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高科技廠房空調系統之節能技術探討

摘要"

依經濟部能源局資料統計顯示,國內工業部門用電消費以電子製造業用電量最大,年消耗約4,394萬仟度電,且用電量趨勢為逐年遞增,在能源缺乏的台灣,高科技產業的能源使用及管理,非常值得研究與探討。因此本文針對4家高科技廠作實地訪查,調查統計科技廠的用電分佈,結果發現各廠的空調系統耗能約佔19~30%,為僅次製程用電外之最大耗電來源,因此探討高科技廠房空調系統之節能技術更為重要,而瞭解空調系統中冰水主機(壓縮機)、水泵系統及無塵室(風扇)之耗能更可了解高科技廠房節能效益及提供廠務人員節能策略訂定之參考。

關鍵詞:高科技廠房、空調系統、節能技術


我國能源供給98%仰賴進口,依經濟部能源局資料統計,工業部門耗能佔我國總耗能37%以上,如圖1所示,約4,320萬公秉油當量,以國內工業部門用電消費統計顯示,電子製造業用電量最大,年消耗約4,394萬仟度電,如圖2所示,且用電量趨勢顯示為逐年遞增。科技廠房耗能中主要分為公用系統及製程耗能,公用系統部分則以空調系統相關之冰水主機(壓縮機)此、水泵及無塵室(風扇)之耗能為最大宗,而製程耗能則因各產業與各廠商特性不同而有所不同。
在台灣半導體業雖有相當高的產值,然而卻也是最耗能源的產業之一,因此呂錫民[1]針對該產業節能進行研究及分析,並簡介各製程中新的節能方式與技術,並對台灣半導體業最大節能的潛力進行評估,結果顯示若導入最佳可行技術,則將有高達27%的節能潛力,約省下45.72億度電,並說明了節能方案的推行的障礙與困難之問題。在無塵室節能研究分析方面Hu[2]等人,針對亞熱帶區的半導體潔淨室外氣空調箱(Make-up Air Unit, MAU)節能,應用不同影響因素包括:風機位置(吸引式類型與推進式類型之比較)、冰水系統(單一冰水溫度系統與雙冰水溫度系統之比較)及再熱系統(電熱系統與熱回收系統之比較),經實驗數據推斷吸引式類型雙冰水溫度系統搭配熱回收系統對推進式類型使用單一冰水溫度系統與電熱再熱系統相較之電力消耗節省。而Xua[3]等人探討在潔淨空間的氣流供風通常廣泛使用風機濾網機組(Fan-filter Unit, FFU)來去除潔淨室中的微塵粒子,實驗測量7個不同性能比較新型和大型FFU,提出一項性能指標總壓效率和節能性能指標(EPI),結果發現在各類型FFU的能耗方面有很大的差異,可透過設定速度控制來控制其各自的風扇的轉速以提高FFU能源利用效率。
而在主機耗能方面,Yu[4-5]等人針對香港酒店以4種不相同冰水主機的搭配進行運轉模擬,結果發現由多台不相同噸數之冰水主機與原本搭配方式相較,新的搭配方式最多可以節能10.1%,而多台不同噸數之冰水主機,能有很多種冷凍能力的搭配應付各種不同的變化,以最佳運轉方式達到節能效果。另外在冷水機組部分負載性能方面,找出冰水主機最大的性能係數(Coefficient of Performance, COP)之負載率,並發現最大的COP發生在部分負荷率(Part Load Ratio, PLR) 0.71-0.84,而不是在滿載。另丁雲飛[6]等人也針對冰水主機分析不同的性能曲線,發現選用在部分負荷時效率較高的主機,有較好的節能效果,且適當的選擇冰水主機的台數也可以達到節能效果。而有關冰水主機部分,楊景超[7]等人針對半導體廠冰水主機系統,提出在不更改現有冰水主機系統架構的前提下,藉由分析現有冰機系統各項運轉參數以及運轉資料,建構系統效能模型,依據現有、冷卻負載外氣狀態、設備操作特性,提出最佳化操作設定,優化操作策略,提升冷卻水塔風扇、冰水主機、水泵整體效能,達到系統節能之目的。而王子奇[8]討論多種類型態的設備進行設計,在不更改現有已從事量產的半導體廠冰水主機系統架構下,利用可控制之系統參數設定,如:冰水主機開台數、冷卻水塔開台數、冷卻水塔冷卻水出水水溫,提升全系統效能指標(System Coefficient of Performance, SCOP),使得冰水主機、冷卻水塔以及泵浦之整體效能提升,達到節省能源之目的。

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