การตรวจวัดปริมาณลมและประสิทธิภาพ Cooling Tower
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 ในขณะเดียวกันอากาศจะรับเอาน้ำส่วนที่ระเหยออกไปทิ้งสู่บรรยากาศภายนอก
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
หากมีความสนใจให้ ZERO ENERGY ไปอบรมให้ความรู้ในหัวข้อ “การตรวจวัดลมและประสิทธิภาพ Cooling Tower (ภาคทฤษฎี + ปฎิบัติ)” ภายในสถานประกอบการของท่าน สามารถดูเนื้อหาหลักสูตรได้ที่เมนู “บริการของเรา” เลือกหัวข้อ “อบรมอนุรักษ์พลังงาน”
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