‘VSD Chiller’ ทำงานที่ Part Lift หรือ Part Load?

‘VSD Chiller’ ทำงานที่ Part Lift หรือ Part Load?

 

ทศพล สถิตย์สุวงศ์กุล, วศ.ม.

บริษัท แอร์โค จำกัด (TRANE Thailand)

 

 

 

VSD (Variable Speed Drive) หรือ VFD (Variable Frequency Drive) หรือที่รู้จักกันโดยทั่วไปว่า เครื่องปรับความเร็วรอบ (Inverter) ดังรูปด้านล่าง จัดเป็นอุปกรณ์ประหยัดพลังงานที่ได้รับความนิยมอย่างกว้างขวางในปัจจุบัน ทั้งในรูปแบบที่ติดตั้งมาพร้อมกับอุปกรณ์ต่างๆ จากโรงงาน (เช่น VSD Chiller หรือ VFD Chiller) และที่ติดตั้งเพิ่มเติมในภายหลังเพื่อการประหยัดพลังงาน (เช่น การติดตั้ง VSD ที่เครื่องสูบน้ำเย็น พัดลมหอผึ่งน้ำเย็น เป็นต้น) ทั้งนี้ หลักการทำงานของ VSD คือ การปรับความถี่กระแสไฟฟ้าที่จ่ายให้กับมอเตอร์ ในการปรับความเร็วรอบของมอเตอร์ตามภาระโหลดที่เกิดขึ้นจริง

 

 

หลักการทำงานของ VSD Chiller

 

VSD Chiller หรือ VFD Chiller จัดเป็นเครื่องจักรอีกประเภทหนึ่งที่อาศัยหลักการทำงานของ VSD ในการปรับความเร็วรอบของคอมเพรสเซอร์มอเตอร์ในการดูดอัดสารทำความเย็นตามสภาวะแวดล้อมที่เกิดขึ้นจริงเพื่อการประหยัดพลังงาน โดย VSD Chiller ในที่นี้หมายความถึงเฉพาะ VSD Centrifugal Chiller ซึ่งจะทำการปรับความเร็วรอบของคอมเพรสเซอร์มอเตอร์โดยการปรับความถี่ของกระแสไฟฟ้าตาม Head ที่เกิดขึ้นจริง

 

 

ความแตกต่างระหว่าง ‘Lift’ และ ‘Load’

 

‘Lift’ คือ ‘Head’ หรือความแตกต่างของระดับแรงดันที่ฝั่งคอนเดนเซอร์ (Condenser side) และฝั่งอีวาพอเรเตอร์ (Evaporator side) ที่คอมเพรสเซอร์ของ Chiller ต้องเอาชนะให้ได้ในการขับเคลื่อนสารทำความเย็นจากฝั่งอีวาพอเรเตอร์ไปสู่ฝั่งคอนเดนเซอร์ เพื่อให้สารทำความเย็นที่มีสถานะเป็นไอสามารถระบายความร้อนทิ้งที่ฝั่งคอนเดนเซอร์ได้ อนึ่ง เนื่องจากสารทำความเย็นจะมีค่าอุณหภูมิคงที่ที่แรงดันที่ฝั่งคอนเดนเซอร์และฝั่งอีวาพอเรเตอร์ ดังนั้นจึงสามารถใช้ความแตกต่างของอุณหภูมิสารทำความเย็นที่ฝั่งคอนเดนเซอร์และฝั่งอีวาพอเรเตอร์หรือผลต่างของ Leaving COND Water Temp และ Leaving EVAP Water Tempได้

 

ในขณะที่ ‘Load’ คือภาระการทำเย็น หรือ Cooling Capacity ที่ Chiller ต้องทำตามที่ออกแบบไว้ ซึ่งแปรผันตามผลคูณระหว่างอัตราไหลของน้ำเย็นและผลต่างอุณหภูมิน้ำเย็นขาเข้า-ออกที่ฝั่งอีวาพอเรเตอร์  

 

ดังนั้น ‘Part Lift’ คือ ผลต่างของระดับแรงดันหรืออุณหภูมิน้ำขาออก (Leaving Water Temperature) ที่ฝั่งคอนเดนเซอร์ และฝั่งอีวาพอเรเตอร์ ที่มีค่าน้อยกว่าตามที่ได้ออกแบบไว้ ในขณะที่ ‘Part Load’ คือ ภาระการทำความเย็นที่มีค่าน้อยกว่าตามที่ได้ออกแบบไว้

 

 

VSD Chiller ทำงานที่ ‘Part Lift’ หรือ ‘Part Load’

 

จากคำจำกัดความ ‘Lift’  และ ’Load’ ข้างต้น จะเห็นได้ว่า VSD Centrifugal Chiller จะมีผลต่อการประหยัดพลังงานที่ ‘Part Lift’ เนื่องจาก ‘Part Lift’ หรือ ‘Lift’ คือความแตกต่างของระดับแรงดันหรือ head ที่คอมเพรสเซอร์ของ Chiller ต้องเอาชนะให้ได้ในการขับเคลื่อนสารทำความเย็นจากฝั่งอีวาพอเรเตอร์ไปสู่ฝั่งคอนเดนเซอร์ ซึ่งเกี่ยวข้องโดยตรงกับการใช้พลังงานของคอมเพรสเซอร์ของ Chiller ในขณะที่ ‘Part Load’ คือ ภาระการทำความเย็น (Cooling Load) ที่น้อยกว่าที่ออกแบบไว้ ซึ่งจะแปรเปลี่ยนไปตามภาระโหลดที่เกิดขึ้นจริง ทั้งนี้ Chiller จะตอบรับโดยการปรับปริมาณสารทำความเย็นผ่านทางอุปกรณ์ควบคุมเช่น Inlet Guide Vane (IGV) สำหรับ Centrifugal Chiller

 

จากตัวอย่างการทำงานของ VSD Centrifugal Chiller ขนาด 1,000 ตัน ที่สภาวะออกแบบ ดังแสดงในรูป จะพบว่า 

     @  สภาวะ Full Load 

     - IGV เปิดให้สารทำความเย็นไหลเข้าสู่คอมเพรสเซอร์ 100%

     - VSD จะเดินที่ 60 Hz (100%)

     - Lift = 33.5 oC

     @  สภาวะ 50% Load 

     - IGV เปิดให้สารทำความเย็นไหลเข้าสู่คอมเพรสเซอร์ 50%

     - VSD จะเดินที่ 59 Hz (98%)

     - Lift = 31.0 oC

 

 

จะเห็นได้ว่าแม้ Load ลดลงเหลือเพียง 50% แต่ VSD มิได้ลดรอบของมอเตอร์คอมเพรสเซอร์เหลือ 50% ตาม แม้ IGV จะเปิดให้สารทำความเย็นไหลเข้าสู่คอมเพรสเซอร์ได้เพียง 50% แต่ VSD กลับลดรอบลงมาเพียงเล็กน้อยจาก 60 Hz เป็น 59 Hz ทั้งนี้เพราะ Lift มีค่าลดลงเพียงเล็กน้อยจาก 33.5oC ไปเป็น 31oC อันเนื่องจากอุณหภูมิน้ำคอนเดนเซอร์ขาออก (Leaving COND water temp) มีค่าลดลงเล็กน้อยจาก 38oC ไปเป็น 35.5oC ในขณะที่อุณหภูมิน้ำคอนเดนเซอร์ขาเข้า (Entering COND water temp) มีค่าเท่าเดิม อันเนื่องจากอุณหภูมิอากาศภายนอกมีค่าคงที่ตลอดเวลา จึงเห็นได้ว่าแม้ Load ลดลงมาเหลือเพียง 50% แต่ VSD มิได้ลดรอบมอเตอร์คอมเพรสเซอร์อย่างมีนัยสำคัญ ดังนั้น VSD Chiller จึงไม่ก่อให้เกิดการประหยัดพลังงานอย่างมีนัยสำคัญเมื่อเทียบกับ Constant Speed Chiller โดยทั่วไปสำหรับกรณีนี้ ซึ่งเป็นกรณีสำหรับประเทศที่มีการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิระหว่างฤดูกาลน้อยและไม่นาน (โดยเฉพาะอุณหภูมิกระเปาะเปียก, Wet Bulb Temperature) เช่น ประเทศไทย และประเทศในเขตร้อนชื้น เป็นต้น

 

 

ในทางตรงกันข้ามเมื่อพิจารณาที่สภาวะอุณหภูมิบรรยากาศมีค่าแปรเปลี่ยนตลอดเวลา ดังแสดงในรูปด้านล่าง ซึ่งจะส่งผลให้น้ำคอนเดนเซอร์ขาเข้ามีค่าแปรเปลี่ยนตลอดเวลาด้วย (ในที่นี้มีค่าลดลงมาเหลือ 18oC ส่งผลให้น้ำคอนเดนเซอร์ขาออกมีค่าลดลงจาก 38oC เหลือเพียง 27oC) จึงส่งผลให้ Lift มีค่าลดลงอย่างมีนัยสำคัญ แม้ที่สภาวะ Full Load ก็ตาม VSD จึงสามารถลดรอบลงมาได้อย่างมีนัยสำคัญเช่นกันจาก 60 Hz เหลือเพียง 45 Hz ซึ่งจะก่อให้เกิดการประหยัดพลังงานอย่างมีนัยสำคัญเมื่อเทียบกับ Constant Speed Chiller โดยทั่วไป ซึ่งเป็นกรณีสำหรับประเทศที่การแปรเปลี่ยนอุณหภูมิระหว่างฤดูกาลมาก และยาวนาน เช่น สหรัฐอเมริกา และยุโรป เป็นต้น

 

 

 

picdata/arcticle/13/data/678.jpg

 

 

ประเด็นเพิ่มเติมสำหรับการใช้งาน VSD Chiller

 

นอกเหนือจากการพิจารณาประสิทธิภาพ VSD Chiller ทั้งในกรณี Full Load และ Part Load อีกประเด็นที่ควรพิจารณา คือ ในการใช้งานจริงจะมีจำนวน Chiller มากกว่า 1 เครื่องใน Chiller Plant อันเนื่องจากปัจจัยความน่าเชื่อถือ (Reliability) ของระบบ รวมถึงการสำรองเครื่องไว้ (Stand-by Chiller) ในกรณีฉุกเฉิน ดังนั้นโดยทั่วไปใน Chiller Plant จึงมีจำนวน Chiller ตั้งแต่ 2-3 เครื่องขึ้นไป ส่งผลให้สัดส่วนภาระโหลดต่อ Chiller ในการใช้งานจริงจะมีค่าไม่ต่ำกว่า 50% Load หรือกล่าวอีกนัยหนึ่งคือ ในการทำงานจริง Chiller จะทำงานที่ภาระโหลดตั้งแต่ 50-100% Load และจะยิ่งมีค่าเพิ่มขึ้นหากจำนวน Chiller ใน Chiller Plant มีจำนวนมากกว่า 2 ตัว (ไม่นับรวม Stand-by Chiller)   อาทิเช่น Chiller Plant ที่มี Chiller จำนวน 3 เครื่องนั้น Chiller แต่ละตัวจะทำงานที่ 67-100% Load เป็นต้น

 

ดังนั้น แม้ VSD Chiller จะมีประสิทธิภาพที่ Part Load ที่ดีกว่า Constant Speed Chiller หากแต่การพิจารณาโอกาสการใช้งานจริงที่ Part Load จากจำนวน Chiller ใน Chiller Plant ยังคงเป็นประเด็นสำคัญที่ต้องพิจารณาควบคู่กันไปด้วยว่า ช่วงการทำงานจริง หรือ % Part Load ต่ำสุดของ Chiller แต่ละตัวที่จะพบจากการใช้งานจริงมีค่าเท่าไร ทั้งนี้ เพื่อให้คุ้มค่าต่อการลงทุนสูงสุด เมื่อเปรียบเทียบกับแนวทางอื่น อาทิเช่น การใช้ High Efficiency Chiller เป็นต้น

 

 

สรุป

 

VSD Centrifugal Chiller จัดเป็นเครื่องจักรประเภทหนึ่งที่ช่วยในการประหยัดพลังงานได้เป็นอย่างดี อย่างไรก็ตาม การประหยัดพลังงานของ VSD Centrifugal Chiller ขึ้นอยู่กับสภาวะอากาศภายนอกเป็นสำคัญ ซึ่งจะส่งผลโดยตรงต่อ ‘Lift’ ของระบบสารทำความเย็น หรือกล่าวอีกนัยหนึ่ง VSD Centrifugal Chiller จะส่งผลต่อการประหยัดพลังงานอย่างมีนัยสำคัญ ที่ ‘Part Lift’ ไม่ใช่ ‘Part Load’ เนื่องจาก VSD จะปรับการทำงานของคอมเพรสเซอร์มอเตอร์ตาม ‘Lift’ ที่เปลี่ยนแปลงไปอันเนื่องจากสภาวะอากาศภายนอก ในขณะที่ Chiller จะใช้อุปกรณ์ควบคุมปริมาณสารทำความเย็น เช่น Inlet Guide Vane ในการตอบรับภาระโหลดที่เปลี่ยนแปลงไป (Full / Part Load)

 

นอกจากนี้แม้ VSD Chiller จะมีประสิทธิภาพที่ Part Load ที่ดีกว่า Constant Speed Chiller หากแต่การพิจารณาโอกาสการใช้งานจริงที่ Part Load จากจำนวน Chiller ใน Chiller Plant ยังคงเป็นประเด็นสำคัญที่ต้องพิจารณาควบคู่กันไปด้วยเช่นกัน

 

เอกสารอ้างอิง

 1. Air Conditioning, Heating, and Refrigeration Institute. AHRI 550/590, Standard for Water Chilling Packages Using the Vapor Compression Cycle, Appendix D, D2.1.

2. Leslie, J. 2010. “When does VFD Chiller Make Sense?” CenTraVacTM Chiller Product Promotion Tool, Wis.: Trane.

3. Geister, R. and Thompson, M. 2009. “A Closer Look at Chiller Ratings” ASHRAE Journal, December 2009 : p.22-32.

4. Baker, M., Roe, D. and Schwedler, M. 2006. “Prescription for Chiller Plants.” A Supplement to ASHRAE Journal, June 2006 : p.H4-H10

5. Hartman, T. 2001. “All-Variable Speed Centrifugal Chiller Plants.” ASHRAE Journal, September 2001 : p.43-51.

6. Schwedler, M. 1998. “Chiller/tower interaction : Take it to the limit...or just halfway?” ASHRAE Journal, July 1998 : p. 32-39

7. Schwedler, M., and B. Bradley. 1995. “Tower water temperature – control it how???” Engineers Newsletter 24(1) LaCrosse, Wis.: Trane.

 

 

 

 

                                                     

Home Home Sign Out Ingersoll Rand Trane Thailand Terms of User