半导体工业的节能

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洁净室HVAC系统节能及其进展.pdf

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洁净室HVAC系统节能及其进展.part2.rar

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半導體工業的節能挑戰.pdf
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半导体厂务设备节约能源改善措施.pdf

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旺宏节能成效简报.pdf

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半导体制造厂厂务节能对策.pdf

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半导体厂务排气系统省能分析.pdf

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国家纳米元件实验室新建工程之节能设计.pdf

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省能分析法（半导体产业）.pdf

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半导体厂耗能指标及节能方案之研究.ppt

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半导体省能节水制程.pdf

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cleanroom energy benchmark.ppt

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無塵室耗能分析應用探討.pdf
無塵室耗能分析應用探討.part1.rar

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無塵室耗能分析應用探討.part2.rar

joehe

節能降耗利國利民﹐身為地球一份子﹐應努力去做﹐
5 \9 M8 ?' Y9 \: U# n5 _( a謝謝樓主提供的資料﹗

handsets

这个资料不错，学习以下

xyf

我看过了,挺不错的.从国外资料看,8寸FAB的能耗大致分布,工艺设备占40%,厂务方面(洁净室空气控制\纯水制造\废水制造\电力)占60%,因此节能的重点还是在厂务,工艺设备的节能重点是源头控制,从采购设备时要考虑.不知说了对不对,愿听大伙的意见与经验之谈.

hhnec

原帖由 xyf 于 2007-2-28 20:52 发表
我看过了,挺不错的.从国外资料看,8寸FAB的能耗大致分布,工艺设备占40%,厂务方面(洁净室空气控制\纯水制造\废水制造\电力)占60%,因此节能的重点还是在厂务,工艺设备的节能重点是源头控制,从采购设备时要考虑.不知 ...

说得不错！明天奖励！ 哈哈！！
半导体工厂可以节能的地方实在是太多了，同志尚需努力啊！

yl2000

4楼半导体制造厂厂务节能对策.pdf写的不错，要是有详细措施就更好了，谢谢！

hhnec

半导体厂耗能指标之建立
壹、        前 言
贰、        理论及实测说明
7 J+ Z" a( U9 n3 N( i参、        结果与讨论
肆、        制程冷却水的节能(实例说明)
7 x: y3 b) @' c# V7 x伍、        结 论
% t7 g9 G+ \4 l* O8 w陆、        参考文献

9 ~6 W- G' k+ }) \4 \/ M# g■ 台北科技大学冷冻空调研究所∕林洋闵、胡石政 ■
■ 台北科技大学机电整合研究所∕吴振旭 ■
$ [# a' D0 C  @- h
就半导体厂而言，了解耗能指标对于节约能源的执行是非常重要的，因此本文特别针对半导体厂建立一个能源分析的模型，将此模型应用于一个每年投片量约为420,000片的标准8吋DRAM厂，介绍其厂务系统的耗能指针研究，包括冰水系统、外气系统、循环空气系统、排气系统、压缩空气系统、制程冷却水系统、真空系统及超纯水系统，并以实际的节能改善例子说明能源指针的功用和节能的效益。

# m. k0 ?3 |- }7 ~) }4 f* t9 x5 ?# p高科技产业是目前台湾经济之主要动力，其中尤以半导体晶圆制造及光电工业为主轴，并带动封装测试及光电周边产品制造等产业，最近更延伸至生物科技产业。一般人常误以为半导体产业既然是高科技产业，一定是省能工业，事实上，半导体产业耗能相当庞大，一般而言冷冻容量达10,000RT之商用空调标的物相当少，但一座八吋晶圆厂之冷冻容量往往就已接近10,000 RT。而且由于晶圆制造与光电工业之附加价值高，能源费用占整体生产成本之比例低，导致厂务普遍养成产能至上、工程进度为重之认知，在高可靠度之电能供应下便鲜少注意到节约能源。
" X- Y1 v2 D" C+ T高科技产业之耗电量惊人，并且为了因应制程和产品的良率，电力质量要求甚高，因此形成科学园区与一般工业区截然不同之用电特性，即「高用电成长、高供电质量、高用电负载密度及高产值」的特质。台湾得以享用数十年之廉价电力，未来将因世界性二氧化碳排放量之管制而成为历史，各高科技产业如不力行节能减废，除必须负担高额电费外，甚至会面临贸易制裁的问题。
  以某半导体工厂为标的，其无尘室(clean room)面积为11,182m2 (生产区Fab为8,717m2)，晶圆(wafer)尺寸为200mm，满载月产256M DRAM35,000片。此规模的半导体工厂单位耗能量是以厂务监控系统(Facility Monitoring System；FMS)的信息为基础，搭配现场实际量测平均值，以计算出换算系数。至于制程区(process area)与设备保养区(machine maintain area)方面，虽然生产装置的负荷各有差异，但是均可由单位耗能的方式进行计算。
- m3 n9 s7 Q" f' R" |另外，温度的量测方法是取温湿度计不同之10个时间点量测A、B、C、D、E等状态点(参阅图1)及排气温度，并取其平均温度。而风速的量测则是以风速计量测滤网风机模块(Fan Filter Unit，FFU)下方之风速，以计算每个FFU实际出风速度，进而推算出整厂的循环风量和换气次数。
( V' X8 ^* A4 P6 J4 U1 H+ H& q
+ }2 _4 t% }' D- q- T- H图1. 无尘室各种热负荷模型
, n. U, X5 Q8 X* E$ U
( T6 L1 e8 N; O6 K! A3 a一、Fab内部负荷计算模式

该半导体厂系统架构由13部满载为78,000 CMH 之外气空调箱(MAU)供应，内部循环则为FFU系统。无尘室送风温度为22±2℃，相对湿度约等于43±5 %，吸收Fab 和机台发热以及无尘室制程设备(Facility)发热后，与外气风管送入之低温新鲜外气混合，再经过干盘管(Dry Coil)冷却后至无尘室FFU上方(TRUSS)，再藉由FFU系统送入无尘室内。Dry Coil主要功能为调整控制无尘室温度，如图1所示，由无尘室内各状态点及风量来计算无尘室内部的负荷；图2则为排气负荷风车耗电分布图。
' e& ?" f5 e  p" x, N! _* b
( g7 E8 R: u0 ?$ z. F8 o( A图2. 排气负荷风车耗电分布图
2 v( T  i% q* e+ ]& ~, Q* l2 X2 e二、设备发热的空调耗能

. R4 G0 u1 ]% |; p设备发热的空调耗能包括：1.装置发热的室内负荷所消耗的空调能源； 2.无尘室内维持清净度所需之除尘系统空调能源。除此之外，空调除尘方式以FFU方式计算每个空调耗能，最后再计算含除尘机器的设备发热空调耗能。生产机台包括蚀刻(Etching)、薄膜(Film)、黄光(Photo)、扩散(Diffusion)及其它等，一天输入电力总共为176,808kWh，装置总发热量为7,367kW。于装置负荷中，室内负荷占36.6%(2,697.6kW)、冷却水负荷占56.6%(4173.8kW)、排气负荷占6.7%(495kW)，以此换算装置的发热密度是309.4 W/m2(室内负荷：2,697.6 kW / 生产区Fab的面积：8,717 m2)，图3为设备热负荷比例示意图。

: @: h5 I) t  G. I  `图3. 设备热负荷比例示意图
# D' \5 S/ }' v& |: }
. c0 j4 p) Z5 Y% o+ H/ b* x2 F若以冷却塔、冷却水帮浦及冰水机的耗电量除以冰水机的负荷(RT)，经单位换算后得到夏季和冬季的每单位冷却负荷的耗能数据，如表1。
( t% r3 Z' G' ^. o2 c
表1. 夏季和冬季每单位冷却负荷之耗能数据

三、装置发热负荷的详细项目
2 x8 @. {9 m# B
        1.冷却能源                   
                 如前面所述，装置的室内发热负荷为2,697kW，其是以显热处理专用的干盘管，如表1所示，夏季时每kW冷却负荷所需要之电力能源是0.257kW，因此除去装置发热(室内发热)之动力则为：2,697kW × 0.257kW＝693.1kW。                  
, Y. L5 w0 Z+ ^1 D        2.清净度别之空调能源                   
7 l' Q3 L5 ]" P& Z, U) C                  FFU相关耗能及状态如表2所示。

) J* R; S* {7 r" [7 s表2. 干盘管/ 滤网风机模块状态表
        FFU方式的清净度别空调能源有必要考虑到以下两点：A.运送清净空气的运送动力(kW)；B.须冷却FFU本身发热部分的能源。清净度别之空调能源经过整理后其结果如表3所示。
4 a; [0 I4 E) @6 K7 x0 T
% f$ M; w8 N* Z5 U) F6 C表3. 滤网风机模块能源使用表
, R0 o* m; c2 b# g
8 w# W3 d3 x7 N) L" [) I         清净度分为Class 1、Class 1000等二种场合，由FFU的台数与无尘室的楼地板面积试算FFU方式的空调能源使用状况。Class 1区域：总楼地板面积为2,341m2，FFU安装台数为3,117台；Class 1000区域：总楼地板面积为8,841m2，FFU安装台数为4,153台，结果如表4所示。
7 D$ d: @7 X/ e8 b* [5 }2 U
表4. 等级1与等级1000之滤网风机模块能源比较表
. N8 r* B: L- q. g" N$ p1 [8 p
; ^. e( h; t1 v! G, O. E4 L四、外气处理能源
  Q3 C  c% N4 o$ X) X为对应半导体制造装置的排气，有必要将外气进行处理后引入无尘室。这一项是将外气温湿度条件调整所需的冷却负荷与引入无尘室所需的运送能源分开计算。外气处理方面，于夏季冷却除湿至室内露点温度，冬季则于加热后进行水雾加湿，其夏季、冬季最大(冷却除湿、加热、加湿)负荷如图4、5所示。
上述是夏、冬两季的最大负荷，MAU负荷以90年1月~91年2月外气最高与最低数据计算(MAU入口外气数据)，作为每单位外气量的能源换算系数，结果如表5所示。图4、5为MAU在夏季及冬季冷却除湿与加湿的空气线图(O为外气状态、A为外气空调箱出风口的状态、S为外气与空调箱之混合点)。

图4. 夏季冷却除湿空气线图
& A1 {" C* g% v9 P6 M$ g' V4 Y
# y2 r" q# D  M+ C5 I. t* t图5. 冬季加热加湿空气线图
! _7 e- t4 H! B* N# K9 B6 z; X& u  
" K$ }$ M3 t7 C表5. 每单位外气量的能源系数
五、运送能源
MAU的静压为1,234Pa，风扇效率为0.6，以动力计算的式子算出：
(1,234 Pa × 1 m3/s) / (1,000 × 3,600 × 0.6)＝0.00057kW/m3
六、排气处理的运送能源
# v( n. |( n  O' f" W& j9 o' z+ j以Acid、General、Alkaline及Solvent四种排气来计算，结果如表6所示。

, D* p; ]6 j* C  N) S* _3 E表6. 排气耗能表
七、压缩空气供给能源
以水冷oil-free centrifuge型压缩机进行每容量所需能源的计算，其结果如表7所示。
* B! J3 c3 }/ R, H4 s/ ]
表7. 压缩空气耗能表
1 I# x3 `! e' I* s八、制程冷却水的制造及运送能源
- @6 p0 S6 K/ W0 m4 Y冷却水的制造、运送能源计算方式及整理结果如表8所述。

3 E' b1 C; h( V表8. 制程冷却水耗能表
/ `6 o* W7 z. Q7 b0 L7 F九、无尘室平均单位耗能
无尘室平均单位耗能的整理结果如表9，其数据(1.35 kW/m2)和胡【参考文献1】所调查之结果相近，和日本之调查资料(1.2~1.5 kW/m2)有些许差异【参考文献2】。

2 ]% l! E8 a3 |表9. 本半导体厂平均耗电量
: Y* W* D9 k6 k" h; y" [8 S7 n7 I以上之能源换算系数经过整理后如表10所示。由各系数与工厂的各项目规格可概算出工厂的能源消费，提供作为半导体厂能源消费标准(Bench Mark)的数据。

5 {! A- |! r# k* n表10. 半导体厂耗能指标  

一、原先系统概况
: ?$ W+ [; Q* ~9 K1 G此制程冷却水为开放系统，如图6所示，冷却水供给温度为17.8℃，回水温度21℃，温度差为3.2℃，扬程为56m，使用点要求压力大于4.1kg/cm2 ，冷却水量则为1,121.9m3/hr(18,700LPM)；冷却容量为18,700×3.2×60＝3,590,400kcal/hr＝1,187.3RT。
8 _4 B  d) V; w
图6. (开回路系统)制程冷却水架构
& x1 N1 }7 {) m
, Q. m' c' T* f1 i, j% C$ n冷却水帮浦额定电压3相480V，额定电流为106安培，全部八台帮浦运转受变频器控制，运转频率为51.4Hz，每日总耗电量为10,733kWh。由于热交换器的温度差△T只有3.2℃，远小于原设计值温度差的5℃(IN：18℃、OUT：23℃)，由此可知冰水的水量过大；而且帮浦扬程为54m(见图7)，如能将开放系统改成密闭系统，如图8所示，则可以充份利用密闭系统的回水压力减低帮浦的扬程，如此可降低冷却水的流量，减少管路损失，加大冷却水的温度差，进而节省电费。
$ U, k: O2 t5 B. [) c* `5 N
# q  s0 ]4 U: u, S! e图7. 开回路系统提升扬程

! w3 n8 S4 [* g7 O图8. (闭回路系统)制程冷却水架构
. ^. O: m& _( v7 m' X! d" }. K) r% d
# U' T# z# n) Y二、改善后状况

将原先水槽移至Fab栋顶楼做制程冷却水(PCW)系统补水用，并请现场设备人员配合，逐步调整系统压力，帮浦提升的扬程由原来的54m降至34m，如图9所示。帮浦由原先的八台运转减为六台运转，运转频率为48.8Hz，每日总耗电量为6,816kWh，平均流量为878.4m3/hr(14,640 LPM)，冷却水供给温度为18℃，回水温度22℃，温度差△T为4.0℃，冷却容量为14,640LPM×4.0×60＝3,601,440kcal/hr＝1,161.9 RT，与原先的1,187.3RT相差了25.3RT。假设设备所需的冷却容量不变，则这25.3RT的冷却容量就平白消耗在管路的磨擦损失、帮浦的发热及在Fab内输送时所吸收的热量等地方。

( d5 D( S/ c* n7 |1 ]' Y8 @图9. 闭回路系统提升扬程

三、冷却水节能改善后节省电费
1 w. J$ n6 Q: O冷却水于实施节能改善后，每年可节省的电费为：(10,733－6,816)×365×1.7NTD/kWh(2002年平均购电成本)＝2,430,498元。若节约电力折算成二氧化碳量，以1999年我国二氧化碳排放总量为计算标准【参考文献3】，能源部分(火力发电)总排放量为106,583.67千公吨，台湾电力公司1999年总发电量为1,565亿度【参考文献4】，其中火力发电占55.3%，等于865.445亿度；          
◎        以此换算每一kW二氧化碳产生量：          
        106,583.67千公吨/865.445亿度＝0.123kg/kW。          
- s6 i* l9 S$ y; P1 k◎        节约电力折算成二氧化碳减少量：          
        (10,733－6,816)×365×0.123/1,000＝175.8吨/年。
# ?9 K/ X3 H$ i5 b! x( W- F
" B2 W' k3 G  I; ~2 |四、制程冷却水的制造及运送能源(重新计算)
3 j2 ]' O8 @$ n
  c! J, `* j+ V3 Q+ q) Y  W, f! h冷却水负荷是4,174.8kW，冷却水供给温度为18℃，温度差△T为4.0℃时，冷却水量则为938.4m3/hr(15,640LPM)，每日总耗电量为6,816kWh。冷却动力是以每冷却负荷(kW)所需之电力能源0.257计算，故制造水所需的能源成为4,174.8kW×0.257＝1,072.7kW；另外，运送水帮浦的动力是6,816/24＝284kW，故总动力是1,356.7kW，因此冷却水的制造、运送能源为：
1.单位流量的动力：1,356.7kW/938.4m3/hr＝1.44(kWh/m3)。
2.单位热量的动力：1,356.7kW/4,174.8kW＝0.34。
热量的动力＝总动力÷冷却水负荷，整理结果如表11所示。注意改善后的单位流量动力1.44(kWh/m3)较改善前的1.35(kWh/m3)大（见表10），此乃因改善后系统总流量变小（由1,121m3/h降为878.4m3/h）之故。
$ a* l! U* |- D6 C/ n' q4 m6 r
$ p5 D5 z6 U: J4 p; B5 D# J7 Q/ p表10. 半导体厂耗能指标

表11. 制程冷却水耗能表(改善后)

& h  f# B2 j7 D( w/ ?本研究成功地发展一套半导体厂的耗能分析模式，并确认一典型8吋DRAM厂的各项能源消耗基准值(如表10所示)，此成果可作为各种节能措施成效的基准值，另外具有实际运转成效的节能措施亦详细说明其节能成效，并予以量化，此部分可作为尔后各厂节能措施之参考。
: }8 y( O5 W8 F5 H. D& M1.        S.C. Hu and Y.k. Chuah, “Power consumption of semiconductor fabs in Taiwan energy ”, 2003.pp.895-907。
% o8 B* e$ u5 ]8 H% ?+ q2.        Japan Mechanical Assocairion, Energy consumption survey report, 1991。
3.        http://sd.erl.itri.org.tw/fccc/(气候变化纲要公约网站)。
4.        http://taipower.com.tw(台湾电力公司)。
5.        M. C. Williamson Energy efficiency in semiconductor manufacturing: a tool for cost savings and pollution prevention, Semiconductor Fabtech - 8th edition 1999。
' ~9 j! p( U9 M; P5 l. J% j$ J: b6.        Pei Phyllis, 1997 International energy project status, Presentation to SIA EHS Summit, Milan Italy, June 23-25, 1997。
. W& ?9 D* \+ z: O2 U  I7.        Semiconductor Industry Association, Roadmap for the semiconductor manufacturing industry, 1997, p155。
8.        蔡尤溪、王文博、胡石政与柯明村，台南科学工业园区节约能源之评估，国科会88年度委托研究计划，88年6月。
9.        胡石政，高科技产业耗能耗电研究，国科会89年委托计划，JULY 2000。
; b5 F0 p6 Y5 X4 c$ s" d. V10.        蔡俊宏，洁净室的发展趋势与微环境系统之应用，中国冷冻空调杂志，第46期，1999。
11.        台湾电力公司电价表，OCT 2002版http://www.lpg.cpc.com.tw/(中国石油液化石油气事业部)。

9 ]6 N9 d0 ~# j. @[ 本帖最后由 hhnec 于 2007-3-31 15:07 编辑 ]

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壹、        前 言
* t6 y4 l* [- h& }4 ^& i# n# t1 j2 y贰、        排气系统节能原理
参、        排气设计与监控整合系统
2 T$ t, D4 g$ O  [肆、        结 论
伍、        参考文献
) Y( v! r0 G) Z" x- c+ c5 }■ 工业技术研究院环境与安全卫生技术发展中心 / 黄建平 ■
, Z5 N: d0 j0 H2 x
在现有的半导体与光电等产业之高科技厂房中，其厂务系统内之制程排气系统通常具有相当的复杂性与极大的变动性，往往建厂时期的初始设计值或是某个时间内的现场量测值常常无法代表现有排气系统运转的特性，因此，造成排气系统的不良运转与能源浪费。本文将描述如何有效利用制程排气监测系统的安装，以掌握整体运转现况，进而采用正确的控制模式与适当的调整方式来修正系统的运转状况，最后达到有效节省能源的目的。
  
半导体与光电厂的制程具有阶段性扩充产能、随订单变化制程、连续生产及高度控制制程环境的特性，从开始量产到产能满载的排气需求变化很大，排气系统的性能对产品质量有相当程度的影响。目前在科学园区内，几乎各厂都是以产能达到满载时的排气需求来设计排气系统，产能未达满载时就藉由变频器改变马达电源的频率，调节风机叶轮的转速至满足生产所需排气量，同时尽量节省能源。
然而许多案例显示，排气系统的性能与安全问题一直困扰着厂方，不论是无法达到设计风量，或是因为制程需求不同而排气分布不理想造成排气量过大与不足，亦或是付出庞大的运转维护成本等问题。另外，在建厂二至三年之后，因管路及设备的老化、长时期的腐蚀与粉尘累积阻塞，以及产能扩充机台增加的情形下，常发生机台或处理设备的风量或静压不足，引起机台或设备当机，产生安全卫生或是产品良率的问题，严重的则会在管内或Local Scrubber内起火引起火灾爆炸危害，使得风险性相对提高。
故整体来说，半导体与光电厂的排气系统最关心的就是安全与效率的问题，如何让排气系统能在安全状态下高效率运作是每个半导体厂殷切盼望的。基于以上的种种问题，解决之道除了利用量测的方法来加以分析调整外，最有效的方法仍是利用排气监控系统来实时监测与控制，毕竟藉由量测的方法来判定排气系统的运转状态只是一时之间的情形，而且量测的工作不仅费时又费力，高处的量测作业更具有危险性，因此对于变幻莫测的半导体与光电厂之制程排气系统，利用可随时掌握状况的监控系统才是所有问题的解决之道。
: B0 ~! C1 |# Z: c9 T  
要达到排气系统节能可以从降低风机运转压力、降低风机运转风量及提高风机运转效率三个方面着手。在排气系统运转中，其电能的消耗若排除处理设备的耗能外，真正会导致能源消耗的地方也只有排气系统的风机本身，所以若要达到节能的目的就必须了解风机耗能的原理。通常风机的效率可以由下列的经验公式一窥端倪：
  
从以上的说明可知，若要降低风机运转时的消耗电量，则必须有效降低风机的运转马力数，而降低风机的运转马力数则有以下三个方法：
7 ]1 v5 t; J. e* k
一、降低风机运转压力

风机运转的目的除了要提供一定的风量外，最重要的就是要克服排气系统中所有组件的压损，包含机台的入口损失、输送管路的摩擦损失、处理设备的压损、风机本身的系统效应以及废气排放烟囱的摩擦与出口损失等。而要降低风机运转的压力时，就必须藉由正确且精细的设计以及优良的施工质量，才可有效达到低压损的运转目标。但是该部份的方法应在建厂初始设计时就考虑到，若是到了实际运转阶段才考虑到要降低运转的压损时，则所花费的修改成本通常极为庞大，除非在已影响到制程或安全等情况下且别无他法时，才可采用此法，而且应在修改前作详细的量测、评估与设计，以免花了钱亦得不到预期或明显的效果。由于此方法属于建厂时的设计或修改管路时的考虑，因此本文中不再多作介绍。
" h' S9 {) ^& A. K8 X3 w
8 `! V% b0 Q2 p5 }8 M8 ^二、降低风机运转风量

排气风机的风量规格通常在建厂初期即根据机台的需求风量加总后决定，为了确保实际运转后不会有风量不足的问题，所以必定会取相当的安全系数，例如1.10、1.15、1.20或更高，然而这也导致厂务人员在实际运转后采用极为保守的控制方式。但排气风量过高造成的能源浪费不只是排气风机本身的电能消耗过多而已，因为排气的风量过多时，相对地空调侧所需的补充外气亦需大量的加入，以维持无尘室内的正压要求，但因为无尘室温湿度的严格要求，补充外气便需经过相当耗能的处理后才可送至无尘室中，而这些处理、输送等设备所须消耗的能源保守估计约为单纯排气风机耗能的二十倍左右。因此，如何降低风机运转风量将是排气节能最重要的方法，而其详细的运作模式将在后续的内容中加以叙述。

2 |. o7 h, L$ X* ~# v1 s4 p三、提高风机运转效率
* \' O* a% a- ^/ }2 ?8 e. u$ w
0 \; e- z1 D% [- V" U& @" w虽然风机的选用在建厂初期的设计阶段即会经过一定的程序来决定，包括风机的设计运转压力与设计运转风量，然而设计的优劣、制程的变动、产量的扩充等因素都会直接或间接影响到风机实际的运转点，即使在变频器的控制下，其与原始的设计运转点或系统特性曲线都可能有大幅度的偏移。尤其当多台风机并联时，因为风箱(Header)前后之排气管路与风机配置情形的差异，导致每台风机的抽气量与运转压力都不相同，此时若利用相同的频率运转，则各台风机的运转效率必定会有相当的差异性，同时也会导致部分的风机运转效率偏低，造成能源的浪费。因此，若要避免此种现象产生，则有效的风机运转监测与适当的风机控制模式便成为最重要的议题，相关的理论与详细的实施方法将于后续内容中叙述。

制程排气整合系统的主要目的在使厂内排气系统达到安全、效能提升与扩充容易的目的，进而促使制程良率提高与整体运转成本下降。工研院现有发展中的制程排气设计与监控整合系统整体架构大致可分为管路监控、风机监控、管路设计及装机查核四个部分，其程序整体架构可参考图1所示，而硬件的架构则可参考图2所示，相关说明如下。
  
图1. 排气设计与监控整合系统架构
5 g" a7 N- [$ V1 s/ z' B
" g* s' {' I& V' C; ]图2.排气监测系统硬件架构

一、管路监控系统

含一次配与二次配之管路流量(动压)、静压、温度及浓度等之监测，可有效判断机台或管路异常状况以及提供排气系统分析的重要数据。另外，针对重要的机台或所有的管路系统，皆可以藉由风门角度的控制来达到流量的调整与能源的节省。因此，藉由管路监控系统的有效运作将可达到风量降低的目的。
- `  `# e  ]' U1 F5 {" u2 \管路监控系统主要包含了机台侧二次配管静压与温度监测、次主管尾端静压监测或上游端静压与流量监测以及主管静压监测等。在次主管的静压与流量监测主要目的有二：一为有效获知该次主管之粉尘堵塞情形，另一为建立管路静压背景值以作为日后机台扩充之参考与风门调整之依据；而主管路的静压监测布点则有助于整体系统的情势分析，能更精确的获得系统阻塞位置。本监控系统的主要画面可参考图3所示。
  
图3.管路监控系统示意图

排气系统的定期量测与检验有其必要性，尤其是产能与需求风量的关系唯有仰赖定期的量测才有评估的依据，因此如果可以直接利用适当的软硬件相结合之监测设施，不仅可以省却工程师定期量测的工作，亦可以有效的随时纪录管路变化情形，并更加精确的估算出产能与排气量的关系，进一步确保系统备用量能可以满足未来产能扩大时之需要。
由于排气系统的变化性极大，故常需要藉由管路的流量与静压量测来分析系统特性，但是因为所需求的量测数据繁复，若是采用人工的量测方式往往需要消耗相当的时间，而所量测的数据误差亦随着时间的变化而加大，因此采用适当的监测设备即可有效的以低成本、高价值的方式获取所需的信息。
针对次主管的流量监测系统，可将各管路的配置机台需求流量键入事先建立的『管路流量需求数据库』中，并藉由实际的流量监测与数据库数值交叉比对，进而调整管路风门开度以达到节能的目的，其管路调整的方式与流程可参考图4，至于实际的调整控制范围之百分比可依各厂的特性加以修改，最重要的在于数据库的建立与调整流程的确立。
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6 Z8 {! v# o: _+ }6 U) Z5 U图4.管路调整流程

根据调查，平均每个八吋晶圆厂的排气系统风机运转总风量约为10,000CMM，若采用国内的工业用电收费标准计算(约1.84元/度)，则平均每一个CMM的排气风量一年的电费约需1,000元(需要处理设备过滤的排气分类如毒酸管、碱管及有机管较高，一般的排气则较低)。而在半导体与光电厂的良率需求下，通常排气风量的实际运转值与机台最小需求值相差极大，根据实际测量经验差异值约在30%以上，部分更高达50%以上，因此如果能够有效降低运转风量达10%，则每年的电费将可节省1,000,000元以上，这还不包括排气处理设备、相关空调设备的运转成本及因为排气量减少后可降低的补充外气，预估至少是单纯排气风机节能的20倍左右，亦即藉由管路监控系统将排气风量有效控制后，每年每个厂的电费可节省高达两仟万元以上。
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二、风机监控系统
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% Z9 x0 m5 s+ r包含风机运转的监测与控制、烟囱流量的监测以及处理设备的压损监测等，藉
由风机的运转监测可得知风机的效率高低与系统的曲线偏移，并利用频率修正的控制方式来达到效率提升与节能的目标。其中烟囱的流量监测不仅有环保法规的要求，利用监测的数值亦可纳入风机分析的输入参数，以降低其它参数撷取的需求。另外，有关处理设备Central Scrubber等的压损监测则可判断该设备的状态，提供异常时的警报功能，因此藉由本系统的有效运作即可达成提高风机运转效率的目的。
半导体与光电等高科技厂之制程排气系统会因为产能与制程的变动而产生较大的变化，因此提供排气系统动力的后端风机皆会以一对一的方式来搭配变频器，进而控制运转频率，以改变风机所供应的风量与静压。至于变频器的控制模式不外乎利用管路内某一点或少数几点的静压设定值来连动风机的运转频率，会有不同的地方最多仅止于静压设定点的位置。静压设定点主要有两种位置：一为接近风机侧的Header或Main Duct，另一为接近机台侧的Sub-main Duct或其End-Cap。兹就其优、缺点与适用情形分析如表1。
表1.风机控制方式比较表

9 J2 E' Y. \6 V( C! u根据表1的分析结果可知，在半导体与光电等厂房之排气系统大多属于复杂性较高的多主管型式，因此其静压设定点的位置应以风机侧的Header或Main Duct为佳，这也是大多数厂选择此种模式的原因。但是无论设定的位置为何，现有的风机监控方式都会遇到下列的问题：
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3 m2 x& r- _5 Q; K6 F* F% `1.        当产能或制程改变而导致排气需求量降低或增加时，无法有效藉由风机监控系统的控制模式来调整运转频率以达到或接近实际的需求值，也因此常常造成设备负责人员与厂务运转人员间的争执与摩擦。
" B0 F' e+ ~+ }- p8 m2 s0 Q6 @- [3 J          
6 e0 _1 I3 z+ D% H4 U9 p2.        不同种类的排气系统需求风量皆不相同，通常以一般排气系统及毒酸排气系统的用量最大，其次为有机排气系统，而碱排气系统的用量最小，所以各系统的风机设置数目可从一、两台并联到五、六台并联，甚至有的厂区单一种类的排气系统可高达十台风机并联的情形，在这种并联的方式下，主管与风机汇入口的分布无法完全平均，因此若将风机的频率都调整在相同的数值时，各风机的抽气量会相当的不平均，其效率的差别亦相当大，浪费的能源亦极高。
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/ v! P$ d( g2 m+ E, e$ x5 r3.        无论采用的静压设定点有几个，因为半导体与光电厂所使用的机台数量与排气管路相当多，所以无法兼顾到每个机台的排气需求，但是当排气无法达到基本需求时，必定会造成制程的影响，所以备的管理者必定会将排气的使用量尽可能提高，亦即厂内的排气总量一定比实际的最低需求量大很多，造成能源的浪费。

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- w/ U) h) a# T; ~1 m针对现有排气风机运转控制方式不足之处，工研院环安中心研发出一套利用风机性能曲线搭配运转中排气系统特性曲线的监测系统，可有效监测风机的运转操作点与实际效率值，藉由并联风机间的效率差异性来调整个别风机之运转频率，进而提高平均效率值，以节省运转的能源及增进排气系统的稳定度。另外，若能利用「平均动压量测管」来监测各个次主管甚至二次配的管路流量，并建立机台流量需求数据库，如此一来可藉由两者之间的比对调整风门角度，达到降低排气量以节省运转能源的目的。
8 K6 R' a, U5 C! P4 k! l一般而言，现有的半导体与光电等高科技厂房之厂务制程排气系统风机皆采用变频器加以控制，另外亦会针对风机的功率与轴承温度加以监测，排放的烟囱也因为环保法规的要求而设置了流量的监控系统，因此，只要将现有的烟囱流量、风机频率、风机功率(或电流，因电压为固定值)等监测数值搭配风机出厂的测试风机曲线数据，则可绘制排气系统的特性曲线以及计算出风机的实际效率值，监测的画面如图5所示。此外，利用风机运转曲线与系统的特性曲线则可进一步分析排气系统的运转情形，并藉以分析系统的备用量及风机增设的需求性等。
0 u0 d2 z4 j, D- h图5.风机监测系统

所谓的风机运转分析法亦即利用现有风机性能曲线与系统特性曲线来预估风机满载时的最大风量Qmax，又因为风机现有的运转风量Qoperate已知，即可获得该风机系统的剩余可供风量Qback (Qback ＝ Qmax － Qoperate)。其分析法的详细步骤如下：
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: ?1 M4 p2 q3 ~, ^/ W( {, u5 E) a' O1.        利用监测系统读取需求数据，包含风机运转频率、风机功率以及烟囱流量Qoperate。
         
2.        绘制风机性能曲线与系统特性曲线，其中风机性能曲线需包含满载时的运转曲线(50Hz或60Hz，一般国内为60Hz)。
         
! c* p: N: K' F. j3.        由系统特性曲线与风机满载时之运转曲线交会点订出满载时可提供的风量值Qmax。
         
4 b0 C% |, \/ \9 _4.        将满载风量值减去现有风量值即为风机系统的剩余可供风量值Qback。实际的分析范例可参考图6，根据此种分析法即可获得各个风机系统剩余风量值。
图6.风机监测与备用量评估分析

+ |  i1 t8 N6 s- j) I6 b( f综合上述，利用风机监测系统有以下的优点：

$ |) \) z0 ^1 q7 B1.        了解风机的实际运转点与排气系统的特性曲线，藉以比对风机的运转现况是否落在稳定运转与高效率的区域，若否，则可提供其如何调离不稳定与低效率运转区的参考。
, j. f3 x" y6 N' q  g' K8 O! ~1 i0 D' l          
* i1 C& g, U* Y4 s$ z& j2.        利用风机性能曲线与系统特性曲线的关系可有效预估各风机的备用风量值，并藉以判断是否有增设风机的需求，避免不必要的风机增设浪费亦或风机增设不及而影响制程扩充。


, X, G: p3 P( a5 `若能有效搭配机台端的次主管或二次配管的流量监测，则将可大量降低运转所需电源，达到节能环保的最大目标。
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三、管路设计系统
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与排气管路设计相关的应用软件极多，但截至目前为止，依旧尚未发展出一套可以结合建厂设计阶段使用之设计程序以及生产运转阶段使用之监控程序，因此，为了排气监控系统发展的完整性，工研院亦针对现有软件的缺点将其改进后再纳入整体的程序系统中，而该部分的主要功能与其它的设计程序大致相同，其功用则与本文所探讨的主题关联不大，因此本文中不再详加描述。但是如能透过节能方法，藉由良好的应用程序来协助排气系统的初始设计，即可有效降低排气系统的主管压损，降低生产时风机的运转压力，达到排气节能的最终目的。
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四、装机查核系统

3 n1 i# F  z2 D) A1 M本系统的主要目的在协助机台装设时的安全查核与排气功能查核，藉由内建的安全数据库来协助相关工程人员判别排气的分类、管材的选用、管路的设计，并可藉由管路的监测数值与管段压损计算的结果，以查核机台安装后的静压与流量是否正确。本系统的有效运作将可降低危害发生的机率，并避免管路配置后无法达到机台设备需求的现象发生，同样地，藉由二次配管的有效设计亦可降低二次配管的压损并达到节能的目的。
8 B( `- |$ w% c为实现二十一世纪产业永续发展的前景，实施节约能源与环境保护等重要议题已是众所皆知的事情。然而如何有效的做到排气系统的节能工作仍旧有很大的发展空间，因此藉由充足且正确的硬件设施安置后，再搭配适当的应用程序与合宜的控制手段，针对排气系统管路的流量监测及排气风机的运转曲线与效率监测等，即可达成真正有效的排气系统节能，并创造企业永续发展与国家环保要求的双赢局面。
( j, K$ ~: o* i2 h1.        ACGIH, “Industrial Ventilation - A Manual of Recommended Practice”,American Conference of Governmental Industrial Hygienists, 22nd Edition, 1995。
2.        AMCA Publication 201-90, “Fans and Systems”, Air Movement and Control Association, Inc., 1990。
3 M5 Z* `- ?" t% ]# q4 ^3.        ANSI/AMCA Standard 210-85, “Laboratory Methods of Testing Fans for Rating”, Air Movement and Control Association, Inc., 1986。
4.        黄建平，「排气系统设计与分析技术手册」，工研院环安中心，2003。

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壹、公司简介
' X5 d: ]& b. }# {" f. b贰、节能成效

友达光电是台湾第一大、世界前三大之TFT-LCD设计、研发及制造公司，产品涵盖了1.5至46吋的TFT-LCD面板，是全球少数供应大、中、小完整尺寸产品线之厂商。2003年友达光电创造了新台币1,048亿的营业额，全球员工人数超过一万五千人，分布于台湾、美国、日本、韩国、德国及中国等世界营运据点。         
1 i8 K. J; {/ s
* e/ K- d' G& q, `友达光电大尺寸之TFT-LCD面板出货量居全球第三名、国际市场占有率超过12%，亦是全球第一家于纽约证交所(NYSE)股票公开上市之TFT-LCD制造公司。该公司多年来致力于节约能源工作，其执行之相关措施如下：

一、        制程节能，抑抵二氧化碳排放
        1.         无尘室运转最佳化调整
        2.         节省制程中剥离液、显影液使用量
  T; F7 k! a* |6 U- P/ x         3.         厂区各系统主要电动机变频器设计
        4.         电力功率因素改善调整节能
; n  Y0 e! i: O7 h7 w$ o! h         5.         节能倡导活动推广
        6.         冰水主机热回收及最佳化节能
        7.         冷却水降温节能
        8.         定水量叶轮修改节能
        9.         Gas cooler废液回收再利用
6 J+ C- |8 ^7 x. e0 Q' P/ p         10.        电梯系统节能管制
        11.        切换电梯系统变压器
! I7 ~5 f8 l* b         12.        照明系统节能控制
3 Y$ @+ e1 \+ L0 K8 S4 _& t         13.        二次变频泵节能
        14.        空压机热气排放，降低周界温度

* O/ x" W) z& Q2 J) t二、        改善内容
: D" q' `, E; n% q5 w         1.        无尘室最佳节能调整方案：
阶段性调整无尘室对外正压，搭配无尘室泄漏之检查，以降低泄漏量，减少能源之耗损；MAU出风温度降低，以减低冰水机之负荷。
6 _, L/ t. ~/ _" y3 l8 d* k: E4 I                   
" B" Q0 X" L/ I% u7 X3 ]) p: r8 K         2.        建厂变频系统设计：
  f* K* ]9 ~* ?/ Y+ q建厂规划时，设计加装变频器来控制输出功率，依照负载端之需求，自动调节需求风量或水量，以节省能源消耗量。
                  
- b" L! Y% b) _; Y  P' p4 [) |         3.        冰机热回收节能：
无尘室专用MAU恒温控制37℃用水，由热回收冰水机回收再利用，并挑选高效率节能机组以减少能源耗损；利用不同季节所需求之37℃用水用量，灵活控制热回收之制造，有效运用资源分配，避免因废热回收之过量导致能源浪费。
                  
) {+ n; E& f" Y         4.        冷却水降温节能：
7 L3 u/ d0 C, z% Q( `5 L改变冷却水塔水量分布与水塔风量适度强制之散热运转模式，有效降低冷却水出水温度，藉以提升冰水主机运转效率，进而节约耗电量。
( K0 I3 @* l" o: R                   
        5.        定水量冷却水泵节能：
依据实际冰水主机冷却水盘管水量需求与系统实际扬程及未来可能之扩充性，同步评估将原有oversizing之泵叶轮加以修改，以达到节能效果。
8 Y0 N1 f9 m/ |$ |+ B                   
        6.        电梯系统节能管制：
本厂有七部客梯，均选择符合节能效益之变频式电梯，并设置多项节能使用措施；此外，管制电梯系统行驶高楼层，部分电梯行驶低楼层，以达节能效益。
                 
$ r+ I% f7 v3 {4 {6 @8 O         7.        照明系统节能控制：
! h% V& e8 h* G7 N& V; e: @0 d+ V建厂初期照明灯具设置系根据使用场合之照度标准提高所设置，因此许多地方照度过于明亮，造成能源浪费，为达节能效益，本厂依使用场合需求，拆除不必要之灯管或关闭部分照明，有效控制照度以达节能效益。
+ g8 ~5 A  P+ \/ I+ }8 B8 h                  
        8.        二次侧变频泵节能：
利用变频器控制冰水二次泵，使输出能够依据负载端实际需求而进行加减输出功率动作。
) L( u2 Y" u- y, D! q! z
0 Y  |" c- q8 e, _; X1 L9 T6 j三、        节能成效
        1.        无尘室运转最佳化可节省126万元，抑低CO2排放量518公吨。
        2.        制程剥离液节省8,143万元、显影液节省2,245万元。
        3.        变频器可节省2,631万元，抑低CO2排放量10,779公吨。
2 i" Y) m* B& y, h5 ]6 c) a        4.        功率因子改善减少电费支出364万元，抑低CO2排放量1,503公吨。
        5.        全年节省能源耗用量：节省电力4,193万kWh，节省费用共计2亿2千万元，抑低CO2排放量31,962公吨。

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变频器在空调系统之节能应用

壹、        前 言
  t1 F+ D8 c* t) I6 a, {贰、        认识变频器
4 G3 k; i( m7 h7 K- P: B, M参、        变频器在空调系统之应用
9 z! n# l8 s# G" _% K/ V: K肆、        结 论
伍、        参考文献
- c) N, J- r  x6 d
, `. I: L" T: O■ 国立台北科技大学冷冻空调工程研究所 / 张永宗、陈清良 ■

) L1 U6 k0 v8 K% A4 Y一般空调设计时是以最高尖峰负载为设计依据，然而最高尖峰负载大约只占整体运转时间的5%左右，也就是说大部分都在部分负载下运转，相对地就有很大的节约能源空间。近年来由于电力电子控制技术的快速进步，使得变频器成为目前空调系统上节能的重要工具，因此本文即针对变频器之节能应用加以介绍。  
1 `; R: e5 a; \人类对自然资源无止尽取用及排放大量污染物的情形，已远超过自然循环自净作用所能应付，持续恶化的生态所引发的大自然反扑，已严重影响到后代子孙的生存环境。
: H8 G$ z* G6 |* {0 U# R  e% l# @在环保人士多年的努力呼吁下，地球村共生共荣的观念已逐渐被接受，除着重节能、再生能源、能源新利用等技术的研发推广外，改善长时间居处的环境亦是各国的发展重点，无论是雪梨的奥运村、荷兰的无传统能源街，亦或是如雨后春笋般建设的各式生态绿建筑，都以环保、节能、舒适及无污染等设计，为永续生态尽一份心力。
台湾对能源进口依赖度高达98%，当前面临能源环境的问题有二：一为全球二氧化碳排放浓度增加的温室效应；二为国内工商持续发展以致电力需求日增，但在环保意识抬头下，电源开发不易之电力短缺。因此未来如何抑制能源使用，以降低环境污染及维持高度经济成长是大家的共同问题，目前全世界公认除了开发再生能源外，节约能源是主要的解决方法。
一、变频器之原理
2 S& q) F$ `$ G6 [5 a* B
变频器主要可分成控制及电力驱动二部份，如图1。电力的转换方式是先将三相电源经整流后，形成直流电压跨于主电路电容器上，再藉控制部份送出的六个闸极控制讯号，将直流电压切割成三相脉波宽度调变的电压送给电动机，因电动机线圈的电感效应，充放电形成连续锯齿波形的三相正弦波电流波形，使电动机能平滑的运转。
1 I7 b0 c7 @2 x% H* B; {& u0 O1 W图1. 变频器电路架构
# i6 M: b& Y' H# N$ c  Z8 u
变频器是以频率之变化来控制马达转速，而频率与马达转速二者之关系如下列公式所示：
﹝N：转速(rpm)； P：马达极数； F：频率； S：马达之转差率﹞
, F; Y2 t* k" c  _5 q
! G* A6 L2 }$ Q/ O& Z二、变频器的型式
8 F! _9 L* J7 K6 T
; D" p/ y  f" Q2 y: O4 ?& L) K. X由于电路结构不同，一般使用的变频器大概有以下三种型式：
: U2 E$ E0 r: ^+ c  q$ f
        1.可变电压源变频器(Variable Voltage Input)
                  
/ B* ?2 k+ C4 M# _7 a, \" ^                  其输出相电压波型为六阶型态，故又称为六阶VVI。当速度变化时，其输出电压及频率亦跟着变化，此电压变化乃是借着直一流电(DC)电压的高低来达到维持频率变化的需求。
                  
$ J# `( w) b- F  s         2.电流源变频器(Current Source Input)
. r, {" R/ Q( h9 h- u                   
4 J, g9 o* _& e                  其输出电压及频率的大小是利用电流源来控制的。
                  
7 @: m/ V: @8 d( e' R2 e. E) J         3.脉波宽度调变频器(Pulse Width Modulation)
1 s, s4 S, ?& E: f' S                   
! V5 ]8 o; Z' n! N# f                  其本质上亦为电压源变频器，利用高速切换变频器的导通率来控制输出压的变化，其调变方式有方波调变和正弦波调变二种，图2即以方波调变来说明。
: p8 y. z: o9 C0 gVd为输入电压，Vo为输出电压，可藉由调整Vd、S.W开关时间及电阻值大小来改变输出电压，而其输出电压平均值为：                   
                 ﹝Vo：输出电压；Vd：输入电压；Ton：S.W on的时间；Ts：周期﹞
图2.方波调变电路图
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- u5 Z* _, f. p1 ^3 @7 @0 R7 |' U: g三、变频器控制感应马达所需注意事项
% B. D- M0 D& S& w( @& Y, R5 v
尽管变频器在空调节约能源应用控制上有莫大的成效，但应用在标准型马达和高效率马达时，仍有以下二个问题须加以注意，才可以达到既节能又安全之目标。
        1.马达温度上升
) _1 s) K7 Q/ [+ f                   
% [# u  A3 I5 e, W7 e3 c4 k                  马达的实际散热能力是随着转速的降低而下降，这是因为装在马达上的冷却风扇风量会随着转速的降低而减少，当马达转速降低到某种程度后，马达的散热能力会比满载运转时还小，所以马达转速降低后，马达温度会上升。
% ^3 z  E) G* r& j! f! v3 E为改善此一现象，可以使用高效率马达，因高效率马达在做变速运转时，比标准型马达有利，主要原因是高效率马达在定子、转子和铁心方面都采用低损失设计，且耐热性方面采用较高的安全系数，故可以提供比标准型马达更宽广的连续转矩，或者亦可在标准型马达加装固定转速的散热风扇，不因转速降低而降低风扇转速，以保持良好的散热能力。
+ B: c, C8 d  J/ G( Z, I                   
+ Y6 _* x' G5 U: ?6 Z         2.变频器本身的负载能力
) k1 {- @$ Y7 C                   
! R6 X9 a- _$ P: @* R0 P0 h                  不论任何型式的电源驱动装置都有其电流供给能力的限制，所以在应用时有必要对最大转矩、起动转矩和运转转矩等需求加以规范。在满载转矩的150%以下范围，马达的电流和转矩大致上是成正比，但是超过150%全载转矩时，电流和转矩便分道扬镳了。对标准型马达而言，崩溃转矩等于全载转矩的230%，产生此转矩所需要的电流是全载电流的340%；对高效率马达而言，崩溃转矩等于全载转矩的243%，所需电流则为全载电流的374%。一般而言，变频器的最大供电容量是全载的150%，因为在此范围内，转矩/电流的比值相对地维持在定值的关系。
; w- J. b6 u0 Y( S6 J
由于空调系统用电量甚巨，若能有效降低电力消耗将会有相当大的节能成效。而目前变频器于空调系统上的使用日渐增加，使用变频器控制转速不仅可以节省部分负载电力，又具有下列优点：

1.        由于马达、风扇在较低转速运转，因此 所产生的机械噪音较低。
, T$ V) B& ^* h9 }$ G: D2 d2.        因变频器具有缓启动(Soft Start)功能，所以会降低瞬间启动转矩。
3.        由于马达运转在低转速，其轴承寿命较长。
2 ^0 H. s( T+ R7 t. V1 H: c4.        系统控制较传统(on-off)稳定。
一、风车定律
7 Z& P4 i# f0 [( e; u4 l- \
0 N9 m6 P# A+ J- K2 A风车之体积流量率(Q)与风车转速(N)成正比，静压(SP)与风车转速之平方成正比，马力(P)则与风车转速之三次方成正比。此些定律以方程式表示如下(α表示二者之正比关系)：
          1.改变转速(空气密度维持不变)
6 k  o, C7 |( y( u5 ~% [
Q         α        N
SP        α        N2
# A% l; h* T( {7 N- l% I+ ^7 HP         α        N3
+ J* e3 Y9 V8 C- M3 R+ ?) y  {
        2.改变空气密度(风量维持不变)

) c* T( v& y% i9 Z& M$ f+ C0 PSP        α        ρ
P         α        ρ


+ s( S; s4 `5 ]# {; V         3.改变空气密度(静压维持不变)
( d6 `* M& l( t7 \7 |9 d
Q         α         
" G1 r4 C2 i4 R! s! I, k- ~/ Q/ Q/ b4 N$ J
N         α         

P         α

/ L6 B) m+ B6 \〔Q：体积流量率(m3/sec)；N：风车转速(rpm)；SP：风车出入口端静压差(Pa)；P：风车制动功率(Watt)；ρ：空气密度(kg/m3)〕

二、泵浦相似定律
5 c  u8 F' k! }) P- H" p3 p
9 d& y6 p3 o; F  k" |相似定理不仅可应用于泵浦液态系统，只要是离心设备操作流体介质均适用，当系统流量变化时，静压水头、摩擦损失及其它系统因素均会影响泵浦的性能，其关系如下：
5 M3 ~. Z+ j" J% c+ M         1.改变泵浦转速(叶轮直径不变)

4 d& z5 k+ T- g1 [
Q        α        S
H        α        S2
P         α        S3
" f* g: M' Y( H; H) j. h) m9 `% v

        2.改变泵浦叶轮直径(泵浦转速不变)
$ w) i" o( K# Z8 o3 X/ S" jQ        α        D
( a- G, [, {% j$ [* cH        α        D2
8 J1 n( N$ m! IP         α        D3  
〔Q：泵浦流量(m3/sec)；S：泵浦转速(rpm)；D：泵浦叶轮直径 (mm)；P：泵浦制动功率 (Watt)；H：扬程 (m)〕

3 \! {9 o& a4 }3 e& ~三、应用变频器控制泵浦

泵浦是以压力加诸流体使其流动之机器，可分为涡轮型及容积型。一般使用的泵浦多为涡轮型，主要可分为离心式、斜流式及轴流式，其中以离心式构造最简单，价格最便宜，在空调使用也最为普遍。
以往泵浦均为定速运转，若是要做流量之调整则须使用控制阀来控制流量，但节省能源有限，因此，近年来大都采用变频器控制泵浦马达转速，以达节约用电的目的。尤其是一般大楼空调均使用密闭冰水系统，所需之静扬程几乎为零，绝大部分所需均为动扬程，包括水流速度所需及克服管路设备摩擦所需之动扬程，均与流速之平方成正比，即与水流量之平方成正比，故使用变频器节能效果更易显现。
图3所示为泵浦特性曲线，由图可知泵浦转速由100%降低至50%，此时流量亦由100%降低至50%；扬程由100%降低至25%时，泵浦制动功率只要12.5%时即可。换言之，以变频器控制转速调整流量至1/2时，理论上轴动力则仅需1/2的三次方，亦即只要12.5%之轴动力就够了。实际上若考虑变频转变效率约5%之全载损失因素后，估计约需20%的轴动力，由此可知其节省电力之功效。
) `' q2 r9 J) S9 p
图3. 泵浦特性曲线
6 ?3 z6 d! A# P  u
四、应用变频器控制风机
( Y6 z( t" @. f7 m
8 k" S9 B7 M  \5 L2 s  D. P送风机所需之动力与风量三次方成正比，所以空调的送风系统在部分负载时，若能采用VAV系统(Variable Air Volume)改变送风机之风量，将可节省许多不必要之电力浪费。一般大楼空调常见之风量控制方法有下列三种：
3 R( T5 ~8 z! m( X
/ \9 ~. a0 j% M! v4 J1.        入口闸门控制(inlet vane control)
2.        出口闸门控制(discharge damper control)
; z; v# f$ I0 t  x3.        改变马达转速控制(variable speed motor control)
- x  y- |& z7 |# k9 s: V上述控制方法之风扇动力消耗与风量的关系曲线如图4所示，由图可知使用变频器来控制风车，以改变马达转速为最佳而有效的节能方法。

. i7 u1 S4 i0 Q6 q$ h9 V图4. 风扇动力消耗与风量的关系曲线
" B6 I5 ^+ s# a
8 h( a: |/ w3 A# A当系统需求风量减少时，需要控制马达降低送风机转速，而当送风机转速降低时，其性能曲线会降低至较低静压之曲线，每一个不同的转速会有一条新的性能曲线且相互平行。一般而言，风量降低时系统之静压损失减少，而送风机因转速降低也降低其产生之静压，图5所示为变速风机系统曲线与耗电量变化。

) H; m: q1 `- G% T3 C图5. 变速风机系统曲线与耗电量变化

空调系统已成为日常生活必需品，尤其是最近几年空调系统成长的速度更是惊人，除了公共场所及家中所使用的冷气之外，工厂内为了配合人员舒适需求或是因应生产制程环境要求所使用的冷气更是大幅成长，当产品要求愈精致，空调的用电量就愈大。例如，以前的纺织厂是在门口喷水来增加厂房湿度就能满足生产的需求，但如今因产品的精致化及机台产量的增加，不仅是需要空调来排除机台热负载，对厂内空气温湿度的要求更是愈来愈严格，其结果是造成空调负载及空调用电的增加。
/ R+ {! p2 A- x  J) Q7 U! K2 q又如目前最热门的IC产业，根据调查在同一厂房面积下，洁净度每升高一级（例如由100级升为10级），其空调耗电量约增加三倍。因此，若能在不影响空调质量的情况下，减少空调耗电量，即可达到空调节能的目标，而在众多节能的方法中，变频器的应用亦是空调节能的利器之一，值得参考学习。
1.        蔡水源译，「变频器之省能源控制(基础篇)」，电机月刊，1996年1月。
: w  P: n8 `0 _# h5 |" c- c2.        蔡水源译，「变频器之省能源控制(应用篇)」，电机月刊，1996年1月。
3.        高文煌，「变频器在大楼空调之控制与应用」，电机月刊，1997年6月。
, G- Z/ H6 B: l& D3 j6 e4.        吴思正，「变频器的认识与选用」，电机月刊，1997年7月。

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冷冻空调之节电方式
$ Q: O  h7 Z& K2 w4 v8 ~壹、        前 言
' ^2 x1 Z! v4 e6 k! V( U( i$ R
贰、        智能型数字控制器简介
, K+ v8 `' A- t6 d$ R; N9 F
参、        智能型数字控制器基本功能



4 D/ Q9 Z2 F1 Q. l. C$ M. X3 q■ 华菱冷冻设备有限公司 / 陈启洲 ■

一般而言，用电结构中以冷冻空调系统之用电量为最高，而冷冻空调系统中又以压缩机用电占了大宗，因此透过压缩机运转的有效管理与控制将可节省可观的电费。本文就一款智能型数字控制器的各种基本功能，说明其运转方法及对节能的帮助。

5 |1 j, f" s9 D1 E6 [& u* o/ Z ‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧TOP
% s( q) ]3 R# m  a0 W3 Z2 [

随着时代的进步，人们在物质层面上的需求日益多元化，产业界为追求各项物质产品质量之提升与稳定，因此造就了冷冻空调设备的大量使用，冷气机从以前被视为奢侈品演变至今成了生活必需品，结果使得用电需求大增。但在目前新能源的开发及取得不易之情况下，相对的，国人就必须在节约能源上付诸更多心力。
于整个用电结构中，冷冻空调设备用电所占的比例相当的高，一般而言约占三~四成。若是在流通业，如便利商店、超市或量贩店等，用电比例更是高达五~七成，而国内便利商店、超市、量贩店林立，因此未来如何透过有效管理冷冻空调设备之用电，以达到节约能源目的，将是刻不容缓的课题。
冷冻空调之节电方式行之已久，除个人行为管理外，其应用技术约有下述几种：

* 储冷式冷冻空调系统之应用
+ I8 n3 c5 g, [7 ^) @* 变频系统(VRF)之应用
* 可变风量系统(VAV)之应用
* 可变冰水流量系统(VWV)之应用
* 全热交换器之应用
* 热回收系统之应用
8 h  s" E9 t8 L3 f1 e$ `* k* 冷却水塔风扇自动控制之应用
9 }: m0 X# ]; ^" D/ F4 d* 气冷式冷凝器自动洒水系统之应用
* 自然冷却系统，于春、秋及夏晚间停止主机，仅送风机运转之应用
* 新能源与废热之开发利用（如吸收式冷冻空调机之应用）
* 提高热交换效率
5 v' m" }8 J: {% J* 自动控制器之应用与能源管理之加强（降低运转时间）
: @7 A5 i4 D6 W8 K9 P8 E
4 \3 r5 \) Z0 |+ ^0 M$ }现就上述最后一点：自动控制器之应用与能源管理之加强，作进一步之说明。用电结构中，冷冻空调系统用电占相当大之比例，而冷冻空调系统中又以压缩机用电所占比例最大；除大型压缩机系统外，中小型系统压缩机用电量约占八~九成，因此若能对压缩机做适当的控制，将能省下可观的电费，但是该如何控制？什么时间点下控制才适当？
4 e! }0 o' O* ?- d9 T* L笔者于2003年初接触到一款智能型数字控制器，在日本名为「Be Next」，它能自动感知冷冻空调系统中压缩机的运转状况，而于适当的时间点下对压缩机的稼动作控制，因此，在空调机仍维持原舒适性与冷冻能力下，达成削减消费电力量与降低契约容量目的。简而言之，如果一天24小时里压缩机原本需要实际运转18个小时，若能使压缩机运转时间减少为16个小时，即减少运转2小时的电费，且根据笔者所知，省下2小时的运转并不会对环境（空调的场合）或物品（冷冻的场合）造成任何影响。
它的原理是以30分钟为一个循环单位（one cycle），在30分钟里使压缩机于适当的时间点下停止一到二次，每次停止时间为3~9分钟（视控制率之设定而定，控制率设定为10％时，30分钟×10％＝3分钟；当控制率设定为30％时，30分钟×30％＝9分钟。控制率之设定可从0％~50％），因为只有压缩机停止运转，而在压缩机停止的时间里，蒸发器风扇仍继续运转着，此时蒸发器仍有余冷，加上停止的时间甚短（3~9分钟），所以不会对环境或物品造成严重影响。
这套方法与台电公司之「周期性暂停用电办法」（中央空调系统每运转60分钟暂停15分钟；箱型空气调节机每运转22分钟暂停8分钟）有些许相同的地方，即针对压缩机每运转一段时间就施以短暂停止之控制，二者均可达到节电之目的，所不同的是台电公司之「周期性暂停用电办法」为强制性的控制，而此款智能型数字控制器则是于适当的时间点下控制压缩机，例如在冷冻系统除霜后的一段时间内，压缩机不会有停止的动作，除非其到达设定温度。
6 D! Y1 Q/ H+ F; ]: H: T此智能型数字控制器(如图1)有别于一般之需量控制器。需量控制器一般装设于总干线电路，而此控制器则装置于各个冷冻机、空调机之回路；传统之需量控制器是在每一定时间里，于预先设定的时间强制停止压缩机的运转，不管空调机的动作状态及控制对象之温度，当到达设定的时间点时，强制的将机器设备停止或切换到低电力状态，是一种单纯的控制方式，但这种控制方式的控制时刻点若遇上机器设备本身因温度调节机，使得压缩机停止运转而仅成送风状态时，将无法具有节省电力之效果。
" a! Q* {1 |7 e( N3 |# g9 q3 K" v! j$ ]' X
, `+ @. ]0 j% R0 \图1. 智能型数字控制器装置实例

4 r" H4 J# q9 f; Q7 E  h再者，由于冷冻机、空调机一般是由温度调节机来重复控制机器之启动及停止，当机器刚运转或运转不久（即运转后，未持续一段时间）就受到强制性的停止，将无法达成冷冻或冷房之效果；又仅依控制时刻点来控制机器之启动、停止，忽视冷媒配管距离、冷冻油之回油时间及机器之温度环境或压力环境等因素，则将缩短机器之寿命。
此外，当压缩机将要达到再启动的时间点时，此时若强制使压缩机由运转模式变成停止模式，这种情况长时间下来，冷冻机、空调机所搭载的微电脑有可能判断为机器异常，致使机器本体的运转变成停止；而且同一室内里设置多台机器时，压缩机的动作状态若无关温度时，则多数机器有可能同时呈现送风状态，因此室内温度会有急遽变化的问题。有鉴于上述种种问题，此款智能型数字控制器可于不影响温度调节机的情况下，达到节省电力之目的，并且提供一套不直接碰触操作控制部，即能控制电力的远程监视控制装置，其与一般常见的需量控制器比较见表1。
3 i: b# _. p2 {
' Y; K7 J6 n0 p9 S( P0 \表1. 智能型数字控制器与需量控制器比较表

8 w1 N9 f; F. v# h& `3 r一般自动控制装置是由三个部分组合而成为一个控制系统，如图2。此智能型数字控制器的检出部是由CT sensor所司掌，它负责侦测压缩机之电流，并将侦测所得之数值传到内建之微处理器（CPU），再由CPU执行比较→判断→修正等工作步骤，然后再将指令下达给操作部（电驿Relay），由此控制对象(压缩机)，示意图请参见图3、图4。

图2. 一般自动控制装置示意图
  
图3. 控制器内部区块示意图
1 g; _9 o& n+ N2 K. X0 V0 t  
- j; v* `# M. `8 L1 R) I+ F$ A图4. 智能型数字控制器接线图

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壹、        前 言
0 G  W7 t0 [1 u' Y- I' I- R贰、        国内半导体厂洁净室耗能之现况
参、        节约能源技术
肆、        结 论
伍、        参考文献
) d: x" F, S( s
■ 台北科技大学冷冻空调研究所/萧复文、胡石政、蔡炳煌 ■

洁净室耗能为一般空调系统之5~10倍，在国内自产能源匮乏且面临能源消耗日益严重的情况下，如何提升无尘室空调系统的节能技术，以提升生产力与竞争力，是我们必须面对的课题。
! j, G$ B  v+ s& m

7 \8 l" Z* h& I0 s! _! {0 Z. O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。
目前半导体产业的集积度提高，晶圆直径大型化，而洁净室耗能又为一般空调系统之5~10倍，因此能源消耗日益严重。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、竞争力并灭少能源使用量。以下针对国内半导体厂洁净室耗能之现况以及节约能源技术作探讨。【参考文献1～6】

  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。为配合==之节能措施，并确切了解国内半导体厂之实际耗能状况，特别针对国内厂家进行研究分析。一般半导体厂耗能流程示意图如图1。
/ ?$ _6 r3 j$ P! a' c/ T
图1. 一般半导体厂耗能流程示意图
, U/ o. H1 d& Y+ ?; Z
0 q/ r. }3 G/ Y# [& z4 [/ l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，做深入统计研究报告，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。
  
9 E) K8 ^2 F$ |& |图2. 半导体厂电力消耗分布图【参考文献1】
  
4 t0 s8 S  Q& ^' G# P8 K图3. 半导体厂之冷气负荷【参考文献1】
$ E' @$ C. I8 U3 B! P! {7 b  
- o, t) ?" f( [9 W4 ?& p图4. 半导体厂冷气消耗概述
8 e  I7 {; t: L/ u% A) o
' M+ d2 z- W9 i+ i半导体厂洁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，以达节能之最佳效益。兹将要点概述如下：

$ G0 D. x8 v5 ~+ L一、冰水主机
  J, {# q5 _+ C7 L9 s8 p
1.        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。
2.        配合空调负载之变化，规划最佳化之运转台数控制、容量控制与耗能的匹配控制，使每部主机在最佳效率下运转，避免多台主机在低负载、低效率下运转。
3.        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。
! ^  G# N5 B6 G' [# O: l4.        降低主机之冷凝温度，以提高主机效率。
# |/ d  S* T& G. ~( o5.        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。
6.        冰水机组之容量控制采无段卸载或变频控制，来降低耗电量。
二、冰水系统
8 j: B9 e2 H" n/ Y, M& i0 e; b
- \$ L1 B/ F8 G% U1.        冰水管路系统应力求短截，避免逆回水装置，以减少管路压损而耗功。
2.        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，以达设计之水量。
$ x3 K8 ]) w1 a! M% {7 u/ q3.        因为流量变小时较省能，故空调箱之冰水流量控制应以二通阀之变流量定温差控制，取代三通阀之定流量定温差控制。
4.        当负载变化时，冰水泵应以变频控制其冰水量。由于冰水泵耗功率可按水量三次方的比例降低，因此，变流量控制可以大量的节能，如图5。
5.        中大型空调系统倾向使用P-S系统（Primary Secondary System）。【参考文献6】
(1)        传统之P-S冰水系统：
2 ?6 H  H! ]6 f& Y" L通常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，使冰水温度升高，造成冷却能力不足。
为了避免此情况，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，共通管的冰水流动方向应正确，且共通管至少需要5~10倍管径的长度。
1 ]; e6 q  V' E* y3 Y9 a          
(2)        节能之P-S冰水系统：
; X7 ^0 u6 `" L. d+ P. J) @+ j: @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，作最佳化之控制运转模式，提高节能效益。

图5. 消耗电力与变流量转速之关系曲线
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1 ~  K' m' a: N' Z4 n5 c三、冷却水系统
" m1 y4 M) o7 T. Y( k/ H  E' F
1.        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，控制水塔风车运转。
8 I0 P: P$ Q( h& ^* l2.        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。
: _5 ^- g3 {; Q3.        水塔洒水头水量应分布均匀，使散热片与冷空气充分热交换。
4.        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。
/ _6 ]5 a9 Y- O' O; h& S6 S! m5.        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3~5℃为冷却水的出水口温度，则风扇之耗电可大为减少。【参考文献6】
; q- D3 T$ R! z2 B8 A2 K+ a6.        当冰水主机冷媒高压压力于正常范围内，其冷却水入口温度每降1℃可省电1.5%～2%。
4 t/ D0 p6 a. f- l四、外气空调箱【参考文献5】
9 w' A/ h$ t1 {$ q* q! }* f
' C, w3 u' v: i! w$ }+ G1.        外气空调箱风车以变频器控制：
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省44%能源。
2.        冷凝水回收利用：
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，降低冷却水温。
3.        配合一般排气：
利用全热交换器降低引入外气之焓值，大大减少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。
( ~' B1 {" P% g$ O6 L. D0 v4.        以热管做冷却除湿盘管前后之热交换：
利用第二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。
3 A- n2 N; r! @5.        MAU (Make-Up Air Unit)以双冰水温度设计：
在第一道冷却除湿盘管，以较高温之冰水供应，而第二道冷却除湿盘管，则供应低温冰水，如此可提高CHU(Chilled Water Unit)系统冰水温度，减少主机耗电量，达到节能目的。
! S" Y1 |3 z" T7 n! B" D/ M1 x6.        冷却除湿盘管串联冰水管路低温设计：
+ ?  t2 }+ K0 D# ?, t将低温冰水用于第二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，最后才回到CHU系统，如此冰水温度可获提高，且冰水流量减少，相对冰水主机及冰水泵之消耗电力大幅减少。
7.        选择高效率之风车：
: h; z7 c, e) T: c& HMAU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，避免在低效率下运转。
8.        冰水主机热回收：
$ I, }8 A* V" l- m0 H+ ]利用可热回收之冰水主机，应用于外气空调箱之加热盘管所需要的热水。
9.        减少外气量：
. S$ |1 q7 m, [; z7 B除维持正压及制程所需之排气需求外，外气之引入量尽可能减少，并防止从逆止风门、门缝及空调箱之泄漏。
10.        清除污染物：
以空气洗涤器清除气状污染物，水量宜少并要雾化，可减少泵浦之消耗能力。
4 m1 D4 }4 @8 N* U& n; Q* j11.        防止冷凝水蒸发：
0 A8 D0 |" R4 w. ~. ?: e& d* _" X冷却除湿盘管之冷凝水应防止其再蒸发，否则易增加盘管之负荷，提高耗能量。因此可于冷却除湿盘管与再热盘管间设置挡水帘，防止冷凝水被风带走而蒸发。

5 ?7 }! A7 z3 ~4 z* d. b. a图6. 装配热管的外气空调箱之盘管示意图
; v" [( X3 T9 Q2 P. M- d* j) V2 ]
9 d5 k& B) Z: s( R五、排气系统

8 S+ n/ r/ l* |3 n1.        洁净室内之温度，夏季比外气低，冬季比外气高，在制程排气应用可藉由热管热交换器回收显热，作为外气之预冷及预热，如图7、8。
; _. \3 Q9 c% J6 I2.        一般热排气，可藉由全热交换轮回收空潜热、显热，予以应用。
3.        检讨评估最佳化之排风量，避免过大之排风量造成冷气浪费，并可减少风车耗电。
# o( |# r* A* w+ ^0 C" y+ W. m3 q" U
图7. 热管结构与动作示意图

% v/ J" [% v1 c* H0 M& W图8. 全热交换器原理构造

. a0 }4 X) R: W: `六、照明系统
. n( M) a9 L8 ^* P
2 R$ U5 l2 _. O# [1 P. V; U1.        配电系统设计应符合安全规范标准，配电容量不足时，电能负载加大，电压降亦大，形成电压不足、电能及发光效率降低，造成能源浪费。
; f$ h$ ^/ R4 g5 U# y; n, r2.        选用省能之高功率电子式安定器，汰换低功率之照明器具。
七、电力系统

0 z7 o7 s0 a- Y/ l  K& E$ C1.        分别自高、低压及负载侧并联进相电容器，提高功率因子，改善电功率，减少耗能。
2.        对负载率太低的变压器，应考虑合并负载的可能，使变压器的效率能维持在50~60%之最佳负载。
八、储冰系统

半导体厂的空调负载尖、离峰变化不大，因冰水主机皆有备用，故可将备用系统利用作为储冰主机，于离峰时段制冰，储存冷能，可转移部份尖峰用电，或作为台电限电时之备用系统。
8 s$ }$ |* d; K
' P- G# c- a' e, U7 k& x& U九、吸收式冰水主机
; `1 \3 e1 V  C$ m* ?
吸收式冰水主机所耗电力仅数马力之溶液泵，耗电力小，可作为台电停电或限电时之备用紧急空调系统，以减少紧急发电机容量，若有既设之蒸发锅炉余热或废热作为热源，其COP值可更为提高。

) C( l+ \* m3 q4 N! e( D/ Q十、C / R内循环送风系统【参考文献3】
( m/ U$ c$ {! U) E) N. F/ M! x
+ x: Y  G; B. n: u采用高效率（≧35%）FFU（Fan Filter Unit）系统，用以取代传统洁净室风量循环系统中之大型可变距轴流风机或空调箱（Air handling Unit，AHU）系统，其优点如下：

1.        天花板可模块化施工，工期短，有利制程调整FFU之弹性安装。
2.        天花板内气压低于C / R之气压，尘埃不易进入无尘室，天花板面密封简
8 A1 n! V, X, z. i: d) X. L' E单，滤网更换及维修方便，不影响制程。
( g( P( @& J) t, h0 e9 C3.        FFU循环系统压损小，马达耗电小。
' ^% G- U9 [( t9 U! W& `% K9 T4.        FFU噪音与耗电皆较小，不像轴流风机或AHU系统，出入口需加装消音器。
5.        对FFU、轴流风机、空调箱循环系统之耗能比较，以FFU消耗电力最低【参考文献4】，如图9。
. o' ?& v! B) O* ]# T: R  
图9. 循环送风系统电力消耗比较

十一、微环境系统【参考文献1】
, ?% t& A+ D; C0 e' j) ~
  Z# e2 {" _  Q微环境是针对高洁净度要求之制程作特别隔离措施，配合机台加装特殊设备，使特定区域机台达到严格的环境要求，另外较不严格的环境即采宽松标准，可节省巨大的初置费用和大量的空调耗电量。

) a2 y# K! F7 C/ ]; g" M十二、最省能配置【参考文献3】

" a- `3 }( D! r4 y利用Filter水平与垂直出风量不同变化，找出最省能配置。若定义DR＝水平方向风量：垂直方向风量，在DR＝6：4、 Filter覆盖率35%时，其效果与DR＝0：10、 Filter覆盖率100%时效果相当。由此可知，最佳化之风量方向比，不仅可省能亦能省钱，如图10。
7 O. Y! S& B- J6 }: ^/ w" x
$ x$ I; f$ c) M1 z; F% H图10. 最佳化风量方向比

! A, n4 l/ X, e! R9 D, t2 v4 h十三、人员、设备操作维护之管理
7 |  l# a4 t( }1 p2 A/ q
1.        加强人员操作维护的培训及认证，藉以 提高技术人员之素质，以利执行最佳化 的操作、运转与维护。
2.        定期检测各系统设备之控制功能及平衡调整，使各项机器设备能发挥最大之效率。


7 N. z  |4 N' z: |一、        目前经济部能源委员会正积极倡导节约能源，提供加速折旧、投资抵减及优惠贷款等措施，鼓励厂商购置节能设备，进而改善能源，并做最佳应用与管理，可见==对能源与资源有效利用之重视。
  k3 _& n# I4 m" V  U; U% r          
二、        半导体厂洁净室在追求高洁净度与低成本原则下，从建厂设计至量产运转维护，为提升其生产竞争力，对系统能源消耗的状况平时皆能建立完整的检测与运转记录，作为节能规划的评估参考，进而执行改善方案之程序、步骤，并经检测、认证及效益分析，使得各项设备的性能与系统效益发挥至最大，达成节能目标，提升国际竞争力。
         
2 Q* L3 o: k4 N3 X8 c- O4 a9 N三、        节能措施方案应谨慎评估其效益，于不影响产能及良率下，其对长期降低生产成本之贡献度值得考虑。
, n; f; N3 r! {6 U3 F  {4 c
1.        胡石政,"高科技产业耗能耗电研究"，国科会89年度委托研究计划。
, i4 K8 B7 G. Q* D/ Y2.        S. C. Hu and Y. K. Chuah, Power Consumption of semiconductor fabs in Taiwan, Energy, 28(2003) p.895-907
3.        胡 石 政 :Cleanroom Design Lecture Note. Department of Airconditioning and Refrigeration, National Taipei University of Technology.2002.。
4.        李文锦「半导体厂房洁净室的节能空调设计之探讨」，中国冷冻杂志_1997年12月。
5.        陈良铜、王文博「电子厂外气空调箱可能与可行的节能」方式，冷冻与空调_2001年6月。
6.        中技社王文伯等人"半导体制造厂能源利用之查核与分析",冷冻与空调_1998年10月。

hhnec

壹、        前 言
贰、        能源分布
! G% @6 I9 {6 ^9 A( E  W参、        节能措施
- I! G2 N) ~- G! n0 }+ W  U8 L& g肆、        结 论
& z% d/ i3 ?3 M■ 友达光电股份有限公司三B厂厂务空调组∕许显志 ■

  B8 _5 P: E9 B7 u9 y- K6 f" ?友达光电多年来一直致力于推动节约能源工作，节能效果显著，同时亦获得多项节约能源绩优厂商的殊荣，现在透过本文说明执行节约能源的内容与过程，与大家一同分享交流节约能源经验。         
; K1 ?1 c" \3 X* D: `
友达光电三厂成立于民国 89年2月，从事3.5代的 TFT-LCD生产，并致力于高质量液晶显示器的量产及研发。目前除了通过ISO14001的认证外，并荣获「91年度污染防制设施操作维护绩优工厂表扬」，友达各厂也相继荣获工业减废绩优工厂表扬及节约能源绩优厂商等奖项的肯定。本厂秉持着创新与突破的优良传统，从开始量产即同步实施COST DOWN政策，全面展开相关延伸的节能措施，历经 2年半的节能方案执行与实际运转，落实的成效已代表了一切的努力。
( z+ u  `9 P, E  
& f: g4 K5 U' D( Z  @4 J( y* a友达三厂为TFT-LCD标准厂房与办公大楼的结合厂区，主要电力分布如图1。全厂厂务端 UTILITY占了总用电的 51%，TFT-LC制程设备次之，冰水主机单一设备亦高居11%。除了大耗电系统为节能措施主轴外，生产过程中视为必须或人员活动中等容易忽略的小细节，都透过不断的横向沟通、厂际间 Bench mark 经验交流以及公司行政部门的倡导来达到节能成效，现在兹就相关代表性的节能措施分述于后。
$ k' y3 K) ^- c! |  
$ s% \4 Z( m) [1 B图1. 厂房用电分布比例图
  
一、电力系统
$ Q) T: z8 I3 n* s  V8 ^& q* a& v
1.电力系统变压器切换：

+ F; ^+ \5 ?3 \9 ~/ Q4 h  @8 R         既有设计的电力回路分配因为生产机台的不确定因素，常会有以大供小的情况发生，发现此状况后厂务随即与制程设备部门横向沟通，在稳定生产前提下，依据最正确的负载分配Tie出最佳供应与负载对应匹配(图2)。         
                 
                图2. LTR01～04变压器之单线图
, g( q% e0 P. ~6 m          
. y. C2 L7 {5 a6 _$ F, ]         经过多次机台维修停机间空档，已顺利完成 LTR1→2～353kW、 LTR3→4～147kW回路切换，总计每月可节省变压器铜、铁的损消耗电力之度数为：LTR1→LTR2可节省2,030.4kWh/月；LTR3→LTR4可节省2,312.6kWh/月；总计可节省(2,030.4＋2,312.6)kWh×1.6元/kWh＝6,949元/月，每年则节省6,949元/月×12月/年＝83,388元。

' k2 v- E5 c' `4 F+ V- h$ C2.功率因子改善：
/ N- n4 R& Z' u4 K: |
        本厂于低压侧装设自动功率因子调整器(图3)，改善低压系统之功率因子，使功率因子趋近于1，藉此减少电费支出，并减少线路损失以达节能效益(表1)。91年度本厂功率因子调整之节约金额为各月份功率因子调整节约费用之总和，共计为3,642, 916元。          
& B2 d  p2 c/ o* t; ~8 k0 M3 U
                图3. 低压侧自动功率因子调整器


. \, e2 M5 P5 r- d6 {         尖峰需量
1 W- m5 n7 S0 h/ o7 d) X(kW)        离峰需量
# v" R. b% O& O; k) M, t! `* U( kW)        功率因子
(%)        功率因子
2 U, `& s& v, u; c  O2 C( D# F调整节约金额(元)
91年 1月        9,936        9,632        98        295,580
91年 2月        9,728        9,760        97        225,268
91年 3月        10,256        9,856        97        271,060
. R  [8 I- L% E0 i6 T% m) r91年 4月        10,464        10,160        98        282,922
# d, h. S& f0 b1 D91年 5月        10,528        10,224        99        332,739
91年 6月        11,072        11,008        98        325,788
9 ?4 _0 Y. C5 [- E0 I91年 7月        11,024        10,816        98        360,193
2 ]5 X1 E9 n& F+ V( b0 ?91年 8月        10,912        10,416        98        347,130
91年 9月        10,488        10,160        98        318,613
91年10月        10,432        10,160        98        304,563
: k$ ?  \" |* n91年11月        10,256        9,872        99        303,378
6 W0 k  S- ~; q" @, @& X% w7 G) q91年12月        10,096        9,552        98        275,682

9 P! ^5 ~4 a  V; H2 X2 r' S$ K表1. 91年度功因改善统计表

9 a  [- ~2 C( g( ?  U6 ~# S3.电梯系统节能管制：
, W9 L' P5 ?8 D2 U4 a' X7 ?0 ^
1 ]* P' R- G4 c$ V" G" h+ Q本厂有7部客梯，均选择符合节能效益之变频式电梯，且设定多项的电梯节能运转模式，包括在上、下班及用餐尖峰时段会自动至特定楼层等待，减少人员因不耐久候，呼叫其它电梯，造成2台以上电梯重复往返同一楼层形成浪费。另外管制部分电梯不停驶低楼层，并加设防止嬉戏之警告节能装置，还有超过30分钟不使用时，电梯箱内部照明会自动熄灭等措施来控制电能之节省 (图4、图5)。如此总计约可节省15%的能源消耗，每月可节省用电度数：769.5kWh/台×7台＝5,387kWh，一年节省用电金额： 5,387kWh/月×1.6元/kWh×15%×12月/年＝15,514元。
# v, J& e$ y' X8 w$ W( N7 G                    
图4. 电梯间标示                 图5. 电梯内标示

4.照明系统节能控制：

建厂初期照明灯具设置系根据使用场合照度提高标准所设置，因此许多地方照度过于明亮造成能源浪费，虽已采高效率电子式安定器，但为了达到节能效益，经过检讨后依照使用场合的需求，拆除不必要之灯管或关闭部分照明，例如走道区及无人使用的办公桌之照明灯管，而停车场或库房等较少人员活动地区则以跳盏方式调整照明灯管(图6、图7)，总计拆除灯管1,678盏 (其中32W×2电灯1,658盏；32W×3电灯20盏)，总耗电量：20×32×3+1,658 ×32×2=108,032kW；每月节省之用电度数：108,032×24×30＝77,783.04kWh；每年节省之用电金额：77,783.04 kWh/月×1.6元/kWh ×12月/年=1,493,434元 。
                    
% r  s6 @( `2 R! R* r, Z图6. 车道照明调整                 图7. 走道照度调整

; |# p; `- D- R2 L二、空调系统
' J8 I% i" l" Y
1.变频系统节能：
; l& z  P! T4 `) u% k5 {( i
于厂务系统中耗电为最大宗，故于建厂时即以变频装置来控制需求，相对于全载运转而言，可以节省相当多的耗电量，并能自动调节需求，如此一来不但容易控制能源需量使用，更能够节约能源，因此以新建厂来说，变频器的安装是有绝对的必要性。本厂装设变频器之设备包括：
(1)制程排气风车(Exhaust Fan)(图8)
4 |& @* A+ L. C) B% h. H; N# d(2)外气空调箱风车(Make-up Air Unit Fan)
(3)冰水二次pump (Chilled watermain pump ) (图9) (4)制程用冷却水pump (Process cooling water main pump) (图10 )
# f' U) W) k! p. ]. U$ d+ F; M1 x(5)制程用真空pump (Processvacuum pump)          
; N+ n" R+ n' b  k  q
图8. 制程排气变频器
总计投资新台币 26,033,343 元，每年节省电力16,332,232kWh，每年节省电费为新台币 26,131,548 元，回收年限为0.996 年。
, b! J1 U# ^& }                   
* U3 x1 R, G, ~3 U) @图9. 区域泵变频器                 图10. 制程冷却泵变频器
+ \% {- n  d- F* F5 i8 ]2.冷却水降温节能：

改变冷却水塔水量分布与水塔风量适度强制之散热运转模式，有效降低冷却水出水温度，藉以提升冰水主机运转效率，进而节约耗电量。于系统改善前，夏季以多台低速风扇对应冰水主机运转，目的为减少高速风车之耗电；冬季以多台水塔同步洒水散热，少量低速风扇搭配运转，目的为增加自然对流，但缺点是在兼顾回收热的情况下，冷却水出水温度同时在两种模式下运转，未能考虑冰水主机的节能层面。

) u4 W2 l( ^  k9 h3 a. d! j经实际测试比对设备运转曲线后所得结论，当水量介于70~100%时，搭配风扇强制冷却将可制造出理想的低温冷却水。就冰水主机层面考虑，本厂冰水出水设定温差约在5~6℃之间，依照冰水主机自然冷却压差需求，冷却水温尚可降低到17~18℃，与ARI(American Refrigeration Institute)所规范的18.3℃相距不远，因此藉由水塔水量集中，强制风扇循环的运转模式，除能兼顾热回收温度控制外，最重要的是能将冰水主机运转效率大幅提升，并降低冰水主机的运转电费(图11、图12)。

1 h8 N& b8 f% d+ O图11. 低冷却水温与冰水主机负载关系曲线
2 z3 j4 W8 u0 M
图12. 改善后冰水主机各月份用电比较
6 E; w5 R$ f7 o) c, P" N
依实测计算即得：
冰水主机节能百分比：(1,124－1,070.64)÷1,124＝4.747%
节省冰水主机实际耗电：83,552,000kWh×12%×4.747%＝475,946kWh
变更后全年节省电费：475,946×1.6＝761,513元
3. 5度、9度双温系统：

) b* ~* P/ ?# `5 y! j8 E' J本厂的一般空调及制程机台间接之冷却用冰水由 9度冰水供应（图13），无尘室TFT-LCD前后段制程区大量温湿度控制用冰水则由 5度冰水供应（图14），依用途重要度及不同温度的冰水需求加以区隔，选择适合的冰水主机与输出温度，并针对不同负载，如1,200RT、1,250RT或1,500RT等搭配出各种最佳的节能组合，提供本厂大型耗能机组最佳运转效率。

6 i: f7 Q: O* }0 o! V) Y* k9 t6 k图13. 9℃系统

, K5 d0 R, V" r& j图14. 5℃系统

4.冰水主机热回收节能：
" s0 g8 o; L" y- n- E* P
本厂投资2台1,250RT热回收冰水主机，供应无尘室37度热水盘管使用。经分析后发现热回收制造出来之热水并不需要一年四季都提供，以避免为维持热回收而徒增冰水主机额外负载，因此针对现场37℃热水于不同季节的需求来改变冰水主机热回收的启停运转状态，以达能源再利用且不浪费之最终目标。依据实际测试结果而采取的措施为适度调降热回收设定温度，调降依据除了当时天气条件外，另一重要指标为使用端当时使用量之满足与否，并活用自动控制阀之手、自动时机。如此一来，依照夏、冬不同的季节属性进行调整，总计一年可节省1,831,680元。【夏季(758-643)×24时×1.6元/kWh×30天× 6个月＋冬季(628-478)×24时×1.6元/kWh×30天× 6个月＝1,831,680元】
三、水处理系统

1. 全厂节水控管：
% U- N) R( T9 a$ Z
5 |$ A) A$ O5 {8 g$ H9 Q竹科厂商最赖以为计的除了电力之外，莫过于水资源的充分供应，当然我们更清楚大自然的变化是难以掌控的，而我们唯一可做且该做的就是订立一套严密的水资源控管计划，搭配节水团队的成立，依开源、节流、管理等原则同步执行节水的各项措施，并藉由QIT(Quality Improvement Team)解析手法，以科学分析方式找出可能之要因及问题的最佳解决方案(如图15、图16及表2)。以本厂有机回收率改善为例，依此手法成果就从60%回升到90%的回收率(图17、图18)。

& @. y2 Q: V& x图15. 要因分析
$ v- [' ^% V" a* p: i6 w
图16. 对策拟定　
7 n, ]3 l; _% b# j
        P_C_1-R2        P_C_2-R2        R1        R2        R3        R4        R5        R6        Y1        Y2
2 `. X- ^- b6 m( L1        Reclaim        Reclaim        Reclaim        Reclaim        Reclaim        Reclaim        Reclaim        Reclaim        51%        50%
+ u. J; s% g! C) I. v5 G2        Reclaim        Drain        Drain        Drain        Reclaim        Reclaim        Reclaim        Drain        73%        74%
3        Drain        Reclaim        Reclaim        Reclaim        Drain        Drain        Drain        Reclaim        59%        57%
4        Drain        Drain        Drain        Drain        Drain        Drain        Drain        Drain        39%        38%
5        Reclaim        Reclaim        Drain        Drain        Reclaim        Drain        Drain        Reclaim        49%        48%
6        Reclaim        Drain        Reclaim        Reclaim        Reclaim        Drain        Drain        Drain        73%        72%
3 U1 U( a7 [. K8 k' v2 v7        Drain        Reclaim        Drain        Drain        Drain        Reclaim        Reclaim        Reclaim        58%        56%
8        Drain        Drain        Reclaim        Reclaim        Drain        Reclaim        Reclaim        Drain        80%        81%
) [# W! V4 E( X2 w# i! ^9        Reclaim        Drain        Reclaim        Drain        Drain        Reclaim        Drain        Reclaim        69%        71%
, P: Q' `- H4 c5 M8 e10        Reclaim        Reclaim        Drain        Reclaim        Drain        Reclaim        Drain        Drain        53%        52%
3 i5 B+ W# W2 z2 Q* |11        Drain        Drain        Reclaim        Drain        Reclaim        Drain        Reclaim        Reclaim        76%        75%
" D: Q% z" H, W9 z% M6 b- P1 v12        Drain        Reclaim        Drain        Reclaim        Reclaim        Drain        Reclaim        Drain        61%        58%
# L  Y! v% k9 p1 x+ G1 I13        Reclaim        Drain        Drain        Reclaim        Drain        Drain        Reclaim        Reclaim        71%        70%
14        Reclaim        Reclaim        Reclaim        Drain        Drain        Drain        Reclaim        Drain        54%        52%
15        Drain        Drain        Drain        Reclaim        Reclaim        Reclaim        Drain        Reclaim        75%        76%
1 B$ _- K' r6 x6 G0 E1 B16        Drain        Reclaim        Reclaim        Drain        Reclaim        Reclaim        Drain        Drain        60%        60%
( y1 z  b: l+ [) ^5 O$ m" A5 b
3 ~9 Y& |6 {- s/ }' a
# w$ `0 x' T" J8 H表2. 真因验证　
& [2 R/ I4 p  v( D3 v( N& y图17. 效果追踪
图18. 效果确认

其它尚有逐一建立制程回收率提升、RO Reject废水回收、一般用水回收等各项水资源回收机制，皆获得满意的成果。而在节省水源支出部分则是建立跨部门团队，调整机台用水以及修正DI process中各阶段的用水时间参数，避免任何不必要之浪费。另就水资源管理部份，也积极检讨各项回收水标准与用途，目的是为了扩大回收范围并且有效取代原有的水资源(表3)。
项　　　目        设计水源        变更水源        回收水量(m3 / 年)
冷却水塔用水        自来水        回收水        108,000
中央废气处理系统用水        自来水        回收水        14,400
8 r' n! X& }' b- b: ?Dry Etcher Local Scrubber        自来水        回收水        36,000
/ V; k- w0 T6 ?  i纯水前段树脂再生用水        纯 水        ROR        52,000
无尘室空调系统用水        纯 水        ROR        12,600
/ s/ b' ?! t6 P1 lCVD Local Scrubber        纯 水        ROR        18,000
) C: ~  v' U  m; q' T4 b合 计        241,000
表3. 水源取代重分配

而在生活用水，上除了透过行政部门大力倡导节水观念外，厂务端也于必要时调整全厂浇灌系统，实施水龙头改成喷雾节水或水量调降等必要措施。经过一系列的水源把关，全年可为本厂带来100万吨回收水量，节省金额每年超过3,000万新台币(表4、图19)。
回收系统        投资成本(NTD)        回收水量(m3/y)        回收率提升
(%)        经济效益
# d) E; a+ @( f; P5 _+ ?(NTD/年)        回收
年限(月)
1        Recycle System        活性碳反洗        60,000        27,000        5.00        410,000        1.75
                树脂再生废水        100,000        23,400        4.30        360,000        3.33
' [; ?* S/ a2 W1 ~( c6 t5 L0 m                空调冷凝水        300,000        9,000        4.10        136,800        10.50
                监测仪器排放水回收                6,200                95,000       
* O6 t$ C' a/ g0 I, O$ P                其它                7,300                110,960       
2        Reclaim System        Organic        35,000,000        288,000        40.00        20,160,000        41.67
                H/OH        15,000,000        288,000        40.00                17.86
                UF        2,400,000        103,680        19.20        3,628,800        7.94
3        ROR        ROR        3,200,000        172,800        32.00        6,048,000        6.35
4        制程机台调整        制程机台调整        0        72,000        13.30        2,520,000        0
6 o( m. w& @1 U6 C0 ?; p6 p( f总 计        56,060,000        997,380        *        33,469,560        41.67
) j  m! }  }! ^
) V9 ?9 g' D  k※回收率之提升为不同时期之统计结果，无法以加乘方式统计
9 `" {$ A9 e6 \& N) B
表4. 节水成果汇整表  
图19. 回收率统计追踪

四、气体化学系统

化学液回收：本厂为TFT-LCD生产工厂，于制程中需要使用大量的化学液体和气体，为求降低环境污染达到节能减废的目标，本厂投资高额回收设备将制程中的排放废液再处理，而且还可以回归制程再利用；在使用回收液后除了可降低新液的使用量外，最重要的是减少排放污染。本厂共计增设Stripper和Developer(图20、图21)等多套回收设备，总计每年可减少废液排放10%，相对应每年也可以节省化学液采购成本达235,000,000元。                  

; i  z7 O& M8 z1 K5 T. d& ~图20. Stripper回收设备
' v/ v& ]1 P3 ]- c' S4 ]  ^, M, S! _图21. Developer回收设备

五、行政系统

9 e8 D7 f2 Y& E& i% ?除了生产部门与厂务部门一起为节能通力合作外，直属VIP的管理部与环安部门更直接反映了公司高阶主管的经营理念，不断透过各种倡导、公告、内部电子邮件及教育训练等行政措施建立全体员工节约能源的观念，由到处可见的节能标语与标签反映了公司重视能源节约的程度(图22～24)。         
         
2 j" {/ V0 }2 x, W8 p. f# q图22. 节能标语         
图23. 节能标签
! ]5 I0 `$ S/ H" C5 ?* {& x  X& W3 o图24. 节水标语
由于产品产能不断的调整以追求最佳的运转组合状态，因此改变了我们节能比较的基准，然而各大系统别节能的努力却始终一致，每一个系统都在追求突破，厂际间也不断透过经验比较来交流彼此所长，维持市场的竞争力正是我们节能的成绩单。而现阶段的执行与追踪并不是只为了亮丽的节能数字，更重要的是在执行过程中让大家养成能源使用的正确观念，并在不断的执行中汲取更多的节能技术与灵感，为下一次的节能目标预作准备。

[ 本帖最后由 hhnec 于 2007-3-31 13:58 编辑 ]

hhnec

友达光电股份有限公司三B厂节约能源实绩介绍.part2（完）

hhnec

壹、        前 言
9 Z, S6 `! d) p+ R- h2 O5 \贰、        改善内容
■ 烨联钢铁 / 曾文雄 ■

: k, Y, [9 i; v. k0 ]8 V& s8 q! I2 c节约能源光靠个人力量有限，需要大家共同努力投入，针对不适用之设备及操作上不正确处对症下药，找出改善方法，当然不同个案都有其特殊之处，不能一概而论，因此笔者就个人于公司执行节能改善的经验和大家分享，提供给有兴趣者作为参考。
  k% F, R1 M- |# F9 K
- g' c3 ]$ T$ N. u7 y笔者服务的公司现场生产需使用压力为5~6kg/cm2饱和蒸汽及12~13kg/cm2的过热蒸汽。由于生产初期需先使用饱和蒸汽，因此建厂阶段先行设置一部饱和蒸汽锅炉，后来届需使用过热蒸汽时再陆续装设三部过热蒸汽锅炉。饱和锅炉主要是提供饱和蒸汽予两条退火酸洗线的温度控制使用，因为退火酸洗线采连续运转，饱和蒸汽使用稳定，故饱和锅炉运转情形良好。
4 i* N! e5 f% u5 l2 H" V, v另外，过热锅炉则是提供过热蒸汽予两套真空精炼炉(Vacuum Oxidization Decarbonization，VOD)抽真空时使用，因为真空精炼炉采批次运转，每一个真空精炼炉一天可抽真空炊炼14次，每次约30~40分钟，需要一部过热锅炉全量产出蒸汽(满载)来供应，而每日不使用蒸汽的时间约有十四小时，所以过热锅炉随时都有两部同时在运转。
如果遇到两套真空精炼炉都停止抽真空炊炼时，由于蒸汽用量为零，锅炉只好将产汽量降至最低且保持在最低负载运转率(Turndown-Ratio)来运转，但在此情况下产汽量仍然过剩，造成蒸汽额外的排放，形成浪费及增加噪音的污染。另外现场常因为不使用蒸汽而将阀门急速关断，如此一来有时候会因回压造成锅炉熄火，因此当真空精炼炉再次使用时，生产单位会遇到蒸汽温度太低，需使用数分钟后才能达到需求温度的情形。
" q+ w# ?$ u5 W* j( ]8 u执行改善工作的首要之务是需要先解决使用需求与运转上的困扰，在经过详细的测量与评估后已完成整体改善，如此一方面可解决使用上与运转上的问题，另一方面又可以节省燃料的耗用，可谓一举数得。本公司蒸汽系统的改善主要在解决使用端蒸汽温度低、熄火与冒黑烟及锅炉端蒸汽排放等三大问题，改善前后之流程图请参考图1、图2，相关之改善内容则叙述如后。
1 c6 Z# [3 ^/ ?, C- J  m  
图1. 蒸汽改善前流程图
/ v1 ~* O2 ?9 i5 u+ h( _3 d) w
图2. 蒸汽改善后流程图
# o9 I2 |" M4 n7 \$ G* J7 C( G
一、解决使用端蒸汽温度低的问题
真空精炼炉再次使用时蒸汽温度太低，需数分钟才会达到需求温度，主因为管线内蒸汽没有流动，虽有保温材保温，温度仍会随时间而降低。改善对策是在现场增加小流量排汽阀，当现场不使用蒸汽而将阀门急速关断时，同时开启此小流量排汽阀，使蒸汽小量流动，保持管线内蒸汽温度，也减少在锅炉侧的稳压排放量。
二、解决熄火与冒黑烟的问题
空燃比调低虽然可节省燃料，但当现场蒸汽用量急速增加时反而会产生空气量不足冒黑烟的问题，可是调高空燃比又会造成燃料用量提高，故空燃比最好调至过氧量约4~5%之间。另外，回压造成锅炉熄火主要是因为液位计有时会因回压产生低液位信号，造成熄火，因此找出最好的水位设定格外重要；而调低最低负载运转率有时也会因侦测火焰的光敏电阻感度与安装上的些微偏差，侦测不到火焰而熄火。针对以上经常出现的状况，需要经过多次的测试与调整，直到达到既不浪费燃料，也不会冒黑烟及熄火的情况为止。
三、解决锅炉端蒸汽排放的问题
& n' |( z( L" }. H$ Q蒸汽排放所造成的噪音及浪费要靠减少排放来改善，最好的情况就是零排放。由于只有一部饱和蒸汽锅炉，当饱和锅炉需维修或工检停机时，可由过热蒸汽减温减压为饱和蒸汽来供应，故在原先的设计上即装置有手动阀及减温减压阀，虽然如此，总不能每次当现场不使用过热蒸汽时去开手动阀，而当现场需要使用过热蒸汽时就去关手动阀，这样一来会增加人力上的负担，因此，增设一套可自动控制的控制阀是有必要的，让现场不使用过热蒸汽之空档时段，可将排放至大气之过热蒸汽经减压减温后供应饱和蒸汽系统使用。
自动控制阀的控制方式是：当通往真空精炼炉之过热蒸汽流量每小时小于3吨时，由控制系统自动发出信号打开控制阀，使过热蒸汽经减压减温后，供应到饱和蒸汽系统，饱和锅炉则自动减少产出，这样一来可减少饱和锅炉用油，同时过热蒸汽也不用排放；而当通往真空精炼炉之过热蒸汽流量每小时大于6吨时，则自动关闭控制阀，恢复原来的过热蒸汽、饱和蒸汽于各自独立状态。
经过这样的修正后，原来运转稳定的饱和蒸汽锅炉会变得不稳定，饱和蒸汽系统压力也同样变得不稳定，但整体来说，蒸汽几乎再也没有因为稳压而排放，如此可以节省下不少的燃料。统计改善前后单位产品耗用量如下：

/ ^7 r) Y% x7 U: q: s  O8 o/ U. R◎改善前
‧每吨钢胚产品之重油耗用量为10.33公 升/吨
‧每吨冷轧钢卷产品之重油耗用量为4.71 公升/吨
; J$ l% ]0 E- R5 Q, y◎改善后
‧每吨钢胚产品之重油耗用量为6.20公升/ 吨
‧每吨冷轧钢卷产品之重油耗用量为4.35 公升/吨

选择蒸汽流量每小时大于6吨时关闭控制阀，主要是真空炊炼时蒸汽之最小用量每小时都会大于6吨，因流量大于此数即可确定现场已经在使用过热蒸汽。而为了让控制阀的开关有点差距，避免振荡现象发生，所以选择蒸汽流量每小时小于3吨时打开控制阀。
5 S* _3 M  r0 _9 T1 o, P饱和蒸汽系统压力不稳定的情况运转是具有改善空间的，经过一段时间后，再把全开-全关的控制阀改成利用比率控制，控制方式也配合修改成当通往真空精炼炉之过热蒸汽流量每小时小于5吨时，打开比率控制阀20%，维持约90秒后，依照饱和蒸汽设定压力，自动调整比率控制阀开度在20%～75%之间。经过此举的修改，饱和蒸汽系统压力较稳定，整体的耗油量也降低为每吨钢胚产品之重油耗用量为5.82公升；每吨冷轧钢卷产品之重油耗用量为3.83公升。

hhnec

壹、        前 言
7 @8 w0 B2 ?- I4 ?6 Y; ?$ r贰、        电费单判读技巧
参、        实例介绍
1 a5 P* M. r0 _  D4 }■ 中技社节能技术发展中心／陈望曾 ■

# x7 N# R( R. ?7 o2 k* C  y您可能不知道，小小的电费单用途神通广大，它不仅显示用户用电量多少？应缴多少费用外？同时也是一份非常好的用电测试表，本文就要来告诉你电费单的妙用，教导你怎么样从电费单中省钱。         

1 H% i  j4 \% Y" v% l/ B; R) n其实一般工厂都忽略了电费单的妙用，电费单记录用户每月用电情况，这些记录包括了契约容量、最高需量、功率因子、用电量、基本电费及流动电费等等，可供工厂评估契约容量是否合理、功率因子是否适当、尖峰用电需量是否可能降低、采用二段式时间用电计价是否合理、生产量与流动用电度数分析单位产品耗能是否偏高、变压器装置容量是否合适等功能。
  
表1就是一张典型的电费单，其中窗体上的电费月份85年10月份指的是通知单列表月份，实际上计价月份是电费月份的前一个月份85年9月份，也就是说表1电费单上的窗体数据所显示出的是85年9月份用电情形。以表1而言，可以看出目前契约容量1,500 kW，经常最高需量1,706 kW，离峰最高需量1,428 kW，功率因子96﹪，尖峰用电度数438,000 kWh，离峰用电度数176,000 kWh，二段式时间电价（没有半尖峰用电度数），应缴总金额1,450,743元，平均电价2.35元/ kWh。
7 _  R) f) N; n$ `7 W& X' i  q8 A透过电费单上的数据，如表1，业者可以自行轻松的做简易评估，来判读厂内的电气设施及用电情形是否合理。首先建议业者将一年来的电费通知单搜集整理起来，利用最高需量部份来评估契约容量订定，若全年最高需量低于契约容量，表示契约容量订定太高，多缴了基本电费；若最高需量均高于契约容量，表示契约容量订定太低，造成超约罚款损失。一般而言，合理的契约容量一年应有3至4个月的超约罚款。
, v" e1 |; _# U: @, W# A
表1. 电费通知单

其次利用尖、离峰用电度数来推算尖、离峰的平均用电需量，与最高需量做一比较，就可以判断出用电尖峰是否集中于某一时段。而台电所谓的用电需量是指15分钟的累计平均值，最高需量则是指当月最高的一笔用电需量，其可藉由电能管理或电力需量控制器，在不影响生产制程的情况下转移用电尖峰，一方面可以使得最高需量减少，进而降低契约容量，另一方面也可以使用尖峰以外便宜电价，一举两得。
另外也可以利用全年平均电费单价，如表2，简易判断契约容量、用电需量是否合理。首先根据所属行业别，查看其平均用电单价，若平均电费单价高于表2所列平均电价，那表示贵厂不是契约容量偏高，就是用电时段过于集中在尖峰，造成用电单价提高，如此就有检讨改善空间。
( k1 q) x$ ~: }# [4 [3 V2 m7 T7 x
; b0 O" D2 s5 ]0 C' X; u& X行 业 别        平均电价 (元/kWh)        行 业 别        平均电价 (元/kWh)
5 A3 N3 z8 A( D. R  j) O, b5 k半导体        1.70 ~ 1.88        纺织染整        1.63 ~ 1.81
化纤业        1.40 ~ 1.54        五金加工        2.23 ~ 2.47
8 T' V4 G2 X/ l石化原料        1.59 ~ 1.75        钢 铁        1.95 ~ 2.15
/ w- [" g$ J0 S& t- q% O& f: |食品饮料        1.79 ~ 1.97        水 泥        1.54 ~ 1.70
$ Y6 j% P0 _0 `纸 业        1.54 ~ 1.70        百货量贩        1.95 ~ 2.15
橡胶轮胎         1.87 ~ 2.07        学 校        2.31 ~ 2.55
# r/ F4 Y" e* h5 Q8 q' T1 B: A- o塑料原料        1.64 ~ 1.82        医 院        1.91 ~ 2.11
塑料加工        1.99 ~ 2.19        行政机关        2.41 ~ 2.67

资料来源：本中心历年服务厂商资料汇整

表2. 各行业平均每度电价单
2 e6 K* m4 `  y. M1 }- i
接着核对功率因子栏部份，平均功率因子要高于95％以上才合理，而且功率因子在80％以上，每提高1％，就有千分之1.5的电费折扣，反之，功率因子在80％以下，每低于1％，就要加算千分之3的电费，所以功率因子愈高就愈省钱；但若全部都在100％时，就应该检讨目前装置电容器组投入容量，因为功率因子太高会造成电压过高，导致灯具及其它设备损坏，甚至电容器也会因耐电压等级不够而故障烧毁。
除此之外，还可比较二段或三段式时间电价计算方式何者划算，若作业时间集中在晚上，就可考虑订定三段式时间电价，利用半尖峰及离峰便宜电价，而且三段式时间电价除夏月(每年6月至9月)尖峰时段(10:00~12:00及13:00~17:00) 6小时电价较高外，其余时段电价都较二段式便宜(尤其是在非夏月)，所以若生产作业时间可错开上述尖峰时段，就可考虑选择三段式时间电价，并且配合生产作业情形，可以加订半尖峰或离峰契约。
# |! ~( C2 z7 X4 G7 z) Z" Z另外一点补充说明，若契约容量订定太高，要调降契约容量时，可考虑用变更方式来办理。根据台电电价表规定，离峰契约是经常契约与半尖峰契约容量总和的一半时，不用缴付基本电费，另外，台电营业规则也规定，经常契约可以变更为离峰契约是1：5，反之，离峰契约也可以变更为经常契约是5：1，也就是说经常契约容量1kW可以转成离峰契约5kW，反之，离峰契约容量5kW可以转成经常契约1kW。因此如果降低契约容量，则已缴给台电经常契约的线路补助费，台电不会退费，因此可以使用变更模式来保障自己的权益，只要去台电区营业所办理即可，等到用电增加要调高契约容量时，再变更回去，这样一来就可以省下一笔可观的线路补助费用。
最后再核对平均用电需量与变压器装置容量百分比，若低于40﹪时，则显示变压器装置得太大，需做调整。经过上述的细项检视，将有助于业者检讨能源使用效率合理化，帮助发掘节能空间以提高竞争力。
  
为了让大家更清楚了解电费单的妙用，特别列举以下两个例子来加以说明，详实告诉大家如何利用电费单数据来替工厂把脉省钱。
案例 1：某食品厂其全年电费单数据汇整如表3，由表3数据可以看出：二段式时间电价，契约容量1,500 kW，尖峰最高需量有8个月超过经常契约容量，功率因子96﹪，总用电度数559.4万度，总电费1,285.4万元，平均每度电价2.3元。依前述所提电费单简易评估方法可以了解到：
$ k4 b$ k7 ]! F. a5 ^! J1 C
1.         契约容量订定太低：
全年超约8个月。(一般而言，合理的契约容量应有3至4个月超约)
8 v2 m$ ]+ {* C( G2.         用电集中在尖峰时段：
离峰用电约占总用电度数之27.5%，另外由电费单价也可以看出平均每度电单价为2.3元，比该行业(食品饮料业)之平均每度电电价1.79~1.97元高。
2 H  p: X; t) O3.         尖离峰用电差异大：
以尖离峰用电各4,000小时估算，尖峰平均用电1,015 kW，离峰平均用电384 kW。
# X+ s! s1 C; ^3 y4.         功率因子订定合理：
目前功率因子96%，高于95%。


  q, M; O3 p& V  X项目        经常契约容量(kW)        离峰契约容量(kW)        尖峰最高需量(kW)        离峰最高需量(kW)        功率
因子
2 w- _, g5 d+ k2 W" ^2 p  _4 ?(%)        尖峰
度数
- m5 Q& O" m9 f: l(kWh)
- O" C0 r6 a* k$ mA        离峰
度数
: k1 X; j/ w( I1 e(kWh)
B        总用电
* o* A  v4 g- }度数
(kWh)
D=A+B        百分比(%)
6 M7 g4 `: U# _0 I1 r' @( b/ \B/D        总电费
(元)
F        每度
电费
7 V' t6 R8 ?( I3 P# b(元)
4 j0 N: {- T7 C9 `0 {0 S: K# C, AF/D
电费
& Z  T% v; P4 R" n) G- V年月                                                                                       
5 t' e8 P/ I! {- s% o85        10        1,500        0        1,706        1,428        96        438,000        176,000        614,000        28.7        1,450,743        2.36
85        11        1,500        0        1,508        1,192        96        302,000        88,000        390,000        22.6        896,944         2.30
85        12        1,500        0        1,504        1,166        96        262,000        80,000        342,000        23.4        811,420        2.37
86        1        1,500        0        1,506        840        96        276,000        76,000        352,000        21.6        836,294        2.38
86        2        1,500        0        1,370        1,242        96        290,000        108,000        398,000        27.1        884,689        2.22
86        3        1,500        0        1,226        1,040        97        170,000        68,000        238,000        28.6        622,203        2.61
# H" U) x# q3 ]1 ?86        4        1,500        0        1,396        1,234        96        306,000        146,000        452,000        32.3        943,328        2.09
86        5        1,500        0        1,564        1,366        96        332,000        144,000        476,000        30.3        1,013,602        2.13
% N. z9 F7 f4 ?$ c86        6        1,500        0        1,628        1,400        96        406,000        160,000        566,000        28.3        1,189,942        2.10
86        7        1,500        0        1,468        1,270        96        326,000        116,000        442,000        26.2        1,066,186        2.41
( N5 v9 a; R2 ]$ y& N86        8        1,500        0        1,676        1,426        96        434,000        176,000        610,000        28.9        1,422,580        2.33
86        9        1,500        0        1,842        1,506        96        516,000        198,000        714,000        27.7        1,716,023        2.40
合 计        -        -        -        -        -        4,058,000        1,536,000        5,594,000        -        12,853,954        -
平均
. s$ E7 V) L2 Q; \$ m用电(kW)        -        -        -        -        -        1,015        384        699        27.5        1,071,163        2.30

注：以上数据系依据电费单输入，其中电费年月比实际用电年月晚 1 个月。

表3. 某食品厂电费单资料汇整
3 E7 Q" r7 m2 Y% B. d
再依据上述评估，可以着手改善的部分包括：
3 f, x$ {; ]( b  r  U
1.         先调整尖、离峰用电比例。可以依照生产型态做适度改变，例如将原先正常的日班生产转至中、夜班生产，藉由生产稼动变化来转移尖峰用电。
2.         其次是超约次数偏多。依照电价及尖离峰平均用电，可以看出原因来自用电集中于尖峰某些时段所导致，此问题点可利用电力监控系统当工具，移转用电尖峰量，另外配合调整尖、离峰用电比例，满足用电需求，也抑制契约容量的增加，节省电费支出。
6 p5 ^' q: a5 Y" r! x) U: C8 G8 }3.         经由上述步骤改善，再配合适度提高契约容量，使得超约次数维持在合理的范围(一年3至4个月超约)，以节省电费支出，初步估算可以因此减少超约罚款约13万元。
$ l% @% ^& @8 B1 i; ?! b; e" k
0 w/ O4 P  H8 A" z' m8 o3 b
案例 2：某电子厂其全年电费单数据汇整如表4，由表4数据可以看出：二段式时间电价，契约容量2,000kW，全年尖峰最高需量964kW，功率因子97％，总用电度数583.6万度，总电费1,222.3万元，平均每度电价2.1元。依前述所提电费单简易评估方法可以了解到：
+ k' e0 x* ~/ J
/ v' }8 J9 p5 M" N2 P项目        经常契约容量(kW)        离峰契约容量(kW)        尖峰最高需量(kW)        离峰
最高
7 h) e# U' \: n* O7 T: Q; P6 U4 I1 r! J需量
9 s/ Q: ^& A! ?, b  a6 ~0 _9 k(kW)        功
率
" s7 O1 B( k0 m; g( W! R因
数
) L7 u$ P- E( m* P. c(%)        尖峰
度数(kWh)
$ u* x4 [! b4 B% H9 }$ I1 T7 jA        离峰
! X1 G4 [0 H4 O度数
3 i. w* u/ ~: `- W9 L$ C( C(kWh)
1 B5 l5 t! j# w; UB        总用电
+ Z% ~8 l- F0 D, `2 Q1 y' B度数
(kWh)
, D+ `+ a5 _& u+ T6 N4 y  K- @D=A+B        百分比(%)
. s, y# M% n- |$ C( O, |B/D        总电费
(元)
$ e) @0 M( a) I9 S9 I8 J: FF        每度
电费
" I  F+ c" q$ n9 `" E(元)
F/D
' _+ p$ [+ i/ r& M  |8 t; }电费
  Q7 l* M# }+ r; |年月                                                                                       
+ ?7 f' D6 n+ Q. [7 ~- h! f90        2        2,000        0        746        698        95        180,000        262,000        442,000        59.3        866,486        1.96
90        3        2,000        0        710        660        96        190,000        184,000        374,000        49.2        827,772        2.21
90        4        2,000        0        836        690        93        212,000        216,000        428,000        50.5        897,787        2.10
90        5        2,000        0        764        690        92        200,000        192,000        392,000        49.0        858,205        2.19
90        6        2,000        0        814        750        92        228,000        264,000        492,000        53.7        965,481        1.96
90        7        2,000        0        874        798        92        272,000        268,000        540,000        49.6        1,186,969        2.20
% `0 B1 e( E  \' A' q+ x90        8        2,000        0        904        870        92        294,000        288,000        582,000        49.5        1,262,066        2.17
90        9        2,000        0        912        832        91        288,000        262,000        550,000        47.6        1,231,175        2.24
90        10        2,000        0        964        806        91        270,000        252,000        522,000        48.3        1,186,792        2.27
8 U% b5 q$ k2 v1 M3 C$ g: k5 I: N90        11        2,000        0        962        832        91        270,000        296,000        566,000        52.3        1,087,331        1.92
$ e/ M8 d! E' ?) A. p, u( G; e90        12        2,000        0        902        782        92        258,000        246,000        504,000        48.8        1,010,767        2.01
& C9 v$ l9 r6 F3 ]0 k6 W91        1        2,000        0        814        792        97        218,000        226,000        444,000        50.9        903,352        2.03
: G. b. ?( X: P+ ?4 N合 计        -        -        -        -        -        2,880,000        2,956,000        5,836,000        -        12,222,983        -
3 n3 i3 P( @: [- J" f" _平均用电(kW)        -        -        -        -        -        720        739        730        50.7        1,018,582        2.09
4 [& n! w, z; O8 h$ c8 m+ Z
" c% w* Y3 R  G, F1 ~5 t注：以上数据系依据电费单输入，其中电费年月比实际用电年月晚 1 个月。
/ ^0 |: I9 {8 q& V7 h, o% @* I6 Q* A5 v
! w5 Q; j/ ?  R: x表4. 某电子厂电费单数据汇整

1.         契约容量订定太高：
# c  Y: E9 N3 D由电费单数据可以看出全年未超约。(一般而言，合理的契约容量应有3至4个月超约)
2.         用电平均：
离峰用电约占总用电度数之50.7％，以尖离峰用电各4,000小时估算，尖峰平均用电720kW，离峰平均用电739kW。
7 o/ F- c. ?8 b- N+ x+ F0 l3.         用电平均单价偏高：
( m5 K5 O0 j- E# k平均每度电单价2.1元，但半导体电子业平均每度电电价为1.70~1.88元。
, I8 Q( q7 ?$ z% M4.         功率因子合理：
! `1 {3 |) j7 ~+ F. A1 n高于95％(以最近一个月来看)。

再依据上述评估，可以着手改善的部分包括：

1.         降低契约容量：
        目前契约容量明显偏高，建议先将契约容量降低至1,000kW，另外再增订离峰契约容量500kW，全年保守估计可因此节省电费约212.4万元。
2.         关于增设离峰契约容量有两个好处：
        一是离峰可以增加用电容量至1,500 kW，因为离峰契约容量(500kW)未超过经常契约容量(1,000kW)的一半，因此离峰契约容量不用再缴付基本电费；另外当用电增加要调高契约容量时，根据台电营业规则可利用变更模式，将离峰契约容量变更为经常契约，其转换比例为5 : 1，即离峰契约容量500kW可转为经常契约容量100kW，不用再缴付线路补助费。
; J! o+ d4 I8 S: z

) k$ D: f6 D& Y: X5 J; Z0 H由案例 1、2 可以看出，依照电费单诊断，不花钱就可以节省高达16 ﹪的电费支出，若再配合电力监控系统，做好电能管理，则节省电费效益将可高达20％以上。
根据本中心过去多年来替厂商现场检测的经验中发现，能源使用不合理的原因，除了设备老旧或设计使用不当外，不当的订定契约容量是造成成本支出的重要因素，因此建议业者当平均用电需量与最高需量落差太大，功率因子低于95％以下，变压器负载率低于40％时，就可藉由装置电力需量监控系统、自动功因调整器等设备及能源负载管理，来减少能源消耗与费用支出。
  H( e$ I" w  a$ G" q/ y, s! A请别小看一张薄薄的电费单，它可是能源用户的用电健康体检表，善用其中的讯息可以达到节能省钱的目的。

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漫谈电力与照明节约能源