3.6 การอนุรักษ์พลังงานสำหรับระบบทำความเย็น | สรุปความรู้ ผชร. สามัญโรงงาน

การทำความเย็น = ดึงความร้อนออกจากวัตถุหรืออากาศ ให้ต่ำกว่าอากาศภายนอก เช่น ตู้เย็น ห้องเย็น ตู้แช่แข็ง โรงน้ำแข็ง · สารตัวกลางขนถ่ายความร้อนเรียกว่าสารทำความเย็น (Refrigerant)

อัดไอ (Vapor Compression)

ชั้นเดียว (Single stage) หรือหลายชั้น (Multi stage) · ใช้คอมเพรสเซอร์ขับด้วยไฟฟ้า · สารทำความเย็น: แอมโมเนีย และกลุ่มฟรีออน (ฟลูออโรคาร์บอน) · ใช้แพร่หลายที่สุด

ดูดซึม (Absorption)

ใช้ความร้อนขับแทนไฟฟ้า · น้ำเป็นสารทำความเย็น ร่วมกับสารดูดซึมกลุ่มน้ำเกลือ เช่น ลิเทียมโบรไมด์

อัดไอใช้ไฟฟ้าขับคอมเพรสเซอร์ · ดูดซึมใช้ความร้อนขับ

ที่มา: ตำรา ผู้รับผิดชอบด้านพลังงาน (ผชร.) ตอน 3 หน้า 6-2 หัวข้อ 6.1–6.2

ระบบอัดไอ: 4 อุปกรณ์หลัก และแบบหลายชั้น

เครื่องทำน้ำเย็นแบบอัดไอระบายความร้อนด้วยน้ำ มีคอมเพรสเซอร์อยู่ด้านบน คอนเดนเซอร์และเครื่องระเหยเป็นถังทรงกระบอก

① เครื่องระเหย รับความร้อน→② คอมเพรสเซอร์ อัดไอ→③ คอนเดนเซอร์ คายความร้อน→④ วาล์วลดความดัน

ทำไมต้องหลายชั้น

ทำความเย็นอุณหภูมิต่ำ ช่วงอุณหภูมิระหว่างคอนเดนเซอร์กับเครื่องระเหยกว้าง ⇒ อัตราส่วนความดันของคอมเพรสเซอร์สูงเกินไป · ประสิทธิภาพคอมเพรสเซอร์แปรผกผันกับอัตราส่วนความดัน

แบบหลายชั้น (Cascade)

ต่อวัฏจักร 2 วงขึ้นไปผ่านเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน · ใช้สารทำความเย็นต่างชนิดได้ · ถ้าใช้สารชนิดเดียวกัน ใช้ถังแยกไอ (Flash Intercooler) แทน เรียกวัฏจักรหลายความดัน · ติดเครื่องระเหยหลายชุดทำความเย็นได้หลายอุณหภูมิ

อัดไอ 4 อุปกรณ์: เครื่องระเหย · คอมเพรสเซอร์ · คอนเดนเซอร์ · วาล์วลดความดัน อัตราส่วนความดันสูง ประสิทธิภาพคอมเพรสเซอร์ต่ำ ⇒ อุณหภูมิต่ำมากใช้แบบหลายชั้น

ที่มา: ตำรา ผชร. ตอน 3 หน้า 6-2–6-6 หัวข้อ 6.2.1

ระบบดูดซึม: ใช้ความร้อนแทนไฟฟ้า

เครื่องทำความเย็นแบบดูดซึม ถังทรงกระบอกวางซ้อน มีปั๊มด้านล่างและตู้ควบคุม

ประสิทธิภาพต่ำกว่าแบบอัดไอ แต่ถ้าความร้อนมาจากความร้อนเหลือทิ้ง (เช่น ไอเสีย) หรือพลังงานหมุนเวียน (แสงอาทิตย์ ชีวมวล) จะประหยัดค่าใช้จ่ายกว่า · อุปกรณ์: เครื่องกำเนิด (Generator) · คอนเดนเซอร์ · เครื่องระเหย · เครื่องดูดซึม (Absorber) · วาล์วลดความดัน

เครื่องกำเนิดรับความร้อน สารทำความเย็น (น้ำ) เดือดแยกจากสารดูดซึม (LiBr)

คอนเดนเซอร์ 40–50 °Cไอควบแน่นเป็นของเหลว

เครื่องระเหย 5 °C · 6 mmHgรับความร้อนจากสิ่งแวดล้อม

เครื่องดูดซึม → ปั๊ม 75 mmHgไอถูกดูดซึม แล้วสูบกลับเครื่องกำเนิด

1️⃣ชั้นเดียว (Single Effect)ไอน้ำ 0.8–1.5 kg/cm² หรือน้ำร้อน 130–150 °C

2️⃣สองชั้น (Double Effect)ไอน้ำประมาณ 8 kg/cm² หรือน้ำร้อน 180–200 °C · ประสิทธิภาพเชิงความร้อนสูงกว่าชั้นเดียวประมาณ 65%

ดูดซึมคุ้มเมื่อใช้ความร้อนเหลือทิ้งหรือพลังงานหมุนเวียน สองชั้นประสิทธิภาพเชิงความร้อนสูงกว่าชั้นเดียวประมาณ 65%

ที่มา: ตำรา ผชร. ตอน 3 หน้า 6-6–6-8 หัวข้อ 6.2.2

แอมโมเนีย: สารทำความเย็นของโรงงานใหญ่

ชนิดเดียวที่ไม่ใช่ฟลูออโรคาร์บอนนิยมในระบบอุณหภูมิค่อนข้างต่ำ · ความสามารถทำความเย็นสูงสุดเมื่อเทียบสารอื่น · ราคาถูก ถ่ายเทความร้อนดี

เป็นพิษ และจุดระเบิดได้บางสภาวะเหมาะกับระบบใหญ่ที่ควบคุมดีหรืออยู่ห่างชุมชน

สภาวะทำงานปานกลางเครื่องระเหย −15 °C ที่ 2.37 bar · คอนเดนเซอร์ 30 °C ที่ 11.67 bar

ไม่ใช้ทองแดง ทองเหลืองแอมโมเนียแห้งไม่กัดโลหะ แต่เมื่อชื้นกัดโลหะที่ไม่ใช่เหล็ก

ไม่ผสมกับน้ำมันน้ำมันหล่อลื่นเครื่องอัดไม่เจือจาง

ตรวจรั่วเผาเทียนกำมะถัน ถ้ารั่วเกิดควันขาว · หรือทาน้ำสบู่ข้น ถ้ารั่วเกิดฟอง

แอมโมเนียชื้นกัดทองแดงและทองเหลือง ⇒ ระบบแอมโมเนียไม่ใช้โลหะเหล่านี้ ตรวจรั่วแอมโมเนีย: เทียนกำมะถันเกิดควันขาว

ที่มา: ตำรา ผชร. ตอน 3 หน้า 6-10 หัวข้อ 6.3

ภาระการทำความเย็น และ COP

อากาศอุ่นภายนอก (Air Change Load)เปิดประตูห้องเย็น อากาศอุ่นเข้าแทนที่ ต้องขจัดทั้งความร้อนและความชื้น

ตัวสินค้า (Product Load)ลดอุณหภูมิสินค้าจนเท่าห้องเก็บ · ถ้าแช่แข็งต้องรวมความร้อนแฝง · เท่าห้องแล้วไม่มีภาระส่วนนี้อีก

ภาระอื่น ๆคนที่ทำงานในห้อง · มอเตอร์ หลอดไฟ อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์

COP=ความเย็นที่ทำได้ ÷ พลังงานที่ระบบใช้=(h1 − h4) ÷ (h2 − h1)

h1 = เอนทาลปีก่อนเข้าคอมเพรสเซอร์ · h2 = ออกจากคอมเพรสเซอร์ · h4 = ก่อนเข้าเครื่องระเหย · หาจากตารางคุณสมบัติหรือแผนภาพความดัน-เอนทาลปีของสารที่ใช้ (เช่น R-134a แอมโมเนีย R-22) · โรงน้ำแข็ง ภาระส่วนใหญ่คือทำน้ำให้เป็นน้ำแข็ง

สัมประสิทธิ์สมรรถนะ (Coefficient Of Performance: COP) = (h1 − h4) ÷ (h2 − h1)

ที่มา: ตำรา ผชร. ตอน 3 หน้า 6-10–6-14 หัวข้อ 6.4–6.5

หัวใจการประหยัด: คอนเดนเซอร์เย็นลง เครื่องระเหยอุ่นขึ้น

ลองตอบก่อนอ่าน

น้ำแข็งเกาะคอยล์เย็นในห้องเย็นหนาขึ้นเรื่อย ๆ ลองเดาว่าควรทำอย่างไร

ลดอุณหภูมิทำงานของคอนเดนเซอร์ ⇒ งานคอมเพรสเซอร์ลด อัตราทำความเย็นเพิ่ม · เพิ่มอุณหภูมิทำงานของเครื่องระเหย ⇒ งานคอมเพรสเซอร์ลด ⇒ COP สูงขึ้นทั้งสองทาง · อีกทางคือลดภาระการทำความเย็น · บำรุงรักษาที่เหมาะสมช่วยได้โดยไม่ต้องลงทุนมาก

ลดอุณหภูมิคอนเดนเซอร์

เดินพัดลมคอนเดนเซอร์และปั๊มน้ำหล่อเย็นให้มากตัวที่สุด · คอนเดนเซอร์ควรใช้พลังงานน้อยกว่า 15% ของคอมเพรสเซอร์ · หัวฉีดสะอาด · ลดลมเลี่ยง (Bypass) · ผิวสะอาด น้ำหล่อเย็นผ่านการปรับสภาพ · ไล่อากาศและก๊าซที่ไม่กลั่นตัว

เพิ่มอุณหภูมิเครื่องระเหย

ตั้งเทอร์โมสตัทสูงที่สุดที่สินค้าไม่เสียหาย · กันความร้อนภายนอกเข้าห้องเย็น · ไม่ให้ไอร้อนยิ่งยวดมากเกิน · พื้นที่ผิวเครื่องระเหยพอ · ละลายน้ำแข็งที่คอยล์เย็นเป็นระยะ และหยุดทันทีที่ละลายหมด · พัดลมและมอเตอร์ประสิทธิภาพสูง · สารทำความเย็นและน้ำมันถูกชนิด คุณภาพ ปริมาณ

คอนเดนเซอร์ควรใช้พลังงานน้อยกว่า 15% ของพลังงานคอมเพรสเซอร์ ละลายน้ำแข็งที่คอยล์เย็นเป็นระยะ และหยุดทันทีเมื่อละลายหมด

ที่มา: ตำรา ผชร. ตอน 3 หน้า 6-14 หัวข้อ 6.6 · หน้า 6-27–6-28 หัวข้อ 6.10.1–6.10.2

การแช่แข็งอาหาร 4 วิธี

พาความเย็น (Blast Freezing)เป่าลมเย็นหมุนเวียนในห้องเย็นที่หุ้มฉนวน · เครื่องกระจายลมเย็นมีครีบเพียง 4–6 ครีบต่อนิ้ว (ระบบปรับอากาศ 10–12 ครีบต่อนิ้ว) กันน้ำแข็งเกาะครีบจากอากาศที่เข้าทางประตู

สัมผัส (Contact Freezing)วางอาหารบนผิวสัมผัสที่มีสารทำความเย็นไหลภายใน อาศัยการนำความเย็น

สารแช่แข็งอุณหภูมิต่ำ (Cryogenic)ไนโตรเจนเหลว −150 ถึง −200 °C หรือคาร์บอนไดออกไซด์เหลว −70 ถึง −80 °C สัมผัสอาหารโดยตรงในรูปก๊าซ · เหมาะกับปริมาณไม่มากหรือสินค้าตามฤดูกาล

สารแช่แข็งร่วมกับการพาความเย็นแช่แข็งรวดเร็วไม่ให้ติดเป็นก้อน เช่น เครื่องแช่แข็งกุ้งแบบแยกชิ้นรวดเร็ว (IQF)

ห้องเย็นทั่วไปมีทั้งสูงกว่าและต่ำกว่า 0 °C ตามสินค้า · ห้องเย็นอุตสาหกรรมมีแบบแช่เป็นรุ่น (Batch) และแบบต่อเนื่อง

เครื่องแช่แข็ง 3 แบบ: ห้องลมเย็นเป่า แบบสัมผัสแผ่น และอุโมงค์พ่นไนโตรเจนเหลวบนสายพาน

เครื่องแช่แข็งแบบแยกชิ้นรวดเร็ว (IQF) สายพานในอุโมงค์ผ่าด้านข้าง กุ้งเรียงแยกตัวบนสายพาน

เครื่องกระจายลมเย็นในห้องเย็นมีครีบเพียง 4–6 ครีบต่อนิ้ว กันน้ำแข็งเกาะครีบ

ที่มา: ตำรา ผชร. ตอน 3 หน้า 6-14–6-19 หัวข้อ 6.7

โรงผลิตน้ำแข็งซอง: น้ำดิบเย็น คอนเดนเซอร์เย็น ผลิตได้มากขึ้น

ลองตอบก่อนอ่าน

โรงน้ำแข็งใช้น้ำดิบ 35 °C แทน 0 °C ลองเดาว่าผลิตน้ำแข็งได้เท่าใดของเดิม

น้ำดิบ 0 °C43.0 ตัน/24 ชม. (100%)

15 °C39.2 ตัน (91%)

25 °C36.8 ตัน (85%)

35 °C34.5 ตัน (80%)

อุณหภูมิน้ำยาที่ชุดระบายความร้อนเพิ่ม 1 °Cเครื่องอัดน้ำยาใช้ไฟเพิ่ม 4–6%

ล้างชุดระบายความร้อนระบายด้วยอากาศ (ชุมชนฝุ่นน้อย) ทุก 1 เดือน · ระบายด้วยน้ำทุก 6 เดือน · ล้างแล้วน้ำยาเย็นลง 3 °C ลดไฟ 12–18%

อุณหภูมิน้ำยาที่ถังน้ำเกลือต่ำกว่า 0 °C ประมาณ −10 ถึง −15 °C ให้น้ำเป็นน้ำแข็งเร็ว

บ่อน้ำเกลือผ่าซีก ซองน้ำแข็งแขวนเป็นแถว ใบกวนและคอยล์เย็นอยู่ในช่องแยกด้านข้าง

น้ำยาที่ชุดระบายความร้อนร้อนขึ้น 1 °C ไฟเพิ่ม 4–6% น้ำดิบยิ่งเย็น ผลิตน้ำแข็งได้มากขึ้น (0 °C = 100% · 35 °C = 80%)

ที่มา: ตำรา ผชร. ตอน 3 หน้า 6-47–6-49 หัวข้อ 6.14 ตารางที่ 6.14-1

ตรวจวัดและตรวจวินิจฉัยระบบทำความเย็น

เครื่องมือ: Clamp On Power Meter วัดพลังไฟฟ้าเข้าเครื่องอัด · Pressure Gauge วัดความดันสารทำความเย็นออกและเข้า (สอบเทียบตามกำหนด จึงเทียบกันได้)

ความดันบันทึกด้านสูง-ด้านต่ำทุกวัน · เครื่องที่ด้านสูงสูงกว่าเครื่องอื่น หรือด้านต่ำต่ำกว่า ประสิทธิภาพต่ำกว่าลดการใช้งาน หาสาเหตุแก้ไข

มอเตอร์พลังไฟฟ้าจริงควรอยู่ 80–90% ของพิกัด · ไหม้แต่ละครั้งลดประมาณ 4%สลับมอเตอร์ให้ขนาดเหมาะสม

คอนเดนเซอร์น้ำระบายความร้อนออก ไม่ควรต่ำกว่าอุณหภูมิอิ่มตัวของสารทำความเย็นเกิน 6 °F ที่ภาระสูงล้างคอนเดนเซอร์ · ปรับน้ำ · ปรับสารทำความเย็น

เครื่องระเหยอุณหภูมิสารทำความเย็นด้านต่ำต่างจากอุณหภูมิใช้งานไม่เกิน 4 °Fเพิ่มความดันด้านต่ำ

น้ำหล่อเย็นน้ำเข้าคอนเดนเซอร์ไม่ควรสูงกว่า 90 °Fปรับปรุงหอผึ่งเย็น / Evaporative Condenser

COPเครื่องอัดแต่ละเครื่องควรมี COP ใกล้เคียงกันลดใช้เครื่อง COP ต่ำ · ปรับปรุงหรือเปลี่ยน

หอผึ่งเย็นพิกัดหอระบายความร้อนควรมากกว่าพิกัดเครื่องทำความเย็นประมาณ 30–40%เปิดหอให้มากกว่าจำนวนเครื่อง · เพิ่มหอ

คอนเดนเซอร์แบบระเหยผ่าด้านข้าง พัดลมด้านบน หัวพ่นน้ำ ขดท่อสารทำความเย็น และถังน้ำกับปั๊มด้านล่าง

พิกัดหอระบายความร้อนมากกว่าเครื่องทำความเย็นประมาณ 30–40% เครื่องที่ความดันด้านสูงสูงกว่าเครื่องอื่น ประสิทธิภาพต่ำกว่า

ที่มา: ตำรา ผชร. ตอน 3 หน้า 6-29–6-32 หัวข้อ 6.10.3–6.11

มาตรการตัวอย่างในตำรา: ลดความดันด้านคอนเดนเซอร์

ทำความสะอาดผิวแลกเปลี่ยนความร้อน · เพิ่มน้ำระบายความร้อน · ล้างหอผึ่งเย็น ปรับการกระจายน้ำ · เพิ่มลม หรือเปิดหอผึ่งเย็นเพิ่ม ⇒ น้ำเข้าคอนเดนเซอร์เย็นลง ความดันด้านสูงลด

ตัวอย่างคำนวณทีละขั้น · มาตรการที่ 2 ในตำรา

h1 389 · h4 เดิม 200 · h2 เดิม 430 kJ/kg · หลังปรับ h2 418 · h4 190 kJ/kg · เครื่องอัดเดิม 15 kW (กิโลวัตต์) · เปิดหอผึ่งเย็นเพิ่ม 2 kW · 4,000 ชม./ปี · ตัวประกอบการทำงาน 75% · 3 บาท/kWh · ลงทุน 20,000 บาท

COP เดิม = (389 − 200) ÷ (430 − 389) = 4.61 · ใหม่ = (389 − 190) ÷ (418 − 389) = 6.86 · เพิ่ม 48.81%
kW/TR เดิม 0.75 → ใหม่ 0.51 · กำลังเครื่องอัดใหม่ 10.73 kW
ลดได้ = (15 − (10.73 + 2)) × 4,000 × 0.75 = 6,810 kWh (กิโลวัตต์ชั่วโมง หรือ หน่วย)/ปี
ประหยัด 20,430 บาท/ปี · คืนทุน 0.98 ปี

ที่มา: ตำรา ผชร. ตอน 3 หน้า 6-43–6-46

ตำราปัดอัตราไหลสารทำความเย็นเป็น 0.37 kg/s ก่อนคำนวณ จึงได้กำลังใหม่ 10.73 kW และ 6,810 kWh/ปี · ถ้าไม่ปัดระหว่างทาง (0.366 kg/s) ได้ 10.61 kW และประมาณ 7,171 kWh/ปี

ลดความดันด้านคอนเดนเซอร์ ⇒ COP สูงขึ้น kW/TR ต่ำลง

ที่มา: ตำรา ผชร. ตอน 3 หน้า 6-43–6-46 หัวข้อ 6.13 มาตรการที่ 2

★

ตัวเลขที่ต้องจำในหัวข้อนี้

(h1 − h4) ÷ (h2 − h1)COP ของระบบอัดไอ

15%คอนเดนเซอร์ใช้พลังงานไม่เกินเทียบคอมเพรสเซอร์

4–6%ไฟเพิ่มต่อน้ำยาชุดระบายความร้อนร้อนขึ้น 1 °C

30–40%หอระบายความร้อนใหญ่กว่าเครื่องทำความเย็น

65%ดูดซึมสองชั้นดีกว่าชั้นเดียว (เชิงความร้อน)

80–90%ภาระมอเตอร์เครื่องอัดที่เหมาะสม

6 °F · 4 °F · 90 °Fคอนเดนเซอร์ · เครื่องระเหย · น้ำหล่อเย็นเข้า

4–6 ครีบ/นิ้วเครื่องกระจายลมเย็นในห้องเย็น

1 เดือน · 6 เดือนล้างชุดระบายความร้อนด้วยอากาศ · ด้วยน้ำ

จำลองอุปกรณ์ในโรงงาน

จำลองอุปกรณ์ที่บทนี้สอน ในโรงงานที่สร้างจากเนื้อหาที่อบรม · ห้องเครื่องทำน้ำเย็นและหอผึ่งเย็นของเครื่องทำน้ำเย็น

ลองปรับเอง · เปลี่ยนค่าแล้วเห็นผลทันที

ภาระการทำความเย็น และ COP

สถานการณ์จำลอง 1 เรื่อง · เลือกทางแก้แล้วเห็นผลเป็นตัวเลขจากตำรา

ที่มา: คู่มือผู้รับผิดชอบด้านพลังงานสามัญ (โรงงาน) พ.ศ. 2567 (พพ.) ตอนที่ 3 การจัดการพลังงานความร้อน บทที่ 6 · หน้า 6-1 ถึง 6-65 (หน้าไฟล์ 488–552)

หัวข้อก่อนหน้า2.7 การอนุรักษ์พลังงานสำหรับพัดลม หัวข้อถัดไป 3.5 การอนุรักษ์พลังงานสำหรับระบบปรับอากาศ

3.6การอนุรักษ์พลังงานสำหรับระบบทำความเย็น

ระบบทำความเย็นมี 2 แบบหลัก

อัดไอ (Vapor Compression)

ดูดซึม (Absorption)

ระบบอัดไอ: 4 อุปกรณ์หลัก และแบบหลายชั้น

ทำไมต้องหลายชั้น

แบบหลายชั้น (Cascade)

ระบบดูดซึม: ใช้ความร้อนแทนไฟฟ้า

แอมโมเนีย: สารทำความเย็นของโรงงานใหญ่

ภาระการทำความเย็น และ COP

หัวใจการประหยัด: คอนเดนเซอร์เย็นลง เครื่องระเหยอุ่นขึ้น

ลดอุณหภูมิคอนเดนเซอร์

เพิ่มอุณหภูมิเครื่องระเหย

การแช่แข็งอาหาร 4 วิธี

โรงผลิตน้ำแข็งซอง: น้ำดิบเย็น คอนเดนเซอร์เย็น ผลิตได้มากขึ้น

ตรวจวัดและตรวจวินิจฉัยระบบทำความเย็น

มาตรการตัวอย่างในตำรา: ลดความดันด้านคอนเดนเซอร์

ตัวเลขที่ต้องจำในหัวข้อนี้

จำลองอุปกรณ์ในโรงงาน

ลองปรับเอง · เปลี่ยนค่าแล้วเห็นผลทันที

สถานการณ์จำลอง 1 เรื่อง · เลือกทางแก้แล้วเห็นผลเป็นตัวเลขจากตำรา