นวัตกรรมผลิตน้ำเย็นสำหรับผู้ประกอบการ

นวัตกรรมระบบผลิตน้ำเย็นสำหรับผู้ประกอบการ-ผู้รับเหมา-ผู้ออกแบบ

  picdata/arcticle/3/data/B-GTP2010.JPG

 

 

 

ทศพล สถิตย์สุวงศ์กุล, วศ.ม. และ วศ.บ.

Senior Application Engineer

บริษัท แอร์โค จำกัด (TRANE Thailand)

 

 

ปัจจุบันการแข่งขันทางธุรกิจได้ทวีความรุนแรงมากขึ้นเป็นลำดับ ประกอบกับราคาพลังงานได้เพิ่มสูงขึ้นเป็นอย่างมาก โดยเฉพาะเมื่อปี พ.ศ. 2551 ที่ราคาน้ำมันดิบได้ทะยานขึ้นสูงเป็นประวัติการณ์ที่ระดับราคากว่า 150 เหรียญสหรัฐต่อบาร์เรล ส่งผลให้ราคาพลังงานชนิดอื่นๆ เช่น พลังงานไฟฟ้า พลังงานจากถ่านหิน และพลังงานจากก๊าซธรรมชาติ เป็นต้น มีราคาเพิ่มสูงขึ้นเป็นเงาตามตัว จึงส่งผลให้ผู้ประกอบการต่างๆ ทั่วโลก รวมถึงประเทศไทยด้วยนั้นต้องประสบปัญหาเป็นอย่างมากอันเนื่องจากภาระต้นทุนด้านพลังงานที่เพิ่มสูงขึ้น ดังนั้นหากสถานประกอบการใดสามารถลดต้นทุนทางด้านพลังงานนี้ลงได้ ก็จะช่วยเพิ่มขีดความสามารถในการแข่งขันทางธุรกิจให้กับสถานประกอบการนั้นๆ ได้เป็นอย่างดี

 

 

 

การใช้พลังงานในระบบปรับอากาศของอาคารจัดเป็นแหล่งต้นทุนหนึ่งที่สำคัญของผู้ประกอบการ โดยเฉพาะผู้ประกอบการในกลุ่มห้างสรรพสินค้า โรงแรม โรงพยาบาล และอาคารพาณิชย์ขนาดใหญ่ต่างๆ ที่การใช้พลังงานไฟฟ้าในระบบปรับอากาศมีสัดส่วนกว่าร้อยละ 60 ของการใช้พลังงานไฟฟ้าทั้งหมดของอาคาร โดยเฉพาะอาคารที่ใช้ระบบปรับอากาศแบบรวมศูนย์ (Centralized System, รูปที่ 1) ที่มีการใช้ระบบผลิตและส่งจ่ายน้ำเย็น (Chiller Plant System) เพื่อทำความเย็นให้กับบริเวณต่างๆ ทั่วอาคาร จะพบว่าการใช้พลังงานฝั่งน้ำเย็นและน้ำระบายความร้อน (Water Side) มีสัดส่วนการใช้พลังงานกว่าร้อยละ 50 ของการใช้พลังงานไฟฟ้าทั้งหมดของอาคาร ดังนั้นหากสถานประกอบใดสามารถลดการใช้พลังงานในระบบผลิตน้ำเย็น (Chilled Water System) นี้ลงได้ ก็จะช่วยลดต้นทุนในการดำเนินงานได้เป็นอย่างมาก อีกทั้งปัจจุบันภาวะโลกร้อน (Green House Effect) และการรักษาสิ่งแวดล้อมจัดเป็นอีกปัจจัยหนึ่งที่ผู้ประกอบการต้องคำนึงถึงควบคู่ไปด้วย ดังจะเห็นได้จากแนวทางการออกแบบอาคารตามมาตรฐาน LEED® (Leadership in Energy and Environmental Designs) ของ USGBC (U.S. Green Building Council) ประเทศสหรัฐอเมริกา ที่กำลังได้รับความนิยมเป็นอย่างมากในปัจจุบัน ซึ่งให้ความสำคัญทั้งด้านการประหยัดพลังงานและรักษาสิ่งแวดล้อมอย่างยั่งยืน ควบคู่ไปกับการรักษาคุณภาพอากาศภายในอาคาร

 

 picdata/arcticle/3/data/chiller plant system.jpg

 รูปที่ 1 ระบบปรับอากาศแบบรวมศูนย์ (Centralized System)

 

 

ระบบผลิตน้ำเย็นแบบ “Low Flow Low Temp”

 

ระบบผลิตน้ำเย็นแบบ “Low Flow Low Temp” เป็นระบบผลิตน้ำเย็นที่ได้ถูกออกแบบมาเป็นระยะเวลานานแล้วไม่ต่ำกว่า 20 ปี ซึ่งได้การรับรองและตีพิมพ์ลงในวารสารต่างๆเป็นจำนวนมากรวมถึงวาสารของ ASHARE (The American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers) ซึ่งเป็นองค์กรที่ได้รับการยอมรับจากผู้ที่ทำงานอยู่ในวงการระบบปรับอากาศและทำความเย็นทั่วโลกเป็นอย่างดี

 

 

ระบบผลิตน้ำเย็นแบบ “Low Flow Low Temp” จะอาศัยหลักการทางวิศวกรรมที่ว่า เมื่ออุณหภูมิแตกต่างทางด้านน้ำเย็น (Delta Temperature, DT) มีค่าเพิ่มขึ้น โดยเปลี่ยนจากระบบน้ำเย็นเดิม (Conventional design) ที่มีค่าอุณหภูมิน้ำเย็นขาไปและกลับเข้าสู่เครื่องทำน้ำเย็น (Chiller) จากเดิม 44/54 oF (DT = 10 oF) ไปเป็น 42/57oF หรือ 43/58 oF (DT = 15 oF) ในขณะที่ความสามารถในการทำความเย็น (Cooling Capacity) มีค่าคงที่ จะส่งผลให้อัตราการไหลของน้ำเย็น (Chilled-water Flow Rate) มีค่าลดลงจากเดิมที่ 2.4 gpm/ton ไปเป็น 1.6 gpm/ton 

 

และเมื่ออัตราการไหลของน้ำเย็นที่ต้องการมีค่าลดลง อัตราการกินพลังงานไฟฟ้าของเครื่องสูบน้ำเย็น (Chilled-water Pump, CHP) จะมีค่าลดลงเป็นอย่างมากตามกฎของเครื่องสูบน้ำ (Affinity Laws) เช่น เมื่ออัตราการไหลน้ำเย็นลดลง 20% จะพบว่ากำลังไฟฟ้าที่ใช้ในการขับเครื่องสูบน้ำจะลดลงกว่าครึ่งหนึ่ง ดังสมการที่ (3) โดยกำลังไฟฟ้าที่เครื่องสูบน้ำใช้สำหรับกรณีอัตราการไหลลดลง 20% นี้จะมีค่าเพียง 51% หรือประมาณครึ่งหนึ่งของกำลังไฟฟ้าที่ใช้อยู่เดิม

  

        ตัวอย่างในทางปฏิบัติพบว่าเครื่องสูบน้ำที่แรงดัน (Head) 120 ฟุต สำหรับที่อัตราการไหล 2,400 gpm จะมีขนาด 62กิโลวัตต์ (83 แรงม้า) ในขณะที่เมื่ออัตราการไหลลดลงเหลือ 1,600 gpm ที่แรงดัน 120 ฟุตเท่ากัน เครื่องสูบน้ำจะมีขนาดลดลงเหลือเพียง 43 กิโลวัตต์ (57 แรงม้า) เป็นต้น

 

 

อย่างไรก็ตาม กำลังไฟฟ้าที่เครื่องทำน้ำเย็นใช้สำหรับระบบ “Low Flow Low Temp” จะมีค่าเพิ่มขึ้นเล็กน้อย (สิ้นเปลืองขึ้น) อันเนื่องจากเครื่องทำน้ำเย็นต้องทำให้น้ำเย็นมีอุณหภูมิที่ต่ำกว่าปกติ โดยทำอุณหภูมิจาก 57/58 oF ไปเป็น 42/43 oF ตามลำดับ ในขณะที่ระบบเดิมจะทำน้ำเย็นจาก 54/55 oF ไปเป็น 44/45 oF กระนั้นก็ตามเมื่อพิจารณาในภาพรวม กล่าวคือ เมื่อพิจารณาการใช้พลังงานของทั้งเครื่องทำน้ำเย็น เครื่องสูบน้ำ และหอผึ่งลมเย็น หรือที่รู้จักกันในชื่อว่า “Overall Chiller Plant Efficiency” จะพบว่า การใช้พลังงานในภาพรวมจะมีค่าลดลงอย่างมีนัยสำคัญที่ทุกๆ สภาวะโหลด ดังแสดงในรูปที่ 2

 

 

ทั้งนี้การออกแบบระบบ “Low Flow Low Temp” นี้สามารถประยุกต์ใช้งานได้ทั้งฝั่ง Evaporator และ Condenser ซึ่งหากประยุกต์ใช้ระบบ Low Flow Low Temp ทั้งสองด้านก็จะช่วยให้เกิดการประหยัดพลังงานที่มากยิ่งขึ้น

  

picdata/arcticle/3/data/B4.JPG

(1)

 

picdata/arcticle/3/data/B5.JPG

 (2)

 

รูปที่ 2 (1,2) เปรียบเทียบการใช้พลังงานระหว่างระบบทำน้ำเย็นแบบ Conventional และแบบ Low Flow Low Temp

 

 

ข้อดีของระบบ Low Flow Low Temp

 

1.  ประหยัดเงินลงทุน (Initial Cost) จากเครื่องสูบน้ำที่มีขนาดเล็กกว่า รวมถึงระบบท่อน้ำ ฉนวน วาล์ว ข้อต่อ ข้องอ และอุปกรณ์ Fitting ต่างๆ ที่มีขนาดเล็กลง

2.  ประหยัดค่าใช้จ่ายในการดำเนินงาน (Operating Cost) จากพลังงานไฟฟ้ารวมที่น้อยกว่าระบบ Conventional อันเนื่องจากปริมาณการไหลของน้ำในระบบที่ลดลง

3. ช่วยเพิ่มคุณภาพอากาศภายในอาคาร จากปริมาณความชื้นที่ลดลง อันเนื่องจากความสามารถในการดึงความชื้นที่ดีกว่าจากการใช้น้ำเย็นที่อุณหภูมิต่ำกว่าปกติ

4.  ช่วยเพิ่มพื้นที่ใช้สอยในอาคารมากขึ้นอันเนื่องจากพื้นที่ที่ใช้ในการติดตั้งระบบลดลง ทั้งทางด้าน Water Side และ Air Side

5.  ระดับเสียงภายในระบบท่อน้ำลดลง อันเนื่องจากปริมาณน้ำที่หมุนเวียนในระบบท่อที่ลดลง

6.  หากนำระบบ Variable Primary Flow (VPF) มาใช้ร่วมกับระบบ Low Flow Low Temp (LFLT) จะช่วยเพิ่มการประหยัดพลังงานได้มากยิ่งขึ้น ดังแสดงในรูปที่ 3

 

 

picdata/arcticle/3/data/B6.JPG

 รูปที่ 3 เปรียบเทียบการใช้พลังงานรวมของระบบ ChillerPlant แบบ Conventional, Low Flow Low Temp และ Low Flow Low Temp & VPF

 

 

ข้อพิจารณาของระบบ Low Flow Low Temp

 

เนื่องจากอัตราการไหลที่ต่ำกว่าปกติของระบบ Low Flow Low Temp ดังนั้นจำนวนครีบแลกเปลี่ยนความร้อน (fin per inch, fpi) และจำนวนแถวคอยล์น้ำเย็น (row) ในชุด Fan Coil และ AHU อาจเพิ่มขึ้นบ้างเล็กน้อยเพื่อชดเชยอัตราการไหลของน้ำเย็นที่ต่ำกว่าปกติ อย่างไรก็ตามสำหรับ AHU ขนาดใหญ่ (มากกว่า 5 ตัน) จำนวนแถวคอยล์น้ำเย็นยังคงเท่ากับระบบ Conventional แต่จำนวนครีบแลกเปลี่ยนความร้อนอาจเพิ่มขึ้นบ้างเล็กน้อยหรือไม่เพิ่มเลย

 

ข้อแนะนำในการใช้ระบบ Low Flow Low Temp

  1. เนื่องจากอัตราการไหลในระบบ Low Flow Low Temp จะมีค่าน้อยกว่าระบบ Conventional เพื่อที่จะให้ได้ความสามารถในการทำความเย็นเท่าเดิมนั้น นอกจากค่าอุณหภูมิแตกต่างของน้ำเย็นจะต้องมีค่ามากกว่าปกติแล้ว (DT= 15 oF) อุณหภูมิน้ำเย็นที่ออกจากเครื่องทำน้ำเย็น (Leaving Chilled Water Temp) ควรมีค่าต่ำกว่าระบบ Conventional ด้วย กล่าวคือควรมีค่าน้อยกว่า 44 oF (42-43 oF) ทั้งนี้เพื่อให้อุณหภูมิน้ำเย็นที่มีค่าต่ำกว่าปกตินั้นช่วยในการทำความเย็นเพิ่มมากขึ้น แม้ว่าอัตราการไหลของน้ำเย็นจะต่ำกว่าปกติก็ตาม รวมถึงยังช่วยลดและควบคุมความชื้นภายในบริเวณปรับอากาศได้เป็นอย่างดี อันเนื่องจากน้ำเย็นที่มีอุณหภูมิต่ำกว่าย่อมสามารถดึงความชื้นของอากาศได้ดีกว่าน้ำเย็นที่มีอุณหภูมิสูงกว่า
  2. เนื่องจากอัตราการไหลของน้ำเย็นในระบบท่อที่น้อยกว่าปกติ ดังนั้นระบบ Low Flow Low Temp จึงควรได้รับการปรับสมดุลย์น้ำ (Hydronic Balancing) ในช่วง ปรับแต่งระบบ (Commissioning) อย่างเหมาะสม รวมถึงการเลือกใช้ Control Valve หรือ Pressure Independent Characteristic Control Valve (PICCV) ที่ AHU/FC แต่ละตัวและ Temperature Sensor ทางด้าน Air Side เพื่อให้การทำงานของระบบมีประสิทธิภาพสูงสุด และเพื่อลดปัญหาอัตราการไหลของน้ำเย็นที่มีค่าเกินกว่าที่ออกแบบไว้ (Over Flow) อันเป็นสาเหตุให้เกิดปัญหาค่าอุณหภูมิแตกต่างของน้ำเย็นต่ำกว่าค่าที่ออกแบบไว้ (Low DT Syndrome) ซึ่งจะส่งผลให้เกิดการสิ้นเปลืองพลังงานที่เครื่องสูบน้ำมากยิ่งขึ้นและเป็นอีกสาเหตุหนึ่งที่ทำให้อายุการใช้งานของเครื่องทำน้ำเย็นสั้นลง
  3. การบำรุงรักษาและดูแลความสะอาดคอยล์แลกเปลี่ยนความร้อนที่ AHU/FC แต่ละตัวเป็นประจำ รวมถึง Control Valve ที่ AHU/FC แต่ละตัวและ Temp Sensor ทางด้าน Air Side ให้อยู่ในสภาพพร้อมใช้งานอย่างสม่ำเสมอ จะช่วยเพิ่มอายุการใช้งานของระบบ Low Flow Low Temp ที่มีประสิทธิภาพสูงสุดอยู่ตลอดเวลาได้

 

 

ตัวอย่างโครงการในประเทศไทยที่ใช้ระบบ Low Flow Low Temp

 

ระบบ Low Flow Low Temp ได้ถูกออกแบบใช้งานในประเทศไทยเป็นระยะเวลานานแล้ว ดังจะเห็นได้จากโครงการขนาดใหญ่ต่างๆ ในอดีตที่ผ่านมา (ซึ่งเครื่องทำน้ำเย็นที่ใช้ในแต่ละโครงการนั้นมาจากผู้ผลิตที่แตกต่างกันออกไป) เช่น อาคาร SCB Park, ห้างสรรพสินค้าฟิวเจอร์ ปาร์ค รังสิต, ห้างสรรพสินค้าซีคอน สแควร์, ห้างสรรพสินค้า MBK, ธนาคารกสิกรไทย (สาขาราษฎร์บูรณะ), โรงงานโซนี่, โรงงานซีเกท (โคราช), โรงงานแม็กซิม อิเล็คโทรนิกส์, โรงงานเจลลี่-เบอร์ลี่, และอาคารอนุรักษ์พลังงานเฉลิมพระเกียรติ (คลอง 5) ฯลฯ

 

สำหรับตัวอย่างโครงการเมื่อเร็วๆ นี้รวมถึงโครงการในปัจจุบัน ได้แก่ ห้างสรรพสินค้าเทสโก้ โลตัส กว่า 40 สาขาทั่วประเทศรวมถึง Green Store 2 สาขา (พระราม 1 และศาลายา), ห้างสรรพสินค้าเซ็นทรัล 4 สาขา (แจ้งวัฒนะ-พัทยา-ชลบุรี-ขอนแก่น), ห้างสรรพสินค้าคาร์ฟูร์ 4 สาขา (หางดง-อุดรธานี-ชุมพร-ลพบุรี), อาคาร Energy Complex (ENCO), และธนาคารกสิกรไทย (สาขาแจ้งวัฒนะ) เป็นต้น ทั้งนี้ อาคาร ENCO และ ธนาคารกสิกรไทย (สาขาแจ้งวัฒนะ) ปัจจุบันทั้ง 2 โครงการกำลังขอการรับรองจาก USGBC ภายใต้ข้อกำหนดของ LEED® อยู่ด้วย

 

การประยุกต์ใช้ระบบ Low Flow Low Temp กับข้อกำหนดของ LEED® Green Building Rating System

 

จากข้อกำหนดล่าสุดของ LEED® 2009 for New Construction and Major Renovation ซึ่งเป็นเวอร์ชั่นล่าสุดพบว่า อาคารที่จะได้รับการรับรองจาก LEED® ต้องมีประสิทธิภาพการใช้พลังงานรวมทั้งอาคาร ดีกว่าเกณฑ์การใช้พลังงานขั้นต่ำตามมาตรฐาน ANSI/ASHRAE/IESNA Standard 90.1-2007 ไม่น้อยกว่า 10% สำหรับอาคารใหม่และ 5% สำหรับการปรับปรุงอาคารเก่า หากอาคารใดสามารถทำได้ดีมากยิ่งขึ้นไปอีก ก็จะเพิ่มโอกาสการได้รับการรับรองจาก LEED® ที่มากยิ่งขึ้น ทั้งนี้ ระบบ Low Flow Low Temp สามารถช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงานของอาคารเพื่อให้สอดคล้องตามเกณฑ์การประเมินของ LEED® ได้เป็นอย่างดี รวมถึงการประเมินในหัวข้อ Innovation in Design ซึ่งเป็นคะแนนในส่วนโบนัสที่ให้เฉพาะการออกแบบที่เป็นนวัตกรรมเท่านั้น ซึ่งการออกแบบระบบ Low Flow Low Temp จัดเป็นนวัตกรรมการออกแบบที่จะได้รับคะแนนในส่วนนี้ด้วย

 

สรุป

 

ระบบ Low Flow Low Temp จัดเป็นระบบผลิตน้ำเย็นที่เหมาะสมสำหรับผู้ที่เกี่ยวข้องต่างๆ ดังนี้

 

  1. ผู้ประกอบการ - ประหยัดเงินลงทุน ค่าใช้จ่ายในการดำเนินงาน เพิ่มพื้นที่ใช้สอยและคุณภาพอากาศภายในอาคาร
  2. ผู้รับเหมาก่อสร้าง - ประหยัดเงินลงทุนในการก่อสร้างระบบ และเพิ่มพื้นที่ใช้สอยระหว่างการทำงาน
  3. ผู้ออกแบบ - จัดเป็นนวัตกรรมการออกแบบระบบผลิตน้ำเย็นเพื่อการประหยัดพลังงาน ที่ช่วยเพิ่มคุณค่าและแตกต่างไปจากการออกแบบทั่วไปในท้องตลาด
  4. ประเทศชาติ – ลดการนำเข้าพลังงานปฐมภูมิที่ใช้ในการผลิตไฟฟ้าของประเทศ อาทิเช่น ก๊าซธรรมชาติจากประเทศพม่า รวมถึงช่วยลดความต้องการในการตั้งโรงไฟฟ้าใหม่ของประเทศได้
  5. สิ่งแวดล้อม – ลดปัญหาภาวะโลกร้อน อันเนื่องจากการใช้พลังงานไฟฟ้าที่มีประสิทธภาพ

 

 

 

 

 

เอกสารอ้างอิง

  1. สุมาลี โฆษิตาพันธุ์, 2552. “การประยุกต์ใช้อุปกรณ์เพื่อการประหยัดพลังงาน.” เอกสารโครงการอบรมวิชาชีพสำหรับวิศวกรอายุงาน 6 ปี-อายุงาน 15 ปี, สมาคมวิศวกรรมปรับอากาศแห่งประเทศไทย
  2. U.S. Green Building Council. 2009. LEED Reference Guide for Green Building Design and Construction, 2009 Edition: USGBC.
  3. “EarthWiseTM Design for Applied Chilled-Water Systems.” TRANE system designer’s fact sheet, May 2000.
  4. Donald, P. Fiorino 1999. “Achieving High Chilled-Water Delta Ts.” ASHRAE Journal, November 1999 : p.24-30.
  5. Krisner, W. 1998. “Low delta t central plant syndrome.” ASHRAE Journal 40(1) : p.37-42.
  6. Avery, G. 1998. “Controlling chillers in variable flow systems.” ASHRAE Journal 40(2) : p.42-45.
  7. Hansen, E.G. 1998. Letter to the editor, “Re: Low Delta T.” ASHRAE Journal 40(11) : p.19.
  8. “How Low-Flow Systems Can Help You … Give Your Customers What They Want.” TRANE Engineer Newsletter 26(2), August 1997 : p.1-3.
  9. Krisner, W. 1995. “Troubleshooting chilled-water distribution problems at NASA Johnson Space Center.” Heating/Piping/Air Conditioning 67(2) : p.51-59.
  10. Hansen, E.G. 1985. Hydronic System Design and Operation. New York : McGraw-Hill.
Home Home Sign Out Ingersoll Rand Trane Thailand Terms of User