洁净室的洁净度能否维持在要求之规范内，空调系统扮演了主要的角色，其除了必须满足产品需求的温湿度条件外，对作业人员的舒适度需求和室内洁净度等亦均必须考虑，其他像能源消耗、防震和噪音之控制亦不可疏忽。洁净室用空调与一般办公室等所用之空调系统，有甚多之差异和特征，如下所述：
1.温湿度要求比一般比空调严谨和低：一般空调系统温度要求范围25~28°C间，相对湿度55~70%；而洁净室空调则分别为22~23°C和40～45％。
2.对送出的空气品质要求较严格：一般空调除了温湿度要求规范比洁净室空调较具弹性外，在微尘粒子之过滤和数量控制及Na＋离子之处理，洁净室空调比一般空调之考虑严格许多。
3.恒温恒湿之控制：申于高科技产品于生产时部份制程对温、湿度之变化值极敏感，故在洁净室中部份区域之空调须控制在士0.1°C和士1%RH的范围内。
4.全外气使用和换气次数高：在高科技厂之大多数产品，其制程均须使用大量的化学品和毒气，而这些化学品和气体所产生的挥发气与废气必须予以全数排除，故其排气量相当大，尤其是在化学工作站（Chemical Station）更甚，加上一般在其空气系统因混有上述所谈之挥发气，故PH值均偏酸性，故为维持空气之品质和安全，空调系统均不回风，而全以外界新鲜空气补充入系统中，故换气次数相对增加，如此方能符合洁净室温、湿度及洁净度等级之要求。至于一般的封装测试厂和液晶模组厂，因无使用化学品或少量使用，故尚可规划设计回风系统至送气空调箱再处理供应至现场使用。
5.空调系统 24小时运转：高科技厂由于产品过程不能中断和部份制程设备对温湿度要求变化相当敏感，如步进曝光机（Stepper）、显影机等光学仪器，些微的温、湿度变化均会造成设备的精准度偏差，造成产品的良率降低，另外晶片或面板等产品也必须放在定温、定湿的环境下，故空调系统是24小时运转供应，除了年度维修或电力公司停电因素外，可说全年无休，而一般空调则可视工作人员的上班状况机动调整，因此高科技厂之空调负荷比一般空调来得高，约为4～5倍。
6.气流分布需均匀：洁净室空调为了带走洁净室内所产生的微尘粒子，以维持洁净度，除了气流速度须达一定之要求标准外，气流的形状也必须依不同的洁净室等级而加以适当的控制维持。
7.运转成本相当高：由于空调系统采全外气供应，外气负荷相对增加，空气交换次数又高，循环风量也大，加上又是24小时运转供应，故在以上之各项因素总加成之后，其空调运转费用因而水涨船高，不只是初期的设备投资成本高，日后的运转及维护成本也相当高。
除了以上的特性外，洁净室之空调须与不同洁净等级的邻室维持适当的压差，送风温度与室内温度差距小等均其特性。图1-60（a）、（b）为洁净室空调与一般空调之比较图，表1-40为二者之差异。
洁净室空调系统若于初期设计时，未有周详之考量，将会造成控制和运转上的问题，例如系统运转容量计算，建筑物本身的绝热效果，温湿度控制系统和废热的能源回收等，为使空调系统在洁净室中能发挥最大功能，因此必须考量以下系统的各项因素：
1.冰水主机：如水量平衡、耗电率、冷媒、震动值、维护性、节能控制、和噪音值等。
2.冷却水塔：耗电量、蒸发耗水率、维护成本、震动值和运转噪音等。
3.循环水泵：水量平衡、热传导性、耗电量、扬程和供应压力以及节能控制等。
4.空调箱：水量和风量之平衡、热传导性、泄漏性、噪音值、维护性以及微尘粒子去除率等。
5.风扇过滤器组（FFU）：风量均匀性，出速度，震动值、耗电量、维护性、节能控制和静压值等。
除此之外，为因应洁净室空调系统之特性，故在系统材料等方面之选用上可做以下之各项改善：
1.电气系统：采用高效率之马达和电子式启动之照明灯具。
2.洁净室空间之缩小：在不影响制程需求的情况下，若能缩小洁净室之空间，不但可降低洁净室之建造成本，也可节省相当大之热负荷和空调负载容量。
3.洁净室空调滤网材料之选择：选用低压降之过滤网可减少运转能源的浪费，同时定期且适时的更换滤网亦是所必需。
4.合适的温湿度规范：依使用条件之不同而区分之不同区域和不同洁净室等级而规范适当的温、湿度，免于过度或不足的设计。
5.局部排热设计：针对部份特殊机台，尤其是高散热源者，探取排热的设计，如扩散炉管，测试设备、烤炉等，以节省空调容量及避免干扰室内之温、湿度与气流。
6.冰水主机或泵浦等须有备用机台：建厂设计之初，勿因为了节省初期的购置成本，而采取单一或满载之机台设计，避免当运转机台出状况时，影响整个系统之运作，故宣探用100%× 2台或50%× 3台之设计方式，令其中之一台做为备用。
7.利用季节外气低温之特性：冬天时一般外气温度均低于室内空气，此时可考虑利用此特性，以降低冰水主机之负载，唯在晶圆和薄膜液晶厂因已使用全外气，故此特性已实含在设计中。
8.检讨洁净室排气系统之利用：洁净室所排之废气温度均相当低，一般约在 22〜24°C之间，故利用热交换器将排气与外气进行热交换，降低进气温度，以节省冰水管排的负载。唯因所排废气大部是属于偏酸性或具毒性，因此在热交换器材质之选用和安全方面，必须特别注意。
9.洁净室内显热能源的利用：利用制程所生热量，而降低新鲜空调之送气温度，以减低热水锅炉热水和冷干盘（Dry Coil）之冰水负荷，是另一改善重点，此改善若控制良好，将可获得相当大之省能效益。至于储冰式空调，基本上在洁净室的空调系统中并无法派上用场，原因为其日、夜的负载差异有限，加上是24小时运转供应，已利用到离峰电力之优惠价格。
洁净室空调系统之设计原则，除了一般空调系统设计时所注意的事项和原则外，对于建厂地区的空气品质如空气中含Na+离子量，NOx量，SOx量和单位体积中微尘粒子数目等资料；当地5～10年期间气候的变化资料，包括最高温、最低温，相对湿度之最高和最低值等，这些资料均可做为空调设计时外气资料的计算参考。
设计之前除了前所提及的空气品质和外气气候条件外，对相关资料之收集如业主意见与需求，投资预算值、生产流程、设备使用率和制程设备相关厂务需求资料，洁净室规模，电力供应状态、洁净室等级和温湿度要求等均纳入考虑条件。另一方面洁净室周围环境、排气量、外气需要量和内部空气循环量，空调箱方式，改建的可能弹性度及气流方式，热源分析计算和运转成本高低等均应纳入设计的考虑原则内。
1.洁净室周围环境：送气空调箱进气口位置是东照或西晒，迎风面或背风面和隔邻地是否有排放废气、烟雾等污染来源之工厂。
2.生产制程布置：制程区域设备的布置方式和洁净度等级之需求水准先行确定，再依各负荷量设计空调系统，避免闭门造车，造成误差及损失。
3.气流方式：合宜的气流，不只可满足洁净室内洁净度的需求，也可节省不必要的空调浪费。
4. 排气量之控制：在采用全外气的半导体和液晶显示器厂，若能在制程上稍作改善，或是对排气系统的设计稍做计算调整及控制，将可降低不少之负荷。
5.制程设备发热体计算掌握：针对室内发热体的运转状态确实掌握，方能设计足够的空请风量以满足需求。计算之步骤为：
（1） 详列相关数据。
（2） 计算外气需要量。
（3）计算室内空气循环量。
（4） 验算洁净度。
（5）负荷计算。
（6）决定空调箱之风量。
（7） 空气线图之分析。
空气循环量之计算：洁净室温、湿度及微尘粒子的控制，完全掌握在空气循环，故循环量之计算乃为重点之一，其计算方式有三：
（1） 空气交换次数。
（2） 气流速度。
（3） 过滤器之面积。
① 依空气换气次数计算： Qc= V× N
式中：
Qc：室内空气循环量（M3/hr）
V：室内体积（M3）
N：换气数（次/hr）
② 依气流速度计算：
Qv=V× A
式中
Qv：室内空气循环量（M3/hr）
v：气流速度（M/hr）
A：房间面积（M2 ）
就Qc和Qv二者之中取最大值即是选取适当的空气环量之原则。
外气需要量计量：前已提及大部洁净室空调是以全外气供应，而外气需要量的多寡受如下之因素所影响：
（1） 制程排气量。
（2） 间隙外泄量。
（3） 开门外泄量。
（4） 健康要求量，其计算公式如下所示。
① 以排气量为主：
Q1≥QE+Qpp+QL
Q1：外气风量（M3/hr）
QE：制程设备排气量（依制程需求而定）（M3/hr）
Qpp：正压量（M3/hr）
QL：泄漏量（M3/hr）
②以健康要求量为主：
Q2 = Mx q
Q2：外气需要量（M3/hr）
M：人数（空间预定人数）
q：健康需求量，一般约40M3/hr．人
实际的外气需求量是取Q1和Q2中之最大值者为准。除此之外，如下之经验公式，亦可作为外气要量之参考，即
正压量（Qpp）＋泄漏量（QL）=10%排气量（QE），故外气需要量排气量+10%排气量=8~10%循环风量。
8.空调箱（Air Handling Unit）之选择：设计及选择适当之空调箱组合，将可收系统运转的良好效果，一般洁净室常用的空调箱系统组合如图1-61所示。图1-62及1-63，分别为二种不同架构的洁净室新鲜空气空调箱与具回风之循环风扇的组合模式。而图1-64则为洁净室等10,000级所常见的空调风管分布图，由此图中可看出，此间洁净室具备有回风系统。
9.洁净度的计算：在设计洁净室空调系统之前，应事先计算出室内空气污染物质的浓度，亦即室内的含尘量，由于含尘浓度量受空气污染物质发生量、取入之外气、排气状况和工作人员的数目以及空气净化装置之净化效率所影响。若将这些影响视为定常状态，并考虑空气污染物质之平衡，即可求出室内污染物质浓度，再依此浓度，选择适当的空气洁净装置，以提高效率，降低成本。
（1） 外气污染物质浓度，室内空气污染物质发生量、送风量、回风量等任何量均为一定。
（2）室内之污染物质浓度均匀分布，流入室内或在室内所发生之污染物质为瞬时均匀之扩散。
（3）室内外污染物质之粒径分布、密度等均相同。
（4） 污染物质在室内之沈降作用不计。
（5） 在风管内污染物质之沉积及飞散因素均忽略。
以之假定与实际之状况事实上有一些差异，因为有甚多之变化因素在内。唯若将以上之计算公式计算后之理论值，与室内污染浓度使用半小时后之平均实际值比较甚为接近。
10. 冷冻主机分离设置：冷冻主机于空调设计时除了考虑备用机台外，对于一般空调和洁净室空调应考虑给于分离设置，以利系统的控制运转，并符合控制空调箱所需求的冰水温度标准。
11.VWV（Variable Water Volume）泵浦探用：空调热负荷并非永远固定不变，其是随着气候及季节和现场制程生产之状况而随时在变化，因此在设计时采用可调变量的VWV泵浦是为一可行之原则。
洁净室的空调设计重点除了系统运转稳定，能源因素、安全和满足生产线上的需求外，对于相关工程之配合，如消防、水电、建筑、照明和噪音震动等均是在设计时必须纳入的考虑因素。
前面章节已大略提到洁净室的空调特性，尤其是全外气供应，其耗能是相当的大，依数据之统计，一般半导体厂之热负荷来源百分比如图1-66所示，液晶厂亦相似。而电力之消耗比例，各系统所占百分比如图1-67所示。
由以上的图中可看出，高科技厂之热负载来源主要为外气和制程设备，亦即空调占了相当大的比重，至于耗电率厂务系统中占了近57%，其中空调系统占了约40％，是为最大耗电部份，而此其中冰水主机又占 27 %最为大量，可见外气之除湿与降温和洁净室空调循环系统的冷却是耗能之主要所在。由于空调系统是全厂耗能的最主要来源，因此也是进行节约能源最有潜力的部份，故对空调系统作进一步的分析与探讨，进而找出可以节能的环节再针对这些地方拟定相对应的节约能源措施，来改善高耗能的状况。
洁净室的空调负载源，一般来自：制程设备之发热量、制程的排气量、室内维持正压的风量、外气负载、制程冷却水热交换量、照明器具、建筑物耗能量以及工作人员发热量和厂务运转设备如循环风车、泵浦、配电盘等之发热量等。
（1）依所安装之电灯盏数计算瓦特数。
（2）依公W/M2xAxF，W/M2：单位面积需求瓦特数（依不同照度需求）。A：洁净室面积，F：照明灯具补偿系数，灯具具有反射板型F=1，灯不具有反射板型F= 1.3，嵌入型灯具=1.3，如表1-40所示。
（3）依经验数据：30W/M2（黄光区为 45W/M2），M2：洁净室面积。
洁净室的空调节能设计，前已提及，除在建造时的节能考量，例如使用FFU系统，变频器的使用，热回收冰水主机、高效率泵浦与低压损滤网之使用外，对于建厂完成后的运转节约之省能观念模式是为另外之重点，如：①降低洁净室的排气量：随时调整排气之真空度，以可符合制程需求之基准即可及一般排气约在30°C左右，可直接排到次洁净区（或回风区）（Sub Fab/RAP）此虽增加一些冷却盘管之热负荷，比起补充外气仍能节省甚多能源。②降低压损，减少漏气：随时查视门缝窗口之泄漏。③降低热负荷：如制程炉管或烤箱、热板之隔热等。④减少加湿成本：控制湿度之变化。⑤减少洁净室之面积：调整制程空间需求，降低洁净室的使用空间。⑥降低风车之马力：依实际运转供应需求，调整适当之风车供应马力。⑦考虑在冬季时利用外气：降低冰水主机之负载。⑧酸气洗涤塔及一般排气的热能回收：利用所排气低温之特性与外气做热交换，降低外气之温度，以减少外气之负载，唯此部份之热交换器材料须考虑耐酸碱之材质。⑨改善生产效率：此部份为在设计时，即应纳入重点考量，现就热源来源能量之降低和动力供应之减少二方面加以说明。
洁净室正压设定值降低：洁净室中保持正压之目的是为让外界的脏空气不致于由洁净室的缝隙中泄漏进来，而破坏了洁净度。洁净室建立正压之方法是将外气之补充量大于制程之排气量，而洁净室洁净度等级越高的区域其正压设定值超大，亦即外气补充量与袭程排气量的差值要越大。由此可知降低洁净室的正压设定值将可有效减少补充外气的需求，一般洁净室的正压设定值多 30~35Pa之间（或0.5mm 水柱），但此设宜可经测试加以调降至20～25Pa。唯在进行洁净室正压设定值调降时必须配合制程和设备人员共同合作，不可一次调整过快，避免造成一些灵敏机台的参数飘移，影响制程产品的生产。 除此之外，像（1）降低外气空调箱之送风温度，(2）降低洁净室的正压值，（3）外气空调箱采用热管（Heat Pipe）设计等，亦可大量节省高科技厂的运转能源成本，降低产品的生产单价成本，提升产品之竞争力。
1.降低外气空调箱之送风温度：洁净室温湿度之需求条件大部为22°C及43%RH，湿度要求远低于外界空气。外气空调箱之功能乃是将外界的高温、高湿空气冷却除湿直至符合洁净室规格后送进洁净室 SubFab 区与循环空气混合。一般空调箱之冰水盘管冷却及除湿所流经之空气，其温度将降至约8～9°C之露点温度，如此低之空气是不可直接流入洁净室中，而是必须再以热水盘管将空气之温度提高才能送入洁净室中，此出风温度一般均设计在18°C~19°C左右；在另一方面，洁净室中的循环空气因吸收制程设备所散出之热能或因气流运动摩擦损耗而使温度升高，故必须再以干冷盘管（Dry Coil）将温度降低并控制在所要求之规范内。由一般之空气线图分析可得知空调箱之热水盘管与洁净室制程设备所产生之热相加大于洁净室之需求，故必须再以干冷盘管降温，因而如果能够将空调箱之热水盘管之热量减少（亦即降低空调出风温度），如此将可同时减少干冷盘管的冰水负载，达到节能的目标。唯空调箱出风温度也不可降得太低，避免洁净室机台所生之显热无法满足温度上升之需求而无法达到洁净室温度之规范，至于要出风温度要降到何种程度，除了可由洁净室的热负荷来计算决定外，另外的一种简捷之法是经多次的缓慢调降,直到黄光区的温度起了大变化止，此时即可得知，当时的设定温度是最适之温度值，一般度之调降是以0.5°C为单位，调降时切记须随时注意黄光室之温、湿度变化。
3.热管设计的外气空调箱使用：前已提及，外气空调箱之耗能占了空调系统之大部份，尤其是在将空气除湿后再加热升温。因此若能在空调箱中加装热管的设计，将可达节能之目的。热管的基本原理是利用密闭于管路中之冷媒，在管路不同端因温差而造成内部冷媒之流动，因冷媒之流动会伴随着相变化，而使管路两端之热量得以的交换达成热平衡。如图 1-68 所示，管路下端因高温使洽媒蒸发，冷媒流动到管路上方将热量传递后，又因为凝结而成为液体冷媒而流下，管路两端之热量也就因而得以交换。一般空调箱热管之应用是做二道盘管，分别放置在冷却盘管之前后，二者再以管路相通。冷却盘管前之预冷盘管（热管一）先将高温、高湿之外气做初步的冷却后，经冷却盘管将外气除湿到设计的绝对湿度时，出风温度会过低，此时第二道之热回收盘管（热管二）会将在预冷盘管（热管一）时吸收的热量适放而加温空气，若热量不足时，再由其后的热水盘管来加热补足。如图 1-69所示，一般热管内的流体介质是冷媒，其两道盘管间之流动是依重力和相变化产生之驱动力，但有时流体介质可使用水，而流动是靠泵浦来驱动，流体介质之选用，是依成本、安全和维护性、环保性、效率性而评估决定，并无绝对性。
