提高半导体厂房空调系统的节能水平，需要在洁净室中进行相关研究，包括洁净室气流组织、洁净室高耗能原因分析以及洁净室节能方案分析等，通过分析获得空调系统节能参数，同时结合半导体厂房实际消耗电能，综合调控空调系统，从而获得良好的节能效果，以便控制运行成本，获得更好的经济效益。

1 洁净空调系统节能分析

1.1 洁净室技术介绍

半导体厂房需要在较高质量的环境中生产半导体，通过洁净室模拟实际生产环境，分析洁净室内的灰尘、有害气体等物质，并实施有效的措施，有效控制洁净室的洁净度。在通过洁净室对空调系统进行节能分析时，需要满足以下三个条件，一是防止微粒进入到洁净室，二是防止微粒堆积，三是及时快速的清理微粒。

根据洁净室系统原理，新风由管道进入到初始过滤器，经过温湿度处理设备以及中效过滤器， 可以保证洁净室内空气质量符合实验要求。在洁净室系统运行过程中，需要使用到洁净室维护结构、空调净化系统以及附属设备。

在洁净室内应用空气洁净技术，可以与传统的空调系统进行对比，对比内容如下：①洁净空调满足生产工艺过程中空气参数、室内环境等要求，而民用空调满足人员舒适度的要求； ②空气参数及室内环境对比，洁净空调实现温度、湿度控制， 精度要求高，满足洁净度要求， 民用空调无法精准控制洁净度；③主要冷负荷对比，洁净空调设备具备散热以及产生新风热量等功能，民用空调具有维护结构热量功能；④送风量和回风量对比，洁净空调必须满足换气次数，并且每次换气产生较大的风量，民用空调需求量较小。

对洁净室洁净度等级需求进行分析，按照国际标准，洁净室内中等级粒子允许最大浓度，由公式 C 2 ≈10 N （D/d）2.08 ，在公式中 C 2 代表粒子最大允许浓度，单位为 pc/m 3 ，N 代表洁净度等级， D 代表基本参考粒径，d 代表被考虑的粒径。结合公式计算半导体材料生产时厂房空气洁净度等级， 若采用拉单晶生产工艺，空气洁净度等级在 4-5 个0.3um 范围内，若采用切、磨、抛生产工艺，空气洁净度等级在 5-7 个 0.3um 范围内。

1.2 洁净室气流组织

洁净室气流组织按照单向流洁净室、非单向流洁净室、矢流洁净室等组织形式进行分析。 在单向流洁净室气流组织内，充分利用该组织特点，包括：①在均压流作用下，洁净室内空气断面流速处于均压状态；②在单向流洁净室内产生侧向吹风，可以保证气流断面处于正常状态；③在单向洁净室内设置涡流设备。单向洁净室运行原理，是在洁净室内建立高效过滤器顶棚，洁净空气由顶棚传入到室内，通过回风道将污染空气排出洁净室。非单向流洁净室称为乱流洁净室，在室内产生的气流组织，可以分为顶送顶回、顶送侧下回以及侧送测回等。 矢流洁净室具有排出室内颗粒、净化空气的功能，并且还具有以下特点：①流线间横向扩散能力较弱，但是会在送风口上端，产生反向气流，有助于排出室内的污染空气；②在洁净室的下风侧和两侧，会产生辐流涡流区，可以消除流向方向产生的回风。基于矢流洁净室具有的辐流功能，可以将洁净室内的洁净度提高至 100 级，并且造价较低，广泛应用在半导体厂房。

1.3 洁净室高耗能原因分析

在洁净室运行过程中，会消耗较多的电能，通常情况下洁净室空调系统消耗的电能，是普通空调系统的 15 倍，引发洁净室高耗能的原因有以下几点：①半导体厂房需要较高的洁净度， 并且在生产状态下，需要较多的空气，同时增加换气次数。 在洁净空调系统运行过程中， 通常需要 2-3 级过滤方法，而在每次过滤空气过程中，产生的阻力会影响到进风量，需要提高风机功率，才能消除产生的阻力。

此外按照 ISO6 级标准，设定洁净室面积为 96m 2，高为3m，采用垂直单向气流组织通风方式，每小时内换气次数在 300-400 次范围内，从而消耗较多的电能；②为提高半导体生产质量，获得良好的半导体，需要将洁净室内的湿度和温度控制在稳定的状态，通常情况下湿度控制在35%-55%范围内，温度控制在 23℃±2℃范围内，将上述参数控制在稳定的状态， 需要空调系统具备较高的制冷和制热功能，从而消耗较多的电能；③通常情况下半导体厂需要 24 小时生产，空调系统会按照 7×24 小时的工作制保持在运行状态。 为降低洁净室空调系统电能消耗，一般采用以下节能方式：①采用变风量运行模式；②尽量减少风机温升负荷；③提高设备效率以及降低功率消耗；④控制合适的新风量；⑤采用蓄冷方式。

1.4 洁净室节能方案分析

洁净室节能方案分析，主要分析洁净室气流组织节能、洁净室空气处理节能以及洁净室冷源系统节能。洁净室气流组织节能进行分析，可以利用组织阻止外界灰尘进入到洁净室内，并且有效去除室内粉尘，还能控制气流速度，保证洁净室内洁净度满足生产需求。洁净室空气处理节能分析，通常采用两种空气处理方法，一是集中式空气处理方法，二是分散式空气处理方法。洁净室冷源系统节能具有以下特点，根据半导体生产要求，将生产环境的温度控制在 23℃±2℃范围内，需要冷水机组、循环水泵节能装置以及冷却塔节能装置。

2 洁净空调系统节能综合分析

2.1 冷水系统节能分析

以某半导体企业为例，该企业具有万级洁净室 4 个，十万级洁净室 6 个，可以独立完成二极管、三极管封装生产。在每个洁净室厂房内，都配有电力系统、水系统、其它系统以及暖通空调系统，在车间内使用上送上回、上送侧回两种气流组织形式。通过对洁净室每个测点的温度值进行分析，通常情况下温度在 23.1℃-25.2℃范围内。参照全厂用电情况，单月最大用电量为 1067820kWh，最小用电量为 585690kWh。最大用电量集中在夏季，此时空调系统制冷过程中消耗较多的电能。

2.2 冷水机组节能分析

该企业生产半导体过程中，整个厂区配置两台冷水机组，制冷能力分别为 200 吨和 500 吨， 其中 500 吨为离心式冷水机组， 运行功率为 328kW。 在夏季 500 吨冷水机组满负荷运转，进入到冬季，500 吨冷水机组 80%处于运行状态。为降低机组的电能消耗，并且提高机组的运行效率，根据公式 IPLV=2.3%×A+41.5%×B+46.1%×C+10.0%×D， 在公式中 A 代表 100%满负荷性能系数、B 代表 75%负荷性能系数、C 代表 50%负荷性能系数、D 代表 50%负荷性能系数。

2.3 水泵变频节能及意义分析

该厂在生产半导体过程中，厂房内配置循环水泵，并按照一用一备的原则， 需要四台循环水泵。 水泵选用上海上泵集团生产的，该水泵型号为 ISGR150-315，流量为每小时 200m 3 ， 扬程为 32m，有效轴功率为 22.1kW。在水泵运行过程中，若转速保持在 100%状态，节电率为 0，若转速为 50%时，节电率为 87.5%。结合公式 30kW·h×27.1%=8.13kW·h，一台水泵按照全年 300 天计算，全年节电量费用为 58536 元，可以获得充分的节能功效。 在洁净室气流组织设计过程中，应根据温度和湿度要求，通过调节厂房空调系统，并且对变频系统进行改造，同时加强厂房管理，针对运行中存在的问题实施解决措施，最大程度控制空调系统的电能消耗，使空调系统保持在最佳的运行状态。

2.4 半导体工厂节能措施分析

在半导体生产中，应当分析其设备的特性，例如洁净室内冷负荷增大，排气量增大等从而应该对用电量进行考虑，降低设备的待机状态，降低用电量。把握排气量与真空的要求，做好匹配及值之间的误差，避免铺张浪费的事情，如在清洗装置的过程中， 降低消耗水的量， 二次侧配管时则应降低循环管的排水量，从而达到节能的要求。

3 结语

综上所述，在半导体厂家生产过程中，通过洁净室空调系统节能研究发现，既要提高厂房空调器利用率，还要降低电能的消耗，需要厂房根据实际生产需求，运用科学合理的送风方法，并且分析冷水系统节能、冷水机组节能以及水泵变频节能等，有助于充分发挥空调的节能作用，为半导体企业生产降低运行成本，并且获得更多的经济效益。