7. 〈2004年4月〉 潔淨會訊 9
專題報導
R 為微粒直徑 dp 與纖維直徑df 的比值；
UO 為過濾器的表面風速；
VTS 為終端沉澱速度，可表示為V
d C g
TS
g p c
=
ρ
η
2
18
；
Stk 為Stokes number參數，可表示為
Stk
d C U
d
p p c o
f
=
ρ
η
2
18
；
J 為參數，可表示為
for R<0.4；
Pe為Peclet number參數，可表示為Pe
d U
D
f o
=
， D 為微粒擴散係數，單位 m2
/s，表示在方程
式(5)中。
(5)
其中 T為氣流之絕對溫度；
k 為Boltzmann's constant = 1.38 x 10-23
；
η為氣流之黏滯係數(標準空氣為 1.81x10-5
Pa · s)；
λ 為氣體分子之平均自由行徑
(標準空氣為0.066μm)。
或可由Lee and Liu[3][4] & Yeh and Liu[5][6]
所發表的方程式中得到方程式(6)
(6)
其中η f 意義表示在方程式(7)中
(7)
由上述所示的各項方程式中設計者只要輸
入在不同的某直徑微粒的效率、纖維直徑或過
濾材填充率、纖維直徑、過濾網厚度，就可以
得到各直徑微粒經過過濾器的實際去除效率。
5.4 潔淨室內微粒均勻分佈計算
潔淨室計算的重心在於微粒濃度的計算，均
勻分佈計算就是假定室內微粒是均勻分佈的，如
果有微粒發生源，則發生的塵粒由於擴散和氣流
的帶動和沖淡，能很快地在室內達到平衡。
為了簡化計算，我們還需進一步假定：通風
量是穩定的、發塵量是常數、大氣微粒數量是常
數，忽略室內外微粒的密度和分散度的變化對過
濾器效率的影響，忽略滲入的微粒量和風管產塵
的可能性，忽略微粒在風管內和室內的沉降[7]。
如圖 2 所示，為電子廠常用實際的潔淨室
設計流程圖，在圖中我們設定各種符號的意義
如下：
Nt
為某時間t (min)的室內微粒濃度，單位
為：pc/L ；
N 為室內穩定微粒濃度，單位為：pc/L ；
No
為室內原始微粒濃度，即t = 0時的微粒
濃度，單位為：pc/L ；
V 為潔淨室體積，單位為：m3
；
n 為換氣次數，單位為：次/h ；
G 為室內單位體積發塵量，單位為：
圖 2 潔淨室 MAU + FFU 系統流程圖
J R R= − −29 6 28 27 50 62 2 2 8
. .. .
αc h
D
kT
d
d
p
d
p
p
=
+ +
F
HG
I
KJ
L
N
MM
O
Q
PP
−
1 2 34 105
3
0 39
λ
πη
λ
. . exp
.
E
t
d
f
f
= − −
−
F
HG
I
KJ1
4
1
exp
η α
π αb g
η
α α
f
Ku
Pe
Ku
R
R
=
−F
HG I
KJ +
−F
HG I
KJ +
−
1 6
1
0 6
1
1
1 3
2 3
2
. .
8. 10 潔淨會訊 〈2004 年 4 月〉
專題報導
pc/m3
·min ；
M 為大氣微粒濃度，單位為：pc/L ；
s 為回風量對於全風量之比 ；
PF 為初級過濾器，其效率為η p ，單位
為：% ；
MF 為中級過濾器，其效率為ηm ，單位
為：% ；
CF 為終級過濾器，其效率為η c ，單位
為：% ；
此外，設新風通路上過濾器的總效率為ηn
，回風通路上過濾器的總效率為ηr
，則對圖2
可表示成：
ηn
=1- (1- ηp ) (1- ηm ) (1- ηc ) (1- ηc )；
ηr
=1- (1- η p ) (1- η c ) 。
其計算理論討論如下：
(一)、進入室內的微粒由三部分組成
1 、由回風帶進室內的微粒：
單位時間的回風量為
snV ×10
60
3
，單位為：L/
min；而經回風通路上過濾器過濾後，進入
室內的微粒數量為
snV
Nt r
×
−
10
60
1
3
ηb g ，單位
為：pc/min；則Δ t 時間內，室內每公升空
氣 中 由 於 回 風 而 增 加 的 微 粒 數 量 為
snV
N tt r
×
−
10
60
1
3
ηb g∆ ，單位為：pc/L。
2 、由新風帶進室內的微粒：
單位時間的新風量為
nV
s
×
−
10
60
1
3
b g，單位為：
L/min；而經新風通路上的過濾器過濾後，進
入室內的微粒數量為 ，
單位為：pc/min；則Δ t 時間內，室內每公
升空氣中由於新風而增加的微粒數量為
Mn s
tn1 1
60
− −b gb gη
∆ ，單位為：pc/L。
3 、於Δ t 時間內，由於室內發塵而使室內
每公升空氣中增加的微粒數量為 G t× −
10 3
∆ ，
單位為：pc/L。
(二)、由室內排出的微粒：
單位時間通風換氣量為
nV ×10
60
3
，單位為：
L/min；由通風排出的微粒數量為
nV
Nt
×10
60
3
，
單位為：pc/min；則Δt時間內，室內每公升
空 氣 中 由 通 風 換 氣 排 出 的 微 粒 數 量 為
n N
tt
6 0
∆ ，單位為：pc/L。
根據以上分析的進出潔淨室的微粒數量，則
在Δ t 時間內潔淨室內微粒濃度的變化為：
ΔNt
=(進入的微粒數量)-(排出的微粒數量)，
經整理得到方程式(8)
(8)
在應用方程式(8)時，只要注意系統中哪些過
濾器組合效率是ηn
，哪些是ηr
，就可方便
地列出某一系統的微粒濃度計算式。下列列
出常用的潔淨室系統流程圖，如圖3、圖4、
圖5、圖6(參考Hu [9]))所示。
6. 潔淨室設計方式研究
潔淨室恆溫恆濕空調系統已成為企業或國
家增強競爭力的工程之一，故先進國家(如德
國、美國、日本)對其非常重視與管制；尤其在
最近幾年潔淨室恆溫恆濕空調系統成長的速度
更是驚人，除了大家所認知的半導體工業、光
電工業、電子器材產業及醫藥產業的製程需用
到潔淨恆溫恆濕空調外，生物科技、精密機器
產業、甚至人類居家生活環境都因為要良率提
升及個人身體健康的注重而慢慢需要無塵無
菌、恆溫恆濕的空調系統；當產品愈精緻、奈
M nV
s n
×
− −
10
60
1 1
3
b gb gη
N
G Mn s
n s
N n s
G Mn s
t
n
r
o r
n
nt s n
=
× + − −
− −
− −
− −
× + − −
L
N
MM
O
Q
PP
R
S|
T|
U
V|
W|
−
−
−
− −
60 10 1 1
1 1
1 1
1 1
60 10 1 1
3
3
1 1
60
b gb g
b g
b g
b gb g
b g
η
η
η
η
η
exp
16. 18 潔淨會訊 〈2004 年 4 月〉
專題報導
圖 13 空氣潔淨系統設計範例說明(展示果)
風量值。
(二)、本文是以微粒0.1 μm~10 μm尺寸來
進行空氣潔淨系統設計計算，隨著奈米科技與
70奈米電子製程的到來，0.1 μm以下的微粒潔
淨系統設計理論計算，需納入潔淨室設計裡。
參考文獻
[1] Hu, S. C and Chuah, Y. K.，Power consump-
tion for semiconductor fabs in Taiwan，the In-
ternationalJournalof"Energy"，Vol.28，p895-
907 ， 2003
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SUREMENT OF AIRBORNE PARTICLES，
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1999 2nd Edition。
[3] Lee,K.W.andLiu,B.Y.H.，Theoretical study
of aerosol filtration by fibrous filters，Aerosol
17. 〈2004年4月〉 潔淨會訊 19
專題報導
[μm]
[m2
/s]
[℃]
[μm]
[μm-1
]
[m]
[μm]
EΣ
G
h
Ku
k
M
MF
N
No
Nt
n
p
pe
PF
R
Stk
s
T
t
td
Uo
V
VTS
υ
α
λ
σ g
η
ϕ
Science and Technology ， P147~161 ，
1982a 。
[4] Lee, K.W. and Liu, B.Y.H.， Experimental
studyofaerosolfiltrationbyfibrousfilters，Aero-
sol Science and Technology ， P35~46 ，
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by fibrous filters-Ⅰ.Theoretical，Aerosol Sci-
ence and Technology，P191~204，1974。
[6] Yeh, H.C. and Liu, B.Y.H.，Aerosol filtration
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ence and Technology，P205~217，1974。
[7] 許鐘麟，空氣潔淨技術原理，同濟大學出
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[8] 陳維新、江金龍，空氣污染與控制，高立
圖書有限公司， 2001 。
[9] Hu, S. C，Influences of fresh air supply loca-
tionsontemperaturedistributionofafanfilterunit
(FFU) type unidirectional clean room，Interna-
tionalJournalonArchitectureScience-Vol3,NO.
2， p112-119，2002
[10] Sadjadi, S.M.Reza.，Fundamental study of
clean rooms ， MS thesis University of
Minnesota，1991。
附錄A 符號彙編
CF
CMD
D
DB
dA
df
d f
dp
E
終級過濾器
幾何平均粒徑
微粒擴散係數
乾球溫度
不同平均粒徑之定義
各直徑微粒之數量
纖維直徑
微粒直徑
過濾器效率
總合效率
室內單位體積發塵量
焓值
Kuwabarahydrodynamicfactor
Boltzmann'sconstant
大氣微粒濃度
中級過濾器
室內穩定微粒濃度
室內原始微粒濃度
某時間t (min)的室內微粒濃度
換氣次數
大氣壓力
Pecletnumber
初級過濾器
微粒直徑dp與纖維直徑df的比值
Stokesnumber
回風量對於全風量之比
絕對溫度
過濾網厚度、溫度
露點溫度
過濾器的表面風速
潔淨室體積
終端沉澱速度
比容
過濾材填充率
氣體分子之平均自由行徑
幾何標準偏差
氣流之黏滯係數
相對濕度
[pc/m3
·min]
[Kj/Kg]
[pc/L]
[pc/L]
[pc/L]
[pc/L]
[次/h]
[Pa]
[o
K]
[m]、 [℃]
[℃]
[m/s]
[m3
]
[m/s]
[m3
/Kg]
[m]
[Pa ·s]
[%]
![〈2004年4月〉 潔淨會訊 3
專題報導
摘 要
關鍵詞：潔淨室、節能、微粒
潔淨室的建造成本非常昂貴，約為一般空
調的六倍以上。除此之外，潔淨室的運轉成本
也相當昂貴，潔淨空調系統用電量約佔了整廠
耗能的40%左右，其耗能亦為一般空調的十倍
以上。在這經濟蕭條與產業獲利率不再居高不
下時，如何使廠務系統最佳設計與能源有效運
用而達到 Cost-Down 之目的，就成為不得不做
且相當重要的工作了。
本研究旨在闡述在建造一座潔淨室前，可
由詳細的計算得知空氣在初運轉到穩定時經由
高效率過濾後各直徑之微粒數量，以及潔淨室
中微粒數達到穩定狀態所需的換氣次數，藉此
決定出最佳的過濾器數量及系統, 最後並發展一
具視窗功能的電腦軟體，以快速設計檢討系統
狀況，對建造、運轉成本及工程設計界而言，
不失為增加競爭力的創新工具。
1. 前言
潔淨室在積體電路製程與精密工業中，對
於成品的良率佔有非常重要的位置，就拿0.5微
米以下線徑的製程來講，大約有10%的不良率
是由於環境污染(塵埃污染)所造成的，而對於未
來奈米級線徑的製程其對於環境的要求當更為
嚴謹。台灣在世界上所造就的第二次經濟奇
蹟，其產業多為微電子精密機械、半導體與晶
圓代工，而現在台灣的光電產業、生物科技及
奈米級產業正迅速邁向世界第一，也將成為台
灣的第三次經濟奇蹟，而此類工業之製程能源
消耗甚大，其特性為 1.全面空調 2.需高潔淨度
環境故換氣量極大3.製程排氣量極大故需引進大
量外氣4.需精密溫濕度控制故需同時冷卻、加熱
及加濕。由上可見其需耗費之送風、冷卻、過
濾、加熱、加濕等之能量甚大，其最佳化設計及
節能技術的應用尚在起步中，節約能源也將於今
後成為永續經營提升競爭力的一大要素。
2. 研究動機與目標
潔淨室的建造成本非常高，依過去統計資料
顯示，建造一座Class 1000級的潔淨室每坪約花
費六萬元左右，而建造一座Class 100級的潔淨室
每坪也需花費九萬元以上，更高等級之潔淨室建
造成本更呈倍數成長，其比建造一般空調每坪所
需0.7萬元約在六倍以上。除此之外，潔淨室的
運轉成本也相當高，潔淨空調系統用電量約佔了
整廠耗能的 40% 左右，其耗能亦為一般空調的
數十倍，可達1 Kw/m2
以上(Hu[1])，往往一座潔
淨生產廠房每月所需的電費要高達千萬元。
由於台灣已成為世界電子業、半導體、光
電產業製造基地，而電子業潔淨室由於室內機
潔淨室設計軟體開發
(1)空氣潔淨系統設計
蕭富文蕭富文蕭富文蕭富文蕭富文,,,,, 胡石政胡石政胡石政胡石政胡石政,,,,, 遲玉倡遲玉倡遲玉倡遲玉倡遲玉倡
台北科技大學冷凍空調系台北科技大學冷凍空調系台北科技大學冷凍空調系台北科技大學冷凍空調系台北科技大學冷凍空調系](https://image.slidesharecdn.com/1000095/85/7-1-1-320.jpg)
