半导体厂房的净化空调系统是保证生产、封装和测试正常运行的重要设备设施。由于该系统较为复杂，不同的设备组合方案可产生差异化的控制效果。另外，净化空调系统风量大、风压高，长期运行的能耗较高。因此本文探究该系统的设计方案、节能评价指标体系，并分析节能优化措施，能够为半导体生产、制造创造良好的环境条件。

1.工业半导体厂房净化空调系统设计方案

1.1 工业半导体厂房净化设计要求

1.1.1 半导体生产工艺

以芯片制造厂房为例，其生产工艺包括晶圆制造、晶圆加工、芯片封装，相应的加工操作则包括裁切、研磨、切片、抛光、烤炉表面氧化、形成氧化膜、涂布光刻胶、形成光刻胶保护层、光刻显影、蚀刻、离子注入、热处理、切割磨削、上板、键合、树脂密封、加装散热片、检测、出厂。

1.1.2 厂房的设计要求

半导体生产对空气洁净度、环境温度、相对湿度以及相对正压力提出了较为严格的要求，净化空调系统设计方案应保证厂房生产环境满足这些要求。工业半导体生产环境要求如表 1 所示。

1.2 净化空调系统设计方案

1.2.1 净化空调系统的布置形式

以某企业的芯片洁净厂房为例，其平面布置分为 5 个区域，分别为中央核心洁净区、2 个空调机房和机械设备间（对向分布）。中央核心洁净区的另外两侧设置会议室、办公室或者更衣间。从垂直空间来看，共分为 3 层，最上层为上技术夹层 / 送风静压箱，用于放置风机过滤机组（fan filter unit，FFU）等通风设备 ；中间部分为中央核心洁净区；最下层为下技术夹层，用于放置配套的工艺设备。若厂房的作用为封装测试，只需设置上技术夹层。

1.2.2 净化空调系统构成

净化空调系统由水系统、风系统和热源系统 3个部分组成。其中，风系统用于控制室内污染颗粒物的浓度，通过频繁的换气将颗粒物浓度限制在合理水平。水系统用于控制室内的温度和湿度，其热源可采用空气源热水机组或者业主提供的锅炉系统，利用水冷式冷水制冷机组提供冷源。干式盘管和 FFU 布置在洁净厂房的末端。热源系统是工业生产中的关键部件之一，用于提供热能供应，包括供暖、热水和工业加热等功能，其设计和运行状态直接影响生产效率和产品质量。

1.2.3 水系统设计要点

半导体厂房的水系统由冷却塔、低温冷水机组、中温冷水机组及其他配套终端设备构成。低温冷水机组的 2 路进水温度分别为 37℃、32℃，出水温度分别为 5℃、12℃。中温冷水机组的 2 路进水温度分别为 37℃、32℃，出水温度分别为 12℃、17℃。两种冷水机组独立运行，为不同的厂房、区域和设备供冷。冷水机组的末端与新风机组（make-up air unit，MAU）、循环空调箱（recycled airhandling unit，RCU）、 干 式 冷 却 盘 管（dry cooling coil，DCC）相连。MAU 是一种空气调节设备，用于给厂房提供新鲜空气，其工作原理是抽取室外新鲜空气，夏季经过降温、除湿、除尘送入室内；冬季经加热、加湿、除尘送入室内，因此该设备会消耗冷热源。RCU+ 高效送风口作为一种设计精良的送风口，旨在提供更加均匀、高效的空气分布。它通常具有特殊的构造，能够有效地将空气输送到房间各个角落，确保整个房间内的温度与湿度均匀分布，提高净化空调系统运作效率，DCC 装置的作用是消除室内的湿热。

1.2.4 风系统设计要点

风系统的送风方式通常有两种：一种为集中送风；另一种为风机过滤机组送风。在多套净化空调系统同时运行，或大型电子工业洁净厂房的净化空调系统的新风方面，主要采取集中送风的方式。但风机过滤机组送风有低能耗、节约空间、方便灵活等特点。风系统常用的设计形式为全新风机组 + 风机过滤单元 + 干式冷却盘管、全新风机组 + 循环空调箱 + 高效送风口、全新风机组 + 风机过滤单元 +风机盘管。

2 工业半导体厂房净化空调系统节能应用

半导体厂房对温度、相对湿度、空气洁净度提出了较高的要求，因而净化空调系统需要长期稳定运行，但这造成了较高的能耗。节能运行成为提高经济效益、降低生产成本的必然措施。

2.1 净化空调系统节能评价

2.1.1 节能评价指标体系构建

2.1.1.1 指标体系构建

本研究将节能评价指标体系分为 2 个层次，一级指标的评价对象为整个半导体厂房净化空调系统，二级指标针对风系统、水系统、热源系统。整体的节能评价指标体系如表 2 所示。

2.1.1.2 指标计算方法

节能评价过程涉及多个指标，其含义和计算方法均存在差异，以下介绍部分指标的计算原理。

IPIUA 为单位洁净风量空调总功耗，该指标的计算方法如下：

2.1.2 节能评价对象及结果

2.1.2.1 评价对象

在国内选取 6 家半导体生产企业，利用以上节能评价指标体系对其洁净厂房的净化空调系统进行节能应用效果评价，其中 5 家为半导体生产厂家，1 家为半导体封测厂家。

2.1.2.2 评价结果

表 3 汇总分析了 6 家半导体生产企业厂房净化空调系统的节能运行评价结果，此次评价过程针对整个指标体系。节能效果的判断依据为低限值与平均值的比值，如果该比值接近 1.0，则节能水平较高。反之，如果比值接近于 0，说明节能效果较差。

由表 3 可知，6 个评价指标中，ISRD 指标较差，其他 5 个指标整体较好，说明整体节能效果较好。

2.2 净化空调系统节能应用管理优化

为了提高工业半导体厂房净化空调系统的节能应用效果，相关企业可根据节能评价指标体系，进行管理优化，具体措施如下。

2.2.1 建立节能评价指标监控系统

2.2.1.1 监控系统架构

半导体厂房净化空调监控系统由厂务监控服务器、能源管理服务器、计量系统、数据中心组成。厂务监控服务器能够与能源管理服务器进行数据交换，能源管理服务器以手动或自动的方式向厂务监控服务器反馈数据。数据中心用于存储能源站、洁净风系统、洁净室、工业排气系统的运行数据。

2.2.1.2 主要监控指标

净化空调系统由水系统、风系统和热源系统共3 个子系统组成，每一个子系统设计有多个监控指标。表 4 为净化空调系统节能运行监控指标示例。

2.2.2 优化净化空调系统设计

节能评价指标监控系统能够发现净化空调系统中能耗水平较高的节点，企业可根据结果制定

节能优化措施。净化空调系统设计优化流程为：确定能耗影响因素 → 节能评价 → 负荷输入与优化 → 负荷设计 → 净化空调系统优化设计 → 施工 →调试。

3.研究结论

（1）工业半导体厂房净化空调系统由水系统、风系统、热源系统组成。水系统用于控制、调节室内的温度和湿度，其设备由冷却塔、低温冷水机组、中温冷水机组以及其他配套终端设备组成。

（2）根据空调系统的运行特点，对国内 6 个半导体厂房净化空调系统的节能应用水平进行调研与评价，发现 ISFP、IωSCL、IEER、ISCD、IPIUA 5 个指标均较好，仅 ISRD 指标较差，说明净化空调系统的整体节能效果好。

（3）在净化空调系统节能应用管理中，可建立节能评价指标监控系统，掌握能耗观测指标的运行情况，进行节能效果评价，再根据评价结果制定系统优化设计方案。

4.结语与展望

本研究从净化空调系统设计角度出发，探索了如何有效地实现厂房空气净化和温湿度控制，以满足半导体制造对环境条件的严格要求。研究人员结合了空气动力学、热传递、空调系统结构等领域的知识，提出了一套切实可行的净化空调系统设计方案。该方案不仅考虑了空气过滤、循环、净化和除湿等基本功能，还针对工业半导体制造的特殊需求进行了优化。通过案例分析，研究人员验证了该方案的有效性与可行性。上述研究成果不仅为工业半导体厂房的净化空调系统提供了技术支持，也为提高半导体生产效率、确保产品质量和工作环境安全提供了重要参考。未来可以进一步深入探讨新型空调系统的应用，推动工业半导体厂房空气净化系统向更高效、节能、智能的方向发展，为工业生产提供更好的支持与保障。