#chiller

ปัจจุบันระบบทำความเย็น (Chiller) เป็นส่วนประกอบของเครื่องจักรหลากหลายชนิด ทำให้มีความสำคัญต่ออุตสาหกรรมของประเทศไทยเป็นอย่างมาก ประเทศไทยที่อยู่ในเขตภูมิอากาศร้อนชื้น จำเป็นต้องใช้ Chiller ทำให้เครื่องจักรเหล่านั้นทำงานอย่างมีประสิทธิภาพสูงขึ้น สามารถช่วยประหยัดพลังงานและลดค่าใช้จ่ายในแง่ของการพัฒนาระบบให้ดีมากขึ้น

Chiller สามารถแก้ไขปัญหาและสามารถเพิ่มประสิทธิภาพของเครื่องจักรในโรงงานอุตสาหกรรมได้ ระบบ Chiller มีลักษณะการทำงานแบบ ระบบเปิด และ ระบบปิด หรือสามารถเลือกใช้งาน ได้แบบ 1-1 หรือ แบบรวมศูนย์ ทั้งนี้ทั้งนั้นต้องมีการออกแบบให้เหมาะสมตามลักษณะการใช้งานของอุตสาหกรรมต่างๆ

หลักการทำงานของระบบปรับอากาศ

สำหรับโรงงานอุตสาหกรรมและอาคารธุรกิจขนาดใหญ่ ระบบปรับอากาศที่นิยมติดตั้งและใช้งานกันมากที่สุดเป็น ระบบปรับอากาศแบบรวมศูนย์ (Central Air-conditioning System) โดยใช้เครื่องทำน้ำเย็น (Chiller) เป็นแบบระบายความร้อนด้วยน้ำ ซึ่งเป็นเครื่องที่มีประสิทธิภาพการทำงานสูงกว่าแบบระบายความร้อนด้วยอากาศ

เครื่องทำน้ำเย็น Chiller ประกอบด้วย คอมเพรสเซอร์ (compressor) คอนเดนเซอร์(condenser) อีวาพอเรเตอร์ (Evaporator) และเอ็กเพนชั่นวาล์ว (Expansion valve) ใช้สารทำความเย็น เช่น R22 หรือ R134a บรรจุอยู่ในระบบ

เครื่องทำน้ำเย็น (Chiller) ถือว่าเป็นหัวใจของระบบปรับอากาศประเภทนี้ ในการออกแบบระบบปรับอากาศแบบใช้เครื่องทำน้ำเย็นนี้ เครื่องทำน้ำเย็นจะทำหน้าที่ควบคุมอุณหภูมิของน้ำที่เข้าและออกจากเครื่องระเหย (Evaporator) ให้ได้ 12 C และ7 C โดยมีอัตราการไหลของน้ำเย็นตามมาตรฐานการออกแบบของผู้ผลิตอยู่ที่ 2.4 แกลลอนต่อนาทีต่อตันความเย็น ภายในประกอบไปด้วยระบบทำน้ำเย็น

โดยมีวัฏจักรการทำความเย็น สำหรับเครื่องทำน้ำเย็นที่ใช้งานมีให้เลือกหลายประเภทซึ่งมีข้อดีและข้อเสียของ แต่ละประเภทแตกต่างกันตามลักษณะการใช้งาน หากแบ่งตามลักษณะการระบายความร้อนที่เครื่องควบแน่น (Condenser) สามารถแบ่งออกเป็น 2 ประเภทคือ

ระบายความร้อนด้วยอากาศ (Air Cooled Water Chiller)

โดยปกติขนาดการทำความเย็นไม่เกิน 500 ตัน เหมาะสำหรับพื้นที่ปรับอากาศที่มีข้อจำกัดของพื้นที่ติดตั้ง หรือระบบน้ำสำหรับระบายความร้อน ประสิทธิภาพสำหรับเครื่องทำน้ำเย็นชนิดระบายความร้อนด้วยอากาศจะอยู่ระหว่าง 1.4 -1.6 กิโลวัตต์ต่อตัน

ระบายความร้อนด้วยน้ำ (Water Cooled Water Chiller)

ใช้สำหรับระบบที่ต้องการขนาดการทำความเย็นมาก ประสิทธิภาพสำหรับเครื่องทำน้ำเย็นชนิดระบายความร้อนด้วยน้ำดีกว่าระบายความร้อนด้วยอากาศ โดยจะอยู่ระหว่าง 0.62-0.75 กิโลวัตต์ต่อตัน อย่างไรก็ตามเครื่องทำน้ำเย็นชนิดระบายความร้อนด้วยน้ำ ต้องมีการลงทุนที่สูงกว่าเนื่องจากต้องมีการติดตั้งหอระบายความร้อน (Cooling Tower) เครื่องสูบน้ำระบายความร้อน (Condenser Water Pump) และยังต้องปรับปรุงคุณภาพน้ำให้เหมาะสมเพื่อป้องกันการสึกกร่อน และตะกรันในระบบท่อและเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน อันเป็นสาเหตุทำให้ประสิทธิภาพเครื่องทำน้ำเย็นต่ำลง

รูปที่ 1 วัฏจักรการทำความเย็นของเครื่อง Chiller

เมื่อป้อนไฟให้คอมเพรสเซอร์ (Compressor) คอมเพรสเซอร์จะดูดไอของสารทำความเย็นจาก อีวาพอเรเตอร์ (Evaporator) แล้วอัดส่งไปที่คอนเดนเซอร์ (Condenser) ที่อีวาพอเรเตอร์ สารทำความเย็นจะมีความดันและอุณหภูมิต่ำ สารทำความเย็นดูดความร้อนจากน้ำเย็นที่ไหลผ่านอีวาพอเรเตอร์และระเหยกลายเป็นไอ ในขณะเดียวกันที่คอมเพรสเซอร์สารทำความเย็นจะมีความดันและอุณหภูมิสูง ความร้อนจากสายทำความเย็นจะถ่ายเทให้กับสารทำความเย็นจะถ่ายเทให้กับน้ำหล่อเย็น ทำให้สารทำความเย็นกลั่นตัวเป็นของเหลวที่ความดันสูง เมื่อสารทำความเย็นไหลผ่านเอ็กแพนชั่นวาล์วความดันก็จะลดลงเท่ากับความดันต่ำที่ อีวาพอเรเตอร์ สารทำความเย็นจะไหลครบ วัฏจักรสารทำความเย็น

น้ำหล่อเย็นเมื่อได้รับความร้อนจากคอนเดนเซอร์จะมีอุณหภูมิสูงขึ้น เมื่อถูกเครื่องสูบน้ำหล่อเย็นส่งไปที่หอทำความเย็น (Cooling tower) ก็จะถ่ายเทความร้อนให้กับอากาศโดยการระเหยน้ำ ทำให้น้ำที่เหลือเย็นลงแล้วไหลกลับไปรับความร้อนที่คอนเดนเซอร์อีกทำให้ครบ วัฏจักรน้ำหล่อเย็น น้ำเย็นเมื่อถ่ายเทความร้อนให้กับอีวาพอเรเตอร์ก็มีอุณหภูมิต่ำลง เมื่อถูกเครื่องสูบน้ำเย็นส่งไปที่เครื่องส่งลมเย็น (Air Handing Unit) ก็จะถ่ายเทความร้อนให้กับอากาศ ทำให้น้ำร้อนขึ้นแล้วไหลกลับไปถ่ายเทความร้อนให้กับอีวาพอเรเตอร์อีกทำให้ครบ วัฏจักรน้ำเย็น

เครื่องส่งลมเย็นจะดูดอากาศร้อนจากห้องปรับอากาศผ่านระบบท่อลมไปถ่ายเทความร้อนให้กับน้ำเย็น ทำให้อากาศมีอากาศมีอุณหภูมิต่ำลงแล้วส่งกลับไปที่ห้องปรับอากาศทำให้ครบ วัฏจักรลมเย็น

วัฏจักรการทำความเย็นแบบอัดไอ

โดยส่วนใหญ่ ระบบปรับอากาศจะใช้หน่วยทำความเย็น (Refrigeration Unit) ที่ทำงานโดยอาศัย หลักการของวัฏจักรการทำความเย็นแบบอัดไอ (Vapor Compression Cycle) จากรูปที่ 2 วัฏจักรการทำความเย็นแบบอัดไอประกอบด้วยอุปกรณ์พื้นฐาน 4 ตัว ได้แก่

1. อีวาโปเรเตอร์หรือคอยล์เย็น (Evaporator) ทำหน้าที่ดึงความร้อนจากอากาศ (หรือน้ำในกรณีของเครื่องทำน้ำเย็น) ที่เคลื่อนผ่านคอยล์เย็นโดยสารทำความเย็นซึ่งไหลอยู่ภายในคอยล์เย็น จะเปลี่ยนสถานะจากของผสมระหว่างของเหลวและไอที่ความดันต่ำ อุณหภูมิต่ำไปเป็นไอร้อนยิ่งยวดที่ความดันและอุณหภูมิใกล้เคียงกัน

2. คอมเพรสเซอร์ (Compressor) ทำหน้าที่เพิ่มความดันและอุณหภูมิของสารทำความเย็น คอมเพรสเซอร์จะอัดไอสารทำความเย็นซึ่งมีความดันและอุณหภูมิต่ำให้มีความดันและอุณหภูมิสูงขึ้น เพื่อส่งต่อไปยังคอนเดนเซอร์ คอมเพรสเซอร์เป็นอุปกรณ์ที่ทำให้สารทำความเย็นเกิดการไหลเวียนในระบบ และมีอุณหภูมิสูงพอที่จะระบายความร้อนทิ้งสู่สิ่งแวดล้อม

3. คอนเดนเซอร์หรือคอยล์ร้อน (Condenser) ทำหน้าที่ระบายความร้อนออกจากสารทำความเย็นที่มาจากคอมเพรสเซอร์ โดยสารทำความเย็นจะเปลี่ยนสถานะจากไอที่ความดันสูง อุณหภูมิสูง เป็นของเหลวที่ความดันสูง อุณหภูมิสูงการระบายความร้อนอาจใช้วิธีระบายความร้อนด้วยอากาศหรือน้ำก็ได้

4. วาล์วลดความดัน (Expansion Valve) ทำหน้าที่ลดความดันของสารทำความเย็นที่มาจากคอนเดนเซอร์ สารทำความเย็นจะเปลี่ยนสถานะจากของเหลวความดันสูง อุณหภูมิสูง เป็นของผสมระหว่างของเหลวและไอที่ความดันต่ำ อุณหภูมิต่ำ ก่อนไหลเข้าสู่อีวาโปเรเตอร์ต่อไป

แหล่งที่มา : คู่มือผู้รับผิดชอบด้านพลังงาน (อาคาร พ.ศ.2553) และ www.teenet.chula.ac.th (ระบบปรับอากาศ)