クリーンルームの省エネのための9つのヒント

暖房、換気、空調、プロセス冷却、圧縮空気、その他の施設など、清掃室には省エネの省がたくさんあります。

HVACシステムは、ウェーハ製造施設全体で使用される電力の半分以上を消費します。大量の無駄な電力とHVAC容量の余剰の理由は、主に、後の運用コストに関係なく、可能な限り初期投資を圧縮するために、プラントの設計と建設のショートカットによるものです。効率的な設計と高効率機器には、大規模な前払い投資が必要です。いわゆるショートカットと「多くの廃棄物を節約するための小さな場所」のコスト削減により、植物性能が低下し、エネルギー消費が増加します。
完成した工場の再建は、しばしば意味のない経済的渦に陥ります。アップグレードされた投資回収率は通常、新しい機器の直接購入よりもはるかに高くなります。植物機器の改修のほとんどは、2年以内の回収期間を持っています。つまり、通常、投資回収率は少なくとも50％であり、新しい固定資産への投資と比較して10％から15％です。これらの条件は、企業の競争力と投資株主の利益を減らします。今日の高度に発展した産業では、植物の運用と製品設計には改革が必要です。
エネルギーの効率的な使用の例はたくさんあります。無駄なエネルギーを発掘することは、貯蓄されたお金が最終的な利益に反映される可能性があるため、製品の販売よりも利益を増やすことができます。エネルギーコストはウェーハ製品のコストの2％未満を占めていますが、電力は稼働中のウェーハメーカーにとって最大の費用であり、各植物は毎年数百万ドルの電力を消費しています。省エネは、資本を節約し、新しい植物を建設するときに時間を築くことができます。予備的な設計の引用は高価ですが、経済改修の可能性は依然として存在します。機器の改修の投資回収期間は2年以内です。全体として、投資回収率はある程度高くなっています。
エネルギー効率を提供するための新しい植物および既存の植物の10のヒントを以下に示します。

I.ロープロファイルの風速設計セクション風速は、空気がフィルターを通過する速度または空気処理コンポーネントの加熱/冷却コイルです。ロープロファイルの風速（LFV）設計では、より大きなエアハンドラーとより小さなファンを使用して、空気の流れを削減し、エネルギー消費と機器の寿命を削減します。

ほとんどのエンジニアは、「エクスペリエンス」に基づいて、1分あたり500インチになるようにエアハンドラーを設計しました。この設計により時間を節約できますが、運用コストが増加します。低プロファイルの風速（LFV）設計では、空気流量を下げ、エネルギー消費を削減し、寿命を樹立するために、より大きな空気ハンドラーと小型ファンが使用されます。
圧力降下は、ファンのエネルギー損失を決定します。 「正方形のルール」から、圧力降下は速度低下の平方に比例します。断面の風速が20％低下すると、圧力降下は36％減少します。セクションの風速が50％低下すると、圧力低下は4分の3に低下します。 [キュービックルール]によれば、ファンエネルギー消費の変化は、流れの変化の立方体に比例します。空気の流れが50％減少すると、ファンエネルギー消費量は88％減少します。
したがって、より大きなエアハンドラー、より大きなフィルター、コイルエリアでは、より少ないファンエネルギーを消費し、より小さなファンとモーターを使用できます。小さなファンは空気への熱が少なくなり、冷却の難しさが軽減されます。厚さが少ないコイルは、きれいになり、より効率的に作業するのが簡単であるため、冷水の温度が高くなる可能性があります。フィルターはより良く機能し、低断面の風速で寿命が長くなります。
LFVの設計により、空気と水圧降下が低下し、冷却コイルの水量が減少します。実質的に鋭い角がない合理化されたデザインで、圧力が10％から15％減少します。
LFVの設計により、圧力低下が4分の1減少します。目標は、エネルギー損失を少なくとも25％減らし、可変速度ファンのサイズを縮小することです。最適なセクションの風速範囲は、使用量とエネルギー消費に応じて、毎分250〜450フィートです。

第二に、運動効率
モーターは、クリーンルームでほとんどのパワーを消費します。継続的に動作するモーターは、毎月多くの電力を消費します。効率を適切に改善し、改修後、サイズを適切に調整すると、経済的影響はほとんど良好です。効率が数パーセントポイント増加すると、利益が増加する可能性があります。
高品質で効率的なモーターを使用すると、必ずしもコストがかかりすぎるとは限りません。高効率は最小限であり、モーターのサイズを変更する前に負荷を最小限に抑えます。出力が変化すると、可変スピードドライブ（VSD）が動作効率を向上させることができます。

第三に、空気の数が変化します
クリーンルームは、清潔さと粒子数を維持するために一定の空気の流れを維持します。流量は、1時間あたりの空気の変化の数によって決定され、ファンのサイズ、建物の構成、エネルギー消費も決定されます。清潔さを維持するという前提の下で、空気流量の減少は建設とエネルギーコストを削減することができます。空気の変化の数が20％減少すると、ファンのサイズを50％削減できます。空気の清潔さはエネルギーの節約よりも重要ですが、最新の研究は清潔さを減らす必要性を文書化しています。
空気の変化の最適数についてはまだコンセンサスはありません。原則の多くは時代遅れであり、非効率的なエアフィルターを使用するという古い概念に基づいて構築されています。調査によると、ISOレベル5の標準範囲のクリーンルームで推奨される空気の変化は250から700以上です。
米国の国立研究所は、ISOクラス5のクリーンルームの基準を決定しています。調査によると、実際の空気の変化数は90〜250の範囲であり、動作基準よりもはるかに低く、生産と清潔に影響しないことが示されています。したがって、ISOクラス5のクリーンルームのガス為替レートは約200で、保守的な上限は300であることをお勧めします。

4番目、可変スピードドライブフリーザー
可変スピードドライブフリーザーは、多くのエネルギーとお金を節約します。多くのクリーンルームの設計者とオペレーターは、荷重は通常一定であり、多段階フリーザーユニットが通常、高負荷で動作するように制御されるため、可変スピードドライブフリーザーを使用する必要はないと考えています。ただし、一定の荷重を伴う冷蔵庫は通常、全負荷以下で動作します。通常、可変スピードドライブチラーは、エネルギーを節約するために全負荷の90％〜95％で動作します。 1000トンのチラーは全負荷の70％で安定しており、可変スピードドライブを使用すると、年間20,000〜30,000ドルを節約できます。メーカーのデータによると、電力の価格は0.05ドル/kWhであるため、費用は約1年で回収できます。
マルチステージフリーザー冷水ユニットは非常に低い負荷で動作します。通常、フィールドの負荷は通常、ユニットのエネルギーレベルの変化と正確に一致しません。多くのオペレーターは、信頼性のために追加のチラーを実行します。チラーが故障すると、他のチラーをすぐに補充して全負荷を引き継ぐことができるため、チラーの冷却能力の60％〜80％であることがよくあります。 ％ ランニング。
新しい冷凍庫を購入する場合、可変スピードドライブフリーザーを指定するのは費用対効果が高いです。可変スピードドライブチラーは、他のチラーが確実に動作できるようにしながら、エネルギー消費を減らします。可変スピードドライブフリーザーの効果が非常に優れていることを証明する多くの研究と実験があります。 20年以上にわたり、可変スピードドライブチラーメーカーは、新規およびアップグレードされたクリーンルームで使用するためのより信頼性の高い製品を作成してきました。

第五、冷却塔の最適化
効率的な冷却塔は、凝縮液の供給温度を下げることにより、冷凍庫の効率を高めます。

冷凍庫から輸出される大量の冷水水ごとに、典型的な冷却塔には100ワットのエネルギーが必要です。インレット、出口の温度差、より効率的なエアフロー設計、可変スピードドライブモーターを備えた高品質で効率的なファン、高さの低下してポンプヘッドを制限し、充填面積の増加など、効率を最大10倍増加させることができます。
異なる外気と冷却給水温度の温度差は異なり、3OFと5OFの間で制御する必要があります。
すべての冷却塔は、表面積が増加した最適な蒸発冷却を実現するために並行して操作する必要があります。
多くのミッションプラントは、シングルまたはデュアルスピードファンを使用し、タワーをさまざまな段階に分割するマルチステージタワーを使用しています。 1つのタワーは、負荷が容量を超えるまでフルスピードで走り、次に別のタワーが開き、低電力状態またはより高いパワー状態で動作します。このソリューションは、冷却塔の荷重に大幅に増え続ける変化をもたらす可能性があり、頻繁に必要な定格を下回るか、それを超えて、エネルギー消費を緩め、チラー効率が低下します。
したがって、すべての冷却塔は並行して動作する必要があり、蒸発冷却は表面積の増加に応じて最適です。より多くのタワーが低速で動作している場合、可変速度ドライブを使用してファンの速度を調整します。ファンは、負荷が変化すると調整されます。 「立方法」によれば、ファンはより低い速度でエネルギーを節約できます。
工場は通常、専用の冷却塔を使用して、各冷凍庫に凝縮液を供給します。この概念では、冷凍庫が冷却塔と並行して動作することはできません。凝縮液システムに共通のヘッダーを追加するだけで、冷却塔が冷却要件に関係なく、並行して動作することができます。

6番目、熱回収
多くのミッションプラントは、加熱するために多くのエネルギーを消費しますが、プロセスから「廃棄物」熱を除去するためにより多くのエネルギーを消費しますが、2つのプロセスを組み合わせることはできません。回収された熱を使用して、新鮮な空気を予熱したり、空気を再加熱したり、その他の用途を使用したりできます。 AHUの予熱コイルは、廃水で外気を予熱する可能性があります（暑い気候では事前に調理されます）。
再加熱コイルは、冷凍庫のエネルギーとボイラー燃料を節約しながら、空気圧縮機または冷凍庫のコンデンサーの背水から廃熱を回収できます。熱交換器は、混合できない、または直接接触することができないさまざまな培地の熱交換を可能にします。

最大負荷が頻繁に発生するかどうかに関係なく、通常、デュアル温度冷蔵サイクル冷蔵システムは、最大負荷に耐えるように設計されています。プロセスの冷蔵サイクルの冷水温度は、すべての負荷のごく一部のみの極端な熱負荷によって決定されます。これは、多くの場合の1つまたは2つの場合です。これにより、負荷が不十分な場合の過剰な冷蔵容量と非効率性が発生する可能性があります。供給される冷水の温度が低い場合、冷凍庫の動作効率も低くなります。平均して、チラー効率は、1/2度の華氏供給温度ごとに1パーセント以上増加します。負荷が分割され、冷水の2つの異なる温度が提供されると、作業効率が高くなります。

8.無料冷却は、外気を冷却に使用するのは経済的であり、商業ビルで広く使用されています。別の[無料冷却]ソリューションは、クリーンルームなどの一定の冷水とファンコイルを必要とするシステムで使用できます。
無料の冷却技術は、低温または低湿度環境の冷却塔の冷却水を直接使用して、冷凍庫の使用を削減または交換します。天候に応じて、自由冷却システムは、冷却システムのエネルギー消費を10分の1（0.5 kW /トンから0.05 kW /トン）に減らすことができます。
プロセス負荷との直接熱交換により、無料の冷却技術は、二次または三次熱交換システムの熱交換よりも数時間大気外の高温を数時間利用できます。冷却水とプレート熱交換器で分離された凝縮液の温度差は非常に近い（たとえば、2OFのみ）。温度と湿度が非常に低い場合、冷却塔はファンなしで独立して動作できます。温度と湿度のマップによると、毎年多くの場所を自由に冷却できます。

9、遠心コンプレッサー
空気圧縮機の改善により、多くのエネルギーが節約されています。遠心コンプレッサーはオイルフリーで、ネジコンプレッサーよりもはるかに効率的です。ただし、遠心コンプレッサーはアイドリングできないため、低負荷では非効率的になります。最も効率的で経済的なソリューションは、遠心コンプレッサーとネジコンプレッサーの両方の組み合わせです。遠心ユニットは基本的な負荷を満たすために選択され、小さなネジユニットはピーク荷重を満たすために使用されます。コンプレッサーユニットには、熱回収システムを装備する必要があります。
別の解決策は、高効率遠心圧縮機をフィールド全体に大きな圧縮空気ユニットとして使用し、ガス貯蔵タンクが拡大し、パイプをバッファーとして接続することです。これにより、植物全体が一定の負荷を維持し、荷重と荷降ろし装置の損失を減らし、エネルギー廃棄物を減らすことが保証されます。