การอนุรักษ์พลังงานในระบบปรับอากาศ

ในปัจจุบันพลังงานมีราคาสูงขึ้น อันเนื่องมาจากทรัพยากรที่ใช้ผลิตพลังงานหลัก เช่น ถ่านหิน, น้ำมัน และก๊าซธรรมชาติ เริ่มหมดไป ดังนั้นหลายธุรกิจจึงให้ความสำคัญต่อมาตรการประหยัดพลังงาน เพื่อลดต้นทุนและสร้างผลกำไรที่มากขึ้น เพื่อให้ธุรกิจอยู่รอดไปได้

หากพูดถึงการใช้พลังงานไฟฟ้าภายในอาคาร (สำนักงาน โรงแรม โรงพยาบาล ศูนย์การค้า สถาบันศึกษา) พลังงานไฟฟ้าที่ใช้ ได้แก่ ระบบปรับอากาศ หลอดไฟ และอุปกรณ์เครื่องใช้ไฟฟ้า เป็นต้น ระบบที่มีการใช้พลังงานมากที่สุด คือ ระบบปรับอากาศ ซึ่งใช้พลังงานประมาณ 60-70% ดังนั้นเราจะมาพูดถึงการอนุรักษ์พลังงานในระบบปรับอากาศกัน

หลักการทำงานของระบบปรับอากาศ

หน้าที่ของระบบปรับอากาศ คือ การควบคุมอุณหภูมิ-ความชื้น การไหลเวียนอากาศ และควบคุมคุณภาพอากาศ ให้เป็นไปตามความต้องการ โดยมีหลักการทำงานเป็นวัฏจักร 1-2-3-4 (ดังรูปที่ 1 และ 2)

รูปที่ 1 วัฏจักรการทำงานของระบบปรับอากาศ [1]

รูปที่ 2 PH-diagram การทำงานของระบบปรับอากาศ [2]
โดยสมการคำนวณเป็นดังนี้

จะเห็นได้ว่าส่วนที่เราต้องการคือ อัตราการทำความเย็น และส่วนที่เราต้องใช้พลังงานคือ งานที่ใช้อัดไอ (ที่ Compressor) ดังนั้นหลักในการอนุรักษ์พลังงานในระบบปรับอากาศ คือทำให้ช่วง h2-h1 มีค่าน้อยที่สุด ซึ่งหลักการนี้สามารถใช้ได้กับทั้งระบบปรับอากาศขนาดใหญ่และเครื่องปรับอากาศขนาดเล็กที่ใช้ตามบ้านเรือน เพราะทั้งสองล้วนแล้วแต่เป็นไปตามวัฏจักรนี้

มาตรการประหยัดพลังงานในระบบปรับอากาศ

สำหรับมาตรการประหยัดพลังงานในระบบปรับอากาศ เราจะทำให้งานที่ใช้อัดไอ h2-h1 (ที่ Compressor) มีค่าน้อยที่สุด ซึ่งมีวิธีดังนี้

1. ลดความดันด้าน Condenser

2. เพิ่มความดันด้าน Evaporator

3. ลดความดันด้าน Condenser และเพิ่มความดันด้าน Evaporator

หลังจากนี้จะเป็นตัวอย่างการลาก PH-diagram เพื่อคำนวณค่าประสิทธิภาพพลังงาน (COP) ที่สภาวะปกติและที่สภาวะจากการดำเนินการมาตรการประหยัดพลังงานข้างต้น

สภาวะปกติ

กำหนดให้

สารทำความเย็น R-22

อุณหภูมิอิ่มตัวด้านความดันต่ำ = 40 °F

อุณหภูมิอิ่มตัวด้านความดันสูง = 105 °F

Superheat = 15 °F

Sub-Cooling = 10 °F

ประสิทธิภาพการอัดไอของคอมเพรสเซอร์ 100% (Isentropic Efficiency)

เมื่อลาก PH-diagram จะได้ดังรูปที่ 3

รูปที่ 3 PH-diagram ที่สภาวะปกติ

อัตราการทำความเย็น(ที่ Evaporator) อัตราการระบายความร้อน(ที่ Condenser) งานที่ใช้อัดไอ(ที่ Compressor) และ ประสิทธิภาพเครื่องปรับอากาศ(COP และ EER) สามารถคำนวณได้ดังนี้

1. มาตรการประหยัดพลังงานโดยการลดความดันด้าน Condenser

กำหนดให้

สารทำความเย็น R-22

อุณหภูมิอิ่มตัวด้านความดันต่ำ = 40 °F

อุณหภูมิอิ่มตัวด้านความดันสูง = 95 °F

Superheat = 15 °F

Sub-Cooling = 10 °F

ประสิทธิภาพการอัดไอของคอมเพรสเซอร์ 100% (Isentropic Efficiency)

เมื่อลาก PH-diagram จะได้ดังรูปที่ 4

รูปที่ 4 PH-diagram เมื่อดำเนินมาตรการประหยัดพลังงานโดยการลดความดันด้าน Condenser

อัตราการทำความเย็น(ที่ Evaporator) อัตราการระบายความร้อน(ที่ Condenser) งานที่ใช้อัดไอ(ที่ Compressor) และ ประสิทธิภาพเครื่องปรับอากาศ(COP และ EER) สามารถคำนวณได้ดังนี้

วิธีการทำให้ความดันด้าน Condenser ต่ำลง สามารถทำได้โดยให้สารทำความเย็นมีการระบายความร้อนได้ดี เช่นติดตั้งชุดระบายความร้อนในตำแหน่งที่เหมาะสม ทำความสะอาดผิวระบายความร้อนอย่างสม่ำเสมอ และควรมีการทำความสะอาด Cooling Tower (สำหรับเครื่องปรับอากาศระบายความร้อนด้วยน้ำ) เป็นต้น

2. มาตรการประหยัดพลังงานโดยการเพิ่มความดันด้าน Evaporator

กำหนดให้

สารทำความเย็น R-22

อุณหภูมิอิ่มตัวด้านความดันต่ำ = 45 °F

อุณหภูมิอิ่มตัวด้านความดันสูง = 105 °F

Superheat = 15 °F

Sub-Cooling = 10 °F

ประสิทธิภาพการอัดไอของคอมเพรสเซอร์ 100% (Isentropic Efficiency)

เมื่อลาก PH-diagram จะได้ดังรูปที่ 5

รูปที่ 5 PH-diagram เมื่อดำเนินมาตรการประหยัดพลังงานโดยการเพิ่มความดันด้าน Evaporator

อัตราการทำความเย็น(ที่ Evaporator) อัตราการระบายความร้อน(ที่ Condenser) งานที่ใช้อัดไอ(ที่ Compressor) และ ประสิทธิภาพเครื่องปรับอากาศ(COP และ EER) สามารถคำนวณได้ดังนี้

วิธีการทำให้ความดันด้าน Evaporator สูงขึ้น สามารถทำได้โดยการทำความสะอาดแผงคอยล์เย็น ทำความสะอาดท่อ Evaporator และปรับตั้งอุณหภูมิน้ำเย็นออกจาก Chiller ให้สูงขึ้น

3. มาตรการประหยัดพลังงานโดยการลดความดันด้าน Condenser และเพิ่มความดันด้าน Evaporator

กำหนดให้

สารทำความเย็น R-22

อุณหภูมิอิ่มตัวด้านความดันต่ำ = 45 °F

อุณหภูมิอิ่มตัวด้านความดันสูง = 95 °F

Superheat = 15 °F

Sub-Cooling = 10 °F

ประสิทธิภาพการอัดไอของคอมเพรสเซอร์ 100% (Isentropic Efficiency)

เมื่อลาก PH-diagram จะได้ดังรูปที่ 6

รูปที่ 6 PH-diagram เมื่อดำเนินมาตรการประหยัดพลังงานโดยการลดความดันด้าน Condenser และเพิ่มความดันด้าน Evaporator

อัตราการทำความเย็น(ที่ Evaporator) อัตราการระบายความร้อน(ที่ Condenser) งานที่ใช้อัดไอ(ที่ Compressor) และ ประสิทธิภาพเครื่องปรับอากาศ(COP และ EER) สามารถคำนวณได้ดังนี้

เมื่อทำการเปรียบเทียบประสิทธิภาพพลังงานที่สภาวะปกติและที่ดำเนินมาตรการประหยัดพลังงานในระบบปรับอากาศ 3 มาตรการ จะได้ดังตารางที่ 1

ตารางที่ 1 เปรียบเทียบประสิทธิภาพพลังงานที่สภาวะปกติและที่ดำเนินมาตรการประหยัดพลังงาน

จะสังเกตได้ว่าหากดำเนินมาตรการประหยัดพลังงานในระบบปรับอากาศ โดยลดทั้งความดันด้าน Condenser และเพิ่มความดันด้าน Evaporator จะทำให้ค่า COP เพิ่มจาก 6.6 เป็น 9 เลยทีเดียว อย่างไรก็ตามตัวเลขดังกล่าวเป็นเพียงตัวเลขสมมุติเพื่อให้การคำนวณง่ายเท่านั้น หากต้องการคำนวณที่สภาวะจริง ค่าที่ได้อาจจะแตกต่างไปจากนี้

อ้างอิง

[1] http://www.dsd.go.th/itrain/opast/kboc/2553_Aircondition/finalpaper3_1.pdf

[2] http://article.sciencepublishinggroup.com/html/10.11648.j.ijepe.20150403.15.html

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

หากมีความสนใจให้ ZERO ENERGY ไปอบรมให้ความรู้ในหัวข้อ “การอนุรักษ์พลังงานในระบบปรับอากาศ” ภายในสถานประกอบการของท่าน สามารถดูเนื้อหาหลักสูตรได้ที่เมนู “บริการของเรา” เลือกหัวข้อ อบรมอนุรักษ์พลังงาน