วิธีการวิเคราะห์ระบบทำความเย็นแบบรวมศูนย์ภายในอาคาร (Energy Analysis Method For Chiller System)

การวิเคราะห์ประสิทธิภาพของระบบปรับอากาศแบบรวมศูนย์เพื่อวางแผนในการจัดการพลังงาน แบ่งระบบได้เป็น 2 ส่วน ตามหน้าที่อุปกรณ์ที่ทำงานภายในระบบปรับอากาศ ดังรูปที่ 1

 

Audit
รูปที่ 1 ส่วนประกอบภายในระบบปรับอากาศแบบรวมศูนย์

 

ส่วนที่ 1 เครื่องส่งลมเย็น (Air Handling Unit)

การทำงานของเครื่องส่งลมเย็นอาศัยการแลกเปลี่ยนความร้อนของน้ำเย็นที่มาจากเครื่องทำความเย็นกับอากาศใหม่ (Outdoor Air) และอากาศที่หมุนเวียนกลับ (Return Air) รวมกันเป็นอากาศ (Supply Air) ไปยังบริเวณพื้นที่ใช้งานให้มีอุณหภูมิและความชื้นที่เหมาะสม ดังรูปที่ 2

Audit
รูปที่ 2 ส่วนประกอบและการทำงานของเครื่องส่งลมเย็น

 

ที่มา : http://a.2002-acura-tl-radio.info/page-b/air-handling-unit-drain-diagram-50482.html#

 

ส่วนที่ 2  เครื่องทำความเย็น (Chiller) และหอหล่อเย็น (Cooling Tower)

การทำงานของเครื่องทำความเย็น (Chiller) อาศัยหลักการทางเทอร์โมไดนามิกส์แลกเปลี่ยนความร้อน มีส่วนประกอบภายในเครื่องทำความเย็นมีทั้งหมด 4 อุปกรณ์หลักได้แก่ เครื่องระเหย (Evaporator) เครื่องอัดไอ (Compressor) เครื่องควบแน่น (Condenser) และวาล์วขยายตัว (Expansion valve) มีหลักการทำงานดังนี้

ไอของสารทำความเย็นที่เครื่องระเหย (State 1) จะถูกอัดด้วยกระบวนการแอเดียแบติกผ่านเครื่องอัดไอ (Compressor) กลายเป็นไอร้อนยิ่งยวด (State 2) ที่มีอุณหภูมิสูงและความดันสูง ไอสารทำความเย็นที่มีความดันสูงถ่ายเทความร้อนที่เครื่องควบแน่น (Condenser) โดยกระบวนการความดันคงที่ และกลายเป็นของเหลว (State 3) สารทำความเย็นในสถานะของเหลวจะเข้าสู่วาล์วขยายตัว (Expansion valve) โดยเกิดการขยายตัวแบบทรอตลิ้ง (การขยายตัวแบบลดความดัน) กลายเป็นของผสมอิ่มตัวและเข้าสู่เครื่องระเหย (State 4) ของเหลวในของผสมอิ่มตัวถูกดูดความร้อน และขยายตัวที่ความดันคงที่ จากนั้นก็กลายเป็นไออิ่มตัวเพื่อกลับเข้าสู่กระบวนการอัดอีกครั้ง

 

Audit
รูปที่ 3 วัฏจักรทางทฤษฎีและ กราฟ P-h ของ วัฏจักรทำความเย็นแบบอัดไอ

 

จากการทำงานของสารทำความเย็นภายในระบบปรับอากาศ สามารถนำไปหาค่าพลังงานหรือเอนทัลปี (kJ/kg) ที่อุปกรณ์หลักแต่ละอุปกรณ์ใช้ซึ่งค่าที่มีผลต่อประสิทธิภาพของเครื่องทำความเย็น ได้แก่ ค่าพลังงานที่ระบบให้ออกมา (Qout) ต่อพลังงานที่ใส่เข้าให้แก่ระบบ (Qin)

ในการประเมินประสิทธิภาพเครื่องทำความเย็น (Chiller) และระบบส่งจ่ายลมเย็น (Air Handling Unit) จำเป็นต้องศึกษาการทำงานของระบบปรับอากาศภายในอาคารก่อนด้วยการเข้าสำรวจพื้นที่หน้างาน ตัวอย่างที่ได้เข้าไปประเมินหน้างานแสดงดังรูป

Audit
รูปที่ 5 เครื่องทำความเย็น (Chiller)
Audit
รูปที่ 6 หอหล่อเย็น (Cooling tower)

 

เมื่อทำการตรวจวัดเสร็จสิ้น ค่าที่ได้จากการตรวจวัดจะแสดงถึงประสิทธิภาพค่ากิโลวัตต์ต่อตันทำความเย็น ซึ่งการเปรียบเทียบประสิทธิภาพโดยเฉลี่ยต่อปีของเครื่องทำความเย็นแบบอาศัยแรงเหวี่ยง (Centrifugal Chiller) ดังรูปที่ 7 ค่าประสิทธิภาพในช่วงต่างๆ จะบ่งบอกถึงแนวทางในการปรับปรุงระบบทำความเย็น ตัวอย่างเช่น เครื่องทำความเย็นใหม่จะมีค่าอยู่ในช่วง 0.5 - 0.7 kW/ton แต่หากเป็นเครื่องทำความเย็นเก่าและต้องการการปรับปรุงระบบ จะมีค่าอยู่ในช่วง 1.0 - 1.2 kW/ton

 

Audit
รูปที่ 7 มาตรฐานประสิทธิภาพของเครื่องทำความเย็น

 

ที่มา : https://www.researchgate.net/figure/ASHRAE-COP-classification_fig3_330081729