chilled water system1
TRANSCRIPT
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