Bloggang.com : KanichiKoong : การทำความเย็นเบื้องต้น

การทำความเย็นเบื้องต้น

การทำความเย็น เป็นการถ่ายเทความร้อนออกจากบริเวณที่ต้องการทำความเย็น เพื่อที่จะให้พื้นที่บริเวณดังกล่าวมีอุณหภูมิลดลงหรือให้เย็นลงตามที่เราต้องการ การทำความเย็นจึงไม่ใช้เป็นการทำลายความร้อน แต่เป็นการถ่ายเท หรือนำพาความร้อนออกไปนั่นเอง

หลักการทำความเย็นเบื้องต้น เปรียบง่ายๆก็เหมือนกับการที่เราไปวิ่งหรือออกกำลังกายจนมีเหงื่อออกเปียกชุ่ม เมื่อเรานั่งพักเราจะรู้สึกว่าร่างกายเย็นขึ้น เป็นผลมาจากของเหลวที่ร่างกายขับออกมาในรูปแบบเหงื่อเกิดการระเหยไปกับอากาศที่มะปะทะตัวเรา การระเหยของเหงื่อ ได้นำพาเอาความร้อนออกจากตัวเราไปด้วย หลักการทำความเย็นในเครื่องทำความเย็น และเครื่องปรับอากาศ ก็เปรียบได้เช่นเดียวกันนี้

การถ่ายเทความร้อนของร่างกายเรา จำเป็นต้องอาศัยตัวกลางในการถ่ายเทความร้อย ซึ่งนั่นก็คือของเหลวอย่างเหงื่อ มาเป็นตัวกลางในการช่วยนำพาความร้อน

ในเครื่องทำความเย็นก็เช่นกัน จำเป็นต้องอาศัยตัวกลางมาเป็นตัวช่วยนำพาความร้อน จากที่หนึ่งไปยังที่หนึ่ง โดยที่ตัวกลางในระบบเครื่องทำความเย็น จะใช้สารทำความเย็น (Refrigerant) หรือที่นิยมเรียกกันว่า “น้ำยา” มาเป็นตัวกลางในการถ่ายเทหรือนำพาความร้อน

สารทำความเย็น ในปัจจุบัน มีการผลิตขึ้นมาหลากหลายชนิด ซึ่งแต่ละชนิด ก็ได้ถูกคิดค้นและพัฒนาขึ้นมา เพื่อให้เหมาะสมกับการใช้งานในระบบเครื่องทำความเย็นแบบต่างๆ แต่เดิมในอดีต สารทำความเย็น มีชื่อเรียกที่หลากหลาย ตามแต่ผู้ผลิตจะกำหนด โดยจะแบ่งออกหลักได้ 3 กลุ่ม

1. กลุ่ม ฟรีออน (Freon) F-12,F-22

2. กลุ่ม (Genetron) G-12,G-22

3. กลุ่ม (Keiser) K-12,K-22

ชื่อชนิดสารทำความเย็นที่หลากหลายเหล่านี้ ก่อให้เกิดความสับสนตามมา ส่งผลให้ สมาคมเครื่องเย็นแห่งสหรัฐอเมริกา (ASHRAE) ประกาศข้อตกลงอันเป็นมาตรฐานสากล กำหนดให้ใช้อักษร R ที่ย่อมาจากคำว่า Refrigerant แปลว่า สารทำความเย็น เป็นอักษรกำกับนำหน้าสารทำความเย็น โดยยังคงใช้เบอร์ของสารทำความเย็นตามเดิม จึงกลายเป็น R-12,R-22 ที่เราคุ้นหูกันอยู่ในทุกวันนี้ แต่ในบางตำราหรือเอกสารทางวิชาการแบบเก่าๆ เราอาจจะยังคงพบเห็นการใช้คำว่า Freon “F” อยู่บ้าง

สารทำความเย็นที่ใช้ในเครื่องทำความเย็นและเครื่องปรับอากาศสามารถจำแนกได้เป็น 2 ชนิดหลักๆ คือ

- สารทำความเย็นภายในตู้เย็น,ตู้แช่ ใช้สารทำความเย็น R-12 แต่ในปัจจุบันได้มีการคิดค้นสารทำความเย็นเบอร์ใหม่ เพื่อนำมาทดแทนสารทำความเย็น R-12 อันเนื่องมาจาก สารทำความเย็น R-12 มีสารที่ทำให้เกิดปัญหาสภาวะเรือนกระจกเป็นองค์ประกอบ จึงมีการคิดค้นสารทำความเย็นเบอร์ R-134a ขึ้นมาทดแทน ตามกระแสตื่นตัวรักโลก ดังนั้น ตู้เย็น,ตู้แช่,ตู้น้ำเย็น ที่ผลิตขึ้นในปัจจุบัน ส่วนใหญ่จะใช้เป็นระบบ R-134a แต่ในส่วนสารทำความเย็น R-12 ปัจจุบันก็ยังมีการผลิตอยู่บางส่วน เพื่อรองรับงานซ่อมบำรุงในรายที่ใช้ระบบของ R-12

- สารทำความเย็นภายในเครื่องปรับอากาศ ใช้สารทำความเย็น R-22 แต่ในปัจจุบันได้มีการคิดค้นสารทำความเย็นเบอร์ใหม่ เพื่อนำมาทดแทนสารทำความเย็น R-22 อันเนื่องมาจาก สารทำความเย็น R-22 มีสารที่ทำให้เกิดปัญหาสภาวะเรือนกระจกเป็นองค์ประกอบ จึงมีการคิดค้นสารทำความเย็นเบอร์ R-410a ขึ้นมาทดแทน ตามกระแสตื่นตัวรักโลกอีกเช่นกัน แต่ในส่วนของเครื่องปรับอากาศ ปัจจุบันยังคงนิยมใช้ R-22 อยู่ ซึ่งสารทำความเย็นชนิดใหม่ R-410a ในขณะนี้ยังคงไม่เป็นที่แพร่หลายมากนัก อันเนื่องมาจากยังคงมีราคาสูงและกระบวนการขั้นตอนค่อนช้างยุ่งยาก การนำมาใช้งานในปัจจุบัน R-410a ส่วนใหญ่จะเห็นได้ว่าการนำไปใช้ในเครื่องปรับอากาศ จะนำมาใช้ในรุ่นท็อปของแต่ละยี่ห้อ เช่นในรุ่น Inverter

การหมุนเวียนในระบบการทำความเย็น

การเกิดความเย็นในระบบเครื่องทำความเย็นและเครื่องปรับอากาศ เริ่มจากการนำสารทำความเย็นมาทำการอัดด้วยเครื่องอัดสารทำความเย็น (Compressor) สารทำความเย็นจะถูกอัดออกมาในรูปแบบแก๊สแรงดันสูงมีอุณหภูมิสูง ไหลตามท่อไปเข้าสู่ เครื่องควบแน่น (Condenser) แก๊สแรงดันสูงมีอุณหภูมิสูง เมื่อไหลเข้ามาสู่เครื่องควบแน่นที่ขดไปขดมา และถูกระบายความร้อนออกระหว่างที่ไหลในเครื่องควบแน่น สารทำความเย็นที่ออกจากเครื่องควบแน่น เมื่อถูกดึงความร้อนออกส่วนหนึ่ง ก็จะเปลี่ยนสถานะเป็น ของเหลว แต่ยังคงมีแรงดันสูงมีอุณหภูมิสูง จากนั้นของเหลวแรงดันสูงอุณหภูมิสูง ก็จะวิ่งตามท่อทางอัด ไปเข้าสู่อุปกรณ์ควบคุมน้ำยา (Refrigerant Control) เมื่อสารทำความเย็นที่เป็นของเหลวแรงดันสูงอุณหภูมิสูง ผ่านเข้าอุปกรณ์ควบคุมน้ำยา จะถูกลดแรงดันลง แล้วไหลเข้าไปยังคอยล์เย็น(Evaporator) ในจังหวะที่ของเหลวแรงดันสูงอุณหภูมิสูง ถูกลดแรงดันลงอย่างรวดเร็ว ก็จะเกิดการระเหยกลายเป็นไอ การระเหยที่เกิดขึ้นในคอยล์เย็น จะดึงเอาความร้อนรอบๆบริเวณนั้น มาช่วยให้การระเหยทำได้อย่างสมบูรณ์ เมื่อความร้อนในบริเวณนั้น ถูกดึงมาช่วยในการระเหยของสารทำความเย็น ทำให้อุณหภูมิในห้องเย็นลง สารทำความเย็นที่ออกจากคอยล์เย็น จะอยู่ในรูปแบบของแก็สแรงดันต่ำอุณหภูมิต่ำ ไหลกลับสู่ท่อทางดูดไปเข้าคอมเพรสเซอร์ เพื่อทำการอัดเข้าสู่ระบบต่อไป อีกทั้งความเย็นจากสารทำความเย็นที่ดูดกลับมา บางส่วนยังนำมาช่วยระบายความร้อนให้กับคอมเพรสเซอร์ได้อีกด้วย

ความรู้เกี่ยวกับการทำความเย็น

อุณหภูมิ มีหน่วยวัดในระบบเอสไอ คือ เคลวิน (kelvin)

แต่ที่เราใช้จะเป็นหน่วย องศาเซลเซียส (Celsius) สำหรับการวัดอุณหภูมิในระบบเมตริก

องศาเซลเซียสเทียบกับองศาฟาเรนไฮต์ได้ดังนี้

องศาเซลเซียส = (F-32)/1.8

องศาฟาเรนไฮต์ = (1.8C)+32

C คือ องศาเซลเซียส
F คือ องศาฟาเรนไฮต์

อุณหภูมิสัมบูรณ์(absolute temperature) คืออุณหภูมิที่นับจากอุณหภูมิศูนย์สัมบูรณ์ขึ้นมา เช่น องศาเคลวิน(K) เริ่มจากศูนย์สัมบูรณ์ที่อุณหภูมิ -273.15 องศาเซลเซียส

K = C+273
ระบบอังกฤษ อุณหภูมิสัมบูรณ์ คือ องศาเคลวิน(Rankine,R)
R = F+460

อุณหภูมิกระเปาะแห้งและกระเปาะเปียก (DRY BULB AND WET BULE)
อุณหภูมิกระเปาะแห้งวัดด้วยเทอร์โมมิเตอร์ธรรมดา เช่นที่บรรจุด้วยปรอท ส่วนอุณหภูมิกระเปาะเปียกวัดด้วยเทอร์โมมิเตอร์ซึ่งกระเปาะมีผ้าหุ้มจุ่มน้ำ ความชื้นที่ผ้าจะระเหยซึ่งมากหรือน้อยขึ้นอยู่กับความชื้นของอากาศ ถ้าระเหยมากหมายความถึงอากาศมีความชื้นน้อย อุณหภูมิก็จะลดลงได้น้อย

อุณหภูมิอิ่มตัวอุณหภูมิอิ่มตัวคืออุณหภูมิที่ของเหลวจะเปลี่ยนเป็นไอ นั่นคืออุณหภูมิที่จุดเดือด ทั้งนี้เป็นอุณหภูมิเดียวกันกับอุณหภูมิที่ไอกลั่นตัวเป็นของเหลว

ความร้อน เป็นพลังงานรูปหนึ่ง หน่วยที่ใช้วัดมีหลายหน่วย เช่น บีทียู , กิโลแคลลอรี , จูล , เป็นต้น
ความร้อน 1 บีทียู คือปริมาณความร้อนที่ทำให้น้ำ 1 ปอนด์ มีอุณหภูมิเพิ่มขึ้นหรือลดลง 1 องศาฟาเรนไฮต์
ความร้อน 1 กิโลแคลลอรี คือ ปริมาณความร้อนที่ทำให้น้ำ 1 กิโลกรัม มีอุณหภูมิเพิ่มขึ้นหรือลดลง 1 องศาเซลเซียส
1 Kcal = 3.97 BTU

ชนิดของความร้อน
ความร้อนสัมผัส เป็นความร้อนที่สัมผัสได้ ซึ่งไปเพิ่มหรือลดอุณหภูมิ โดยวัดได้ด้วยเทอร์โมมิเตอร์
ความร้อนแฝง เป็นความร้อนที่เปลี่ยนสถานะของสสาร ถ้าวัดด้วยเทอร์โมมิเตอร์จะไม่พบการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ
ความร้อนยวดยิ่ง เป็นความร้อนที่ให้กับสสารหลังจากสสารนั้นระเหยแล้ว อุณหภูมิที่สูงขึ้นกว่าอุณหภูมิอิ่มตัว คืออุณหภูมิซุปเปอร์ฮีต

ความร้อนจำเพาะ (SPECIFIC HEAT) คือ ปริมาณความร้อนที่ทำให้สสารมีอุณหภูมิเพิ่มขึ้นหรือลดลง 1 หน่วย เช่น สสารหนัก 1 ปอนด์ มีอุณหภูมอเพิ่มขึ้นหรือลดลง 1 F ความร้อนที่ต้องใช้จะมีค่าตัวเลขเท่ากับค่าความร้อนจำเพาะนั้น เช่น น้ำยา R-22 มีค่าความร้อนจำเพาะ 0.26 บีทียูต่อปอนด์ต่อองศาฟาเรนไฮต์
สสารที่มีความร้อนจำเพาะน้อย ต้องการปริมาณความร้อนน้อยในการเพิ่มอุณหภูมิและจะเย็นได้เร็วดังเช่น น้ำและทองแดง ความร้อนจำเพาะในหน่วย Kcal/kg-C มีค่า 1 และ 0.99 ตามลำดับ ดังนั้นถ้าให้ความร้อนกับน้ำ และทองแดงเท่าๆ กัน จะพบว่าทองแดงจะร้อนมากกว่า และเมื่อหยุดทองแดงจะเย็นเร็วกว่า

สถานะของสสาร
สถานะของสสารมีของแข็งของเหลวและก๊าซ

ตัวอย่างเช่น น้ำจะแข็งตัวที่อุณหภูมิ 0 C (0 องศาเซลเซียส) และกลายเป็นไอที่อุณหภูมิ 100 C (100 องศาเซลเซียส)

ในกระบวนการเปลี่ยนสถานะของสสาร บางครั้งจะมีการดึงเอาความร้อนที่อยู่รอบๆมาช่วยในการเปลี่ยนสถานะ ในทางกลับกัน การเปลี่ยนสถานะบางครั้ง ก็จะมีการคายความร้อนออกมารอบๆ ขึ้นอยู่กับชนิดของสสารและรูปแบบการเปลี่ยนสถานะ

ความดัน คือแรงที่กระทำต่อหนึ่งหน่วยพื้นที่ เช่น แรง 1 ปอนด์กระทำต่อพื้นที่ 1 ตารางนิ้ว ให้ความดัน 1 ปอนด์/ตารางนิ้ว
ความดันแยกออกเป็นความดันสัมบูรณ์ ซึ่งเริ่มนับความดันจาก 0 คือจาก สูญญากาศ มักใช้ในสูตรทางวิศวกรรม ส่วนความดันเกจ เริ่มนับจากความดันบรรยากาศ ซึ่งเท่ากับศูนย์

Pabs = Pgauge+14.7

Patm(Atmospheric pressure, 1 atm) = 101.325 kpa = 14.7 psia = 1.0133 bar = 2116.2 Ibf/ft2

สุญญากาศ คือความดันที่ต่ำกว่าความดันบรรยากาศ ในเกจวัดความดันที่ใช้งานกับเครื่องปรับอากาศ ให้ความดันบรรยากาศเท่ากับ 0 และความดันสุญญากาศสัมบูรณ์ คือไม่มีความดันเลยจริงๆ มีความดันเทียบเท่ากับความสูงของปรอท 760 มิลลิเมตร

อุปกรณ์ที่จำเป็นในระบบการทำความเย็น

1. คอมเพรสเซอร์ ทำหน้าที่ในการดูดและอัดนำยาในสถานะที่เป็นแก๊ส โดยดูดแก๊สที่มีอุณหภูมิและความดันต่ำจากอีวามปอเรเตอร์ และอัดให้มีความดันสูงและอุณหภูมิสูง จนถึงจุดที่แสพร้อมจะควบแน่นเป็นของเหลวเมื่อมีการถ่ายเทความร้อนออกจากน้ำยา

2. คอนเดนเซอร์ ทำหน้าที่ ให้สารทำความเย็นในสถานะแก๊สกลั่นตัวเป็นของเหลว ด้วยการระบายความร้อนออกจากสารทำความเย็นนั้น กล่าวคือ สารทำความเย็นในสถานะแก๊ส อุณหภูมิสูง ความดันสูง ซึ่งถูกส่งมาจากคอมเพรส เมื่อถูกระบายความร้อนแฝงออก จะกลั่ยตัวเป็นของเหลว แต่ยังคงมีความดัน และอุณหภูมิสูงอยู่

3. อุปกรณ์ควบคุมน้ำยา ทำหน้าที่ควบคุมการไหลของสารทำความเย็นเหลว ที่ผ่านเข้ามาในอีวาปอเรเตอร์ ให้มีความดันต่ำลง การที่สารทำความเย็นมีความดันต่ำจะสามารถระเหยกลายเป็นไอได้ง่ายเมื่อได้รับความร้อนเพียงเล็กน้อย ที่นิยมใช้กันทั่วไปจะป็นแบบแคปทิ้ว หรือ เอกซ์แพนชั่นวาล์ว

4. อีวาปอเรเตอร์ ทำหน้าที่ ดูดความร้อนในห้อง ที่ต้องการทำความเย็น โดยที่สารทำความเย็น ที่เข้ามาในอีวาพอเรเตอร์จะระเหยกลายเป็นไอและดูดเอาความร้อนบริเวณรอบ ๆ อีวาปอเรเตอร์ ทำให้บริเวณรอบๆ อีวาพอเรเตอร์มีอุณหภูมิต่ำลง

5. รีซีฟเวอร์ หรือถังพักสารทำความเย็น เป็นอุปกรณ์ที่ต่อพวงขึ้นสำหรับระบบทำความเย็นขนาดใหญ่ ถ้าเป็นระบบทำความเย็นขนาดเล็กก็ไม่จำเป็น การที่ระบบทำความเย็นขนาดใหญ่จำเป็นต้องมี ก็เพื่อให้สารทำความเย็นที่มีสถานะเป็นของเหลวมีปริมาณมากเพียงพอที่จะจ่ายให้ไประเหยที่อีวาปอเรเตอร์

ท่อนำสารความเย็นในระบบเครื่องทำความเย็น

ท่อซักชั่น (Suction line) เป็นท่อทางเดินสารทำความเย็นที่ต่ออยู่ระหว่างอีวาพอเรเตอร์กับทางดูดของคอมเพรสเซอร์ สารทำความเย็นในสถานะแก๊ส อุณหภูมิและความดันต่ำ จากอีวาพอเรเตอร์จะถูกดูดผ่านท่อซักชั่นเข้าไปยังคอมเพรเซอร์

ท่อดิสชาร์จ (Discharge line) เป็นท่อทางเดินสารทำความความเย็นที่ต่ออยู่ระหว่างท่อทางอัดของคอมเพรสเซอร์กับคอนเดนเซอร์ สารทำความเย็นในสถานะที่เป็นแก๊สซึ่งถูกคอมเพรสเซอร์อัดให้มีความดันและอุณหภูมิสูงขึ้นจะถูกส่งไปยังคอนเดนเซอร์โดยผ่านท่อนี้

Create Date : 17 มิถุนายน 2552

Last Update : 9 มีนาคม 2556 11:43:53 น.

0 comments

Counter : 42021 Pageviews.