ระบบปรับอากาศที่ใช้เครื่องทำน้ำเย็น (Water Chiller)

เนื่องจากเครื่องปรับอากาศแบบหน้าต่าง,แบบแยกส่วนและแบบ PackagedUnit ต่างก็มีข้อดีข้อเสีย และมีข้อจำกัดในการติดตั้งอยู่ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เรื่องระยะห่างระหว่าง Condensing Unit กับ FCUซึ่งห่างไม่ได้มากนักในกรณีของเครื่องปรับอากาศแบบแยกส่วน, ส่วนเครื่องแบบหน้าต่างก็ดูไม่สวยงาม และเสียงดัง, เครื่องแบบ Packaged Unit  ก็ยังมีเสียงดังและการควบคุมอุณหภูมิก็ยังไม่แน่นอน เนื่องจากการควบคุมอุณหภูมิอาศัยการ ตัด-ต่อ ของคอมเพรสเซอร์ ดังนั้นจึงได้มีการนำเครื่องทำน้ำเย็น เมื่อทำน้ำเย็นก่อนแล้ว จึงใช้น้ำเย็นนี้เป็นตัวกลางในการส่งผ่านความเย็นต่อไปให้กับ FCUหรือ AHU อีกทอดหนึ่ง

โครงสร้างของเครื่องทำน้ำเย็นก็เหมือนกับเครื่องปรับอากาศทุกชนิดคือมีวงจรการทำความเย็น ( Refrigeration Cycle) หมือนเดิม เพียงแต่แทนที่อีวาโปเรเตอร์จะทำความเย็นให้อากาศโดยตรงก็กลับไปทำความเย็นให้กับน้ำก่อน เมื่อน้ำเย็นแล้ว จึงใช้น้ำเป็นตัวกลางถ่ายทอดความเย็นต่อไปสาเหตุที่ต้องใช้น้ำเป็นตัวกลางถ่ายทอดความเย็นนี้ เนื่องจากน้ำสามารถสูบจ่ายไปได้ไกลๆโดยไม่มีปัญหาจะรั่วบ้างก็ไม่เป็นไรและการควบคุมปริมาณน้ำก็ทำได้ง่าย ซึ่งก็จะมีผลทำให้การควบคุมอุณหภูมิทำได้ง่ายและแม่นยำขึ้น การที่ไม่มีคอมเพรสเซอร์อยู่กับ FCU หรือ AHU เหมือนกับเครื่องPackaged Unitก็ทำให้ไม่มีปัญหาเสียงดังรบกวนจากคอมเพรสเซอร์

Air Cooled Water Chiller

ก็คือเครื่องทำน้ำเย็นที่อาศัยการระบายความร้อนด้วยอากาศลักษณะของงานที่ใช้เครื่องทำน้ำเย็นแบบนี้จะเป็นลักษณะของงานที่มีความต้องการความเย็นไม่มากนัก (มักจะไม่เกิน 500 ตันความเย็น)ซึ่งต้องการความสะดวกในการติดตั้ง และต้องการลดภาระการดูแลรักษา หรือ จะใช้ในโครงการที่ขาดน้ำหรือไม่มีน้ำที่มีคุณภาพพอจะมาใช้ระบายความร้อนของเครื่องได้ อย่างไรก็ตาม เครื่องที่ระบายความร้อนด้วยอากาศ ก็ย่อมที่จะกินไฟมากกว่าเครื่องที่ระบายความร้อนด้วยน้ำ (โดยทั่วไปเครื่องทำน้ำเย็นแบบระบายความร้อนด้วยอากาศกินไฟประมาณ 1.4 -1.6 กิโลวัตต์/ตัน)น้ำเย็นจากเครื่องทำน้ำเย็น จะถูกเครื่องสูบน้ำเย็น (Chilled Water Pump) จ่ายเข้าสู่ระบบไปยัง FCUและ AHU โดยอุณหภูมิน้ำเย็นนี้จะอยู่ที่ประมาณ 7 องศาเซลเซียส เมื่อใช้งานผ่าน FCU หรือ AHUแล้ว จะมีอุณหภูมิสูงขึ้นเป็นประมาณ 12 องศาเซลเซียส ก็จะถูกส่งกลับมายังเครื่องทำน้ำเย็นอีกครั้งหนึ่งระบบส่งน้ำเย็นนี้อาศัยท่อน้ำเย็น (Chilled Water Pipe) มีทั้งท่อส่งน้ำเย็น (Supply Chilled Water Pipe)  และท่อน้ำเย็นกลับ (Return Chilled Water Pipe) ซึ่งจะต้องหุ้มฉนวนเพื่อป้องกันน้ำเกาะท่อ (Condensation) เนื่องจากความเย็นของท่อ จะทำให้ความชื้นที่อยู่ในอากาศมาเกาะเป็นหยดน้ำที่ท่อคอมเพรสเซอร์ที่ใช้มักจะเป็นคอมเพรสเซอร์แบบลูกสูบ หากมีขนาดใหญ่หน่อยก็อาจจะมีชนิดที่เป็นสกูร ส่วนชนิดที่เป็นหอยโข่ง จะมีใช้เฉพาะเครื่องขนาดใหญ่จริงๆ เท่านั้นที่ออกแบบมาใช้แถบตะวันออกราจะไม่เห็นนำมาใช้ในประเทศไทย

โดยทั่วไปเครื่องปรับอากาศที่ใช้ในอาคารขนาดใหญ่จะเป็นเครื่องปรับอากาศแบบรวมศูนย์ที่เรียกว่าชิลเลอร์ ซึ่งแบ่งเป็นระบบระบายความร้อนด้วยน้ำและระบบระบายความร้อนด้วยอากาศชิลเลอร์อาศัยน้ำเป็นตัวนำพาความเย็นไปยังห้องหรือจุดต่างๆโดยน้ำเย็นจะไหลไปยังเครื่องทำลมเย็น (Air Handling Unit : AHU หรือ Fan Coil Unit : FCU) ที่ ติดตั้งอยู่ในบริเวณที่จะปรับอากาศจากนั้นน้ำที่ไหลออกจากเครื่องทำลมเย็นจะถูกปั๊มเข้าไปในเครื่องทำน้ำเย็นขนาดใหญ่ที่ติดตั้งอยู่ในห้องเครื่องและไหลเวียนกลับไปยังเครื่องทำลมเย็นอยู่เช่น นี้สำหรับเครื่องทำน้ำเย็นนี้จะต้องมีการนำความร้อนจากระบบออกมาระบายทิ้งที่ ภายนอกอาคารด้วย
บริเวณที่ปรับอากาศจะมีแต่เครื่องทำลมเย็น ท่อน้ำ และท่อลมที่ต่อเข้ากับเครื่องทำลมเย็นเท่านั้นโดยน้ำเย็นที่มีอุณหภูมิประมาณ 6-8 Cจะไหลเข้าไปในเครื่องทำลมเย็นที่ประกอบด้วยแผงท่อน้ำเย็นที่มีน้ำเย็นไหลอยู่ภายในแผ่นกรองอากาศซึ่งโดยทั่วไปเป็นแผงใยอลูมิเนียมพัดลมและมอเตอร์ไฟฟ้าที่ดูดอากาศจากบริเวณที่ปรับอากาศให้ไหลผ่านแผ่นกรอง และแผงท่อน้ำเย็นเมื่อไหลออกไปน้ำจะ?มีอุณหภูมิสูงขึ้นที่ประมาณ 10-13 C ข้อควรระวัง ความเสียหายอาจเกิดขึ้น ด้หากการประกอบเครื่องและการเชื่อมต่อท่อไม่ได้มาตรฐานท่อน้ำอาจแตกทำให้น้ำรั่ว สร้างความเสียหายให้กับห้องที่ติดตั้งได้การ ที่ระบบปรับอากาศจะทำงานได้เต็มประสิทธิภาพนั้น จะต้องอาศัยการระบายความร้อนที่ดี ซึ่งอุปกรณ์ที่ใช้ระบายความร้อนออกจากระบบปรับอากาศก็คือหอระบายความร้อน (Cooling Tower)ดังนั้นควรให้ความเอาใจใส่ในการดูแลรักษาหอระบายความร้อน ให้สามารถระบายความร้อนได้เต็มประสิทธิภาพ

Water Cooled Water Chiller

โดยทั่วไปเครื่องปรับอากาศที่ใช้ในอาคารขนาดใหญ่จะเป็นเครื่องปรับอากาศแบบรวมศูนย์ที่เรียกว่าชิลเลอร์ซึ่งแบ่งเป็นระบบระบายความร้อนด้วยน้ำและระบบระบายความร้อนด้วยอากาศ ชิลเลอร์อาศัยน้ำเป็นตัวนำพาความเย็นไปยังห้องหรือจุดต่างๆโดยน้ำเย็นจะไหล ไปยังเครื่องทำลมเย็น( Air Handling Unit : AHU หรือ Fan Coil Unit : FCU) ที่ ติดตั้งอยู่ในบริเวณที่จะปรับอากาศจากนั้นน้ำที่ไหลออกจากเครื่องทำลมเย็นจะถูกปั๊มเข้าไปในเครื่องทำน้ำเย็นขนาดใหญ่ที่ติดตั้งอยู่ในห้องเครื่องและไหลเวียนกลับไปยังเครื่องทำลมเย็นอยู่เช่นนี้สำหรับเครื่องทำน้ำเย็นนี้จะต้องมีการนำความร้อนจากระบบออกมาระบายทิ้งที่ ภายนอกอาคารด้วย บริเวณที่ปรับอากาศจะมีแต่เครื่องทำลมเย็น ท่อน้ำ และท่อลมที่ต่อเข้ากับเครื่องทำลมเย็นเท่านั้น?โดยน้ำเย็นที่มีอุณหภูมิประมาณ 6-8 C จะไหลเข้าไปในเครื่องทำลมเย็นที่ประกอบด้วยแผงท่อน้ำเย็นที่มีน้ำเย็นไหลอยู่ภายในแผ่นกรองอากาศซึ่งโดยทั่วไปเป็นแผงใยอลูมิเนียมพัดลมและมอเตอร์ไฟฟ้าที่ดูดอากาศจากบริเวณที่ปรับอากาศให้ไหลผ่านแผ่นกรองและแผงท่อน้ำเย็นเมื่อไหลออกไปน้ำจะมีอุณหภูมิสูงขึ้นที่ประมาณ 10-13 C ข้อ ควรระวังความเสียหายอาจเกิดขึ้นได้หากการประกอบเครื่องและการเชื่อมต่อท่อไม่ได้มาตรฐานท่อน้ำอาจแตกทำให้น้ำรั่วสร้างความเสียหายให้กับห้องที่ติดตั้งได้การที่ระบบปรับอากาศจะทำงานได้เต็มประสิทธิภาพนั้นจะต้องอาศัยการระบายความร้อนที่ดี ซึ่งอุปกรณ์ที่ใช้ระบายความร้อนออกจากระบบปรับอากาศก็คือหอระบายความร้อน (Cooling Tower)ดังนั้นควรให้ความเอาใจใส่ในการดูแลรักษาหอระบายความร้อนให้สามารถระบายความร้อนได้ต็มประสิทธิภาพ

หน้าที่การทำงานของอุปกรณ์ต่างๆในชิลเลอร์ มีรายละเอียดดังนี้ คือ
1) ตัวควบแน่น (Condenser) หรือคอยล์ร้อนคืออุปกรณ์ที่ใช้ระบายความร้อนให้กับสารทำความเย็นที่ระเหยกลายเป็นก๊าซและเพื่อให้เกิดการควบแน่นของสารทำความเย็นเป็นของเหลวคอยล์ร้อนมีทั้งชนิดที่ ระบายความร้อนด้วยอากาศ (Air-Cooled) และชนิดระบายความร้อนด้วยน้ำ (Water-Cooled)
2) คอยล์เย็น (Evaporator)คือ อุปกรณ์ที่ใช้ในการทำความเย็น โดยดึงความร้อนที่อยู่โดยรอบคอยล์เย็นเพื่อทำให้สารทำความเย็นซึ่งเป็นของเหลวระเหยกลายเป็นก๊าซ ผลที่ได้คือความเย็นเกิดขึ้น
3) อุปกรณ์ลดความดัน คืออุปกรณ์ควบคุมปริมาณสารทำความเย็นที่ไหลเข้าไปในคอยล์เย็นและช่วยลดความดันของสารทำความเย็นลงเช่นThermal Expansion Valve และCapillary Tubeเป็นต้น ผลที่ได้คือสารทำความเย็นที่มีสภาพเป็นก๊าซ
4) คอมเพรสเซอร์ (Compressor) ทำหน้าที่ดูดสารทำความเย็นในสภาพที่เป็นก๊าซเข้ามาและอัดให้เกิดความดันสูง ซึ่งทำให้ก๊าซมีความร้อนเพิ่มขึ้นตามไปด้วยคอมเพรสเซอร์ที่ใช้งานทั่วไปมีทั้งชนิดที่เป็นแบบลูกสูบ(Reciprocating Compressor)แบบโรตารี (RotaryCompressor)หรืออาจเป็นแบบหอยโข่ง (Centrifugal Compressor) และแบบที่นิยมใช้ในเครื่องปรับอากาศขนาดใหญ่ได้แก่แบบสกรู (Screw Compressor)

เครื่องปรับอากาศ มีพื้นฐานการทำงานเหมือนกับเครื่องทำความเย็น เมื่อลูกสูบทำงานสารทำความย็นในสภาพที่เป็นก๊าซจะถูกดูดเข้าไปในกระบอกสูบและถูกอัดจนมีความดันและอุณหภูมิสูงขึ้นจากนั้นจะถูกส่งมาที่ลิ้นทางจ่ายออกไปตามท่อจนถึงคอยล์ร้อนซึ่งจะระบายความร้อนออกจากสารทำความเย็นในสภาพที่เป็นก๊าซซึ่งจะเกิดการกลั่นตัวเป็นสารทำความเย็นเหลวในสภาพเดิม ทำงานหมุนเวียนต่อเนื่องกันไปเป็นวงจรเช่นนี้การ ทำงานของเครื่องปรับอากาศที่ติดตั้งในห้องนั้นสารทำความเย็นจะระเหยที่คอยล์เย็นซึ่งติดตั้งอยู่ภายในห้องพัดลม(หรือเครื่องทำลมเย็น)ในเครื่องจะพัดผ่านคอยล์เย็นทำให้อากาศภายในห้องเย็นลงก๊าซที่เกิดจากสารทำความเย็นที่ระเหยแล้วจะถูกอัดโดยคอมเพรสเซอร์ที่ติดตั้งอยู่ภายในห้องและกลั่นตัว ป็นของเหลวตามเดิมไหลวนเป็นวัฏจักรการทำความเย็นอยู่เช่นนี้ส่วนอากาศร้อนจะถูกขับออกไปทิ้งนอกห้อง

ที่มา : หนังสือความรู้เบื้องต้นวิศวกรรมงานระบบ สำนักพิมพ์เอ็มแอนด์อี