半導體產業為高度能源密集產業，晶圓製造需要仰賴電力，製程機台與廠務端用電量約各占全廠用電量55%、45%，其中，冰水系統約占廠務用電量60%，實務上為節能要點。冰水主機常見於規範中的能源績效指標，有能源效率比(Energy efficiency ratio, EER)和性能係數(Coefficient of performance, COP)，現有研究多數以冰水系統中的某一機械單元為節能標的，個別計算能源轉換係數(Energy conversion factor, ECF)，卻未展現各單元的節能措施對整體冰水系統的節能成效，也缺乏完整的冰水系統績效架構，用以評估整體節能效益。
本研究建立半導體廠房冰水系統之能源績效指標，解析冰水系統用水與用電流程，訂定能源績效指標架構，並以運轉中之案例廠房數據試算各能源績效指標。架構包含冰水主機、冷卻水塔、冰水泵與冷卻水泵四部分，共9個指標，ECF採用「設備總用電量/總處理水量」來表示，即較關注每單位處理水量所需用電量，然而，不同設備之ECF數值差異甚大，不可直接從其ECF數值大小比較不同的設備或系統。
案例廠房設備之2016年平均ECF分別如下：整體冰水系統為0.59，冰水主機為0.50、冷卻水塔為6.12、冰水泵為1.96及冷卻水泵為2.03。由能源績效指標的觀點，對案例廠房提出使能資源使用更有效率之建議，包含避免冰水流量過低使冰水主機達不到預期運轉負載率，冷卻水進出水溫差落在5.5~6.0℃較佳，補水率與冷卻水塔ECF關聯性高，應列入觀察指標，以及泵的運轉頻率是冷卻水泵的重要參數。
對於整體冰水系統而言，權重最重是冰水主機，加強管理可改善的是水泵運轉頻率與調整補水量，而氣候是影響最大又不可控制的因素，冷卻水塔與冰水主機之最佳運轉點、維持適當冰水流量可提高檢查設備頻率或電腦自動控制改善，冰水系統指標曲線可作為廠房能源績效之基線。研究建議未來可供同規格設備之廠房比較，或初步預測新建廠房冰水系統績效，或單一廠房不同時期比較之基準，其他廠房亦可依循此轉換式套入參數，產出能源績效基線。

Semiconductor is a highly energy intensive industry, in which wafer manufacturing relies on electricity. For semiconductor plant, the manufacturing process and facility consume electricity about 55% and 45%, respectively. The chilled water system is an energy saving hot spot because it consumes 60% of the facility electricity. However, the energy performance of the chilled water system is lacking to evaluate the overall energy efficiency.
This study established the energy performance indicators (EnPIs) of the chilled water system of a semiconductor plant. It analyzed the water and electricity use process and set up the EnPI framework. The EnPI framework includes nine indicators of four parts: chiller, cooling tower, chilled water pump and cooling water pump.
The energy conversion factor (ECF) is the most common indicator in the EnPI framework. It is total electricity consumption divided by total treated water. It is the amount of electricity consumption required per unit treated water.
The annual ECFs of the case plant in 2016 are as follows: the overall chilled water system is 0.59, chiller 0.50, cooling tower 6.12, chilled water pump 1.96 and cooling water pump 2.03. The chiller is the most influential part of the chilled water system, the cooling tower’s energy efficiency changed most when the season changes. The cooling tower and cooling water pump could be improved through management.
From the values of EnPIs, suggestions are proposed for energy saving, including to avoid the chiller running in too low water flow to reach normal load rate, the temperature difference between inlet and outlet of the cooling tower is better kept in 5.5~6.0℃, the water replenishment rate is an influential indicator because the rate and the ECF of cooling tower are in high correlation, and the cooling water pump operating frequency is an influential parameter.
The developed EnPI framework is useful. It can be used to compare the EnPIs of two plants with the same specifications, predict a new plant’s ECF, and compare with the benchmark ECFs at different times of a plant.

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