Chilled Water System1

ความเขาใจเบองตนเกยวกบระบบนาเยนความเขาใจเบองตนเกยวกบระบบนาเยนสาหรบระบบปรบอากาศสาหรบระบบปรบอากาศ

พชยพชย กฤชไมตรกฤชไมตรภาควชาวศวกรรมเครองกลภาควชาวศวกรรมเครองกล

หวขอการบรรยายทงหมดหวขอการบรรยายทงหมด

การบรรยายในหลกสตรนประกอบดวย- ความเขาใจเบองตนเกยวกบระบบนาเยนสาหรบระบบปรบอากาศ- ระบบทอนาเยน- ระบบทอนาระบายความรอน- เครองสบนาและอปกรณทใชในระบบทอนาเยนและทอนาระบายความรอน- ระบบไฟฟาและการควบคมระบบนาเยน- การประหยดพลงงานในระบบนาเยน

หวขอการบรรยายในครงนหวขอการบรรยายในครงน

ความเขาใจเบองตนเกยวกบระบบนาเยนสาหรบระบบปรบอากาศ- หลกการทวไป- ระบบนาปดและระบบนาเปด- ระบบนาเยนขนพนฐาน- บทสงทาย

หลกการทวไปหลกการทวไป

หลกการทวไปในระบบนาเยนทใชในระบบปรบอากาศ นาเยนอณหภมตาจากเครองทานาเยน จะถกสงไปยงอปกรณปลายทาง เพอรบความรอนจากบรเวณปรบอากาศและมอณหภมสงขน แลวไหลวนกลบมายงเครองทานาเยนเพอทาใหอณหภมตาลงอกครง โดยนาเยนจะไหลวนผานระบบทอทเชอมตอระหวางเครองทานาเยนและอปกรณปลายทางดวยแรงสงของปม ซงขบเคลอนดวยมอเตอรไฟฟา

ตวอยางแผนผงวงจรระบบปรบอากาศตวอยางแผนผงวงจรระบบปรบอากาศ

ระบบนาปดและระบบนาเปดระบบนาปดและระบบนาเปด

ระบบนาปดและระบบนาเปดระบบนาปด

เนองจากระบบนาเยนเปนระบบนาปด เราจงควรทาความเขาใจเกยวกบระบบนาปดเสยกอน ความแตกตางระหวางระบบนาปดและระบบนาเปด คอการพบกนของนาและกาซ (เชน อากาศ) หรอ พนผวทยดหยนได (เชน diaphragm)ระบบนาปด คอ ระบบทนาพบกบกาซหรอพนผวทยบตวไดเพยงจดเดยวเทานนเรามกคดวา ระบบนาทเปดสถงขยายตวชนดเปดสบรรยากาศเปนระบบนาเปด แตในความเปนจรงแลว ระบบเชนนเปนระบบนาปด

ระบบนาปดและระบบนาเปดระบบนาปดและระบบนาเปด

ระบบนาเปดในทางกลบกน ระบบนาเปดจะมจดทนาพบกบกาซหรอพนผวทยบตวไดมากกวาหนงจด เชน ทหอระบายความรอน (cooling tower) จะมอยางนอยสองจด คอ ทแองนาดานลาง และ ททอจายนาหรอหวจายนาทเขาสหอระบายความรอนหอระบายความรอนเปนสวนประกอบหนงในระบบนาระบายความรอน ซงเปนระบบทจาเปนสาหรบเครองทานาเยนชนดทใชนาระบายความรอน (water-cooled chillers) สาหรบระบบนาระบายความรอนนนจะกลาวถงในภายหลง

ระบบนาปดและระบบนาเปดระบบนาปดและระบบนาเปด

ความแตกตางระหวางระบบนาปดและระบบนาเปดความแตกตางระหวางระบบนาปดและเปดทสาคญ คอ ลกษณะทางไฮดรอลกบางประการของระบบเปดจะไมเกดขนกบระบบปด ยกตวอยางเชน

(1) การไหลจะไมเกดขนจากความแตกตางของ static head(2) ปมไมไดสราง static lift(3) ระบบทอนาทงหมดจะเตมไปดวยนา

ระบบนาเยนขนพนฐานระบบนาเยนขนพนฐาน

ระบบนาเยนขนพนฐาน

รปท 2 แสดงสวนประกอบขนพนฐานของระบบนาเยน

ระบบนาเยนขนพนฐานระบบนาเยนขนพนฐาน

รปท 2 แสดงสวนประกอบขนพนฐานของระบบนาเยน โดยทวไประบบจรงจะมสวนประกอบเพมเตมมากมาย เชน วาลว อปกรณระบายกาซ และ อน ๆ สาหรบสวนประกอบทจาเปนขนพนฐานของระบบนาเยนประกอบดวย

- ภาระความเยน (Loads)- แหลงความเยน (Source)- หองขยายตว (Expansion chamber)- ระบบกระจายนาเยน (Distribution system)- ปม (Pump)

ระบบนาเยนขนพนฐานระบบนาเยนขนพนฐาน

ภาระความเยนภาระความเยน หมายถง อตราการถายโอนความรอนจากบรเวณปรบอากาศสนาเยนผานอปกรณปลายทางซงขนอยกบ อตราการไหล ความรอนจาเพาะ และ อณหภมทเพมขนของนาเยนทไหลผานอปกรณปลายทางนน ๆภาระความเยนมการเปลยนแปลงตลอดเวลา โดยขนกบปรมาณความรอนจากบรเวณปรบอากาศ ซงเปลยนแปลงตลอดเวลาดงนน อปกรณปลายทางตองมขนาดใหญพอเพยงทจะรบภาระความเยนสงสดของบรเวณปรบอากาศนน ๆ อปกรณแลกเปลยนความรอนทปลายทางโดยทวไปจะใช fan-coil units หรอ air-handling units

ตวอยางอปกรณปลายทางตวอยางอปกรณปลายทาง

Fan-coil units Air-handling units

ระบบนาเยนขนพนฐานระบบนาเยนขนพนฐาน

สาหรบสภาวะมาตรฐาน นามความหนาแนนเทากบ 62.4 lb/ft3 และมคาความรอนจาเพาะเทากบ 1 Btu/lb-oF อตราการถายโอนความรอนสนาเยนทอปกรณปลายทาง หาไดจากสมการ

qw = 500gpm∆tโดยท qw คอ อตราการถายโอนความรอนสนาเยน, Btu/hr

gpm คอ อตราการไหลเชงปรมาตร, gpm∆t คอ อณหภมทเพมขนเมอไหลผานอปกรณปลายทาง, oF

ระบบนาเยนขนพนฐานระบบนาเยนขนพนฐาน

การเลอกอณหภมออกแบบและชวงอณหภม ทาโดยการพจารณาถงความตองการทางสมรรถนะและความประหยดของสวนประกอบ สาหรบระบบนาเยน อณหภมของนาเยนดานสงอาจอยระหวาง 40 ถง 55 oF แตโดยทวไปเรามกจะใชอณหภมเทากบ 44 หรอ 45 oF และมความดนไมเกน 120 psiสาหรบระบบปรบอากาศทตองการรกษาสภาวะทอณหภม 75oF และ ความชนสมพทธ 50% ควรตงคาอณหภมนาเยนดานกลบใกลกบคาของอณหภมจดนาคางทสภาวะน นนคอ 54 หรอ 55 oF

ระบบนาเยนขนพนฐานระบบนาเยนขนพนฐาน

แหลงความเยนแหลงความเยน หมายถง จดทใชถายโอนความรอนออกจากระบบ ในทน คอ เครองทานาเยนทางอดมคต ปรมาณความรอนทถายโอนออกทเครองทานาเยนจะเทากบปรมาณความรอนทไหลเขาสอปกรณปลายทางภายใตสภาวะคงตว หากอตราการไหลของนาเยนผานเครองทานาเยนเทากบทไหลผานอปกรณปลายทาง (ไมมการแยกไหล) อณหภมเพมขนทอปกรณปลายทาง และ อณหภมลดลงทเครองทานาเยนจะเทากน สมการทใชคานวณภาระการทาความเยนสามารถใชไดทงกบเครองทานาเยนและอปกรณปลายทาง

ระบบนาเยนขนพนฐานระบบนาเยนขนพนฐาน

มหลกในการพจารณาเลอกเครองทานาเยนอย 2 ประการ คอ ขนาดความเยนออกแบบ (design capacity) และ ความสามารถในการทางานทภาระบางสวน (part-load capability) ซงมกจะเรยกวา turndown ratio หากไมคานงถงคา turndown ratio ของเครองทานาเยนแลว อาจมผลทาใหระบบทางานผดปกต หรอ ใชพลงงานอยางสนเปลอง คา turndown ratio อาจอยในรปของเปอรเซนตดงน

Turndown ratio = 100 x Minimum capacity / Design capacityบางครงนยมใชสวนกลบของ turndown ratio แทนคาทคานวณไดจากสมการขางตน เชน turndown ratio 25% อาจบอกไดวา turndown ratio เทากบ 4

ตวอยางเครองทานาเยนตวอยางเครองทานาเยน

Water-cooled screw chiller Air-cooled screw chiller

ตวอยางเครองทานาเยนตวอยางเครองทานาเยน

Water-cooled centrifugal chiller Steam driven absorption chiller

ระบบนาเยนขนพนฐานระบบนาเยนขนพนฐาน

หองขยายตว หรอ ถงขยายตวหองขยายตว มกเรยกวา ถงขยายตวหรอถงอด (expansion or compression tank) ทาหนาททงดานความรอนและดานไฮดรอลกทางดานความรอน ถงขยายตวทาหนาท เปนหองทนาเยนขยายตวเขาไปเมอมนาในระบบมอณหภมสงขน เพอรองรบการขยายตวของนา ถงขยายตว จะมจดทนาและกาซ (หรอพนผวทยบตวได) พบกน จากขอกาหนดของระบบนาปด ทาใหระบบนาเยนมถงขยายตวไดเพยงใบเดยว

ระบบนาเยนขนพนฐานระบบนาเยนขนพนฐาน

ถงขยายตวม 3 ลกษณะ คอ(1) ถงปด ซงบรรจ อากาศและนาไวภายใน ซงนาและอากาศพบกนโดยตรง(2) ถงเปด ซงเปดสบรรยากาศ(3) ถงปดแบบมพนผวยดหยนไดหรอแบบมถงอากาศ (diaphragm tank or

bladder tank) ซงระหวางนาและอากาศจะมพนผวทยดหยนไดกนอย หรอ มผนงของถงอากาศกนอยในแบบท (1) และ (2) อากาศสามารถทจะเขาละลายเขาสนาในระบบไดทผวสมผส และอาจทาใหระบบสญเสยสมรรถนะได ดงนนการออกแบบระบบนาเยนในปจจบนจงนยมใชถงขยายตวแบบท (3)

รปแสดงถงขยายตวแบบตางรปแสดงถงขยายตวแบบตาง ๆๆ

ตวอยางถงขยายตวชนดใชถงอากาศตวอยางถงขยายตวชนดใชถงอากาศ

ระบบนาเยนขนพนฐานระบบนาเยนขนพนฐาน

โดยทวไปความดนภายในถงขยายตวกาหนดโดยการพจารณาดงตอไปนความดนทตา ตองรกษาความดนบวกทจดสงสดในระบบไวได (โดยทวไปใหม

ความดนบวกประมาณ 10 psig)ความดนทสง ตองไมทาใหวาลวนรภยระบายความดน (safety relief valve) ท

จดใด ๆ ในระบบ มโอกาสเปดออกในสภาวะการทางานปกตขอพจารณาอน ๆ ในการกาหนดความดนของถงขยายตว เพอใหแนใจวา

(1) ไมมจดใดในระบบทความดนตกลงตากวาความดนอมตวทอณหภมใชงาน(2) ปมทกตวมคาเฮดทางดดทเปนบวกสทธ (net positive suction head,

NPSH) เพยงพอตอการปองกนการเกดโพรง (cavitation)

ระบบนาเยนขนพนฐานระบบนาเยนขนพนฐาน

ระบบกระจายนาเยน

ระบบกระจายนาเยน หมายถง ทอทเชอมตอสวนประกอบตาง ๆ ของระบบเขาดวยกน หลกในการพจารณาออกแบบระบบกระจายนาเยน คอ

(1) กาหนดขนาดทอใหสามารถรองรบภาระความเยนทตองการ(2) จดวางทอเพอใหแนใจวามการไหลในปรมาณทตองการทภาวะความเยน

ออกแบบและททกภาระความเยนบางสวน

ตวอยางระบบทอนาเยนตวอยางระบบทอนาเยน

เชอมตอกบเครองทานาเยนภายในหองเครอง

เชอมตอกบอปกรณปลายทางภายในอาคาร

ระบบนาเยนขนพนฐานระบบนาเยนขนพนฐาน

อตราการไหลทจาเปนของทอกาหนดไดโดยใชสมการขางตน เชน หาก fan-coil unit มภาระความเยน 1 ตน หรอ 12,000 Btu/hr และมอณหภมนาเยนเขาและออกเทากบ 45 และ 55oF ตามลาดบ อตราการไหลผาน fan-coil unit เครองนคานวณไดจากสมการ

qw = 500gpm∆t12,000 = 500 x gpm x 10

gpm = 12,000/5000 = 2.4 gpmจากนนจงนาอตราการไหลทหาไดในแตละเสนทอไปใชในการกาหนดขนาดทอ

ระบบนาเยนขนพนฐานระบบนาเยนขนพนฐาน

เมอกาหนดขนาดทอนาเยนแลว เราจะสามารถคานวณหาความดนสญเสยทอตราการไหลออกแบบได ซงจะใชในการเลอกปมตอไป

ระบบนาเยนขนพนฐานระบบนาเยนขนพนฐาน

ปมหรอระบบปมในระบบปมนาเยนหมนเวยน ปมทนยมใช คอ ปมชนดหอยโขง (centrifugal pump) ปมอาจมขนาดเลกจนถงขนาดใหญมาก ๆ ขนอยกบอตราการไหลออกแบบ (หรอ ภาระความเยนนนเอง)ความดนของปมขนอยกบลกษณะความดนสญเสยของระบบทอนาเยน ลกษณะการทางานของปมจะตองเขากนไดกบความตองการความดนของระบบเปนอยางด เพอเอาชนะความดนสญเสยทเกดขนทอตราการไหลทตองการ

ตวอยางปมนาเยนตวอยางปมนาเยน

บทสงทายบทสงทาย

บทสงทายระบบนาเยนทมประสทธภาพและประหยด ขนอยกบความสมพนธทซบซอนระหวางสวนประกอบตาง ๆ ในระบบการกาหนดอณหภมและอตราการไหลของนาเยน การจดวางระบบทอ การเลอกปม การเลอกอปกรณปลายทาง และ วธการควบคม ตางเกยวของกนทงสนสาหรบหลกการวางระบบและการกาหนดขนาดทอนาเยนจะบรรยายในครงตอไป

จบการบรรยายขอบคณครบ