洁淨室空调系统教育训练.ppt

1、,何謂空氣線圖,空氣線圖(Psychrometric chart)是用來了解各種狀況下的空氣性質，它是由許多相關之線條所構成，只要知道空氣之任兩種特性，則可在空氣線圖上求出一狀況點，而該狀況空氣之其他特性，可不經計算而直接在圖上找出；故利用空氣線圖，可了解空調系統中空氣被調節的過程。,空氣線圖名詞解釋,乾球溫度(dry bulb temperature) 用普通溫度計所測得之空氣溫度 濕球溫度(wet bbulb temperature) 以濕布、濕棉砂等包著溫度計之感溫球，而使之暴露於流動的空氣中，所測得的空氣溫度。 露點溫度(dew point temperature) 當空氣被冷卻，空氣

2、中的水份開始凝結成水低時之溫度。,空氣線圖名詞解釋,相對濕度(relative humidity) 同一溫度條件下，實際空氣水蒸氣壓力與飽和空氣水蒸氣壓力之比值，稱為相對濕度。 或同一溫度時單位容積之濕空氣所含有水蒸氣之重量(g/m3)與同一溫度時單位容積之飽合濕空氣所含有水蒸氣之重量(g/m3)之比值稱為相對濕度。,空氣線圖名詞解釋,絕對濕度(absolute humidity) 在任一狀況下每單位重量乾空氣中，實際含有水蒸氣之重量。 焓(enthalpy) 以某一溫度為基準，作為熱能計算之絕對零值，而表示在某溫度時該物質所含有之總熱能謂之焓；水及水蒸氣則以0定為零值,空氣線圖名詞解釋,比容

3、積(V) 含有單位重量乾空氣之濕空氣所佔有的體積，單位為M3/kg。 飽合空氣 在一定的溫度下，空氣中可含有最大蒸氣量的空氣，亦即相對濕度為100%時的空氣狀態。,空氣線圖名詞解釋,裝置露點溫度 空調箱內與空氣接觸之盤管表面溫度並不相同，在理論上可假定有一均勻的表面溫度，當空氣通過此均勻表面溫度的盤管時，空氣與盤管作熱交換，熱交換量必定相同，即空氣排出減少之熱量必定是盤管所吸收之熱量，此有效表面溫度又稱為裝置露點溫度。,空氣線圖名詞解釋,顯熱比 SHF(sensible heat factor) 為顯熱負荷與總熱負荷之比值。 旁路系數BF(by-pass factor) 當混合氣體通過冷卻盤管

4、，因其熱交換效率必小於1，因此有部份空氣不與盤管表面接觸，而旁路直接進入室內。 BF=Ts-Tadpt/Tm-Tadpt。 接觸系數CF(contact factor) CF=1-BF=Tm-Ts/Tm-Tadpt,裝置露點溫度及出風溫度求法,在冷卻除濕過程，裝置露點溫度(apparatus dew point tempetature)即是顯熱比線SHF與飽合線之交點。 若已知SHF值，則先劃一條通過基點之SHF參考線，再畫一條通過混合氣體狀態點與SHF參考線相平行的線與飽合線之交點即可求得ADPT。 利用BF求空調箱出風溫度。,空氣線圖之八種基本變化情形,A：冷卻除濕 G：化學純濕 B：顯熱

5、冷卻 H：純除濕 C：蒸發冷卻 D：純加濕 E：加熱加濕 F：純加熱,冷卻除濕(一般空調箱),當P點之空氣通過某一表面溫度低於P點狀態空氣之露點溫度之管排時， P點之空氣不僅被冷卻而且被除濕；P點空氣被冷卻除濕後在空氣線圖上是向著左下方的方向進行；斜度的多寡是依減濕量及減熱量的多寡而定。,顯熱冷卻(C/R乾盤管),當P點之空氣通過某一表面溫度(高於P點空氣之露點溫度但低於其乾球溫度)之冷卻管排時， P點之空氣被冷卻，但不被除濕(沒有凝結水產生) ；故在空氣線圖上是延水平方向向左方進行。,蒸發冷卻(等焓加濕),當P點之空氣通過某一水噴濕區域(水溫等於P點空氣之濕球溫度）時，由於空氣顯熱的減少，使

6、乾球溫度降低，但是水之蒸發潛熱加於空氣中(顯熱的損失等於增加之潛熱，所以焓值（全熱量）不變）故P點經蒸發冷卻後是沿著等焓線(亦即等濕球溫度線）向左上方進行。,純加濕,當以蒸發盤加濕器對P點之空氣加濕時，P點之空氣只有增加水氣含量(亦即增加潛熱），即絕對濕度增加，但乾球溫度不變，故P點是沿著乾球溫度線垂直向上方進行。,化學除濕,利用化學乾燥劑除濕時，雖然空氣中的水氣被乾燥劑所吸收，但水氣將釋放蒸發（凝結）潛熱給空氣，使得氣得熱而上升乾球溫度，故P點是沿著濕球溫度線向右下方進行。,純除濕,維持不變的乾球溫度而由P點空氣中移出水份時，P點是沿著垂直線向下移動。,無塵室的定義,F無塵室最主要的目的在於

7、控制產品所接觸之大氣的潔淨度及溫濕度，使產品能在一個可控制而良好環境空間中生產製造，此空間稱之為無塵室 F換言之，無塵室之定義可將一定空間範圍內空氣中之微塵粒子有害空氣 細菌等污染物排出，並將室內之溫濕度 潔淨度室內壓力氣流速度與氣流分佈噪音振動及照明靜電控制到在某一範圍內，而所給特別設計之房間，不論外在之空氣條件如何變化 F從另一角度看，無塵室之定義，亦可以無塵室等級之不同而定義： 潔淨度一級（CLASS 1）意表每立方英呎內之空氣所含有大於或等於0.5UM灰塵粒子不超過顆 潔淨度十級（CLASS 10）則表示不超過顆，潔淨度一百級一千級依此類推 我們可以以一簡式表示之， 即CLASS1：1

8、pcs/ft3(0.5um) CLASS10：10pcs/ft3(0.5um),無塵室需俱備以下各項因素,F能除去空氣中飄游之微塵粒子及有害氣體 F能防止微塵粒子之產生 F溫度和濕度之控制 F室內壓力之調節，防止室外飄游之微塵粒子進入 F結構物與隔間之氣密度 F靜電之防制 F電磁干擾之預防 F安全因素之考量 F節能之考量,無塵室的規範,F無塵室歷史演進E F二次大戰時美國空軍發現大部份飛機零件故障之原因乃因粉塵之污染所引起，因此開始將這些零件置於游浮灰塵較少之處加工組合，而使故障率減少 F1958年美國開始太空研究，開始做無塵室研究，1961年完成有關美國空軍之無塵室規格 F1963年12月起

9、由美國原子能協會太空總署及公眾衛生局等合作完成美聯邦無塵室之規格Fedesal standard NO.209 F隨著科技進步，尤其半導體工業從1980年代64K DRAM-1987 1M迄今64M，256M及1G時代做不斷修正，FS209亦不斷修正內容 FFS209D內容及修正變化,無塵室標準規格,F目前世界各國雖有自訂規格，但普遍採用美國聯邦標準209為多，表中為美國FS209內容修正變化無塵室規格,F世界各國潔淨度等級規格表,潔淨室之分類,依氣流分類 垂直層流式 水平層流式 亂流式 依空調系統施作方式 循環空調箱(AHU)系統 外氣空調箱(MAU)+FFU+Dry Coil系統 外氣空調

10、箱(MAU)+Fan-tower+Dry Coil系統,無塵室分類(依氣流) 無塵室依等級的不同而在氣流設計上會有所區別，一般可分為垂直層流方式(Class 1100)、水平層流方式(Class 11,000)、亂流方式(Class 1,000100,000)，其詳細區分如下表：,併裝局部潔淨室,潔淨隧道式,特點： 1以風管輸送清靜空氣 2適用CLASS 100K1K 3無塵室升級困難 4建造成本低、運轉成本高 5運轉噪音易隔離 6AHU故障嚴重影響無塵室運轉,特點： 1雙層天板內空間為正壓 chamber 2適用CLASS 1K1 3無塵室升級容易 4建造成本較高、運轉成本低 5運轉噪音稍高

11、 (55db以下) 6單一Fan故障，影響無塵室運轉較小,無塵室的空調設計,F潔淨室空調特性： 潔淨室的空調除了必須滿足產品需求的溫濕度條件外，對工作者的舒適度和空氣潔淨度等度均必須顧慮到，其他如能源消耗、防震及噪音控制也是考慮因素。 潔淨室的潔淨度的能否維持在要求之規範內，空調系統扮演了主要的角色，因而潔淨室的空調系統有著與一般空調系統的不同特徵，分述如下： 1.溫濕度要求比一般空調低：一般空調系統溫度要求在25 27間，相對濕度則在 5577%；而潔淨室空調分別為2223及4045%，5060%。 2.對空氣品質要求較嚴格：一般空調除了溫濕度要求是比潔淨室空調較彈性外，在微 塵粒子之過濾和

12、Na離子之處理，潔淨室空調均必須加以考慮要求。 3.恆溫恆濕控制：由於製程產品製程對溫，濕度變化的大小極為敏感，故在潔淨室空 調中部份區域須控制在0.1和12%RH的範圍內。 4.全外氣量與換氣次數大：在半導體工廠中，製程系統須使用大量的化學品和毒氣， 而這些化學品與氣體所產生的些揮發氣和廢氣必須予全數排除，故其排氣量相當大 ，尤其是在化學工作站更甚，加上為維持空氣之品質和安全，故半導體潔淨室空調 系統一般均不回風，而全以外界新鮮空氣補R入系統中，故換氣次數相對增加，方能 符合溫，濕度及潔淨度等級的需求。 5.空調系統24小時全天候運轉：半導體工廠，部份製程設備其對溫，濕度的要求相當 敏感如步

13、進曝光機等光學儀器，些微的溫，濕度變化均會造成設備的精準度偏差， 另外晶片等產品也必須置放在定溫定濕的環境下，加上工廠均是24小時輪班作業， 故空調系統也必須24小時甚至可說是全年無休(除了電力工司停電外)運轉，而一般 空調則可視工作人員的上班狀況機動調整，因此半導體空調負荷為一般空調的45倍 。,無塵室的空調設計,F潔淨室空調特性： 6.氣流分怖需均勻：潔淨室空調為帶走潔淨室內所產生的微塵粒子，以維持潔淨度， 故除了氣流速度須達一定之要求標準外，氣流的形狀也必須依不同的潔淨室等級而 加以適當的控制。 7.運轉成本相當高：由於潔淨室熱負荷相當大，又是全外氣供氣，循環風量亦甚可觀 ，故總加成之後

14、的空調運轉費用也水漲船高。不只是初期設備的投資成本高，日後 的運轉及維護費用也相當高，依據資料顯示，半導體廠，單位面積的耗電量為6”晶 圓廠：約1.35 Kw/m2，而8”廠則高達約1.9 Kw/m2 。除了以上的特性外，潔淨室的空 調須與鄰室維持適當的壓差：送風溫度與室內溫度差距小等亦均為其特性。 8.外氣需要量計算：潔淨室空調前已提及是以全外氣供應，而外氣需要量的多寡將受 如下的因素所影響：(1)製程排氣量；(2)間隙外洩量；(3)開門外洩量；(4)健康要 求量。即外氣需要量(Q1)製程設備排氣量(q1)+間隙外洩量(q2)+開門外洩量(q3) 外氣需要量=排氣量+10%排氣量(洩漏量)+

15、0.5%循環空氣量810%循環空氣量 9.空調箱(Air Handling Unit)之選擇：設計及選擇適當的空調箱及組合，將可收系統 運轉的良好效果。圖為超潔淨用空調箱系統圖。,圖4-3,圖4-3圖4-4為二種潔淨室新鮮空氣空調箱與循環風扇的組合方式； 圖4-3表潔淨室等級10000的空調風管分佈，圖4-4-1與4-4-2為送風機結構圖,圖4-4-1,圖4-4-2,10.潔淨度的計算：在設潔淨室空調系統之前，應事先計算出室內空氣污染物質的濃度，亦即室內的含塵量，因其濃度受空氣污染物質發生量，取入之外氣量、排氣量以及人員數目之多寡和空氣潔淨裝置之淨化效率所影響。若將這些影響視為定常狀態，以考慮

16、空氣污染物質之收支平衡，由此就可求出室內污染物質濃度，而選擇適當的空氣潔淨裝置，提高效率，降低成本。 11.冷凍主機分離設備：冷凍主機於空調設計時除了考慮備用機台外，對於一般空調和潔淨室空調應考慮給于分離設置，以利系統的控制運轉，並符合控制空調箱所需求的冰水溫度標準。 12.VWV(Variable Water Volume)泵浦採用：空調熱負荷並非永遠固定不變其是隨著氣候及季節和現場製程運作生產之狀況而隨時在變化，因此設計採用可調變量的VWV泵浦是可以之道及原則。潔淨室的空調設計重點除了系統運轉穩定、能源因素、安全和滿足生產線上的需求外，對於相關工程之配合，如消防、水電、建築、照明和噪音震動

17、等均是在設計時必須納入的考慮因素。,潔淨室空調計算步驟,外氣風量計算 統計C/R內設備總排氣量(熱排+voc排) 計算潔淨室面積及體積 計算潔淨室洩漏(約為2次/hr潔淨室體積) 外氣量(CMM)=設備總排氣量+潔淨室洩漏+10%設備總排氣量,潔淨室空調計算步驟,室內空調負載計算 計算C/R之隔間熱傳(可省略) 計算設備發熱量(KW860kal0.4) 計算照明發熱量(KW860kal1.25) 計算人員發熱量(設備發熱量較多時可省略),潔淨室空調計算步驟,外氣空調負載計算 外氣之除濕及除熱量(顯熱+潛熱) 冰水盤管 外氣之加濕及加熱量(顯熱+潛熱) 熱水盤管&加濕器,潔淨室空調計算步驟,計算

18、C/R內之乾盤管、回風百葉及FFU數量 計算乾盤管數量(室內負載除熱用) 計算ffu數量(換氣次數) 計算回風牆之回風百葉數量(有效面積、風速),F空氣過濾器： 大氣中含有固體液體氣體之各種污染物質，故必需除去這些污染物質方能獲得欲利用之乾淨空氣，而欲得此乾淨空氣則須藉助空氣過濾器方能達成，濾網的型式及功能依使用場所及置放地點不同，可分為： 一初級過濾網 二中級過濾網 三準高性能過濾網 四高性能過濾網 五極高性能過濾網,表示無塵室竣工後應量測之項目表示量測線性監控,無塵室管理四原則,無塵室室內正壓之維持,製程設備相關工程 無塵室設備的運轉需要多種系統設施來支援，這些系統設施於最初之設計階段即應考量其未來之擴展性及許可之容量。,合江廠C/R設置所面臨之問題,3樓高度不足之問題(