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摘要
高科技晶圓廠房之廠務系統因具備高負載運行特性,其空調系統(Heating, Ventilation, and AirConditioning, HVAC)往往成為能效優化的核心熱點。為求精準評估節能潛力,本研究導入 SEMI S23 國際基準,建構等效電能轉換指標,將多元公用資源需求納入統一量測體系。透過開發「模組化能耗估測技術」,深度整合環境變動軌跡、即時設備負載與操作參數,建立高動態性的系統能耗推估模型。經由國內某 12 吋晶圓廠實證結果顯示,藉由本案之節能策略優化,年度可實現約 20 萬 kWh 之節電成效,具備顯著之減碳與經濟效益。文末進一步探討人工智慧(Artificial Intelligence, AI)於廠務端進行預測性節能管理之應用路徑,為未來綠色智慧廠房之建置提供實務參考。
Abstract
High-tech semiconductor wafer fabs require facility systems to operate at continuous high loads, with the Heating, Ventilation, and Air Conditioning (HVAC,Heating, Ventilation, and Air Conditioning) system identified as a primary source of energy consumption. To precisely evaluate the energy-saving potential of these energy-intensive systems, this study incorporates the SEMI S23 standardized benchmark to establish an Equivalent Electric Energy Consumption metric, converting diverse utility requirements into a unified power consumption baseline. A modular energy estimation model was developed by consolidating environmental variables, equipment load profiles, and operational parameters to simulate and predict overall facility and sub-system energy trends.
Using a domestic 12-inch wafer fab as a practical case study, the results confirm that the HVAC system accounts for a substantial proportion of total energy use. By implementing the proposed modular optimization strategies, an annual energy saving of approximately 200,000 kWh can be achieved, delivering significant carbon reduction and economic benefits. Furthermore, this article explores the potential of Artificial Intelligence (AI) for predictive energy management within facility systems, providing a technical roadmap for the future development of green smart factories.
摘要
高科技晶圓廠的廠務系統需要在高負載下持續運行,以維持製程穩定性。其中,**暖通空調系統(HVAC)** 是主要的能源消耗來源。本研究引入 **SEMI S23** 國際指標,建立「等效電能消耗」機制,並開發一套「模組化能源估算技術」,整合環境數據、設備負載與操作參數,模擬能源趨勢。
在國內某 12 吋晶圓廠的實際應用中,透過優化送風側操作,特別是降低新風機組(MAU)的預熱焓值,實現了每年約 **204,701 kWh** 的節能效果,並帶來顯著的碳減量與經濟效益。本文最後提出整合 **人工智慧(AI)** 的預測性與適應性能源管理未來路徑。
統一能源指標:SEMI S23 標準
高科技廠房的能源管理挑戰之一在於多樣化的公用系統(水、氣、冷卻)缺乏統一的衡量方式。本研究採用 **SEMI S23** 標準,建立「等效電能消耗」機制。
核心計算
此框架將所有能源消耗轉化為統一的功率指標,公式如下:
Power = Q(流量) × T(時間) × 能耗指標
單位:kW/CMH 或 kWh/m³
實用優勢
- 熱點診斷:透過輸入壓縮機型號、製冷能力及水溫(進/出口)等參數,可即時分析參數變化對總能耗的影響。
- 跨產業比較:此架構適應不同產業與基礎設施,提供客觀的基準。
- 智慧能源基線:長期累積數據,建立「能源基線數據庫」,追蹤管理績效並評估未來節能方案。
模組化能源估算:數位雙生的決策核心
本研究開發了一套「系統能耗估算模組」,以模擬真實廠房運行情境。此數位雙生方法降低了物理試錯的風險與成本。
模擬流程
- 環境整合:導入當地戶外氣候數據及內部設備設定(如泵浦/風扇性能)。
- 負載計算:
- 根據戶外條件,計算新風機組(MAU)的冷卻/加熱線圈及加濕器狀態。
- 考量室內顯熱及潛熱負載(來自照明、人員及製程設備)。
- 計算機械散熱及製程冷卻水(PCW)需求。
- 靈活元件配置:用戶可自定義 MAU 元件(如預熱線圈、冷卻線圈、加濕器、再熱線圈)及控制策略(基於焓值或溫度)。
輸出與可視化
該模組能自動將冷卻需求轉化為具體功率消耗指標,並生成可視化報告,展示子系統(MAU、FFU、冷卻機組等)之能源分布。
DOI: 10.30256/JIM.202605_(518).0004
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2026年05月號
(單篇費用:參考材化所定價)