ระบบปรับอากาศหรือระบบการผลิตในอุตสาหกรรมต่างๆ ย่อมมีการสร้างความร้อนขึ้นมา ซึ่งการนำความร้อนไประบายออกสู่ภายนอกระบบ มีทั้งการระบายความร้อนด้วยอากาศ (Air-cooled heat exchanger) และ การระบายความร้อนด้วยน้ำ (Water-cooled heat exchanger) เมื่อพิจารณาความร้อนทิ้งเท่ากัน ระบบระบายความร้อนด้วยอากาศต้องใช้พื้นที่ในการแลกเปลี่ยนความร้อนและพลังงานจากพัดลมมากกว่า นอกจากนี้ยังลดอุณหภูมิของเหลวได้ไม่ต่ำเท่ากับระบบระบายความร้อนด้วยน้ำ  ดังนั้นในระบบปรับอากาศหรือระบบผลิตในอุตสาหกรรมส่วนใหญ่จึงนิยมใช้ระบบระบายความร้อนด้วยน้ำ ซึ่งอุปกรณ์ที่ใช้ในการระบายความร้อนของระบบดังกล่าวคือ หอผึ่งน้ำเย็น (Cooling Tower)

หลักการทำงานของหอผึ่งน้ำเย็น (Cooling Tower)

Cooling Tower คือ อุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อนระหว่างน้ำและอากาศ โดยเป็นการผสมผสานกันระหว่างการถ่ายเทความร้อนและการถ่ายเทมวล (Heat and mass transfer) การระเหยของน้ำจะทำให้อุณหภูมิน้ำลดลง ในขณะเดียวกันอากาศจะรับเอาน้ำส่วนที่ระเหยออกไปทิ้งสู่บรรยากาศภายนอกบ

รูปที่ 1 ความสัมพันธ์ระหว่างอุณหภูมิระหว่างอากาศและน้ำ ของ Counter flow Cooling Tower [1]

รูปที่ 2 ตัวอย่าง Cooling Tower [1]

สมรรถนะในการแลกเปลี่ยนความร้อนของ Cooling Tower ขึ้นกับ 1.อุณหภูมิกระเปาะเปียกของอากาศขาเข้า (Entering air wet-bulb temperature) 2.อุณหภูมิน้ำเข้าและน้ำออก 3.อัตราการไหลของน้ำ จากรูปที่ 3 จะสังเกตได้ว่า

  1. ถ้าอุณหภูมิกระเปาะเปียกของอากาศขาเข้าสูงมากขึ้น จะทำให้อุณหภูมิน้ำออกจาก Cooling Tower สูงมากขึ้นตาม
  2. หากความร้อนที่ต้องการระบายออกลดลง จะส่งผลให้อุณหภูมิน้ำออกต่ำลง รวมถึงผลต่างของอุณหภูมิน้ำเข้า-น้ำออกลดลง

รูปที่ 3 กราฟสมรรถนะของ Cooling Tower [1]

การตรวจวัดประสิทธิภาพ Cooling Tower

การตรวจวัดประสิทธิภาพ Cooling Tower จะใช้ตัวแปรที่เรียกว่า “Cooling Tower Capability” ซึ่งหมายถึงศักยภาพในการแลกเปลี่ยนความร้อนของ Cooling Tower ณ ขณะนั้นๆ เทียบกับค่าทฤษฎี โดย Cooling Tower Capability จะถูกเทียบจากอัตราการไหลของน้ำ (Water Flow Rate)

สิ่งที่ต้องตรวจวัด มีดังนี้

  1. อุณหภูมิน้ำเข้า (°F) ; ตำแหน่ง A
  2. อุณหภูมิน้ำออก (°F) ; ตำแหน่ง B
  3. อัตราการไหลของน้ำ (gpm) ; ตำแหน่ง C
  4. กำลังไฟฟ้าเข้า Cooling Tower (kW) ; ตำแหน่ง D

รูปที่ 4 เครื่องวัดอัตราการไหลของน้ำในท่อ

รูปที่ 5 เครื่องวัดอุณหภูมิน้ำในท่อ

รูปที่ 6 เครื่องวัดกำลังไฟฟ้า

รูปที่ 7 ตำแหน่งตรวจวัดเพื่อหาประสิทธิภาพ Cooling Tower

เมื่อเก็บข้อมูลต่างๆแล้วให้นำมาคำนวณหาค่าศักยภาพในการแลกเปลี่ยนความร้อนของ Cooling Tower ณ ขณะนั้นๆ (Cooling Tower Capability) โดยใช้สมการ [2]

C = Cooling Tower Capability

Qwt,adj = อัตราการไหลของน้ำ ณ ขณะนั้นๆ โดยปรับเป็นค่าสภาวะมาตรฐาน

Qwt,pred = อัตราการไหลของน้ำทางทฤษฎี ณ ขณะนั้นๆ ที่สภาวะมาตรฐาน

อย่างไรก็ตามการวัด Cooling Tower Capability เพียงอย่างเดียว อาจไม่ครอบคลุมมากพอ เนื่องจากกำลังไฟฟ้าที่ใช้มาจากพัดลม ดังนั้นจึงควรวัดอัตราไหลของอากาศที่ผ่านเข้า Cooling Tower ด้วย เพื่อให้สามารถวิเคราะห์ได้ว่าพัดลม Cooling Tower ที่ใช้งานอยู่นั้นมีสมรถนะดีอยู่หรือไม่ เมื่อเทียบกับขณะที่ติดตั้งใหม่

การตรวจวัดปริมาณลม Cooling Tower

การตรวจวัดปริมาณลมหรือการตรวจวัดอัตราการไหลของอากาศที่ผ่านเข้า Cooling Tower เริ่มจากการแบ่งพื้นที่หน้าตัด Cooling Tower เป็น 5 ส่วน หรือ 10 ส่วน (กรณีใบพัดลมมีเส้นผ่าศูนย์กลางมากกว่า 20 ฟุต) เท่าๆกัน จากนั้นตรวจวัดความเร็วลมที่ผ่านแต่ละส่วน ทั้ง 4 Quadrants

รูปที่ 8 การแบ่งพื้นที่ตรวจวัดอัตราการไหลของอากาศที่ผ่านเข้า Cooling Tower [3]

การตรวจวัดความเร็วลมสามารถทำได้ 2 วิธี ได้แก่ 1. ใช้เครื่องวัดความเร็วลม (Anemometer) 2. ใช้ Pitot Tube วัด Velocity Pressure แล้วมาคำนวณหาความเร็วลม จากนั้นนำมาคำนวณหาอัตราการไหลของอากาศ ด้วยสมการ

อัตราการไหลของอากาศ (cfm) =  ความเร็วลม (fpm) x พื้นที่หน้าตัด (ft2)

เมื่อได้ข้อมูลทั้งประสิทธิภาพ Cooling Tower และอัตราการไหลของอากาศเข้า Cooling Tower จะสามารถนำข้อมูลดังกล่าวมาวิเคราะห์ว่า Cooling Tower ที่ใช้ปัจจุบันมีศักยภาพในการแลกเปลี่ยนความร้อนลดลงอันเนื่องมาจากความสกปรกของ Fill หรือเป็นเพราะอัตราการไหลของอากาศผ่านเข้า Cooling Tower น้อยกันแน่ ซึ่งเราจะไม่สามารถวิเคราะห์หาสาเหตุได้ หากไม่ทำการตรวจวัดลมและประสิทธิภาพ Cooling Tower

อ้างอิง

1. ASHRAE Handbook, 2016, Chapter 40; Cooling Tower

2. Cooling Tower Institute, Acceptance Test Code for Water Cooling Towers.

3. Cooling Tower Institute, Recommended Practice for Airflow Testing of Cooling Tower

*************************************************************************************************

หากมีความสนใจให้ Zero Energy ไปอบรมให้ความรู้ในหัวข้อ “การตรวจวัดลมและประสิทธิภาพ Cooling Tower (ภาคทฤษฎี + ปฎิบัติ)” ภายในสถานประกอบการของท่าน สามารถดูเนื้อหาหลักสูตรได้ที่เมนู “บริการของเรา” เลือกหัวข้อ “อบรมอนุรักษ์พลังงาน”