เนื้อหาวันที่ : 2010-11-26 17:57:26 จำนวนผู้เข้าชมแล้ว : 27972 views

ระบบทำความเย็นแบบดูดซึมพลังงานแสงอาทิตย์

ปัจจุบันระบบทำความเย็นมีความสำคัญต่อการดำเนินชีวิตของมนุษย์มากมาย เช่น การใช้ระบบทำความเย็นสำหรับระบบปรับอากาศในอาคารหรือบ้านเรือน หรือการรักษาความสดของอาหาร ระบบทำความเย็นในปัจจุบันที่นิยมใช้กันอย่างแพร่หลาย มี 2 ระบบ คือ ระบบอัดไอ ( Vapor Compression) และ ระบบดูดซึม หรือ ระบบดูดกลืน (Absorption)

รู้จักและประยุกต์ใช้เทคโนโลยีการทำความเย็นด้วยพลังงานแสงอาทิตย์
ตอนที่ 1 ระบบทำความเย็นแบบดูดซึมพลังงานแสงอาทิตย์

.

ทนงศักดิ์ วัฒนา
thanongsak.wattana@hotmail.com

.

.

ปัจจุบันระบบทำความเย็นมีความสำคัญต่อการดำเนินชีวิตของมนุษย์มากมาย เช่น การใช้ระบบทำความเย็นสำหรับระบบปรับอากาศในอาคารหรือบ้านเรือน หรือการรักษาความสดของอาหาร เช่น ตู้เย็น หรือห้องเย็น ระบบทำความเย็นในปัจจุบันที่นิยมใช้กันอย่างแพร่หลาย มี 2 ระบบ คือ ระบบอัดไอ ( Vapor Compression) และ ระบบดูดซึม หรือ ระบบดูดกลืน (Absorption)

.

การทำความเย็นแบบอัดไอมีความหลากหลายในการเลือกใช้งาน เช่น ในเครื่องปรับอากาศสำหรับบ้านเรือน มักใช้ระบบอัดไอด้วยคอมเพรสเซอร์ชนิดโรตารี แต่ถ้าเป็นระบบใหญ่ เช่นในอาคารขนาดใหญ่ มักจะใช้คอมเพรสเซอร์แบบหอยโข่ง (Centrifugal Compressor) หรือแบบลูกสูบ โดยใช้น้ำเป็นสารแลกเปลี่ยนความร้อน เราเรียกระบบนี้ว่า ระบบชีลเลอร์ (Chiller)                                                   

.

นอกจากนี้ยังมีการทำความเย็นอีกระบบที่นิยมใช้ คือ เครื่องทำความเย็นแบบดูดซึม เป็นระบบที่ใช้พลังงานความร้อนเพื่อเปลี่ยนเป็นความเย็น มักนิยมใช้ในโรงงานอุตสาหกรรมที่มีแหล่งผลิตความร้อนเพื่อใช้กระบวนการ และยังมีความร้อนมากพอเพื่อทำความเย็น หรือการนำความร้อนทิ้งกลับมาใช้ เพื่อเป็นการอนุรักษ์พลังงาน แต่นอกจากระบบที่กล่าวมาทั้งหมด ยังมี 2 ระบบที่สามารถทำความเย็นและใช้งานได้ คือ การทำความเย็นด้วยหัวฉีดลดความดัน (Ejector) และระบบทำความเย็นแบบเทอร์โมอิเล็กตริก 

.

การทำความเย็นทั้ง 4 แบบต้องใช้แหล่งพลังงานที่มนุษย์สร้างขึ้น เช่น ระบบอัดไอ ต้องใช้พลังงานไฟฟ้าในการขับคอมเพรสเซอร์ ซึ่งพลังงานไฟฟ้าที่ผลิตในประเทศไทยมากกว่าร้อยละ 70 มาจากเชื้อเพลิงฟอสซิล ซึ่งมีแต่จะลดลงและหมดไปในอนาคต และสืบเนื่องจากประเทศไทยมีศักยภาพพลังงานความร้อนจากแสงอาทิตย์สูง             

.

ดังนั้น การประยุกต์ใช้พลังงานความร้อนจากแสงอาทิตย์ในการผลิตความเย็นซึ่งเป็นเรื่องที่น่าสนใจและต้องให้ความสำคัญในการพัฒนา เพื่อการใช้งานในเชิงพาณิชย์ได้อย่างจริงจัง เพื่อลดการนำเข้าเชื้อเพลิงฟอสซิลของไทย พลังงานแสงอาทิตย์เป็นพลังงานสะอาดที่ไม่มีวันหมด อีกทั้งประเทศไทยเป็นประเทศที่มีศักยภาพด้านพลังงานความร้อนดีพอสมควร การพัฒนาเทคโนโลยีพลังงานความเย็นจากแสงอาทิตย์จึงเป็นทางเลือกที่มีความยั่งยืนด้านพลังงานอย่างไม่วันหมด

.

ก) เครื่องทำความเย็นแบบใช้หัวฉีดลดความดัน (Ejector)

.

ข) เครื่องทำความเย็นแบบดูดกซึม

รูปที่ 1 ตัวอย่างเครื่องทำความเย็นพลังงานแสงอาทิตย์แบบต่าง ๆ

.
ระบบทำความเย็นแบบดูดซึมพลังงานแสงอาทิตย์

พลังงานแสงอาทิตย์นอกจากเป็นแหล่งพลังงานความร้อนในการใช้ประโยชน์ด้านความร้อนที่มีศักยภาพแล้ว พลังงานแสงอาทิตย์ยังสามารถนำมาผลิตเป็นความเย็นเพื่องานด้านความเย็นหรือระบบปรับอากาศที่มีประสิทธิภาพ และยังรักษาสิ่งแวดล้อมลดการใช้พลังงานจากฟอสซิลในการผลิตไฟฟ้าเพื่อเป็นแหล่งพลังงานการขับเคลื่อนมอเตอร์เพื่อเปลี่ยนเป็นพลังงานกลและความเย็นเพื่อใช้ในกระบวนการ 

.

การประยุกต์พลังงานแสงอาทิตย์กับระบบทำความเย็นแบบดูดกลืนโดยใช้พลังงานความร้อนจากแสงอาทิตย์เป็นแหล่งหลังงานเพื่อเปลี่ยนเป็นความเย็น ระบบการทำความเย็นแบบนี้ สามารถอธิบายหลักการทำงาน ส่วนประกอบ และการประยุกต์ใช้งานได้ดังนี้

.
ประวัติความเป็นมาของระบบทำความเย็นแบบดูดซึม

เทคโนโลยีระบบทำความเย็นแบบดูดซึม เป็นเทคโนโลยีที่มีการค้นพบและใช้มานาน หรือกว่า 160 ปี โดยนาย Edmond Carre เขาได้นำเสนอระบบทำความเย็นแบบดูดซึมโดยใช้ น้ำและกรดซัลฟูริกเป็นสารทำงาน ต่อมาปี 1859 นาย Ferdinand Carre ได้นำเสนอเครื่องทำความเย็นแบบดูดซึมโดยใช้น้ำและแอมโมเนียเป็นเครื่องแรก โดยเขาได้ประดิษฐ์เครื่องทำน้ำแข็งซึ่งมีกำลังการผลิตถึง 200 กิโลกรัมต่อชั่วโมง ในงานแสดงสินค้า Universal London 

.

รูปที่ 2 แสดงภาพของนาย Ferdinand Carre และเครื่องเครื่องทำน้ำแข็งโดยระบบทำความเย็นแบบดูดซึม

 .

ในการพัฒนาระบบทำความเย็นแบบดูดซึมในระยะแรกก่อนปี 1960 เป็นระบบดุดซึมแบบชั้นเดียว โดยใช้สารลิเธียมโบไมด์เป็นสารดูดซึมและใช้น้ำเป็นสารทำความเย็น ต่อมามีการพัฒนาประสิทธิภาพของระบบให้มีประสิทธิภาพสูงขึ้น โดยการพัฒนาระบบดูดซึมแบบสองชั้น (Double Effect Absorption Chiller) ดังแสดงในรูปที่ 3

.

ก) เครื่องทำความเย็นระบบดูดซึมแบบสองชั้นของ YORK

.

ข) ไดอะแกรมของการทำความเย็นระบบดูดซึมแบบสองชั้น

รูปที่ 3 ระบบผลิตความเย็นแบบดูดซึมสองชั้น

.

หลังจากนั้น ระบบทำความเย็นระบบดูดซึมแบบสองชั้นได้รับการปรับปรุงและผลิตจำหน่ายไปทั่วโลก โดยเฉพาะประเทศญี่ปุ่น ได้ผลิตเครื่องทำความเย็นระบบดูดซึมแบบสองชั้นที่ใช้การเผาไหม้โดยตรง (Direct Fired Double Effect Chiller) และปรับปรุงระบบจนมียอดขายทั่วโลกมากมาย

.

เหตุผลที่เครื่องทำความเย็นระบบดูดซึมได้รับความนิยม อาจมีปัจจัยมาจาก การพัฒนาระบบอย่างต่อเนื่องจากหลายผู้ผลิตและหลายประเทศทำให้ประสิทธิภาพทำความเย็นสูงและเรื่องการการประหยัดพลังงานและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม การพัฒนาเครื่องทำความเย็นแบบดูดซึมยังได้รับการพัฒนาอย่างต่อเนื่อง

.

จนเมื่อปี 1985 มีการจดสิทธิบัตรระบบความเย็นแบบดูดซึมชนิดสามชั้น และได้รับการพัฒนาโดยบริษัท ยอร์ค อินเตอร์เนชั่นแนล สหรัฐอเมริกา และผลิตออกจำหน่ายประมาณปี ค.ศ. 2000-2001 เทรน เป็นอีกผู้ผลิตเครื่องทำความเย็นที่พัฒนาระบบความเย็นแบบดูดซึมชนิดสามชั้น โดยเพิ่มประสิทธิภาพของระบบ ให้สูงขึ้นประมาณ 30-50% เมื่อเทียบกับการทำความเย็นระบบดูดซึมแบบสองชั้น

.

รูปที่ 4 แสดงแผนภาพการทำงานของการทำความเย็นระบบดูดซึมแบบสามชั้น

.
รู้จักระบบทำความเย็นแบบดูดกลืน 

ระบบทำความเย็นที่นิยมใช้ตั้งแต่อดีตจนถึงปัจจุบัน คือ ระบบอัดไอ เนื่องจากระบบมีประสิทธิภาพในการทำความเย็นสูง แต่ระบบอัดไอมีการใช้พลังงานในการขับคอมเพรสเซอร์ค่อนข้างสูง ทำให้สิ้นเปลืองพลังงานไฟฟ้าเป็นจำนวนมาก จึงมีการพัฒนาระบบดูดซึมขึ้นเพื่อลดค่าใช้จ่ายด้านพลังงาน และทั้งที่ใช้ในระบบส่วนใหญ่เป็นพลังงานความร้อน ซึ่งมีความหลากหลายในการเลือกใช้แหล่งพลังงานความร้อน เช่น ความร้อนเหลือจากกระบวนการ พลังงานไอน้ำจากหม้อต้มไอน้ำ หรือแม้แต่พลังงานทดแทน พลังงานแสงอาทิตย์ เป็นต้น

.

ก) Direct -fired Double Effect Lithium Bromide

.

ข) Hot Water Operated Two Stage Lithium Bromide 

รูปที่ 5 เครื่องทำความเย็นระบบดูดซึมแบบสองชั้น 

.

ส่วนประกอบของระบบทำความเย็นแบบดูดซึม ระบบทำความเย็นแบบดูดซึมมีส่วนประกอบคล้ายกับระบบอัดไอ คือ เครื่องควบแน่น (Condenser), เครื่องทำระเหย (Evaporator), วาล์วลดความดัน (Expansion Valve) และเครื่องอัดสารทำความเย็น (Compressor)   

.

แต่ในส่วนของเครื่องอัด (Compressor) ในระบบดูดซึมจะเป็นเครื่องอัดชนิดความร้อน (Thermal Compressor) ซึ่งใช้พลังงานความร้อนในการขับเคลื่อนระบบแทน ซึ่งมีองค์ประกอบเป็นเครื่องดูดซึมความร้อน (Absorber) และอุปกรณ์ให้ความร้อน (Generator) ดังแสดงในรูปที่ 6 ระบบทำความเย็นแบบดูดซึม สามารถอธิบายส่วนประกอบและหน้าที่การทำงานได้ดังนี้  

.

.

รูปที่ 6 แผนภาพการทำงานและส่วนประกอบของระบบทำความเย็นแบบดูดซึม
(ที่มา:
http://www.northeastchp.org/nac/businesses/refrigeration.htm)

.

1. เครื่องควบแน่น (Condenser) เป็นอุปกรณ์ในการควบแน่นไอของสารทำความเย็นให้กลั่นตัวกลายเป็นของเหลว โดยแลกเปลี่ยนความร้อน หรือระบายความร้อนของสารทำความเย็นให้กับน้ำหล่อเย็นจากภายนอก โดยทั่วไปจะใช้หอทำความเย็น (Cooling Tower) ในการลดอุณหภูมิของน้ำหล่อเย็น

.

รูปที่ 7 ตัวอย่างลักษณะของเครื่องควบแน่น

.

2. เครื่องทำระเหย (Evaporator) เป็นอุปกรณ์ในการแลกเปลี่ยนความร้อนระหว่างน้ำเย็นที่นำไปใช้ในกระบวนการทำความเย็น หรือระบบปรับอากาศ กับสารทำความเย็น ทำให้อุณหภูมิของน้ำเย็นลดต่ำลง และสารทำความเย็นจะกลายเป็นไอ เมื่อเกิดการแลกเปลี่ยนความร้อนในอุปกรณ์นี้ 

.

3. เครื่องดูดซึมความร้อน (Absorber) เป็นอุปกรณ์ที่ทำหน้าที่ดูดซึมความร้อน โดยตัวทำละลายทำหน้าที่ดูดซึมสารทำความเย็นเป็นสารละลาย เช่น ในกรณีระบบทำความเย็นแบบดูดซึมลิเธียมโบรไมด์ (Lithium Bromide: LiBr) และน้ำ ซึ่งสารลิเธียมโบรไมด์ ทำหน้าที่เป็นตัวทำละลายและน้ำเป็นสารทำความเย็น เป็นต้น

.

4. อุปกรณ์ให้ความร้อน (Generator) เป็นอุปกรณ์ที่ให้ความร้อนแก่ระบบในส่วนอุปกรณ์ให้ความร้อน โดยอาศัยความร้อนจากภายนอก เช่น การให้ความร้อนโดยตรง หรือ ความร้อนเหลือทิ้ง เป็นต้น ในบริเวณนี้ ความร้อนจะทำให้สารทำความเย็นในสารละลาย ระเหยออกมาทำให้ตัวดูดซึมมีความเข้มข้นเพิ่มขึ้นและส่งกลับไปใช้งานดูดซึมสารทำความเย็นที่เครื่องดูดซึมความร้อน ต่อไป ส่วนไอของสารทำความเย็นจะถูกควบแน่นที่เครื่องควบแน่น เพื่อให้เป็นของเหลวต่อไป

.

ระบบทำความเย็นแบบดูดซึมเป็นระบบที่อาศัยความร้อนในการให้ระบบทำงานเป็นส่วนใหญ่ โดยอาศัยความดันสุญญากาศเพื่อทำให้สารทำความเย็นมีจุดเดือดต่ำลง ในกลุ่มงานที่ต้องการอุณหภูมิสูงกว่า 0 OC ซึ่งเป็นระบบปรับอากาศเป็นส่วนใหญ่ มักจะใช้น้ำเป็นสารทำความเย็น ซึ่งจุดเดือดของน้ำจะแปรเปลี่ยนตามความดันสุญญากาศ ดังตัวอย่างในดังตารางที่ 1

.

ตารางที่ 1 จุดเดือดของน้ำซึ่งแปรเปลี่ยนตามความดันสุญญากาศ

.

จากหลักการดังกล่าว สารทำความเย็น (น้ำ) สามารถทำให้เดือดกลายเป็นไอได้ที่อุณหภูมิต่ำ โดยอาศัยความดันสุญญากาศ ซึ่งสามารถประยุกต์ในระบบทำความเย็นแบบดูดซึมได้ สามารถอธิบายหลักการทำงานของระบบทำความเย็นแบบดูดซึมได้ โดยแบ่งออกเป็น 4 กระบวนการ คือ การระเหย (Evaporation) การดูดซึม (Absorption) กระบวนการผลิตสารทำความเย็น (Generation) และกระบวนการควบแน่น (Condensation)

.

รูปที่ 8 อธิบายวงจรทำความเย็นระบบดูดซึมแบบชั้นเดียว

.

1.  กระบวนการระเหย (Evaporation) ในกระบวนการนี้ เป็นกระบวนการดูดความร้อนภายใต้ความดันสุญญากาศ ในกรณีที่ใช้น้ำเป็นสารทำความเย็น ความดัน 0.798 kPa น้ำจะมีจุดเดือดที่ 3.7 OC สารทำความเย็น (น้ำ) จะดูดความร้อนจากน้ำเย็นไหลกลับ (Chilled Water Return) จากกระบวนการต่าง ๆ  ซึ่งอุณหภูมิของน้ำไหลกลับประมาณ 12-14 oC         

.

ความร้อนในส่วนนี้จะเป็นถูกถ่ายไปไปยังสารทำความเย็น (น้ำ) ทำให้สารทำความเย็นระเหยกลายเป็นไอ และไหลไปสู่กระบวนการดูดซึมโดยสารดูดซึม เมื่อผ่านกระบวนการนี้ น้ำเย็น (Chilled Water) จะมีอุณหภูมิลดลงเหลือประมาณ 5-7 oC จะถูกส่งไปยังกระบวนการ หรือโหลดอีกครั้ง โดยเครื่องเพิ่มแรงดันน้ำ กระบวนการระเหยสามารถแสดงได้ในรูปที่ 9     

.

รูปที่ 9 แสดงกระบวนการระเหยของระบบทำความเย็นแบบดูดซึม โดยใช้น้ำเป็นสารทำความเย็น
(ที่มา:
http://www.fortepak.com/coolingcycle.htm)

.

2.  กระบวนการดูดซึม (Absorption) ในกระบวนการนี้สารดูดซึมเข้มข้น (Concentrated Solution) จะถูกฉีดให้กระจายลงบนท่อน้ำหล่อเย็น ด้วยเครื่องสูบ เพื่อดูดซับไอสารทำความเย็นที่เกิดขึ้นจากกระบวนการระเหย เพื่อรักษาความดันสุญญากาศภายในห้องระเหยให้มีค่า 0.798 kPa ตลอดเวลา    

.

ซึ่งทำให้กระบวนการระเหยขึ้นขึ้นได้อย่างต่อเนื่องตลอดเวลา ทำให้สารดูดซึมเข้มข้นเจือจางลงด้วยไอของสารทำความเย็น ดังแสดงในรูปที่ 10 หลังจากนั้น สารละลายเจือจางจะถูกส่งต่อไปยังกระบวนการผลิตสารทำความเย็น โดยเครื่องสูบสารละลาย ดังแสดงในรูปที่ 8

.

รูปที่ 10 แสดงกระบวนการดูดซึมของระบบทำความเย็นแบบดูดซึม โดยใช้น้ำเป็นสารทำความเย็น
(ที่มา:
http://www.fortepak.com/coolingcycle.htm)

.

3.  กระบวนการผลิตสารทำความเย็น (Generation) การจะทำให้สารทำความเย็นและสารดูดซึมกลับมาใช้งานได้อีกครั้งในกระบวนการต่าง ๆ ต้องแยกสารทำความเย็นและสารดูดซึมออกจากกัน ซึ่งเกิดการดูดซึมของสารดูดซึมกับสารทำความเย็นในกระบวนการที่ 2 (กระบวนการดูดซึม) จะอาศัยพลังงานความร้อนในการระเหยสารทำความเย็นออกจากสารดูดซึมเจือจาง ความร้อนที่นำมาใช้สามารถนำมาได้จากหลายแหล่ง เช่น จากความร้อนเหลือในกระบวนการ หรือแม้แต่พลังงานแสงอาทิตย์ เป็นต้น

.

ซึ่งในการเลือกใช้แหล่งพลังงานความร้อนได้ จึงเป็นข้อได้เปรียบของเครื่องทำความเย็นแบบนี้ ภายหลังกระบวนการนี้จะได้สารดูดซึมที่มีความเข้มข้นขึ้นและถูกส่งต่อไปยังกระบวนการที่ 2 ส่วนไอสารทำความเย็นจะถูกส่งไปยังกระบวนการควบแน่น เพื่อทำให้เป็นของเหลวและสามารถนำไปใช้งานต่อไป กระบวนการนี้สามารถแสดงได้ในรูปที่ 11

.

.

รูปที่ 11 แสดงกระบวนการผลิตสารทำความเย็นของระบบทำความเย็นแบบดูดซึม โดยใช้น้ำเป็นสารทำความเย็น
(ที่มา :
http://www.fortepak.com/coolingcycle.htm)

.

4.  กระบวนการควบแน่น (Condensation) ไอระเหยสารทำความเย็นจากกระบวนการที่ 3 จะถูกส่งเข้ามายังกระบวนการควบแน่น โดยใช้น้ำมาถ่ายเทความร้อนออกจากไอระเหยของสารทำความเย็น ทำให้สารทำความเย็นควบแน่นเป็นของเหลว และจะถูกส่งไปยังกระบวนการระเหยต่อไปส่วนน้ำหล่อเย็นจะทำงานอย่างต่อเนื่อง โดยจะนำน้ำร้อนที่รับมาจากสารทำความเย็นไปแลกเปลี่ยนความร้อนที่หอผึ่งเย็น (Cooling Tower) กระบวนการทั้งหมดจะเกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องตลอดเวลา ดังแสดงในรูปที่ 13 

.

รูปที่ 12 ลักษณะของหอผึ่งเย็น (Cooling Tower)

.

ระบบทำความเย็นแบบดูดซึม นับว่าเป็นระบบทำความเย็นที่เป็นทางเลือกที่มีความคุ้มค่าด้านการใช้พลังงาน ถึงแม้ประสิทธิภาพต่ำกว่าระบบทำความเย็นแบบอัดไอ แต่ด้วยการพัฒนาอย่างต่อเนื่องประสิทธิภาพการทำความเย็นของระบบทำความเย็นแบบนี้จะมีแต่ประสิทธิภาพสูงขึ้น     

.

เช่น การทำความเย็นระบบดูดซึมแบบสามชั้น ระบบความเย็นแบบดูดซึมปัจจุบันมีการใช้งานหลายชนิด ซึ่งสามารถแบ่งระบบทำความเย็นได้ เป็น 3 แบบใหญ่ ตามชั้น คือ ระบบทำความเย็นแบบดูดซึมชั้นเดียว ระบบทำความเย็นแบบดูดซึมสองชั้น และระบบทำความเย็นแบบดูดซึมสามชั้น แต่ระบบแบบสามชั้นยังอยู่ในช่วงการพัฒนา และยังมีราคาแพงอยู่ จึงไม่ขอกล่าวถึงในที่นี้

.

รูปที่ 13 แสดงกระบวนการควบแน่นและการทำงานทั้งระบบของระบบทำความเย็นแบบดูดซึม

.

1.  ระบบทำความเย็นแบบดูดซึมชั้นเดียว (Single Effect Absorption Chiller) ระบบการทำงานระบบทำความเย็นแบบดูดซึมชั้นเดียว มีหลักหารทำงานดังที่กล่าวไปแล้ว ข้างต้น และกระบวนการทำงานอย่างง่าย ดังแสดงในรูปที่ 13 แต่ในระบบที่ทำงานจริง จะมีการเพิ่มอุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อน ในจุดที่ 6 ดังแสดงในรูปที่ 14 เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของระบบให้สูงขึ้น

.

ระบบทำความเย็นแบบดูดซึมชั้นเดียว สามารถแบ่งได้เป็น 2 รูปแบบที่มีการใช้งาน คือ ระบบทำความเย็นแบบดูดซึมชั้นเดียวแบบใช้ไอน้ำ (Single Effect Steam Fired Absorption Chiller) และระบบทำความเย็นแบบดูดซึมชั้นเดียวแบบใช้น้ำร้อน (Single Effect hot water Fired Absorption Chiller) หรืออาจเรียก ระบบทำความเย็นแบบดูดซึมชั้นเดียวทั้ง 2 แบบนี้ว่า Single Effect Indirect Fired Absorption Chiller กำลังการทำความเย็นจะอยู่ระหว่าง 100-1,350 ตันความเย็น และทำได้สูงสุดประมาณ 2,000 ตันความเย็น

.

รูปที่ 14 แสดงระบบการทำงานของระบบทำความเย็นแบบดูดซึมชั้นเดียว
(ที่มา:
www.esmagazine.com)

.

ก) เครื่องทำความเย็นของบริษัทเทรน

.

ข) เครื่องทำความเย็นของบริษัทยอร์ค (YORK)

รูปที่ 15 เครื่องทำความเย็นแบบดูดซึมชั้นเดียว

.

1.1) ระบบทำความเย็นแบบดูดซึมชั้นเดียวแบบใช้ไอน้ำ (Single Effect Steam Fired Absorption Chiller) ใช้ไอน้ำที่ความดันระหว่าง 0.8-1.5 kg/cm2
1.2) ระบบทำความเย็นแบบดูดซึมชั้นเดียวแบบใช้น้ำร้อน (Single Effect Hot  Water Fired Absorption Chiller) ใช้น้ำร้อนอุณหภูมิระหว่าง 130-150 oC  

.

2.  ระบบทำความเย็นแบบดูดซึมสองชั้น (Double Effect Absorption Chiller) ระบบทำความเย็นแบบดูดซึมสองชั้นได้รับการพัฒนาจากระบบทำความเย็นแบบดูดซึมชั้นเดียว เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพและลดการใช้พลังงานความร้อนในระบบ การทำงานของระบบดังแสดงในรูปที่ 16 มีการออกแบบให้มีเครื่องผลิต (Generator) เป็น 2 ชุด โดยความร้อนแฝงของไอสารทำความเย็นที่ระเหยออกจากเครื่องผลิตอุณหภูมิสูง จะถูกนำไปใช้กับสารดูดซึมในเครื่องผลิตอุณหภูมิต่ำ ให้มีอุณหภูมิสูงขึ้น

.

ดังนั้น ทำให้ระบบทำความเย็นแบบนี้จึงต้องการพลังงานความร้อนน้อยกว่าในการแยกสารดูดซึมออกจากสารทำความเย็น และเนื่องจากความร้อนในสารทำความเย็นถูกถ่ายเทไปบางส่วนให้กับสารดูดซึม ทำให้ความต้องการสารหล่อเย็นเพื่อควบแน่นสารทำความเย็นจึงน้อยตามไปด้วยเช่นกัน ส่งผลทำให้ระบบทำความเย็นแบบสองชั้น มีประสิทธิภาพเชิงความร้อนดีกว่าแบบระบบทำความเย็นแบบดูดซึมชั้นเดียว

.

รูปที่ 16 แผนภาพการทำงานของระบบทำความเย็นแบบดูดซึมสองชั้น

.

ระบบทำความเย็นแบบดูดซึมสองชั้น ยังสามารถแบ่งได้เป็น 2 ประเภท คือ แบบให้ความร้อนโดยตรง (Direct -fired Double Effect Absorption Chiller) อาจเป็นการใช้แก๊ส LPG หรือ แก๊สธรรมชาติ เป็นแหล่งเชื้อเพลิงเพื่อผลิตความร้อน โดยใช้หัวเผาเป็นตัวสร้างเปลวไฟ ดังแสดงในรูปที่ 3 ระบบทำความเย็นแบบดูดซึมสองชั้น ชนิด ความร้อนโดยตรง      

.

กำลังลังการผลิตจะอยู่ระหว่าง 100–1350 ตันความเย็น มีค่า COP ระหว่าง 1.07-1.18 และระบบทำความเย็นแบบดูดซึมความร้อนทางอ้อม (Indirect -fired Double Effect Absorption Chiller) เครื่องทำความเย็นแบบนี้ความสามารถทำความเย็นอยู่ระหว่าง 100-1ม500 ตันความเย็น และสามารถทำได้สูงสุด 5,000 ตันความเย็น ค่า COP อยู่ระหว่าง 1.19 -1.35  และระบบทำความเย็นแบบนี้ยังมีข้อดี คือ สามารถเลือกแหล่งพลังงานความร้อนได้หลากหลาย เช่น 

.

* ใช้ไอน้ำสำหรับเครื่องกำเนิด (Generator) น้ำความดัน 8 kg/cm2 เรียกระบบความเย็นที่ใช้ไอน้ำว่า Double Effect Steam Fired Absorption Chiller
* ใช้น้ำร้อนสำหรับเครื่องกำเนิด (Generator) อุณหภูมิของน้ำร้อนประมาณ 180-200 oC และเรียกเครื่องทำความเย็นแบบดูดซึมแบบนี้ว่า Double Effect Hot Water Fired Absorption Chiller
* ความร้อนทิ้งจากกระบวนการ
* พลังงานความร้อนจากแสงอาทิตย์

.

รูปที่ 17 กำลังการผลิตความเย็นของระบบทำความเย็นแบบต่าง ๆ
(ที่มา:
http://www.fortepak.com/products.htm)

.

รูปที่ 18 แสดงการเปรียบเทียบค่า COP แต่ละภาระการทำงาน ของแต่ละชนิดของเครื่องทำความเย็น

.
สารทำความเย็นและสารดูดซึมที่นิยมใช้ในระบบทำความเย็นแบบดูดซึม

การพิจารณาเลือกสารทำความเย็นที่ใช้ในระบบเครื่องทำความเย็นแบบดูดซึม โดยทั่วไปจะพิจารณาจากอุณหภูมิใช้งาน สารคู่ผสมที่ใช้ในอุตสาหกรรมมีหลายคู่ แต่ที่นิยมใช้ คือ

.

1. แอมโมเนีย -น้ำ มักใช้กับกลุ่มงานที่มีอุณหภูมิต่ำกว่า 0 OC โดยใช้น้ำเป็นตัวดูดซึมและใช้แอมโมเนียเป็นสารทำความเย็น ใช้ความดันในระบบสูงกว่าบรรยายกาศและสามารถหารอยรั่วได้ง่าย อุณหภูมิในการแยกสารทำความเย็นไม่สูงมากนัก สามารถใช้พลังงานความร้อนจากแสงอาทิตย์ได้

.

2. ลิเธียมโบรไมด์–น้ำ มักใช้กับกลุ่มงานที่ต้องการอุณหภูมิต่ำไม่มาก เกิน 0 OC นิยมใช้กับระบบปรับอากาศในอาคาร โดยใช้นำเป็นสารทำความเย็นและใช้ลิเธียมโบรไมด์ เป็นสารดูดซึม เนื่องจากระบบทำความเย็นแบบนี้ต้องทำงานที่ความดันต่ำกว่าบรรยากาศมากจึงต้องระมัดระวังเรื่องการรั่วซึมของอากาศภายนอกเข้าสู่ระบบเป็นอย่างดี มีค่าความร้อนแฝงการเป็นไอต่ำ จึงใช้พลังงานความร้อนในการแยกสารละลายไม่มากนัก จึงใช้กับพลังงานแสงอาทิตย์ได้เป็นอย่างดี

.

3. น้ำ–สารละลายเกลือไฮโกร์ซคอฟิก โดยใช้น้ำเป็นสารทำความเย็น และใช้ สารละลายเกลือไฮโกร์ซคอฟิก เป็นสารดูดซึม โดยสารละลายที่มีหลายชนิด เช่น คลอไรด์ ไอโอไดช์ สารลิเธียม แมกนีเซียม แคลเซียม สังกะสี
ระบบทำความเย็นแบบดูดกลืนพลังงานแสงอาทิตย์

.

ด้วยความหลายหลายในการใช้แหล่งความร้อนเพื่อขับเคลื่อนระบบทำความเย็นแบบดูดซึม ประกอบกับการพัฒนาอย่างต่อเนื่องเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพระบบทำความเย็นแบบดูดซึม ประกอบกับกระแสการอนุรักษ์พลังงานหรือแหล่งพลังงานทดแทนเพื่อลดการใช้เชื้อเพลิงฟอสซิล เพื่อลดภาวะโลกร้อน  

.

ระบบทำความเย็นโดยใช้เพลังงานแสงอาทิตย์จึงมีผู้ศึกษาค้นคว้า ทำการวิจัย เพื่อให้สามารถใช้งานได้อย่างจริงจัง และคุ้มค่าการลงทุน ระบบทำความเย็นแบบดูดซึมพลังงานแสงอาทิตย์จึงเป็นทางเลือกที่เหมาะสมในการพัฒนา โดยเฉพาะอย่างยิ่งประเทศไทยซึ่งมีค่าพลังงานความร้อนเฉลี่ยสูง คือประมาณ 18.2 MJ/m2 จึงมีศักยภาพในการนำพลังงานความร้อนมาใช้ประโยชน์

.

จากข้อได้เปรียบเรื่องความหลากหลายในการใช้แหล่งความร้อนของระบบทำความเย็นแบบดูดซึม ทำให้สามารถประยุกต์ใช้กับพลังงานแสงอาทิตย์ได้เป็นอย่างดี โดยระบบทำความเย็นแบบดูดซึมพลังงานแสงอาทิตย์ สามารถเลือกแหล่งความร้อนเพื่อขับเคลื่อนระบบได้ 2 รูปแบบ คือ น้ำร้อน และไอน้ำ โดยอาศัยตัวรับพลังงานแสงอาทิตย์ในการสร้างน้ำร้อนและไอน้ำ เพื่อส่งต่อไปยังเครื่องผลิตความเย็น เครื่องทำความเย็นแบบดูดซึมพลังงานแสงอาทิตย์ สามารถแสดงได้ในรูปที่ 19

.

รูปที่ 19 แสดงระบบทำความเย็นแบบดูดซึมพลังงานแสงอาทิตย์แบบใช้แผงรับแสงอาทิตย์

.

รูปที่ 20 แสดงระบบทำความเย็นแบบดูดซึมพลังงานแสงอาทิตย์แบบใช้รางพาราโบลิก

.

ระบบทำความเย็นแบบดูดซึมพลังงานแสงอาทิตย์ ในส่วนของระบบทำความเย็นจะมีหลักการทำงานเหมือนในหัวข้อที่กล่าวมาแล้วข้างต้น ต่างกันตรงที่แหล่งกำเนิดความร้อนที่จ่ายให้เครื่องกำเนิด (Generator) จะใช้พลังงานความร้อนจากแสงอาทิตย์แทน

.

โดยทั่วไปอุปกรณ์ในการรับพลังงานแสงอาทิตย์เพื่อนำความร้อนไปใช้งาน นิยมใช้กัน 2 รูปแบบ คือ แบบแผงรับพลังงานแสงอาทิตย์ ส่วนใหญ่ใช้ผลิตน้ำร้อน และแบบรางรวมแสงจะผลิตได้ทั้งน้ำร้อน และไอน้ำ ดังแสดงในรูปที่ 21

.

รูปที่ 21 ลักษณะของอุปกรณ์รับพลังงานความร้อนจากแสงอาทิตย์

.

1. การผลิตน้ำร้อนด้วยแผงรับพลังงานแสงอาทิตย์  โดยทั่วไประบบผลิตน้ำร้อนด้วยวิธีนี้ มักพบในเครื่องทำน้ำร้อนพลังงานแสงอาทิตย์ที่ใช้งานกันอย่างแพร่หลายในปัจจุบัน เพียงแต่มีการดึงน้ำร้อนที่ผลิตได้ไปใช้ในระบบทำความเย็นแบบดูดซึม แทนการนำน้ำร้อนไปใช้งานอย่างอื่น ลักษณะของอุปกรณ์รับพลังงานแสงอาทิตย์ ดังแสดงในรูปที่ 22

.

รูปที่ 22 รูปแบบแผงรับพลังงานแสงอาทิตย์ที่นิยมใช้เพื่อผลินน้ำร้อน

.

2. ระบบผลิตน้ำร้อนหรือไอน้ำแบบรางรวมแสง การผลิตน้ำร้อน หรือไอน้ำ ด้วยวิธีนี้ในประเทศไทยยังไม่มีการใช้งานในเชิงพาณิชย์ มีแต่เป็นงานทดลองและวิจัยในมหาวิทยาลัยเท่านั้น ระบบผลิตน้ำร้อน หรือไอน้ำด้วยรางรวมแสง ประกอบด้วยอุปกรณ์ 3 ส่วนหลัก ๆ คือ อุปกรณ์รับแสง อุปกรณ์รับแสงจากการรวมแสง อุปกรณ์ติดตามดวงอาทิตย์

.

ซึ่งหลักการทำงานของระบบ ประกอบด้วย อุปกรณ์รับแสง (Receiver) เป็นอุปกรณ์เพื่อรับพลังงานความร้อนที่เกิดจากการรวมแสง โดยปกติจะใช้หลอดแก้วสุญญากาศ ภายในมีท่อซึ่งบรรจุสารทำงาน      

.

เมื่อสารทำงานรับพลังงานความร้อนจะระเหยและเคลื่อนที่ไปแลกเปลี่ยนความร้อนกับน้ำ หรืออาจใช้น้ำเป็นสารทำงาน เมื่อน้ำเดือดกลายเป็นไอ และส่งไปใช้งานต่อไป ในกรณีใช้กับระบบทำความเย็นไอน้ำ ก็จะถูกส่งไปยังเครื่องกำเนิด (Generator) เพื่อให้ระบบทำความเย็นทำงานได้อย่างต่อเนื่อง 

.

รูปที่ 23 แสดงรางโครงพาราลิกเพื่อผลิตน้ำร้อน หรือไอน้ำ 

.

ปกติความสามารถในการรับพลังงานแสงอาทิตย์และนำความร้อนไปใช้งานขึ้นอยู่กับประสิทธิภาพของอุปกรณ์รับพลังงานแสงอาทิตย์ว่ามีมากน้อยแค่ไหน ระบบผลิตน้ำร้อน หรือ ไอน้ำ เพื่อนำน้ำร้อนไปใช้งาน ประสิทธิภาพขึ้นอยู่กับแผงรับพลังงานแสงอาทิตย์ ว่ามีประสิทธิภาพแค่ไหน ซึ่งขึ้นอยู่กับ ค่าพลังงานความร้อนที่นำไปใช้ และค่าการสูญเสียในรูปแบบต่าง ๆ ของแผงรับแสงอาทิตย์      

.

เช่น การสูญเสียจากการพาความร้อน การสูญเสียจากการนำความร้อน หรือ การสูญเสียจากการแผ่รังสีความร้อน เป็นต้น หรืออาจกำหนดประสิทธิภาพของแผงรับพลังงานแสงอาทิตย์ได้ โดยกำหนดเป็นอัตราส่วนของพลังงานความร้อนที่นำไปใช้ต่อ พลังงานความร้อนจากรังสีรวมจากดวงอาทิตย์   

.

สำหรับแผงรับพลังงานแสงอาทิตย์ที่มีใช้ในประเทศไทย มีหลายรุ่นและหลายยี่ห้อ ซึ่งค่าประสิทธิภาพก็แตกต่างกันออกไป เช่น แผงรับพลังงานแสงอาทิตย์โดยใช้หลอดสุญญากาศ SK-6 มีประสิทธิภาพ 56.65% พลังงานความร้อน 978.88 kWh/m2 แผง หรือ หลอดสุญญากาศของ Thermomax ประสิทธิภาพ 59.90% พลังงานความร้อน 1,053.64 978.88 kWh/m2 แผง เป็นต้น ซึ่งย่อขึ้นอยู่กับผู้เลือกใช้งาน 

.
การพิจารณาออกแบบระบบทำความเย็นแบบดูดซึมพลังงานแสงอาทิตย์เบื้องต้น

ในการประเมินศักยภาพการทำความเย็นแบบดูดซึมพลังงานแสงอาทิตย์ มีหลายปัจจัยในการพิจารณาถึงประสิทธิภาพการทำงานของระบบ เช่น สภาวะอากาศของแต่ละช่วงเวลา ค่ารังสีความร้อนของดวงอาทิตย์ในแต่ละช่วงเวลา และภูมิภาค

.

หรือแม้แต่อุณหภูมิทำงานของแผงรับพลังงานแสงอาทิตย์ของแต่ละผู้ผลิต รวมถึงประสิทธิภาพของแผงรับพลังงานแสงอาทิตย์ด้วยเช่นกัน และอีกตัวแปรที่สำคัญในการพิจารณาคือ ค่า โหลดความเย็นของอาอาคารหรือบ้านเรือนที่ใช้ความเย็นในแต่ละช่วงเวลาเช่นกัน

.

ดังนั้น การออกแบบแผงรับแสงอาทิตย์ สภาวะอากาศแต่ละช่วงเวลา และการพิจารณาโหลดความเย็น ให้มีความเหมาะสมจะทำให้ระบบทำงานอย่างมีประสิทธิภาพ เพื่อให้ระบบทำความเย็นพลังงานแสงอาทิตย์ทำงานให้มีประสิทธิภาพสูงขึ้น ผู้ออกแบบจำเป็นต้องพิจารณาการจ่ายพลังงานความร้อนให้คงที่และเหมาะสมกับโหลดความเย็นให้มากที่สุด แต่เนื่องจากความแน่นนอน และความไม่คงที่ของแสงอาทิตย์ทำให้ความร้อนที่ได้ไม่คงที่ตามไปด้วย

.

เพื่อลดปัญหาดังกล่าว การใช้ ระบบสะสมความร้อนเพิ่มเข้าไปในระบบจะช่วยลดปัญหาดังกล่าวได้ คือ  ในช่วงเวลาที่พลังงานแสงอาทิตย์มีมากเกินความจำเป็นของระบบ พลังงานความร้อนก็จะถูกเก็บไว้ในระบบสะสมความร้อน และจะจ่ายออกมาเมื่อความร้อนในระบบไม่เพียงพอ หรือแสงอาทิตย์มีปริมาณน้อย กว่าความต้องการของโหลดความเย็น เป็นต้น ระบบดังกล่าว แสดงในรูปที่  24

.

รูปที่ 24 แสดงการเพิ่มระบบสะสมความร้อนเข้าไปในระบบทำความเย็นแบบดูดซึมพลังงานแสงอาทิตย์

.

จากที่กล่าวมาทั้งหมด จะเห็นได้ว่าระบบทำความเย็นพลังงานแสงอาทิตย์เป็นทางเลือกของการใช้พลังงานในรูปของความร้อน และความเย็นที่มีประสิทธิภาพ และยังเหมาะสมกับประเทศไทยซึ่งเป็นประเทศในเขตร้อน

.

ดังนั้น การพัฒนาระบบทำความเย็นแบบดูดซึมพลังงานความร้อนจากแสงอาทิตย์อย่างจริงจังของหน่วยงานที่เกี่ยวข้อง เพื่อสามารถให้ใช้ประโยชน์ได้จริงในเชิงพาณิชย์ จึงเป็นทางออกเรื่องการลดการใช้พลังงานเชื้อเพลิงจากฟอสซิล อย่างยั่งยืน และพลังงานแสงอาทิตย์ยังเป็นพลังงานทดแทนที่สะอาดที่ไม่มีวันหมดไป

.

เอกสารอ้างอิง

* เอกสารเผยแพร่ หมวดที่ 10 ระบบการทำความเย็น (Refrigeration) จาก http://www2.dede.go.th

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