เนื้อหาวันที่ : 2013-04-25 15:51:15 จำนวนผู้เข้าชมแล้ว : 1599 views

Chiller Plant Optimization

ระบบทำน้ำเย็นใช้ไฟฟ้า เป็นที่นิยมใช้ในอุตสาหกรรม เพื่อการปรับสภาพอากาศในโรงงาน และน้ำเย็นสำหรับกระบวนการผลิต และระบบทำน้ำเย็นก็เป็นระบบที่ใช้พลังงานสูงในอันดับต้น ๆ ของอุปกรณ์เครื่องจักรในโรงงาน ผู้ผลิตเครื่องทำน้ำเย็นก็พยายามที่จะพัฒนาเครื่องที่มีประสิทธิภาพสูงขึ้นใช้พลังงานน้อยลง และตลอดระยะเวลากว่า 35 ปี ที่ผ่านมาประสิทธิภาพเครื่องทำน้ำเย็นได้ถูกพัฒนาให้ดีขึ้นกว่า 2 เท่า ประสิทธิภาพของเครื่องทำน้ำเย็นมี COP ถึง 7.8 หรือ 0.45 kW/RT ดังรูปที่ 1 อย่างไรก็ตามด้วยข้อจำกัดตามวัฏจักรของคาร์นอท (Carnot Cycle) COP สูงสุดจะอยู่ที่ 8.33 ทำให้การพัฒนาเครื่องทำน้ำเย็นให้มีประสิทธิภาพมากขึ้นจะยากขึ้นดังรูปที่ 2 ประสิทธิภาพจะเพิ่มขึ้นแบบไม่เป็นสัดส่วนกับต้นทุนวัสดุ โดยเฉพาะอย่างยิ่งต้องเพิ่มพื้นที่ผิวในการแลกเปลี่ยนความร้อนอย่างมากเพื่อจะให้ได้ประสิทธิภาพอุดมคติ ดังนั้นในการเพิ่มประสิทธิภาพอาจจะต้องพิจารณาการเพิ่มประสิทธิภาพทั้งระบบไม่ใช่มองเฉพาะเครื่องทำน้ำเย็นอย่างเดียว

Chiller Plant Optimization

 

วัชระ มั่งวิทิตกุล
realyouenergy@yahoo.com

                  ระบบทำน้ำเย็นใช้ไฟฟ้า เป็นที่นิยมใช้ในอุตสาหกรรม เพื่อการปรับสภาพอากาศในโรงงาน และน้ำเย็นสำหรับกระบวนการผลิต และระบบทำน้ำเย็นก็เป็นระบบที่ใช้พลังงานสูงในอันดับต้น ๆ ของอุปกรณ์เครื่องจักรในโรงงาน ผู้ผลิตเครื่องทำน้ำเย็นก็พยายามที่จะพัฒนาเครื่องที่มีประสิทธิภาพสูงขึ้นใช้พลังงานน้อยลง และตลอดระยะเวลากว่า 35 ปี ที่ผ่านมาประสิทธิภาพเครื่องทำน้ำเย็นได้ถูกพัฒนาให้ดีขึ้นกว่า 2 เท่า

ประสิทธิภาพของเครื่องทำน้ำเย็นมี COP ถึง 7.8 หรือ 0.45 kW/RT ดังรูปที่ 1 อย่างไรก็ตามด้วยข้อจำกัดตามวัฏจักรของคาร์นอท (Carnot Cycle) COP สูงสุดจะอยู่ที่ 8.33 ทำให้การพัฒนาเครื่องทำน้ำเย็นให้มีประสิทธิภาพมากขึ้นจะยากขึ้นดังรูปที่ 2 ประสิทธิภาพจะเพิ่มขึ้นแบบไม่เป็นสัดส่วนกับต้นทุนวัสดุ โดยเฉพาะอย่างยิ่งต้องเพิ่มพื้นที่ผิวในการแลกเปลี่ยนความร้อนอย่างมากเพื่อจะให้ได้ประสิทธิภาพอุดมคติ ดังนั้นในการเพิ่มประสิทธิภาพอาจจะต้องพิจารณาการเพิ่มประสิทธิภาพทั้งระบบ
 ไม่ใช่มองเฉพาะเครื่องทำน้ำเย็นอย่างเดียว

 

Chilled Water System Optimization

ในความเป็นจริงแล้วผู้ประกอบการต้องเสียค่าไฟฟ้าจากทั้งระบบไม่ใช่เฉพาะเครื่องทำน้ำเย็น ซึ่งระบบ (ทำน้ำเย็น) ในที่นี้หมายถึง

• เครื่องทำน้ำเย็น

• คูลลิ่งทาวเวอร์

• ปั๊มน้ำเย็น

• ปั๊มน้ำหล่อเย็น

รูปที่ 3 สัดส่วนการใช้พลังงานของอุปกรณ์ในระบบทำน้ำเย็น

 

       จากรูปที่ 3 สัดส่วนการใช้พลังงานของเครื่องทำน้ำเย็นลดลงกว่า 20% จากช่วงปี 70 (หรือ พ.ศ 2513-23) ผลก็คือสัดส่วนการใช้พลังงานของคูลลิ่งทาวเวอร์ และปั๊มน้ำเย็นมากขึ้นจนไม่อาจที่จะเพิกเฉยต่อไปได้ ดังนั้นเราจึงควรทำการลดการใช้พลังงานรวมทั้งระบบมากกว่าจะทำที่ตัวอุปกรณ์แต่ละตัว


ลองมาดูสูตรพื้นฐานของภาระทำความเย็น

 

 


         ถ้าเราสมมติให้ค่าความร้อนจำเพาะ Cp มีค่าคงที่ ถ้ากำหนดให้ภาระทำความเย็น = Q เราสามารถเพิ่มอัตราการไหลของน้ำเย็นและลดอุณหภูมิแตกต่างน้ำเย็น หรือลดอัตราการไหลและเพิ่มอุณหภูมิแตกต่างแทน ซึ่งกล่าวอีกนัยหนึ่งก็คือจะเพิ่มพลังงานของปั๊มแต่ลดพลังงานเครื่องทำน้ำเย็น หรือในทางตรงข้ามลดพลังงานของปั๊มแต่เพิ่มพลังงานเครื่องทำน้ำเย็น แต่อย่างไรก็ตามการใช้พลังงานรวมของระบบของ 2 วิธีไม่จำเป็นต้องเท่ากัน


เราสามารถวิเคราะห์ผลการใช้พลังงานจากพื้นฐานดังกล่าว 4 กรณีดังตารางต่อไปนี้ กรณีอ้างอิง (Baseline) ใช้อัตราการไหล 2.4/3.0 gpm/ton ARI Standard Rating Condition จากการศึกษาพบว่าหากลดอัตราการไหลของน้ำและเพิ่มอุณหภูมิแตกต่างน้ำจะใช้พลังงานรวมต่ำสุด (ต่ำกว่ากรณีอ้างอิง 35%) ถึงแม้ว่าเครื่องทำน้ำเย็นจะใช้พลังงานสูงสุดก็ตาม

 

รูปที่ 4 การใช้พลังงานของระบบทำน้ำเย็นที่อัตราการไหลและอุณหภูมิน้ำกรณีต่าง ๆ

ประโยชน์ของระบบที่มีอัตราการไหลต่ำ

        สำหรับการทำงานที่ภาระต่ำกว่าพิกัด (Partial Load) แล้ว การใช้ระบบที่อัตราการไหลต่ำและอุณหภูมิน้ำแตกต่างมากจะทำให้การใช้พลังงานรวมของระบบต่ำกว่าระบบที่ใช้อัตราการไหลสูงและอุณหภูมิน้ำแตกต่างน้อยด้วย และให้ผลประหยัดที่มากกว่าเมื่อเทียบกับที่พิกัดอีกด้วยดังรูปที่ 5


รูปที่ 5 กราฟแสดงผลการประหยัดพลังงานที่ภาระต่ำกว่าพิกัด (Partial Loads)

 

จะเห็นว่าระบบอัตราการไหลต่ำดูเหมือนว่าจะช่วยลดการใช้พลังงานได้มาก อาจจะมีข้อสงสัยว่าแล้วการลงทุนเริ่มต้นล่ะ ?
การใช้ระบบอัตราการไหลต่ำและเพิ่มอุณหภูมิแตกต่างน้ำจาก 10 oF (5.56 oC) เป็น 18 oF (10 oC) จะช่วยลดขนาดปั๊ม วาล์ว ท่อ ฉนวน ดังนี้


         และยิ่งเป็นโครงการปรับปรุง (Retrofitting) ยิ่งประหยัดได้มากขึ้น เช่นเมื่อต้องการภาระทำความเย็นเพิ่มขึ้นจาก 500 RT เป็น 750 RT เพียงแต่ควบคุมการเดินปั๊มน้ำหล่อเย็นจาก 3 gpm/ton (0.194 m3/h-kW) เป็น 2 gpm/ton (0.129 m3/h-kW) และเลือกเครื่องทำน้ำเย็นที่อุณหภูมิคอนเดนเซอร์สูงขึ้น 

        อย่างไรก็ตามอัตราการไหลต่ำก็ไม่ใช่จะช่วยประหยัดพลังงานโดยรวมเสมอไป เราต้องเลือกอัตราการไหลที่เหมาะสมโดยพิจารณาคุณสมบัติและต้นทุนของปั๊มและเครื่องทำน้ำเย็นควบคู่กัน

        นอกจากนี้ความสัมพันธ์ของเครื่องทำน้ำเย็นกับคูลลิ่งทาวเวอร์ก็เป็นอีกจุดหนึ่งในการลดการใช้พลังงานรวมของทั้งระบบ ตามรูปที่ 6 พลังงานของคูลลิ่งทาวเวอร์ลดลงเมื่ออุณหภูมิน้ำหล่อเย็นเพิ่มขึ้น แต่พลังงานเครื่องทำน้ำเย็นมากขึ้น และจะมีอยู่จุดหนึ่งที่พลังงานรวมต่ำสุดในกรณีนี้ที่ 79 oF (26 oC)


รูปที่ 6 การใช้พลังงานเครื่องทำน้ำเย็นและคูลลิ่งทาวเวอร์

        ในทางปฏิบัติอุณหภูมิน้ำหล่อเย็นที่เหมาะสมขึ้นอยู่กับภาระทำความเย็น อุณหภูมิกะเปาะเปียกของอากาศรอบ ๆ คูลลิ่งทาวเวอร์ ดังนั้นในการควบคุมการใช้พลังงานของคูลลิ่งทาวเวอร์กับเครื่องทำน้ำเย็นให้เหมาะสมควรใช้พัดลมแบบ 2 ความเร็วรอบหรือใช้อุปกรณ์ปรับความเร็วรอบมอเตอร์ (Variable Speed Drive, VSD) 

       กล่าวโดยสรุป การปรับปรุงเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพพลังงานโดยเน้นแต่ละอุปกรณ์อาจจะไม่ได้ประสิทธิภาพสูงสุด ถ้าเครื่องทำน้ำเย็นสามารถทำงานที่ช่วงอุณหภูมิน้ำแตกต่างที่กว้าง การใช้อัตราการไหลของน้ำต่ำจะช่วยลดการใช้พลังงานรวมทั้งระบบและลดเงินลงทุนเริ่มต้นเนื่องจากใช้คูลลิ่งทาวเวอร์ ปั๊ม ท่อ เล็กลง และจะคุ้มมากถ้าเป็นโครงการปรับปรุงงานเก่าที่ต้องการภาระทำความเย็นมากขึ้น
  
 เอกสารอ้างอิง
• Peter Xia, Ph.D, Asian R&D Center, Trane Company, Energy Saving from Chilled-Water System Optimization

  

สงวนลิขสิทธิ์ ตามพระราชบัญญัติลิขสิทธิ์ พ.ศ. 2539 www.thailandindustry.com
Copyright (C) 2009 www.thailandindustry.com All rights reserved.

ขอสงวนสิทธิ์ ข้อมูล เนื้อหา บทความ และรูปภาพ (ในส่วนที่ทำขึ้นเอง) ทั้งหมดที่ปรากฎอยู่ในเว็บไซต์ www.thailandindustry.com ห้ามมิให้บุคคลใด คัดลอก หรือ ทำสำเนา หรือ ดัดแปลง ข้อความหรือบทความใดๆ ของเว็บไซต์ หากผู้ใดละเมิด ไม่ว่าการลอกเลียน หรือนำส่วนหนึ่งส่วนใดของบทความนี้ไปใช้ ดัดแปลง โดยไม่ได้รับอนุญาตเป็นลายลักษณ์อักษร จะถูกดำเนินคดี ตามที่กฏหมายบัญญัติไว้สูงสุด