Evaporative Pre-cooler for Air Cooled Condenser

ระบบปรับอากาศถือเป็นสิ่งจำเป็นที่ขาดไม่ได้โดยเฉพาะอย่างยิ่งในประเทศที่มีภูมิอากาศร้อนเช่น ประเทศไทย ปัจจุบันระบบปรับอากาศที่ใช้อากาศในการระบายความร้อน (Air Cooled Condenser) เป็นระบบที่นิยมใช้กันเป็นจำนวนมากเนื่องจากความสะดวกในการติดตั้งและดูแลรักษา

 อย่างไรก็ตาม ระบบปรับอากาศแบบ Air Cooled มีข้อจำกัดเนื่องจากประสิทธิภาพในการทำความเย็นจะแปรผกผันกับอากาศภายนอกที่ใช้ในการระบายความร้อน (Inlet Ambient Temperature) จากสถิติที่ผ่านมาโดยกรมอุตุนิยมวิทยาพบว่า อากาศภายนอกมีแนวโน้มที่จะมีอุณหภูมิสูงขึ้นทุกๆปี (จากอุณหภูมิสูงสุด 41.3 °C ในปีพ.ศ. 2537 มาเป็นอุณหภูมิสูงสุดถึง 43.7 °C ในปีพ.ศ. 2541) สิ่งเหล่านี้นำไปสู่ข้อจำกัดที่สำคัญในการใช้เครื่องปรับอากาศระบบ Air Cooled 2 ประการ ได้แก่

 1. การออกแบบระบบปรับอากาศโดยทั่วไปคำนวณไว้ที่ 35°C ambient condition ซึ่งอุณหภูมิภายนอกที่สูงขึ้นทุกๆปีหรือในช่วงที่อากาศร้อนจัด ระบบปรับอากาศที่เคยใช้ได้ดีอาจมีความเย็นไม่เพียงพอ

2. แม้ว่าจะมีการออกแบบระบบปรับอากาศโดยเผื่อขนาดให้ใหญ่กว่าความต้องการเพื่อให้ระบบดังกล่าวมีความเย็นที่เพียงพอต่ออุณหภูมิภายนอกที่เพิ่มสูงขึ้นทุกปีและเพียงพอต่อการใช้งานในช่วงที่ร้อนจัดแต่ระบบดังกล่าวจะทำให้สิ้นเปลืองค่าพลังงานไฟฟ้าสูงเกินกว่าความจำเป็น

 แนวคิดของการนำระบบทำความเย็นเบื้องต้น (Pre-cool) มาใช้จึงมีวัตถุประสงค์เพื่อแก้ไขข้อจำกัดที่ได้กล่าวมาแล้วข้างต้น โดยทำการลดอุณหภูมิของอากาศก่อนที่จะผ่านไปยัง Condenser ให้อยู่ในระดับที่ต่ำและสม่ำเสมอตลอดทั้งปี อันจะเป็นการช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการทำความเย็นของระบบปรับอากาศ ลดความจำเป็นในการออกแบบระบบปรับอากาศที่มีขนาดใหญ่เกินความจำเป็น และช่วยประหยัดค่าใช้จ่ายได้

ระบบทำความเย็นเบื้องต้นโดยใช้หลักการระเหยของน้ำ

(Evaporative Pre-cooling: EVAP)

ระบบการทำความเย็นเบื้องต้นโดยใช้หลักการระเหยของน้ำ (EVAP) อาศัยหลักการธรรมชาติเช่นเดียวกับการระเหยของเหงื่อออกจากร่างกาย เช่นเวลาที่คุณออกกำลังกายแล้วมีเหงื่อออกมากเมื่อมีลมพัดผ่านคุณจะรู้สึกเย็น ทั้งนี้เนื่องจากเหงื่อของคุณดึงพลังงานความร้อนจากอากาศเพื่อใช้ในการเปลี่ยนสถานะ ทำให้อากาศที่พัดผ่านร่างกายของคุณมีอุณหภูมิต่ำลงโดยไม่ได้ใช้พลังงานใดๆเพิ่มเติม หลักการดังกล่าวจึงมีความเหมาะสมที่จะนำมาใช้ในการทำความเย็นเบื้องต้น เนื่องจากมีการลงทุนและค่าใช้จ่ายในการดำเนินงานที่ต่ำมากเมื่อเทียบกับวิธีการอื่นๆ

 ระบบ EVAP ประกอบด้วย Cooling Pad ซึ่งทำจากเซลลูโลสหรือไฟเบอร์ใยแก้วที่ถูกออกแบบให้มีพื้นที่ผิวสัมผัสอากาศมากที่สุด Cooling Pad จะถูกหล่อเลี้ยงด้วยน้ำเพื่อให้มีความชื้นอยู่ตลอดเวลา อากาศร้อนที่ผ่านพื้นผิวของ Cooling Pad แล้วจะมีอุณหภูมิต่ำลง และนำไปผ่าน Condenser เพื่อระบายความร้อนต่อไป

ความสามารถในการลดอุณหภูมิของระบบ EVAP ขึ้นอยู่กับความชื้นสัมพัทธ์ของบรรยากาศ และประสิทธิภาพของตัวแผ่นระบายความร้อน กล่าวคือ

                                            T_supply = T_db – (T_db – T_wb)*n%

T_supply      : อุณหภูมิหลังผ่านระบบ EVAP

T_db                 : อุณหภูมิกระเปาะแห้งของบรรยากาศ Ambient

T_wb                 : อุณหภูมิกระเปาะเปียกของบรรยากาศ Ambient

n%          : Saturation Efficiency ของระบบ EVAP โดยปกติจะอยู่ที่ 84%-94% ขึ้นอยู่กับความหนาของ Cooling Pad และการออกแบบความเร็วลมที่ผ่าน Cooling Pad

สมมุติให้อุณหภูมิในการออกแบบของ Ambient air อยู่ที่ 35°C ความชื้นสัมพัทธ์ประมาณ 60%RH (เท่ากับอุณหภูมิของกระเปาะเปียกจะอยู่ที่ประมาณ 28 °C) ถ้าระบบEVAPถูกออกแบบให้มีประสิทธิภาพ 87% อากาศภายนอกเมื่อผ่านระบบ EVAP แล้วจะมีอุณหภูมิ = 35 – (35 – 28)*87% = 28.9°C

โดยปกติความชื้นสัมพัทธ์จะแปรผกผันกับอุณหภูมิ ซึ่งหมายความว่าความชื้นสัมพัทธ์ในอากาศจะต่ำที่สุดในช่วงเที่ยงวันซึ่งเป็นเวลาที่ร้อนที่สุด หากปัจจัยอื่นๆคงที่ประสิทธิภาพของระบบEVAPจะยิ่งสูงเมื่อความชื้นสัมพัทธ์ยิ่งต่ำ ซึ่งหมายความว่าระบบ EVAP จะทำงานได้ดีที่สุดในช่วงเวลาที่ร้อนที่สุด ในบรรยากาศปกติช่วงที่มีอุณหภูมิต่ำสุดในตอนเช้าและช่วงที่มีอุณหภูมิสูงสุดในตอนเที่ยงวันมีความแตกต่างกันกว่า 15°C แต่ระบบ EVAP สามารถช่วยลดความแตกต่างของอุณหภูมิต่ำสุดและสูงสุดในระหว่างวันให้เหลือเพียง 3-5°C ดังนั้นการนำระบบ EVAP มาใช้ในการ Pre-cool จึงสามารถช่วยให้รักษาอุณหภูมิของอากาศที่ถูกนำไปผ่าน Condenser ให้อยู่ในระดับที่ต่ำและค่อนข้างสม่ำเสมอ

ความคุ้มค่าในการนำระบบEVAPมาใช้ในการ Pre-coolสำหรับ Air Cooled Condenser

ความคุ้มค่าในการนำระบบ EVAP มาใช้ สามารถแบ่งออกได้เป็น 4 ประเภทใหญ่ๆดังนี้

1. ประหยัดเงินลงทุนในการติดตั้งระบบปรับอากาศใหม่
2. ประหยัดพลังงานของระบบปรับอากาศที่ใช้อยู่แล้วในปัจจุบัน
3. ประหยัดพื้นที่
4. ลดความสึกหรอและยืดอายุการใช้งานของระบบปรับอากาศ