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浅谈半导体项目大型冷冻机房的设计

摘要：本文简单介绍了半导体相关项目的CUB大型冷水机房的相关设计思路，

结合了一些具体项目对系统的设计进行了充分说明，并对设计和实施运行工程中

出现的问题进行了简单的分析和探讨。

关键词：大型冷冻机房；中低温冷冻水；二次泵变流量系统；热回收；平衡

管；冷机；水泵；冷却塔

1.前言

近年随着国家政策精准扶植，国内半导体项目蓬勃发展，而作为FAB生产厂

房的重要能源“冷冻水”负责为整个工艺制程提供空调冷源和工艺冷却，考虑到

工艺生产的重要性，冷冻水的稳定性至关重要，一旦有生产事故，损失将是巨大

的，并且将无法挽回。目前也为响应国家节能要求，而冷水机房作为能源消耗大

户，建设一个高效绿色的机房也尤为关键，故本文将对冷冻机房的设计进行探讨。

通过深入探讨总结，希望能对今后的设计生产任务起到一定的指导作用。

2.前期规划

在项目启动时，需要考虑规划一些机房位置和跨距大小等前期土建条件（如

图1）。一般需考虑如下几点：

1）冷冻站位置尽量离屋顶冷却塔近些，目前主流项目考虑设置在CUB顶层，

屋面设置冷塔。因为考虑到一层需要设置纯水机房，变配电机房，锅炉房等（规

范要求或者是因为荷载较大）。

2）在没有具体负荷的情况下需要考虑规划机房大小和其他辅房的布置。

3）FAB内的空调机房一般在FAB核心层的上面，通常是在三层或四层；

4）CUB至FAB管架规划，方便穿管和经济运行。

图1某12寸晶圆项目CUB和FAB总图布置规划

3.收集并计算负荷需求

根据空调，PCW（工艺冷却水）及空压机等末端及需求，需要根据最终计算

汇总（如图2），通常冷冻系统分为低温和中温系统，低温系统主要服务于MAU

的再冷需求，中温系统主要服务于AHU，PCW，DDC，CDA等冷冻需求，还需要考

虑空调和纯水站加热需求，因为考虑到半导体厂房需要常年制冷，项目通常可以

考虑利用冷机热回收来节约能源，高温热水加热需求另外再设计燃气热水锅炉供

应。

图2某项目冷热负荷计算（此项目总装机量近100000RT）

4.系统设计要点和设备规划布置

通常半导体相关项目体量较大，用户较多，通常冷冻系统采用二次泵变流量

系统，本文着重讨论此系统，本系统设计要点：

1）冷机间的流量平衡。一次泵与冷机一对一连接，有利水力平衡，同时减

少初投资。空调水循环泵台数应符合下列规定:水泵定流量运行的一级泵,其设

置台数和流量应与冷水机组的台数和流量相对应,并宜与冷水机组的管道一对一

连接;同时,从投资和控制两方面来看,当水泵与冷水机组采用“一对一”连接时,

可以取消冷水机组共用集管连接时所需要的支路电动开关阀,以及某些工程设计

中为了保证流量分配均匀而设置的定流量阀,减少了控制环节和系统阻力,提高了

可靠性,降低了投资。

2）平衡管的位置。一二级泵之间的平衡管两侧接管端点,即为一级泵和二级

泵负担管网阻力的分界点。二级泵设于末端时，平衡管设于冷冻站内，室外管道

阻力由二级泵负担；平衡管设于末端，室外管道阻力由一级泵负担。定压点距离

水泵入口较远时，应校核泵入口阻力不应出现负压。应在供回水总管之间冷源侧

和负荷侧分界处设平衡管,平衡管宜设置在冷源机房内,管径不宜小于总供回水管

管径;二级泵分布式设置在各区域靠近负荷端时,应校核系统压力:当系统定压点

较低或外网阻力很大时,二级泵入口(系统最低点压力)低于水泵高度时系统容易

进气,低于水泵允许最大负压值时水泵会产生气蚀;因此应校核从平衡管的分界点

至二级泵入口的阻力不应大于定压点高度。

3）当各环路的设计水流阻力相差较大时,宜按区域或系统分别设置二级泵。

当系统各环路阻力相差较大时,如果分区分环路按阻力大小设置和选择二级泵,有

可能比设置一组二级泵更节能。阻力相差“较大”的界限推荐值可采用0.05MPa,

通常这一差值会使得水泵所配电机容量规格变化一档。

图3二次泵变流量系统

在确定好负荷和系统后，其次考虑机房布置（如图4），通常重要客户要求

主机和水泵冷塔都要求N+2设置，建筑跨距需要按照离心机大小确定，通常一跨

放2台，如果单台冷量超过2000RT，跨距12m为宜；一次泵需要跟冷冻机一一对

应；水泵出口直接进冷机，边上靠墙设配电室，放置启动柜和配电盘，这些房间

有空调要求。层高尽量高，8~10m尽量考虑（根据项目体量具体确定）；冷冻机

吊装要