ระบบปรับอากาศรังสีความร้อน(Radiant Cooling)


หลักการทำงานของระบบรังสีความร้อนคือการใช้พื้นที่เพดานให้มีอุณหภูมิต่ำกว่าอุณหภูมิห้องทำให้เกิดการแผ่รังสีของคนและห้องมาสู่อุปกรณ์รังสีความร้อน เมื่อมีอุณหภูมิแตกต่างระหว่างเพดานกับอากาศในห้องจะทำให้เกิดการหมุนเวียนของอากาศโดยธรรมชาติซึ่งมีปริมาณมากหรือน้อยขึ้นกับค่าอุณหภูมิแตกต่างนั้น

ตารางที่ 1. เปรียบเทียบการทำงานของระบบแผ่รังสีกับระบบธรรมดาที่ใช้อากาศเย็น

รูปที่ 1. พลังงานของระบบปรับอากาศแบบปกติเทียบกับระบบรังสีความร้อนของอาคารสำนักงานในรัฐแคลิฟอร์เนีย

จากรูปที่ 1. เครื่องทำน้ำเย็นของระบบปัจจุบันใช้พลังงาน 62.5% ของพลังงานที่ใช้ในระบบปรับอากาศทั้งหมด พลังงานที่เหลือ 37.5% ใช้กับพัดลมของเครื่องเป่าลมเย็นและแฟนคอยล์ ด้านขวาเป็นการใช้พลังงานของระบบปรับอากาศที่ใช้อุปกรณ์รังสีความร้อนซึ่งประหยัดพลังงานได้ถึง 42%

ประเภทของระบบรังสีความร้อน

คศ.2007 เริ่มมีผลิตภัณฑ์รังสีความร้อนออกจำหน่ายในอเมริกาเหนือ ผลิตภัณฑ์เหล่านี้ปัจจุบันได้แก่ แผงฝ้ารังสีความร้อน (Radiant ceiling panel) แผงท่อคาปิรารี (capillary tube) และแผ่นคอนกรีตแผ่รังสี (radiant slabs)

แผงฝ้ารังสีความร้อน (Radiant ceiling panel) ใช้แผ่นโลหะตามรูปที่ 2. ทำด้วยอลูมิเนียม เหล็กไร้สนิม และท่อโลหะ จึงตอบสนองการปรับเปลี่ยนได้เร็ว ระยะเวลาการตอบสนองต่ำกว่า 20นาที ใช้อุปกรณ์ของระบบน้ำเย็นทั่วไปได้ ตามรูปนั้นแผงฝ้ารังสีความร้อนไม่มีฉนวนด้านบน ความร้อนจึงถ่ายเทมาที่แผงทั้งจากด้านล่างของฝ้าและจากพื้นห้องด้านบน เพื่อลดความร้อนจากด้านบนจึงมีฉนวนด้านบนของแผง และมีช่องสำหรับวางโคมไฟเพื่อความสดวกในการจัดตำแหน่งไฟแสงสว่าง

รูปที่ 2. การถ่ายเทความร้อนของแผงฝ้ารังสีความร้อน (Radiant ceiling panel) และลักษณะการประกอบแผง

ตารางที่ 2.ข้อดีข้อเสียของแผงฝ้ารังสีความร้อน

แผงท่อคาปิรารี (Capillary tube) ประกอบด้วยท่อขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 3-4 มม, ฝังในผนัง/เพดาน ท่อ PP, Polypropylene ซึ่งออกซิเจนสามารถซึมผ่านได้จึงต้องใช้กับข้อต่อและอุปกรณ์ที่เป็นเหล็กไร้สนิมหรือบรอนซ์ และไม่ต้องมีอุปกรณ์ควบคุมคุณภาพน้ำ

มวลของปูน/มวลของวัสดุก่อสร้างทำให้เก็บพลังงานความร้อนได้มากกว่า มีอุณหภูมิคงที่มากกว่า เมื่อภาระความร้อนเปลี่ยนแปลงชั่วคราวจึงตอบสนองได้เร็ว แต่การเปลี่ยนอุณหภูมิตามตำแหน่งวาล์วทำได้ช้า การตอบสนองใช้เวลา 15 นาทีถึงชั่วโมงหรือมากกว่า วาล์วที่ใช้ควบคุมเป็นแบบ Slow acting pulse width modulation controls หรือ regular modulating control valves for faster response installations

รูปที่ 3. การถ่ายเทความร้อนของแผงท่อคาปิรารี (Capillary tube)และลักษณะของแผงท่อ

ตารางที่ 3. ข้อดีข้อเสียของแผงท่อคาปิรารี

แผงคอนกรีตรังสีความร้อน(Concrete Core Conditioning) ประกอบด้วยท่อพลาสติก PEX, Cross-linked polyethylene ซึ่งออกซิเจนไม่สามารถซึมผ่านได้ วางและเทคอนกรีตเพื่อใช้เป็นแผ่นโครงสร้าง หรือใส่ในแผ่นคอนกรีตสำเร็จแบบกลวง ซึ่งใช้สำหรับทำความเย็นให้คอนกรีตในช่วงกลางคืน สำหรับใช้ลดความร้อนของอาคารในช่วงกลางวัน

รูปที่ 4. การถ่ายเทความร้อนของแผงคอนกรีตรังสีความร้อน(Concrete Core Conditioning) และลักษณะของแผงท่อ

การทำงานเหมือนการทำความเย็นที่ใช้แผ่นพื้น แต่ใช้เป็นแผ่นฝ้าโดยให้ท่ออยู่ใต้เหล็กโครงสร้างใกล้ผิวด้านล่างมากที่สุดเพื่อให้รับความร้อนได้เร็ว ท่อที่ใช้มีขนาด 5/8 นิ้ว และ 3/4 นิ้ว ขึ้นกับพื้นที่และความยาว ระยะระหว่างท่อ 6-12 นิ้ว ขึ้นกับอุณหภูมิเฉลี่ยของผิวของฝ้า

ท่อในคอนกรีตสำเร็จมีความนิยมเพิ่มขึ้นเนื่องจากได้พื้นที่ฝ้าทั้งหมดสำหรับการถ่ายเทความร้อนทำให้อุณหภูมิแตกต่างของฝ้าและห้องมีค่าต่ำสุด และมวลของฝ้ามากสุดทำให้สามารถเก็บพลังงานได้มากสุด ในการเริ่มใช้จึงเปลี่ยนอุณหภูมิได้ช้า การเริ่มทำงานจึงต้องใช้เวลานาน และเมื่อได้อุณหภูมิแล้วการเปลี่ยนแปลงภาระความร้อนจึงมีผลต่ออุณหภูมิห้องน้อย ยกเว้นภาระความร้อนขนาดใหญ่ขอบอาคารเช่นจากกระจก ซึ่งจะต้องออกแบบควบคุมเป็นอย่างดี

การออกแบบระบบแผงคอนกรีตรังสีความร้อนจึงต้องให้ความระมัดระวังเรื่องภาระความร้อนของห้อง ความร้อนที่เก็บสะสม ระยะเวลาการตอบสนองของภาระความร้อน เนื่องจากระบบควบคุมธรรมดาไม่สามารถใช้ได้ จะใช้อัตราการจ่ายน้ำแบบคงที่แต่เปลี่ยนอุณหภูมิแทน ด้วยการวัดอุณหภูมิแผงและอุณหภูมิห้อง ในประเทศที่มีอุณหภูมิตอนกลางคืนต่ำจึงสามารถใช้น้ำจากหอผึ่งน้ำมาลดอุณหภูมิแผงคอนกรีตได้ ขนาดของเครื่องทำน้ำเย็นจึงเล็ก

ตารางที่ 4. ข้อดีข้อเสียของแผงคอนกรีตรังสีความร้อน

ระบบแผงคอนกรีตรังสีความร้อนมีใช้ในยุโรปมากว่า 30 ปี พลังงานที่ใช้ต่ำกว่าระบบปรับอากาศที่ใช้อากาศเย็นที่มีประสิทธิภาพดีที่สุด 60-70% ในขณะที่ราคาของระบบเท่ากันหรือต่ำกว่าระบบเดิม แผงฝ้ารังสีความร้อนสามารถควบคุมให้ประหยัดพลังงานได้หลายวิธีแต่เนื่องจากมีต้นทุนสูงจึงมักจะต้องใช้พื้นที่ให้น้อยที่สุดทำให้วิธีการทำงานถูกจำกัดไม่สามารถปรับเปลี่ยนเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพได้มากนัก แผงท่อคาปิรารีพื้นที่การถ่ายเทความร้อนมากแต่มีต้นทุนสูงกว่า

ตารางที่ 5. ความแตกต่างของระบบแผ่รังสีแต่ละประเภท

การคำนวณการทำงานของแผงรังสีความร้อน

แผงรังสีความร้อนนอกจากจะรับการแผ่รังสีความร้อนจากห้องแล้ว ยังทำให้เกิดการเคลื่อนที่โดยธรรมชาติของอากาศเนื่องจากอุณหภูมิทำให้เกิดการแผ่รังสีอีกด้วย ซึ่งการคำนวณการแผ่รังสีใช้สมการดังต่อไปนี้

คุณสมบัติการแผ่รังสีที่ผิวของแผงอโลหะหรือโลหะที่เคลือบสี = 0.9 ค่า Fr = 0.87 สำหรับห้องทั่วไป สมการที่1. จึงเปลี่ยนเป็นสมการที่ 2.

เมื่อ AUST เป็นค่าอุณหภูมิผิวภายในของห้องเฉลี่ยตามพื้นที่ โดยทั่วไปให้เท่ากับอุณหภูมิอากาศในห้อง

การคำนวณการพาความร้อนจากแผงที่ติดตั้งกับเพดานหรือฝ้าได้ตามสมการที่ 3.

เมื่อ |tp – ta| เป็นค่าabsolute

เมื่อมีผนังภายนอกอุณหภูมิผิวของผนังจะสูงกว่าผิวส่วนอื่นๆของห้องทำให้ AUSTสูงกว่าอุณหภูมิอากาศและทำให้แผงรังสีความร้อนรับความร้อนได้มากขึ้นโดยอัตโนมัติ การคำนวณพื้นที่แผงโดยใช้สมการที่ 2.และสมการที่ 3.และภาระความร้อนจากการคำนวณจึงได้พื้นที่มากกว่าที่ควร ซึ่งในทางวิศวกรรมยอมรับได้แม้การคำนวณที่ซับซ้อนขึ้นอาจจลดพื้นที่แผงได้ 20 – 30% สามารถลดต้นทุนได้ แต่ความยืดหยุ่นของระบบเมื่อมีการเปลี่ยนแปลงการใช้/ภาระความร้อนลดลง

อากาศบริสุทธิ์ที่จ่ายทำให้เกิดการเคลื่อนที่ของอากาศเพิ่มขึ้นจากการเคลื่อนที่ของอากาศโดยธรรมชาติ แผงรังสีความร้อนทำงานได้มากขึ้น 5 – 35% ถ้าความเร็วลมที่หัวจ่ายอากาศบริสุทธิ์น้อยกว่า 2.0ม./วินาที ก็จะมีผลกระทบน้อยลง

ข้อดิดและข้อมูลในการออกแบบ

แผงรังสีความร้อนรับความร้อนสัมผัสของห้อง อุณหภูมิของแผงต้องสูงกว่าจุดน้ำค้างของห้อง ความร้อนแฝงภายในห้องจะต้องใช้การระบายอากาศและการผสมของอากาศภายในห้องกับอากาศบริสุทธิ์ที่มีความชื้นต่ำกว่าเพื่อควบคุมจุดน้ำค้างของห้องให้ต่ำกว่าอุณหภูมิของแผงรังสีความร้อน

อุณหภูมิของแผงจะต่ำกว่าอุณหภูมิกระเปาะแห้งของห้องปรับอากาศ การถ่ายเทความร้อนจากพื้นเหนือแผงอาจถ่ายเทลงมาที่แผงด้านบนมากกว่าปกติ จึงควรพิจารณาเรื่องฉนวนของแผงและพื้นเพื่อลดความร้อนถ่ายเทและควบคุมอุณหภูมิของพื้นเหนือแผงด้วย ถ้าห้องด้านบนไม่ปรับอากาศควรตรวจสอบอุณหภูมิผิวพื้นด้านบนเพื่อป้องกันการเกิดการกลั่นตัวที่พื้น

การเลือกกระจกและผนังห้องควรพิจารณาเรื่องการป้องกันความร้อนเป็นพิเศษเพราะนอกจากจะประหยัดพลังงานสำหรับเครื่องปรับอากาศแล้ว ยังทำให้สามารถลดขนาดเครื่องทำน้ำเย็นลดพื้นที่แผงรังสีความร้อนทำให้สามารถลดต้นทุนได้ด้วย

ภาระความร้อนที่ใช้คำนวณจากวิธีการสำหรับงานปรับอากาศทั่วไปมีทั้งภาระความร้อนสัมผัสและความร้อนแฝง ความร้อนแฝงใช้อากาศบริสุทธิ์นั้นเมื่อดึงความชื้นออกให้ต่ำกว่าจุดน้ำค้างของห้องจะมีอุณหภูมิต่ำกว่าอุณหภูมิห้องจึงสามารถใช้ลดความร้อนสัมผัสของห้องได้จำนวนหนึ่ง ภาระความร้อนสูงสุดที่หักความร้อนสัมผัสจากอากาศบริสุทธิ์นี้ใช้สำหรับการคำนวณอัตราการส่งน้ำเย็นเข้าแผงรังสีความร้อน พื้นที่แผงรังสีความร้อนที่คำนวณได้จาก สมการที่ 2.และ 3.จะมีขนาดใหญ่ เพื่อลดต้นทุนควรใช้ข้อมูลของผู้ผลิต

ตารางที่ 6. ข้อมูลสำหรับออกแบบของแผงฝ้ารังสีความร้อนของ Frenger, Twa Panel Systems, Inc.

รูปที่ 5. ข้อมูลสำหรับออกแบบของระบบท่อคาปีรารีบนฝ้าพลาสเตอร์ของ BEKA, FÜR KLIMA-KOMFORT

ระบบท่อน้ำเย็นตามรูปที่ 6. มีเครื่องสูบน้ำ 2 ระบบ ระบบปฐมภูมิ (Primary pump)จะส่งน้ำผ่านเครื่องทำน้ำเย็นซึ่งจะควบคุมจะปรับอุณหภูมิน้ำเย็นออกจากเครื่องให้มีอุณหภูมิ 7ซ น้ำนี้จะไปใช้กับคอยล์ปฐมภูมิ (primary coil) หรือคอยล์ของFAUเพื่อให้ได้อากาศบริสุทธิ์ที่แห้งสำหรับควบคุมความชื้นของห้อง FAUต้องใช้น้ำเย็นอุณหภูมิต่ำและอัตราการไหลมากทำให้น้ำเย็นที่ออกจากคอยล์มีอุณหภูมิสูงขึ้นเพียงเล็กน้อย สามารถนำไปใช้กับแผงรังสีความร้อนได้ เครื่องสูบน้ำทุคติยภูมิ (Secondary pump)ทำหน้าที่หมุนเวียนน้ำเข้าแผงรังสีความร้อนโดยมีวาล์วผสมน้ำจากวงจรปฐมภูมิกับน้ำออกจากแผงรังสีความร้อนเพื่อควบคุฒอุณหภูมิแผงถ้าอุณหภูมิน้ำยังต่ำอาจต้องใช้ฮีทเตอร์ไฟฟ้าเพื่อปรับอุณหภูมิ

รูปที่ 6. แสดงวงจรการติดตั้งระบบท่อน้ำเย็นสำหรับแผงรังสีความร้อน คอยล์เย็นอากาศบริสุทธิ์และเครื่องทำน้ำเย็น

ขั้นตอนการออกแบบ

ASHRAE Handbook 2007 Fundamentals, Chapter 25 - 30 มีขั้นตอนการออกแบบระบบปรับอากาศด้วยรังสีความร้อนดังต่อไปนี้

1. คำนวณภาระความร้อนของห้องทั้งความร้อนสัมผัสและความร้อนแฝง

2. คำนวณอุณหภูมิน้ำเฉลี่ยสำหรับการทำความเย็น

3. คำนวณอัตราการจ่ายอากาศต่ำสุดสำหรับแต่ละห้อง

4. คำนวณความร้อนแฝงของอากาศ

5. คำนวณความร้อนสัมผัสของอากาศ

6. คำนวณความร้อนสัมผัสที่แผงรังสีความร้อน

7. คำนวณพื้นที่ของแผงรังสีความร้อน

ซึ่งจะอธิบายวิธีการคำนวณตามขั้นตอนโดยใช้ตัวอย่างที่ 1. และตัวอย่างที่ 2.

ตัวอย่างที่ 1. การออกแบบระบบปรับอากาศ ใช้แผงฝ้ารังสีความร้อนสำหรับสำนักงาน พื้นที่ 80 ตรม. พนักงาน 20 คน ปรับอากาศให้มีสภาวะอากาศ 27Cdb 55%rh

ขั้นตอนที่ 1. คำนวณภาระความร้อนสัมผัสของห้องและภาระความร้อนทั้งหมด ควรเลือกสภาวะอากาศภายในห้อง โดยใช้ซอฟท์แวร์ Thermal Comfort Tool แต่ในตัวอย่างนี้กำหนดไว้แล้ว สภาวะอากาศภายนอก 35Cdb, 28.3Cwb

คำนวณได้ค่าภาระความร้อนของห้อง (Room total load) 6190 วัตต์ และ RSHF, Room Sensible Heat Factor) 0.82

ความร้อนแฝงของห้อง = (1-0.82) x 6190 = 1114.2 วัตต์

ขั้นตอนที่ 2. จากรูปที่ 7. จุดน้ำค้างของห้อง 17.2C อุณหภูมิของแผงจะต้องสูงกว่าจุดน้ำค้างเพื่อไม่ให้เกิดหยดน้ำและจะต้องต่ำกว่าอุณหภูมิห้องเพื่อให้สามารถรับการแผ่รังสีและการพาความร้อนโดยธรรมชาติจากอากาศได้

อุณหภูมิน้ำเย็นเฉลี่ยเข้าและออกแผงฝ้า = 17.2+0.5 = 17.7 ซ

ให้อุณหภูมิน้ำเย็นสูงขึ้น 3ซ(แผงฝ้ารังสีความร้อนสำเร็จรูปทำด้วยโลหะ)

อุณหภูมิน้ำเฉลี่ยของแผงฝ้า = 17.7+3/2 = 19.2 ซ

ขั้นตอนที่ 3.,4. และ 5. การระบายอากาศเพื่อความสะอาดของห้องมีมาตรฐานและกฎหมายเกี่ยวข้อง

มาตรฐาน ANSI/ASHRAE 62.1 - 2007 Ventilation for Acceptable Indoor Air Quality กำหนดมาตรฐานการระบายอากาศต่ำสุดสำหรับสำนักงาน ตามพื้นที่ 0.3 ลิตร/วินาที-ตร.ม. และตามปริมาณคนที่ทำงาน 2.5 ลิตร/วินาที-คน

ทำให้สามารถจัดการระบายอากาศสำหรับระบบ on demand ได้ เมื่อใช้เซนเซอร์วัดคาร์บอนไดออกไซด์ปรับอัตราการระบายอากาศตามปริมาณคาร์บอนไดออกไซด์ที่วัดได้

การระบายอากาศเมื่อมีคน = 2.5x20+80x0.3 = 74 ลิตร/วินาที

การระบายอากาศต่ำสุดเมื่อไม่มีคน = 80x0.3 = 24 ลิตร/วินาที

กฎกระทรวง ฉบับที่ 39-2537 พระราชบัญญัติควบคุมอาคาร 0.56 ลิตร/วินาที-ตร.ม(2.0 ลบ.ม./ชม.ตรม.)

การระบายอากาศตามกฎกระทรวง ฉบับที่ 39 = 80x0.56 = 44.8 ลิตร/วินาที

ใช้แผนภูมิไซโครเมตริกตรวจสอบเมื่อปล่อยอากาศบริสุทธิ์เข้าห้องเพื่อควบคุมความร้อนแฝงจากการคำนวณภาระความร้อนแฝงของห้อง. พบว่าอัตราการจ่ายอากาศบริสุทธิ์ต่ำสุดจากข้อกำหนด ASHRAEและกฎกระทรวงข้างต้น ไม่สามารถควบคุมความร้อนแฝงได้ ต้องใช้อากาศบริสุทธิ์ 150 ลิตร/วินาทีตามรูปที่ 6.

ความร้อนทั้งหมดของอากาศ = 3502 วัตต์

ความร้อนสัมผัสของอากาศ = 2383 วัตต์

ความร้อนแฝงของอากาศ = 3502-2383 = 1119 วัตต์

รูปที่ 7. แผนภูมิไซโครเมตริกแลดงการทำงานของคอยล์อากาศบริสุทธิ์และการควบคุมความชื้นของห้อง

ขั้นตอนที่ 6. คำนวณความร้อนสัมผัสที่แผงรังสีความร้อน

ขั้นตอนที่ 7. คำนวณพื้นที่แผงฝ้าความร้อน

ความร้อนที่ต้องการให้แผงดึงออกไป = ความร้อนสัมผัสของห้อง – ความร้อนสัมผัสของอากาศ

= 6190 x 0.82 – 2383 = 2692.8 วัตต์

พื้นที่แผงฝ้า = 2692.8/71.91 = 37.4 ตรม.

ใช้ข้อมูลจาก Frenger ตารางที่ 6. อุณหภูมิห้อง – อุณหภูมิแผงฝ้า = 27-19.2 = 7.8 ความร้อนของแผง = 76 วัตต์/ตรม.

พื้นที่แผงของห้องภายในตาม Frenger = 2692.8/76 = 35.4 ตรม.

ในกรณีที่มีผนังภายนอกจะทำให้อุณหภูมิ AUST สูงขึ้น Frenger ดึงความร้อนได้ 88 วัตต์/ตรม.(ลักษณธห้อง B)

พื้นที่แผงของห้อง = 2692.8/88 = 30.6 ตรม.

การใช้พลังงาน คอยล์อากาศบริสุทธิ์ทำความเย็น 9203 วัตต์ แผงรังสีความร้อน 2692.8 วัตต์

เครื่องทำน้ำเย็นทำความเย็นทั้งสิ้น = 9203 +2692.8 = 11895.8 วัตต์

ใช้ไฟฟ้าทำความเย็น(COP=3) = 11895.8/3 = 3962.3 วัตต์

ตัวอย่างที่ 2. การออกแบบระบบปรับอากาศ ใช้การพาความร้อนด้วยอากาศเย็นสำหรับสำนักงาน ตัวอย่างที่ 1. แตใช้ระบบปรับอากาศปกติ ขั้นตอนการคำนวณระบบปรับอากาศนี้จะไม่เป็นไปตามขั้นตอนสำหรับการคำนวณข้างต้น

ขั้นตอนที่ 1. คำนวณภาระความร้อนสัมผัสของห้องและภาระความร้อนทั้งหมด จากตัวอย่างที่ 1.

ภาระความร้อนของห้อง (Room total load) 6190 วัตต์ RSHF, Room Sensible Heat Factor) 0.82

ความร้อนแฝงของห้อง = (1-0.82) x 6190 = 1114.2 วัตต์

ขั้นตอนที่ 2. ในระบบปรับอากาศธรรมดาจะผสมอากาศภายนอกกับอากาศหมุนเวียนแล้วดึงความชื้นออกด้วยคอยล์เย็นในแฟนคอยล์ อุณหภูมิน้ำเย็นที่ใช้กับคอยล์เย็นจึงใช้ 7oซ เท่ากับอุณหภูมิน้ำเย็นที่ออกจากเครื่องทำน้ำเย็น และอุณหภูมิน้ำที่ออกจากคอยล์เย็นจะต่ำกว่าจุดน้ำค้างของห้อง

ขั้นตอนที่ 3. การระบายอากาศเท่ากับตัวอย่างแรก 150 ลิตร/วินาที

ขั้นตอนสุดท้าย ใช้ไซโครเมตริกตามรูปที่ 8.

เขียนเส้นภาระความร้อนจากขั้นตอน 1.จะได้ปริมาณลมอัตราการผสมอากาศ ลากเส้นจุดผสมและจุดอากาศเข้าห้องจะได้การทำงานของคอยล์

แฟนคอยล์จะทำความเย็นให้ห้องได้ 6191วัตต์

แฟนคอยล์ต้องทำความเย็นทั้งสิ้น 11874 วัตต์ เครื่องทำน้ำเย็นมี COP(Coefficient of performance) 3.0

รูปที่ 8.แผนภูมิไซโครเมตริกแลดงการทำงานของแฟนคอยล์ที่ใช้อากาศเย็นตามตัวอย่างที่ 1.

เปรียบเทียบการทำงาน

จากตัวอย่างที่ 1. คอยล์อากาศบริสุทธิ์ทำความเย็น 9203 วัตต์ แผงรังสีความร้อน 2692.8 วัตต์

เครื่องทำน้ำเย็นทำความเย็นทั้งสิ้น = 9203 +2692.8 = 11895.8 วัตต์

ซึ่งเท่ากับความเย็นของระบบปรับอากาศธรรมดาตามตัวอย่างที่ 2 = 11874 วัตต์

เปรียบเทียบเครื่องสูบน้ำ ตัวอย่างที่ 1.ใช้วงจรท่อน้ำเย็นตามรูปที่ 5. เครื่องสูบน้ำปฐมภูมิน้ำออกจากเครื่องทำน้ำเย็นเข้าคอยล์เย็นอากาศบริสุทธิ์ 7oซ น้ำออกจากคอยล์เย็น 12oซ

อัตราการไหลของน้ำปฐมภูมิ = 9203/1000/4.18/(12-7) = 0.44 ลิตร/วินาที

อัตราการไหลของน้ำผ่านแผง = 2692/1000/4.18/3 = 0.21 ลิตร/วินาที

อัตราการไหลของน้ำในระบบธรรมดา = 11874/1000/4.18/(12-7) = 0.57 ลิตร/วินาที

ให้ความดันในแต่ละระบบเท่ากัน ระบบส่งน้ำจะส่งน้ำมากขึ้น = 0.44+0.21-0.57

= 0.08 ลิตร/วินาที

จะต้องใช้ไฟฟ้ามากขึ้นประมาณ 20 วัตต์

พัดลมสำหรับตัวอย่างที่ 2. ส่งลม 658 ลิตร/วินาที ใช้ไฟฟ้าประมาณ 200 วัตต์ สำหรับตัวอย่างที่ 1.ใช้กับลม 150 ลิตร/วินาที ใช้ไฟฟ้าประมาณ 150/658 x 200 = 45.6วัตต์

ใช้ไฟฟ้าสำหรับพัดลมและเครื่องสูบน้ำน้อยลง = 200-45.6-20 = 134.4 วัตต์ ประมาณ 3% ของการใช้ไฟฟ้าของระบบปรับอากาศธรรมดาตามตัวอย่าง

บทส่งท้าย

ระบบปรับอากาศแบบแผงรังสีความร้อนสำหรับโครงการก่อสร้างทำให้สามารถลดปัญหาช่องว่างระหว่างฝ้ากับพื้นของชั้นถัดไป(ลดท่อลม) ซึ่งมีผลลดความสูงของอาคาร และลดราคาค่าก่อสร้าง เรื่องเสียงภายในห้องที่เกิดจากลม ความสะดวกในการบำรุงรักษา ความสะอาดและสุขลักษณะของห้องปรับอากาศ และการประหยัดพลังงาน ทีมผู้ออกแบบต้องศึกษาและเข้าใจการใช้งานของระบบทั้งข้อดี ข้อด้อย และประสานงานกันในการออกแบบเพื่อให้ได้ระบบที่ทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ เฉพาะผู้ออกแบบระบบปรับอากาศไม่สามารถออกแบบระบบปรับอากาศให้ได้ระบบที่ดีได้ เจ้าของโครงการ ผู้ใช้งานก็ต้องเข้าใจวิธีการใช้ การบำรุงรักษาและข้อจำกัดต่างๆ

จากตัวอย่างการใช้แผงแผ่รังสีสำหรับการปรับอากาศ ต้องสัมพันธ์กับการปรับสภาวะอากาศบริสุทธิ์ให้ได้ความร้อนแฝงเท่ากับหรือมากกว่าภาระความร้อนแฝงของห้องที่เกิดขึ้น ทำให้การทำความเย็นของเครื่องทำน้ำเย็นใช้พลังงานเท่ากับการใช้เครื่องปรับอากาศธรรมดาที่ใช้อากาศบริสุทธิ์ผสมกับอากาศหมุนเวียน ข้อดีตามที่ได้อธิบายไปแล้วข้างต้นคือการลดการใช้พัดลมส่งอากาศเย็น แม้จะใช้พลังงานกับเครื่องสูบน้ำเย็นเพิ่มขึ้น

การประหยัดพลังงานจากตัวอย่างซึ่งเป็นระบบเล็กจะมีผลเพียงเล็กน้อย แต่สำหรับระบบใหญ่สามารถเพิ่มการจัดการเพื่อการประหยัดพลังงานเพิ่มขึ้นได้อย่างมีประสิทธิภาพคุ้มค่ามากยิ่งขึ้น เช่นการระบายอากาศแบบ On-demand ซึ่งลดปริมาณอากาศบริสุทธิ์เมื่อมีภาระความร้อนแฝงน้อย

อาคารที่ใช้งาน 24 ชั่วโมงเหมาะสำหรับการใช้กับระบบนี้เพราะใช้วัสดุก่อสร้างภายในสำหรับเก็บความเย็น (Energy storage) และถ้าออกแบบให้ผนังด้านนอกมีชั้นป้องกันความร้อนเช่นมีวัสดุปกคลุม (Cladding) แม้จะไม่ทำงาน 24 ชั่วโมงก็สามารถใช้ระบบนี้เดินตลอด 24 ชั่วโมงได้โดยวัสดุก่อสร้างภายในสำหรับเก็บความเย็น ลดการทำงานของระบบปรับอากาศในช่วงกลางวัน ลดค่าไฟฟ้าช่วงกลางวัน (peak hour)

เอกสารอ้างอิง

1. Geoff McDonell, OPTIONS IN RADIANT,HPAC April 2007

2. Helmut Feustel, Hydronic Radiant Cooling Systems, CBS Newsletter Fall 1994

3. CHAPTER 6, PANEL HEATING AND COOLING, ASHRAE Handbook, 2000 Systems and Equipment,

4. Jae-Weon Jeong *, Stanley A. Mumma, Simplified cooling capacity estimation model for top insulated metal ceiling radiant cooling panels, Applied Thermal Engineering, www.elsevier.com/locate/apthermeng

5. RADIANT COOLING, Energy Design Resources, Financial Times Energy, Inc., Boulder, Colorado.

1 comment