183 m3 /s房間體積 V= 38.4m2 3m =115.2 m3房間換氣量 =VACH =115.2 m380 次/hr = 2.56 m3 /sFFU所需個(gè)數(shù) =2.56/0.183=13.87=14個(gè)2、 若上題以三級(jí)淨(jìng)化系統(tǒng)處理，其Prefilter、Midfilter及FinalFilter的透過率各為0.7、0.25及0.0003，畫出此種設(shè)計(jì)之空氣淨(jìng)化系統(tǒng)圖和風(fēng)量平衡圖(在此不考慮洩壓閥和風(fēng)管洩漏等影響)。Ans：Pp = 1-P = 0.7 ；P = 0.3Pm = 1-m=