반도체 클린룸 연간 에너지 절감을 위한 외조기 구성의 제안 및 효과 분석 (The Proposal of an Outdoor Air-Conditioning System for a Semiconductor Manufacturing Cleanroom and Analysis of Its Energy Savings)

서지정보

· 발행기관 : 대한설비공학회
· 수록지 정보 : 설비공학 논문집 / 35권 / 4호 / 163 ~ 175페이지
· 저자명 : 정우현, 송두삼

초록

본 연구에서는 대형 반도체 생산 공장의 공조에너지 중에서 많은 에너지 소비를 유발하는 외조기에 대해 가열 코일, 냉각/제습 코일, 가습장치의 구성 및 가열 코일에 공급되는 열원에 변화를 주었을 때 연간 에너지 사용량 변화 및 에너지 절감 가능성을 확인하기 위해 검토를 하였다. 검토 케이스는 기존 외조기 구성(Case 1)에 대해 본 연구에서 에너지 절감 방안으로 Case 2, Case 3의 방안을 제시, 검토하였다. 본 연구를 통해 도출된 결과는 다음과 같다.
1) 기존의 대형 반도체 클린룸에서 가장 많이 적용하고 있는 외조기의 구성인 Case 1은 증기 가습장치와 WSS 단열 가습장치가 혼합된 외조기로 구성되었다. 외조기 내부에는 4개의 가열 코일(PHC, 1-HC, 2-HC, RHC)과 2개의 냉각/제습 코일(1-CC, 2-CC), 2개의 가습장치(WSS 단열 가습 87%, 증기 가습 13%)로 구성되었다. 가열 코일 중 PHC, 1-HC, RHC의 경우 가열원으로는 냉각수 폐열을 사용하고, 2-HC의 경우 보일러에서 만들어진 증기를 열원으로 사용하고 있다. 가습장치 중 하나인 증기 가습장치도 보일러에서 만들어진 증기 열원을 사용하고 있어 분석한 케이스 중에서 에너지 사용량이 가장 높게 나타났다.
2) Case 2는 증기 가습장치를 제거하고 WSS 단열 가습장치를 1단으로 구성하였다. 외조기 내부에는 4개의 가열 코일(PHC, 1-HC, 2-HC, RHC)과 2개의 냉각/제습 코일(1-CC, 2-CC), 1개의 가습장치(WSS 단열 가습 100%)로 구성되었다. 가열 코일 중 PHC, 1-HC, RHC의 경우 가열원으로 냉각수 폐열을 사용하고, 2HC의 경우 보일러에서 만들어진 증기를 열원으로 사용하고 있다. Case 1과 비교할 때, 증기 가습장치를 제거하여 증기 가습 부하로 인한 보일러 에너지 사용량은 줄었다. 하지만 WSS 단열 가습장치를 100% 설계 조건으로 변경되어 2-HC의 가열 부하는 일부 증가하게 되었다. 전체 에너지 사용량은 Case 1 대비 약 11.3% 정도 절감할 수 있는 것으로 확인되었다.
3) Case 3은 증기 가습장치를 제거하고 WSS 단열 가습장치를 2단으로 구성하였다. 외조기 내부에는 4개의 가열 코일(PHC, 1-HC, 1’-HC, RHC)과 2개의 냉각/제습코일(1-CC, 2-CC), 2개의 가습장치(1-WSS 50%, 2-WSS 50%)로 구성되었다. 가열 코일에는 전부 냉각수 폐열을 가열원으로 사용하고 있다. 가습장치는 증기 가습장치를 제거하고, WSS 단열 가습장치를 2단으로 배치하였다. WSS 단열 가습장치를 1단으로 배치하게 되면 가습 효율을 높이기 위해 WSS 전단의 공기 온도를 크게 높여야 하나, WSS 단열 가습장치를 2단으로 배치하게 되면 상대적으로 낮은 온도로 가습할 수 있다. 따라서 공기 온도를 올리는 데 필요한 가열 코일의 열원을 보일러에서 발생한 증기 열원에서 냉각수 폐열로 변환시킬 수 있다. 전체 에너지 사용량은 Case 1 대비 약 24.6% 정도 절감할 수 있는 것으로 확인되었다.
4) 별도 효과로 산정하지는 않았지만 동절기 반도체 공장 주변에서 자주 발생하는 냉각탑 백연의 경우, 냉각수 폐열을 공정에 적극적으로 활용하여 냉각탑 백연을 감소시킬 수 있고, 동절기 냉각탑에서 사용하는 전력 역시 감소할 것으로 기대할 수 있다. 또한, 공장 부지 내 보일러 에너지 사용량 감소는 사업장에서 직접 연소를 통해 발생하는 직접적인 탄소 배출을 줄임으로써 탄소 중립 목표의 달성에 효과적일 것으로 판단된다.

영어초록

The purpose of this study is to propose an outdoor air conditioner configuration that combines adiabatic humidification and cooling water waste heat and review the potential for reduction in annual energy savings of outdoor air conditioners in semiconductor cleanrooms. Case 1 was an outdoor air conditioner that combined steam humidification with adiabatic humidification. Case 2 removed the steam humidification and applied only the adiabatic humidification. Case 3 was an outdoor air conditioner designed under the condition that steam humidification was eliminated, adiabatic humidification was applied in two stages, and the cooling water waste heat source supplied to the heating coil was used instead of the steam heat source. As a result of the analysis, in case of Case 2, energy consumption was reduced by about 11.3% compared to Case 1, and in case of Case 3, it was confirmed that about 24.6% of energy saving was possible as compared to Case 1. It was confirmed that a lot of energy used by the outdoor air conditioner can be saved by configuring the adiabatic humidification and the outdoor air conditioner using the waste heat of the cooling water.

참고자료

· 없음