พรชัยแอร์ จำหน่ายแอร์บ้าน แอร์แขวน แอร์โรงงาน แอร์สี่ทิศทาง แอร์โซล่าเซลล์ ราคาปลีก-ส่ง

บทความ

พลังงานทดแทน จากระบบปรับอากาศและเครื่องทำความเย็น

07-11-2558 13:35:06น.
พลังงานทดแทน จากระบบปรับอากาศและเครื่องทำความเย็น

     ประเทศไทยเป็นประเทศที่มีอากาศร้อน  และจากการที่อุณหภูมิเฉลี่ยของโลกร้อนขึ้นอันเป็นผลมาจากปรากฏการณ์ก๊าซเรือนกระจก  จากการใช้พลังงานในส่วนของการปรับอากาศในอาคารสำนักงาน บ้านเรือน  และอาคารพาณิย์ต่างๆ  เพื่มมากขึ้นอย่างรวดเร็ว
      การใช้พลังงานในส่วนของเครื่องปรับอากาศเครื่องทำความเย็นต่างๆ  ในอาคารพาณิชย์  เช่น  โรงงานต่างๆ  จะมีสัดส่วนการใช้พลังงานสูงแต่ไม่มีตัวเลขเป็นรายที่อ้างอิงได้  อย่างไรก็ตามในกิจการประเภทโรงแรม  ยังมีการใช้พลังงานในส่วนของการทำน้ำอุ่น  ทำให้ความต้องการพลังงานสูงมากขึ้น  แนวทางในการลดการใช้พลังงานในส่วนของการทำน้ำอุ่นที่  สามารถดำเนินการได้อย่างเป็นรูปธรรม  คือการใช้ความร้อนทิ้งจากระบบเครื่องปรับอากาศและเครื่องทำความเย็น  เช่น ตู้แช่ต่างๆ ที่ใช้งานอยู่สำหรับกิจกรรมในการเก็บรักษาอาหาร  การใช้พลังงานความร้อนเหลือทิ้ง  (Waste heat recovery)  จากระบบทำความเย็นเป็นพลังงานทดแทนการใช้น้ำมัน  ก๊าซ  หรือการใช้พลังงานไฟฟ้า  จะช่วยลดภาระความต้องการใช้พลังงานได้ส่วนหนึ่ง  บทความนี้เสนอข้อมูลทางเทคนิค  แนวทางการใช้พลังงานทดแทนจากระบบปรับอากาศ  (Air conditioning system)  และตัวอย่างของระบบการทำน้ำอุ่นจากเครื่องทำความเย็นประเภทเครื่องปรับอากาศ

ความร้อนเหลือทิ้งจากระบบปรับอากาศ
     ความสามารถในการทำงานของเครื่องทำความเย็นหรือระบบปรับอากาศถูกระบุหรือกำหนดโดยใช้ค่า Coefficient of Performance (COP)  ค่า COP  คือ  อัตราส่วนของความร้อนที่ถูกดูดซับออกจากพื้นที่ทำความเย็นต่อความร้อนเทียบเท่าจากระบบเครื่องคอมเพรสเซอร์  เมื่อพิจารณาการทำงานของวัฏจักรทำความเย็น  ปริมาณมาณความร้อนที่ถูกดูดซับจากพื้นที่ทำความเย็น  (Refrigerated space)  รวมกับความร้อนจากการอัด  (Heat of Compressino)  จะต้องถูกถ่ายเททิ้งออกจากระบบทำความเย็นโดยการระบายความร้อนทิ้งที่คอมเดนเซอร์ (Condenser)  ชนิดระบบการระบายความร้อนที่คอนเดนเซอร์ จะถูกเรียกตามชื่อตามสารที่ใช้ระบายความร้อน  สำหรับระบบทำความเย็นขนาดเล็กจะเป็นระบบระบายความร้อนด้วยอากาศ (Air-cooled condensing unit)  เป็นส่วนใหญ่ ความร้อนที่ระบายออกนี้เป็นส่วนที่สามารถนำกลับมาใช้ประโยชน์ได้ในรูปของการทำน้ำอุ่นหรือน้ำร้อน  โดยการใช้เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนที่ใช้น้ำเป็นสารหล่อเย็น (Condensing medium)  ต่ออนุกรมกับชุดพักลมระบายความร้อนที่มีอยู่แล้วของระบบ  ปริมาณความร้อนที่ถ่ายเทให้กับน้ำเป็นส่วนที่เป็นพลังงานหมุนเวียนที่นำกลับมาใช้ประโยชน์ในลักษณะของฮีทปั๊ม (Heat pump)  ปริมาณความร้อนส่วนที่นำไปใช้ประโยชน์เพื่อทำน้ำอุ่นนี้ขึ้นอยู่กับประสิทธิภาพของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนที่ใช้


ระบบการใช้พลังงานความร้อนเหลือทิ้งจากเครื่องปรับอากาศและเครื่องทำความเย็น
     ระบบการใช้พลังงานความร้อนเหลือทิ้ง  (Waste heat recovery system)  จะประกอบด้วยส่วนประกอบหลัก 5 ส่วนคือ 
     1.  เครื่องทำความเย็น  หรือเครื่องปรับอากาศ  (Refrigerating system or Air-conditioning system)
     2.  เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน (Heat exchanger)
          เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนที่ใช้ในระบบการทำน้ำร้อนจะมี 2 แบบ คือ
          2.1  Tube Exchanger มีลักษณะเป็นท่อขดเหมือนคอยล์  (coiled pipe)  ขออยู่ภายในท่อกลมด้านนอกซึ่งทำหน้าที่เสมือนถังน้ำหรือ casing สำหรับการแลกเปลี่ยนความร้อน  ความร้อนจากสารทำความเย็นจะส่งผ่านผิวของคอยล์ไปยังน้ำ
          2.2 Heat Plate Exchanger มีลักษณะเป็นแผ่นซึ่งมีโครงสร้างเป็นช่อง (Channels)  ซึ่งสารทำความเย็นและน้ำไหลผ่านแต่ละช่องซึ่งวางอยู่ติดกัน  ทำให้เกิดการแลกเปลี่ยนความร้อนระหว่างน้ำและสารทำความเย็นซึ่งไหลอยู่ในแต่ละช่อง
          3. ระบบท่อน้ำ  (Water piping system)
          ระบบท่อน้ำจะประกอบด้วย
          3.1  ระบบท่อน้ำที่ต่อจากถังเก็บน้ำร้อนไปยังเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนและท่อน้ำร้อนไหลกลับไปยังถังน้ำร้อน
          3.2  ระบบท่อส่งน้ำร้อนไปยังจุดใช้งานต่างๆ เรียกว่าท่อจ่ายน้ำร้อน
          3.3  ท่อน้ำไหลกลับ  (Returen pipe)  ซึ่งทำหน้าที่หมุนเวียนน้ำที่อยู่ในระบบท่อจ่ายน้ำร้อน  แต่มีอุณหภูมิลดลงเนื่องจากการสูญเสียความร้อนผ่านผนังท่อขณะที่ไม่มีผู้ใ้น้ำร้อนจากท่อเป็นเวลานาน
          3.4  ท่อน้ำเย็น  (Water Supply)  ทำหน้าที่ป้อนน้ำอุรหภูมิปกติจากท่อเมนประปาเข้าสู่ถังเพื่อชดเยน้ำร้อนที่ถูกไช้ไปในการใช้งานปกติ  ในระบบท่อต่างๆ  ข้างต้นจะต้องมีการติดตั้งปั๊มน้ำเพื่อส่งน้ำจ่ายไปยังส่วนต่างๆ ของระบบ
         
          4.  ถังเก็บน้ำร้อน  (Water Storage tank) 
          ถังเก็บน้ำร้อนจะทำหน้าที่เก็บน้ำเพื่อป้อนสู่ระบบเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนและจ่ายให้กับระบบท่อจ่ายโดยทั่วไปถังเก็บน้ำร้อนตามบ้านเรือนจะมีขนาดประมาณ 100 - 500  ลิตร  ขึ้นอยู่กับปริมาณการใช้งาน  โดยการคำนวณปริมาณการใช้น้ำต้องประเมินให้เหมาะสมกับจำนวนผู้ใช้น้ำและลักษณะการใช้น้ำ  เช่นการอาบน้ำด้วยอ่างอาบน้ำจะมีการใช้น้ำประมาณ  75  ลิตรต่อคนต่อวัน  หรือการอาบน้ำด้วยฝักบัวจะมีความต้องการใช้น้ำประมาณ 25 ลิตรต่อคนต่อวัน  สำหรับถังเก็บน้ำร้อนในสถานประกอบการขนาดใหญ่  เช่น โรงแรม  โรงพยายบาล  จะมีขนาดตั้งแต่ 1,000 ลิตร  ถึง  10,000 ลิตร
          5.  อุปกรณ์ควบคุมและระบบสายไฟฟ้า
          ระบบการใช้ประโยชน์จากความร้อนเหลือทิ้ง  จะต้องมีระบบควบคุมการทำงานของปั๊มเพื่อควบคุมการไหลของน้ำเวียนกลับ (Circulating pump)  และปั๊มด้านจ่ายไปยังผู้ใช้  ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับสถานที่ติดตั้งระบบ อุปกรณ์ประกอบอื่นๆ เช่น  เครื่องตรวจวัดอุณหภูมิน้ำในระบบท่อ  เช่น เครื่องวัดอุณหภูมิแบบ  Resistance Temperature Detector (RTD)  ในระบบที่มีการใช้ประโยชน์จากแผงรับแสงอาทิตย์ร่วมกับระบบปรับอากาศ  จะต้องมีระบบควบคุมอุณหภูมิชนิด  Differential Themostat  เพื่อควบคุมการไหลของน้ำในระบบการทำความร้อนจากแผงรับแสงอาทิตย์
          ปริมาณความร้อนที่ได้จากระบบแลกเปลี่ยนความร้อน
          ปริมาณความร้อนทางทฤษฏีทั้งหมดที่ต้องถ่ายเททิ้งจากระบบระบายความร้อนของเครื่องปรับอากาศที่ยกตัวอย่างข้างต้น  สามารถประเมินได้โดยใช้ค่าความดันในคอนเดนเซอร์ที่ 2000 kPa ดังนี้
          1. ค่า Enthalpy ของสาร R22  ที่ 2,000  kPa  ที่อุณหภูมิไอร้อนยิ่งยวด (Superheated Temperature)  80ฺํ C = 290.64  kJ/kg
          2. ค่า Enthalpy ของสาร R22  ที่ 2,000 kPa  ที่สภาวะของเหลวอิ่มตัว (Saturated liquid) = 109.60 kJ/kg
          3.  ปริมาณพลังงานความร้อนที่ต้องถ่ายทิ้งทั้งหมดที่ระบบระบายความร้อนคำนวณจากพลังงานความร้อน =  (ผลต่างของค่า enthalpy) x อัตราการ ไหลเชิงมวลของสารทำความเย็น = 181.04 x 0.0356 = 6.445 kw
          ถ้าใช้ประสิทธิภาพในการแลกเปลี่ยนความร้อนของ Heat plate exchanger ที่ 20 - 30%  ในการประเมิน ปริมาณความร้อนที่ใช้ประโยชน์ได้ในการทำน้ำร้อนจะมีค่าประมาณ 1.289 - 1.934  kW  พลังงานความร้อนนี้จะถ่ายเทไปให้น้ำ  อัตราการผลิตน้ำร้อนจากระบบจะขึ้นอยู่กับขนาดของปั๊มน้ำที่ใช้  ทั้งนี้ผู้ออกแบบระบบสามารถประเมินได้โดยพิจารณาขนาดของถังเก็บน้ำอุณหภูมิของน้ำที่ต้องการระยะเวลาที่เครื่องปรับอากาศ  หรือเครื่องทำความเย็นทำงานในแต่ละวัน
          ระบบการใช้พลังงานความร้อนเหลือทิ้งจากเครื่องปรับอากาศ  หรือเครื่องทำความเย็นต่างๆ  เป็นระบบที่ควรได้รับการส่งเสริมให้มีการใช้กันอย่างแพร่หลาย  โดยเฉพาะในอุตสาหกรรมการท่องเที่ยวที่เกี่ยวข้องกับสถานประกอบการประเภทโรงแรม  หรือสถานที่ราชการที่มีการใช้น้ำร้อน เช่น โรงพยาบาลต่างๆ  ระบบการใ้ความร้อนเหลือทิ้งมีข้อดีหลายประการคือ  มีค่าบำรุงรักษาระบบต่ำ  การติดตั้งระบบระบายความร้อนจะทำให้เครื่องปรับอากาศใช้พลังงานน้อยลง  เพราะมีการระบายความร้อนที่ดีขึ้น  และเป็นการลดการใช้พลังงานประเภทน้ำมัน  ก๊าซ  หรือไฟฟ้าในการผลิตน้ำร้อน  ซึ่งเป็นพลังงานที่ประเทศไทยต้องนำเข้าจากต่างประเทศ
          แห่ลงที่มาข้อมูล :  ระบบทำความเย็นและปรับอากาศกับการประหยัดพลังงานวารสารระบบผลิตพลังงานทดแทนและการจัดการสิ่งแวดล้อม  ศูนย์ปฏิบัติการวิศวกรรมพลังงานและสิ่งแวดล้อม  คณะวิศวกรรมศาสตร์  กำแพงแสน  มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์นครปฐม  โดย ผศ.ดร.กนกศักดิ์  เอี่ยมโอภาส  อดีตหัวหน้าศูนย์ปฏิบัติการวิศวกรรมพลังงานและสิ่งแวดล้อม