ออกแบบท่อลมสำหรับอาคารสูง

อาคารสูงมีปัญหาเรื่องขนาดของท่อลมเนื่องจากความลึกของช่องฝ้า และขนาดช่องท่อ(แนวดิ่ง) ท่อลมชนาดใหญ่ได้แก่ ท่ออากาศบริสุทธิ์ ท่ออัดอากาศสำหรับบันไดหนีไฟ ท่อระบายควัน เพื่อลดขนาดท่อลมจะต้องเข้าใจการออกแบบ วิธีคำนวณ ข้อกำหนดการสร้างท่อลม การประกอบท่อลม การทดสอบท่อลม และการทำข้อกำหนดของงานท่อลมในอาคารสูง

ท่อลมขนาดใหญ่ได้แก่ท่อระบายควัน และท่ออัดอากาศบันไดหนีไฟ ซึ่งท่อลมทั้งสองนี้จะทำงานเฉพาะเมื่อจะซ้อมหนีไฟ(Fire drill) และเมื่อเกิดอัคคีภัยเท่านั้นเพื่อการประหยัดจึงควรออกแบบด้วยความเร็วสูง ท่อลมอากาศบริสุทธิ์และท่อระบายอากาศซึ่งใช้งานตลอดเวลาจึงมีข้อกำหนดเรื่องความเร็วลมที่อุปกรณ์ต่างๆ เพื่อป้องกันเสียง ป้องกันมิให้ละอองน้ำปลิวจากอุปกรณ์ หรือผ่านอุปกรณ์ ทำให้ท่อลมมีขนาดใหญ่ และต้องการพื้นที่ในฝ้าและช่องท่อมาก

การออกแบบเพื่อให้ขนาดท่อลมเล็กลงจะต้องใช้ความเร็วลมในท่อสูงขึ้น ซึ่งทำให้ท่อลมมีความดันตกสูงขึ้น พัดลมต้องให้ความดันสูงขึ้น ท่อลมต้องมีความแข็งแรงพอสำหรับความดันที่เพิ่มขึ้นโดยมีการรั่วไหลในระดับที่ยอมรับได้ การสร้างท่อลมจึงต้องมีมาตรฐานตามความดันที่ใช้ และมีการตรวจสอบการรั่วไหลให้อยู่ในระดับมาตรฐาน อาจมีเสียงเกิดขึ้นในท่อลมทำให้ต้องมีการเสริมที่ด้านนอกของท่อลมและมีอุปกรณ์เพิ่มเติมสำหรับการดูดซับเสียงที่ทางออกและทางเข้าของท่อลมตามความจำป็น

การคำนวณขนาดท่อลมและพัดลม

การคำนวณการไหลของอากาศใช้สมการเบอร์นูรี ซึ่งประกอบด้วยพลังงานจลน์ พลังงานศักย์ เขียนเพื่อคำนวณการไหลของอากาศจากจุดที่ 1 ไปจุดที่ 2 ได้ตามสมการที่ 1.

ρ1 V1^2/2 + P1/+ gρ1z1 = ρ 2 V2^2/2 + P2 + g ρ2z2 + ∆Pt 1-2 (1)

เมื่อ ρ คือความหนาแน่นของอากาศ g คือความเร่งจากแรงโน้มถ่วง

V คือความเร็วลม z คือระดับความสูง

P คือความดันสถิตย์ของอากาศ ∆Pt คือความดันตกระหว่างจุดเนื่องจากการไหลของอากาศ

ความดันตกจากความร้อนและระดับแตกต่าง เมื่อไม่มีแหล่งความร้อนอยู่ระหว่างเส้นทาง ρ1= ρ 2 แต่ถ้ามีแหล่งความร้อนหรือความเย็นทำให้ ρ1<> ρ 2 จะเกิดความดันจากความร้อนขึ้น

∆Pt = ∆Pt 1-2 + ∆P se (2)

เมื่อ ∆Pt คือความดันตกระหว่างจุดเนื่องจากการไหลของอากาศ

∆Pt 1-2 คือความดันตกจากแรงเสียดทานและความเร็วระหว่างจุดเนื่องจากการไหลของอากาศ

∆P se คือความดันตกเนื่องจากความร้อน

∆P se = g.(ρ a - ρ).(z2 – z1) (3)

เมื่อ ρ a ตือความหนาแน่นของอากาศแวดล้อม z คือระดับความสูงของท่อ

ρ คือความหนาแน่นของอากาศในท่อลม

สำหรับท่อลมในแนวดิ่งได้แก่ ท่อลมอากาศบริสุทธิ์ซึ่งมี FAU(Fresh Air Unit) ลดอุณหภูมิอากาศบริสุทธิ์ก่อนจ่ายเข้าห้อง ถ้าจ่ายลมจากหลังคาของอาคารจะมีความดันจากความร้อนช่วยตามรูปที่ 1ก. และถ้าจ่ายลมจากชั้นล่างจะต้องเพิ่มความดันตกจากความร้อนให้กับพัดลมตามรูปที่ 1ข. ซึ่งถ้ามีความจำเป็นเนื่องจากไม่มีพื้นที่ติดตั้งที่หลังคาก็จำเป็นต้องใช้

รูปที่ 1. ท่อลมอากาศบริสุทธิ์ผ่าน FAU สำหรับกระจายในอาคาร

สำหรับท่อดูดควันหรือท่อระบายอากาศจะมีพัดลมที่หลังคาดึงอากาศไหลขึ้นเพื่อไปทิ้ง อากาศจากห้องน้ำของห้องพักจะเย็นกว่าอากาศภายนอก ส่วนอากาศจากห้องครัวหรือห้องซักรีดจะมีอุณหภูมิสูงกว่าอากาศภายนอกจึงมีทั้งความดันต้านและความดันเสริมพัดลมตามรูปที่ 2.

รูปที่ 2. ท่อลมระบายควันและท่อลมระบายอากาศจากอาคาร

ความดันตกเนื่องจากความเสียดทาน การคำนวณความดันตกในท่อลมใช้สมการของ Darcy & Colebrook

∆Pf = .f .L.ρ.V^2/2/Dh (4)

เมื่อ ∆Pf คือความดันตกทั้งหมด, Pa V คือความเร็วของอากาศในท่อลม, ม./วินาที

f คือตัวประกอบความเสียดทานตามสมการที่ 5. Dh คือเส้นผ่านศูนย์กลางไฮโดรลิกของท่อลม, ม.

L คือความยาวทั้งหมดของท่อลม, ม.

f = 1/{1.14+2.log(Dh/e)-2.log[1+9.3/(Re.e/Dh.f^1/2)]}^2 (5)

เมื่อ e คือความขรุขระของผิวท่อลม ม. จากตารางที่ 2.

Dh คือขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางไฮโดรลิกของท่อลม ม.

Re = Reynolds number = p.V.Dh / µ (µ คือสัมประสิทธิความหนืด ปาสคาล-วินาที)

การคำนวณ f ใช้เทคนิค Iteration ซึ่งสามารถใช้โปรแกรมเอ็กเซลคำนวณได้ ส่วนค่าความขรุขระของผิววัสดุท่อลมใช้จากตารางที่ 2. ค่า Dh ของท่อลมสี่เหลี่ยมใช้สมการที่ 6..

ท่อสี่เหลี่ยม De = 1.3 (a.b)^0.625/ (a+b)^0.25 (6)

เมื่อ De คือความยาวเส้นผ่านศูนย์กลางท่อกลมเทียบเท่ากับท่อสี่เหลี่ยมที่มีความดันตกเท่ากันเมื่อความยาวและอัตราการไหลเท่ากัน มีหน่วยเป็น มม.

a,b คือความยาวด้านข้างของท่อลมสี่เหลี่ยม มม.

สำหรับท่อรูปแคปซูลตามรูปที่ 3. ใช้สมการที่ 7., 8. และสมการที่ 9. คำนวณค่า Dh

รูปที่ 3. ภาคตัดของท่อลมรูปแคปซูล

ท่อลมรูปแคปซูล De = 1.55 AR^0.625 / P^0.25 (7)

เมื่อ AR คือพื้นที่หน้าตัดของท่อรูปไข่ตามสมการที่ 8

P คือเส้นรอบรูปของท่อลมตามสมการที่ 9.

AR = (¶a2/4) + a(A-a) (8)

P = ¶a+ 2(A-a) (9)

ความหนาแน่นและความหนืดของอากาศสำหรับการคำนวณความดันตกด้วยสมการข้างต้น ใช้ค่าจากตารางที่ 1.ตามอุณหภูมิที่ใช้งานในท่อลมและอุณหภูมิภายนอก

ตารางที่ 1. คุณสมบัติทางกายภาพของอากาศที่ใช้ในการคำนวณ

ตารางที่ 2. ค่าความขรุขระของผิววัสดุท่อลมแบบต่างๆ

ความดันตกของข้อต่อท่อลม คำนวณจากค่าสัมประสิทธิความดันตก C (Loss coefficient) ข้อต่อท่อลมขนาดต่างกันที่มีความเหมือนทางพลศาสตร์จะมีค่า C เท่ากัน ทำให้สามารถใช้คำนวณความดันตกของข้อต่อท่อลมนั้นได้ จากสมการที่ 10.

∆Pj = Co . (p.V^2/2) = Co. Pv,o (10)

เมื่อ ∆Pj คือความดันตกที่ข้อต่อท่อลม ปาสคาล

Co คือสัมประสิทธิความดันตกของข้อต่อท่อลมจากตำแหน่งที่คำนวณความเร็ว

Pv,o คือความดันเนื่องจากความเร็วอากาศที่จุดอ้างอิง (ปาสคาล)

ความเร็วที่ใช้คำนวณเป็นความเร็วของท่อลมจริงไม่ใช่ความเร็วของท่อลมกลมเทียบเท่า เมื่อข้อต่อมีพื้นที่ทางเข้าและทางออกไม่เท่ากันก็สามารถคำนวณ C ได้ตามสมการที่ 11. ซึ่งสามารถใช้คำนวณความดันตกของทางแยกได้เช่นเดียวกัน ค่าสัมประสิทธิความดันตกของข้อต่อท่อลมสามารถหาได้จากเอกสารอ้างอิง

Ci = Co / (Vi/Vo)^2 (11)

เมื่อ o, I คือตำแหน่งที่คำนวณความเร็ว

แนวทางการคำนวณระบบท่อลม วัดระยะของท่อลมจะรวมข้อต่อด้วยเพื่อการคำนวณความดันตกของท่อลมรวมไปถึงข้อต่อของท่อลมแล้วจึงรวมความดันตกเนื่องจากพลศาสตร์ที่เกิดขึ้นในข้อต่อ เพื่อใช้คำนวณตามสมการที่ 11.

∆P = (f L /Dh).(p.Ve^2/2)+∑C.(p.V^2/2) (12)

ผลกระทบต่อการทำงานของพัดลม เกิดขึ้นจากการต่อท่อลมที่ทางออกของพัดลม และการที่อากาศเข้าพัดลมไม่สม่ำเสมอ ทำให้การทำงานของพัดลมต่ำกว่าค่าที่ระบุจากผู้ผลิต ที่ทางออกของพัดลมความเร็วลมในท่อลมจะไม่สม่ำเสมอตามรูปที่ 4. เมื่อท่อที่ทางออกของพัดลมตรงเป็นระยะหนึ่งจึงจะทำให้ความเร็วในท่อลมสม่ำเสมอความดันในท่อลมจึงจะสม่ำเสมอตามข้อมูลของผู้ผลิต ความยาวท่อลมที่ลมสม่ำเสมอสามารถคำนวณได้โดยใช้สมการที่ 13 และสมการที่ 14. จึงไม่ควรปล่อยอากาศออกจากพัดลมโดยไม่มีท่อลมซึ่งจะทำให้การส่งอากาศไม่เป็นไปตามที่ผู้ผลิตกำหนดไว้

รูปที่ 4. รูปตัดท่อลมตรงแสดงความเร็วลมที่ระยะต่างๆจากปากพัดลมจนถึงระยะที่ความเร็วลมสม่ำเสมอ

ความเร็วลม > 13.0 ม./วินาที Le = Vo.A^0.5/4500 (13)

ความเร็วลม < 13.0 ม./วินาที Le = .A^0.5/ 350 (14)

เมื่อ Le คือความยาวท่อลมที่ลมสม่ำเสมอ

Vo คือความเร็วลมในท่อลม ม. / วินาที

A คือพื้นที่ท่อลม มม.^2

ทางเข้าของท่อลมก็มีผลกระทบต่อการทำงานของพัดลมเช่นเดียวกัน ถ้าต่อท่อเข้าพัดลมตามรูปที่ 5. จะทำให้เกิดการหมุนวนก่อนเข้าท่อลมทำให้ลมเข้าใบพัดไม่สม่ำเสมอ การส่งลมจะไม่เป็นไปตามที่ผู้ผลิตกำหนดไว้ จึงต้องแก้ไม่ให้เกิดลมหมุนด้วยใบปรับลมตามรูป

รูปที่ 5. แสดงการติดตั้งท่อลมเข้าพัดลมที่ทำให้เกิดลมหมุนวนและการแก้ไขด้วยใบปรับลม

ตัวอย่างการออกแบบท่อลม

ให้ระบบท่อลมอากาศบริสุทธิ์อัดอากาศจ่ายให้ห้องพักอาคารโดยใช้ FAU (Fresh Air Unit) ตามรูปที่ 6.ส่งลมเย็นให้ชั้นที่ 4 – 11 จุดละ 14.16 ลิตร/วินาที (30 ลบฟ./นาที) ความสูงระหว่างชั้น 3.5 ม. อุณหภูมิลมเย็น 15 oซ อุณหภูมิอากาศภายนอก 40oซ ความยาวของท่อลมแสดงไว้ในตารางที่ 3.

รูปที่ 6. ระบบท่อลมอากาศบริสุทธิ์จ่ายให้ห้องพักอาคารตั้งแต่ชั้นที่ 4 – 11 โดยมีเครื่อง FAU อยู่บนหลังคา

ตารางที่ 3. ข้อมูลและการคำนวณขนาดและความดันตกในท่อลมตามรูปที่ 4

FAU ใช้คอยล์เย็น 8 แถว ที่กรองอากาศอลูมิเนียม 25 มม. และแบบถุง MERV 11 ท่อลมเหล็กอาบสังกะสีพับมีพื้นที่หน้าตัดสี่เหลี่ยม ไม่ใช้ใบปรับลมภายในพื่อไม่ให้เกิดเสียงภายในท่อลม . ความดันตกที่ท่อลมคำนวณโดยใช้สมการที่ 4. และสมการที่ 5. ซึ่งสมการที่ 5. ใช้การคำนวณด้วยเทคนิค iteration ส่วนค่าสัมประสิทธิความดันตกของอุปกรณ์และข้อต่อใช้ค่าจากเอกสารอ้างอิง 1 และคำนวณข้อต่อด้วยสมการที่ 10. ได้ผลการคำนวณตามตารางที่ 4.

เริ่มคำนวณด้วยการสมมุติขนาดความกว้างและความสูงของท่อลมตามข้อจำกัดของพื้นที่ และจากความเร็วลมในท่อลมปรับเปลี่ยนจนได้ขนาดท่อที่เหมาะสมในแต่ละส่วน แล้วจึงใช้ขนาดท่อลมก่อนและหลังของข้อต่อเพื่อเลือกค่าสัมประสิทธิความดันตกจากเอกสารอ้างอิงเพื่อคำนวณความดันตกจากระยะทางจากจุดเริ่มต้นมาที่ปลายเปิดของท่อลม(หัวจ่าย) จะเกิดความดันเสริมพัดลมเนื่องจากความแตกต่างของความหนาแน่นอากาศเนื่องจากอุณหภูมิของอากาศ

จากตารางที่ 4. สามารถคำนวณความดันตกที่ท่อลมตามรูปได้ดังต่อไปนี้

- ความดันตกของระบบจาก 1 – 28 = ผลรวมความดันตกท่อลมจาก 1 – 28 +ความดันตกอุปกรณ์ 1 – 2+ ความดันตกที่ข้อต่อ 1 – 28 – ความดันเนื่องจากระยะต่างระดับ 1 - 28 = 550.69 Pa = 2.20 นิ้วน้ำ

- ความดันตกของระบบจาก 1 – 34 = ผลรวมความดันตกท่อลมจาก 1 – 34 +ความดันตกอุปกรณ์ 1– 34+ ความดันตกที่ข้อต่อ 1 – 34 – ความดันเนื่องจากระยะต่างระดับ 1 – 34 = 557.17 Pa = 2.19 นิ้วน้ำ

- ความดันตกของระบบจาก 1 – 40 = ผลรวมความดันตกท่อลมจาก 1 – 40 +ความดันตกอุปกรณ์ 1– 40+ ความดันตกที่ข้อต่อ 1 – 40 – ความดันเนื่องจากระยะต่างระดับ 1 – 40 = 524.90 Pa = 2.10 นิ้วน้ำ

ตารางที่ 4.แสดงการคำนวณความดันตกของท่อลมตัวอย่างรูปที่ 4. และตารางที่ 3

เนื่องจากอากาศผ่านคอยล์เย็นทำให้มีอุณหภูมิต่ำลงและมีความหนาแน่นมากขึ้นจึงทำให้มีความดันช่วยในการไหลของอากาศลงมาที่หัวจ่ายทำให้ความดันตกที่ระดับต่างๆมีค่าใกล้เคียงกันมากขึ้น ความดันตกมากที่สุดอยู่ที่ท่อที่ไกลที่สุดจึงต้องใส่ที่ปรับลมที่หัวจ่ายเพื่อใช้ปรับควบคุมอัตราการส่งลม ความดันตกที่คำนวณได้นี้เป็นความดันสำหรับเลือกขนาดพัดลม แต่สำหรับความดันระบบท่อจะต้องหักความดันตก FAU ออกเพราะความดันตกภานในเครื่องเป็นความรับผิดชอบของผลิต ท่อลมจึงมีความดันตก 560.69-419 = 141.69 Pa (0.57 นิ้วน้ำ)

การคำนวณความดันตกตามตัวอย่างนี้ ทำให้สามารถกำหนดขนาดท่อลมได้ตามข้อจำกัดของพื้นที่ และสามารถคำนวณพื้นที่ท่อลมเพื่อการประเมิณราคาได้อีกด้วย ไม่จำเป็นต้องใช้วิธีคำนวณท่อลมแบบเดิมได้แก่ แบบความเร็วคงที่ (Equal velocity method) แบบความดันตกคงที่ (Equal friction method) หรือแบบคืนความดันสถิต (Static regain)

การสร้างท่อลม

สำหรับท่อลมในแนวดิ่งเกิน3ชั้นควรใช้ท่อลมสำเร็จที่หุ้มฉนวนมาจากโรงงานซึ่งจะมีค่าแรงการติดตั้งและความเรียบร้อยมากกว่า สำหรับท่อลมทั่วไปถ้าไม่ระบุเป็นวัสดุอื่น จะสร้างจากแผ่นเหล็กอาบสังกะสีG60ที่มีแรงเคร้นไม่ต่ำกว่า207kPa ผู้รับเหมาระบบปรับอากาศและระบายอากาศต้องสร้างและติดตั้งท่อลมตามแบบและข้อกำหนดของผู้ออกแบบที่ระบุไว้ในสัญญา สามารถเปลี่ยนได้เฉพาะแนวท่อลมตามที่ผู้ควบคุมงานอนุมัติเท่านั้น ผู้ออกแบบจึงต้องศึกษาและกำหนดการสร้างและติดตั้งท่อลมให้ถูกต้องหรือกำหนดให้ใช้มาตรฐาน SMACNA(Sheet Metal and Air-Conditioning Contractor National Associations, Inc.) ตามเอกสารอ้างอิง2.

ท่อลมประกอบด้วยผนังท่อลม รอยต่อท่อในแนวท่อ (Longitudinal seam) การเสริมแรงระหว่างรอยต่อหรือชิ้นส่วนที่รอยต่อ และการรองท่อ(การยึดท่อลมกับอาคาร) แต่ละส่วนจะมีข้อกำหนดที่ต้องทำตามเพื่อความแข็งแรงของระบบท่อลมตามขนาดของท่อลมและความดันที่ใช้งาน เดิมจะระบุประเภทท่อลมแบ่งออกเป็นท่อลมความเร็วและความดันต่ำ กับความดันและความเร็วสูง แต่ปัจจุบันแบ่งออกตามความดันระบุของท่อลมตามตารางที่ 5. ถ้าไม่ได้ระบุไว้ให้ถือว่าท่อลมอัตราการส่งลมคงที่ (CAV, constant air volume) เป็นท่อลมที่มีความดันระบุ 250 Pa (1 นิ้วน้ำ) และสำหรับท่อลมที่ปรับอัตราการส่งลมอัตโนมัติ (VAV, variable air volume) ให้เป็นท่อลมที่มีความดันระบุ 500 Pa (2 นิ้วน้ำ)

ตารางที่ 5. ความดันระบุของท่อลม

จากตัวอย่างข้างต้น ระบบท่อลมมีความดันตกเท่ากับ141.7Pa(0.57 นิ้วน้ำ)จึงใช้ท่อลมที่มีความดันระบุ 250 Pa (1นิ้วน้ำ)จึงไม่จำเป็นต้องระบุความดัน ตารางที่6.แสดงความดันระบุของท่อแบบต่างๆซึ่งจะเห็นว่าท่อสี่เหลี่ยมมีมาตรฐานตามระดับความดันมากที่สุด ท่อแบบอื่นๆก็สามารถใช้ได้ทุกช่วงเช่นกันแต่มีมาตรฐานน้อยกว่า อาจทำให้มีราคาแพงกว่า เช่นท่อลมกลมที่มีความดันระบุ1500Pa (+6 นิ้วน้ำ) ต้องใช้ท่อลมที่มีความดันระบุ2500Pa (+10นิ้วน้ำ) แทนเป็นต้น ส่วนท่อรูปไข่ไม่มีมาตรฐานสำหรับท่อลมที่มีความดันระบุมากกว่า 1500 Pa (6 นิ้วน้ำ) และไม่มีมาตรฐานสำหรับท่อลมรูปไข่ที่มีความดันระบุน้อยกว่า125Pa(½นิ้วน้ำ)

ตารางที่ 6. ท่อลมแบบต่างๆและความดันระบุ

มาตรฐานท่อลมของ SMACNA ได้จากการทดสอบโดยมีสมมุติฐานดังต่อไปนี้

- ความหนาท่อลม ต้องสามารถทนความดันในท่อลมและการสั่นสะเทือนเนื่องจากการหมุนวนของอากาศโดยไม่เสียรูปและไม่ยุบตัวเกินขีดจำกัด แผ่นเหล็กที่ใช้ทำท่อลมอาจไม่เรียบจริง การอัดร่องและพับสันจะช่วยความแข็งแรงและการที่แผ่นไม่เรียบได้

- ชิ้นส่วนเสริมแรง เพื่อไม่ให้แผ่นท่อลมยุบตัวเนื่องจากน้ำหนักของแผ่นเอง ไม่เกิดแรงเคร้นจากการดัด(bending) เกินค่าแรงเคร้นยอมรับ(allowable stress)

- ตะเข็บท่อต้องทนความดันได้ถึง 1.5 เท่าของความดันใช้งานสูงสุดโดยไม่เสียรูปหรือเกิดความเสียหาย

- รอยต่อท่อ (transverse joint)ต้องทนความดันได้ถึง 1.5 เท่าของความดันใช้งานสูงสุดโดยไม่เกิดความเสียหาย

- ความแข็งแรงของท่อลม ท่อลมที่อยู่ระหว่างที่แขวนท่อลมสองชุดจะต้องไม่ยุบตัวเนื่องจากน้ำหนักของท่อลมเองและน้ำหนักส่วนอื่นๆที่เกี่ยวข้องกับท่อลม แต่ไม่ใช่น้ำหนักคน ที่แขวนท่อก็เช่นเดียวกัน

- การรั่ว ไม่มีท่อลมที่ไม่มีการรั่ว ผู้ออกแบบจึงไม่ควรระบุให้มีการรั่วไหลน้อยเกินไป

ตัวอย่างส่วนต่างๆของท่อลมจากเอกสารอ้างอิง 2.เพื่อให้เข้าใจพื้นฐาน ซึ่งจะสามารถศึกษารายละเอียดในส่วนอื่นๆเพื่อการใช้งานต่อไป

ตะเข็บท่อลม (Longitudinal seam) เมื่อพับแผ่นเหล็กให้เป็นท่อสี่เหลี่ยม จะต้องต่อขอบหรือมุมสำหรับท่อลมเรียกว่าตะเข็บซึ่งต้องมีความแข็งแรงและสามารถรับความดันของท่อลมได้ตามระดับความดันของท่อลม

รูปที่ 7. ตะเข็บท่อแบบต่างๆ สำหรับมุมและเชื่อมแผ่นระหว่างมุม

ตะเข็บตั้งสามารถใช้เสริมแรงได้ตามรูปที่ 7. ระยะของแผ่นระหว่างตะเข็บต้องอัดร่องหรือพับสันเพื่อป้องกันเสียงตามรูปที่ 8.และต้องมีชิ้นเสริมแรงประเภทต่างๆตามตารางที่ 7. จึงมีทั้งความดันตกและทำให้ค่าแรงการติดตั้งท่อลมสูงขึ้นยกเว้นจะเป็นท่อลมที่มีขนาดใหญ่มาก ที่มีความจำเป็นต้องใช้

รูปที่ 8. ตะเข็บตั้งภายในท่อลมสำหรับท่อลมความดันระบุสูงสุด 500 Pa

การเสริมแรง เนื่องจากท่อลมทำจากเหล็กแผ่น เพื่อให้ท่อลมสามารถรับความดันได้โดยไม่เสียรูปไม่กระพือทำให้เกิดเสียงและไม่เกิดความเสียหาย จะต้องเสริมแรงท่อลมตามสิ่งแนบที่ 2. จากตารางที่ 7.ตัวอย่างตารางการสร้างท่อลมความดันระบุ 250 มม ท่อลมที่มีความกว้าง 750 มม.ลงมาไม่จำเป็นต้องเสริมแรงถ้ามีความหนาแผ่นเหล็กตามคอลั่มที่ 2 ท่อลมที่มีขนาดใหญ่ขึ้นจะมีวิธีการเสริมแรงและความหนาแผ่นเหล็กท่อลมตามระยะการเสริมแรง เช่น ท่อลมขนาด 460 มม. จากตารางถ้าไม่เสริมแรงจะต้องใช้เหล็กหนา 1.00 มม. ถ้าเสริมแรงจะสามารถลดความหนาของท่อลมลงเป็น 0.55 มม. ถ้าเสริมแรงแบบ B ทุกๆระยะ 0.9 ม. ซึ่งจะทำให้ราคาวัสดุถูกลง แต่ทำให้ค่าแรงสร้างและติดตั้งท่อลมสูงขึ้น

ถ้าเป็นงานท่อลมระบบเล็กการเปลี่ยนความหนาท่อลมทำให้ต้องมีแผ่นเหล็กหลายขนาด ยุ่งยากในการตรวจสอบ จึงอาจใช้วิธีเลือกแผ่นเหล็กขนาดเดียวได้โดยเลือกจากชนิดเสริมแรงก่อนแล้วจึงย้อนมาดูขนาดท่อลมเล็กสุดที่ใช้ได้ เช่นเมื่อท่อลมมีความกว้างมากสุด 570 มม. ผู้รับจ้างมีเหล็กเป็นม้วนความหนา 0.55 มม. เลือกเสริมแรง C ทุกระยะ 0.9 มม.สามารถใช้กับท่อลมเล็กลงมาได้ทุกขนาด โดยที่ท่อกว้าง 300 มม.ลงมาไม่ต้องเสริมแรง

ที่ขนาดท่อลม 2000 มม.ระยะที่ใช้เสริมแรง 0.9 ม.วิธีการเสริมแรง H-0.85G หมายความว่าใช้ความหนาท่อลม 0.85 มม. เสริมแรงแบบ H และสามารถลดมาใช้แบบ G ได้ถ้ามีท่อนเหล็กกลมเสริม

ตารางที่ 7. ตัวอย่างตารางการสร้างท่อลมความดันระบุ 250 มม(ทั้งบวกและลบ) แสดงความหนาท่อลมและการเสริมแรง

ชิ้นส่วนที่ใช้เสริมแรงตัวอย่างแสดงในรูปของตารางที่ 8. การเสริมแรงระดับหนึ่งสามารถเลือกได้หลายแบบตามขนาดในตาราง ค่า C และ H ที่ต่อท้ายความหนาบอกวิธีการขึ้นรูป C ขึ้นรูปเย็น และ H หมายถึงขึ้นรูปร้อน

ตารางที่ 8. ตัวอย่างระดับการเสริมแรงที่ระหว่างรอยต่อของท่อลม

รอยต่อท่อลม (Transverse joint) ใช้สำหรับต่อท่อลมกับท่อลม ท่อลมเข้ากับข้อต่อต่างๆ ชิ้นส่วนที่ใช้ต่อประสานท่อนี้ทำหน้าที่เสริมแรงให้ท่อลมด้วย เช่นเดียวกับชิ้นส่วนเสริมแรงระหว่างรอยต่อข้างต้น ประเภทของรอยต่อจึงดูจากตารางที่ 7 การต่อประสานท่อลมแบบอื่นๆจะดุรายละเอียดการต่อทั้งหมดได้จากเอกสารอ้างอิง 2.

ท่อลมที่ไม่ต้องมีชิ้นส่วนเสริมแรง ท่อลมที่ไม่ต้องเสริมแรงจะต้องมีความหนาตามตารางที่ 9. ซึ่งจะมีตะเข็บท่อ และมีการต่อแบบเรียบ (Flat joint) ตามรูปที่ 9 และท่อลมที่มีความหนาไม่เกิน 1.00 มม.มีความดันระบุไม่เกิน 750 Pa ถ้าความกว้างมากกว่า 480 มม. หรือมีพื้นที่เกิน 0.83 ตรม.ที่ไม่มีการเสริมแรงจะต้องอัดร่อง หรือพับสันตามรูปที่ 10 เพื่อไม่ให้เกิดเสียงยกเว้นเมื่อมีการหุ้มฉนวนหรือบุด้วยวัสดุเก็บเสียง.

ตารางที่ 9.ความหนาท่อลมที่ไม่ต้องมีชิ้นส่วนเสริมแรง

รูปที่ 9.ท่อลมที่ไม่ต้องเสริมแรงแต่ก็ต้องมีตะเข็บท่อ ในรูปแสดงการต่อท่อ (Transverse joint)

รูปที่ 10.ท่อลมที่ทำร่องและพับสันเพื่อป้องกันเสียง

การรั่วไหลของท่อลม การรั่วไหลของท่อลมขึ้นอยู่กับเครื่องจักรที่ใช้สร้างท่อลม ลักษณะของตะเข็บ ข้อต่อ การซีลท่อลม และความชำนาญของช่างท่อลม ASHRAE/SMACNA/TIMA กำหนดมาตรฐานระดับการรั่วของท่อลม CL ตามสมการที่ 14. และแบ่งระดับการรั่วของท่อลมประเภทต่างๆทั้งที่ซีลและไม่ได้ซีลเพื่อให้ประเมินความสำคัญของปริมาณการรั่วไหลตามตารางที่ 10.

CL = 1000 Q/∆PS^0.65 (14)

เมื่อ Q คืออัตราการรั่วไหล/พื้นที่ผิวท่อลม ลิตร / วินาที

CL คือระดับการรั่ว มิลลิลิตร / วินาที / ตร.ม. ที่ความดันแตกต่าง 1 ปาสคาล

ตารางที่ 10. แสดงระดับการรั่วของท่อลมแบบต่างๆทั้งทีซีลและไม่ซีล ค่าที่ได้จากการวัดในห้องทดลองและค่าที่แนะนำ

การซีลท่อลมมีข้อกำหนดให้ซีลที่ตำแหน่งของท่อลมตามตารางที่ 11. วัสดุที่ใช้ซีลอาจเป็นกาว ปะเก็น แผ่นเทปหรือใช้ประกอบกันเพื่อปิดรอยของท่อลมและส่วนท่อลมที่ต่อกับอุปกณ์ที่มีโอกาสเกิดลมรั่ว หรือด้วยการเชื่อมตลอดแนว วัสดุที่ใช้ซีลจะต้องเหมาะสมกับความดันของท่อลม ทนทานต่อสารเคมีในสภาวะแวดล้อมของท่อลม ทนทานต่อการเคลื่อนที่ของชิ้นส่วนที่ติดกัน ใช้งานง่าย มีปริมาณการใช้ที่เหมาะสม ต้องการความสะอาดของผิวมากหรือน้อย เก็บได้นาน ระยะเวลาเซ็ทตัวพอเหมาะกับงาน และมีข้อมูลความปลอดภัยจากผู้ผลิต และตารางที่ 12.แสดงข้อแนะนำสำหรับการซีลท่อลมที่ติดตั้งในสถานที่ต่างๆกัน

ตารางที่ 11. ประเภทการซีลของท่อลมและความดันระบุ

ตารางที่ 12. แนะนำการซีลท่อลมตามสถานที่ติดตั้งต่างๆกัน

การซีลรอยต่อของท่อลมเป็นสิ่งที่สำคัญที่สุดเพราะจะมีการรั่วมากกว่าตำแหน่งอื่นๆของท่อลมและถูกกำหนดให้ทำในการซีลท่อลมในทุกระดับ รูปที่ 11.แสดงการใช้ปะเก็นและหน้าแปลนท่อลมเพื่อซีลรอยต่อท่อลม

รูปที่ 11. การซีลรอยต่อท่อลมด้วยหน้าแปลนและปะเก็นการซีลท่อลมมีข้อกำหนดให้ซีลที่ตำแหน่งของท่อลมตามตารางที่ 11. วัสดุที่ใช้ซีลอาจเป็นกาว ปะเก็น แผ่นเทปหรือใช้ประกอบกันเพื่อปิดรอยของท่อลมและส่วนท่อลมที่ต่อกับอุปกณ์ที่มีโอกาสเกิดลมรั่ว หรือด้วยการเชื่อมตลอดแนว วัสดุที่ใช้ซีลจะต้องเหมาะสมกับความดันของท่อลม ทนทานต่อสารเคมีในสภาวะแวดล้อมของท่อลม ทนทานต่อการเคลื่อนที่ของชิ้นส่วนที่ติดกัน ใช้งานง่าย มีปริมาณการใช้ที่เหมาะสม ต้องการความสะอาดของผิวมากหรือน้อย เก็บได้นาน ระยะเวลาเซ็ทตัวพอเหมาะกับงาน และมีข้อมูลความปลอดภัยจากผู้ผลิต และตารางที่ 12.แสดงข้อแนะนำสำหรับการซีลท่อลมที่ติดตั้งในสถานที่ต่างๆกัน

รูปที่ 11. ประเภทการซีลของท่อลมและความดันระบุ

การยึดท่อลม

ท่อลมในแนวนอนจะวางบนเหล็กฉากหรือเหล็กราง ตามระยะห่างที่ใช้รองรับท่อลม ขนาดและวิธีการยึดของเหล็กเข้ากับอาคารขึ้นอยู่กับน้ำหนักของท่อลมที่รับ เอกสารอ้างอิง 2. แนะนำวิธีการคำนวณและข้อมูลสำหรับการยึดท่อที่เหมาะสม

ท่อลมแนวดิ่งในช่องท่อควรใช้เหล็กฉากหรือเหล็กรางยึดติดกับแผ่นท่อลมด้วยการเชื่อม รีเวท สกรู หรือน๊อต เพื่อใช้เหล็กนี้ยึดเข้ากับผนังช่องท่อ หรือพื้นโดยยึดทุกระดับชั้นหรือทุกสองชั้นตามน้ำหนักของท่อลม แต่ความดันในท่อลมอาจทำให้เท่อลมฉีกหลุดออกจาก รีเวท สกรู หรือน๊อตได้ อีกวิธีหนึ่งคือใช้เหล็กฉากยึดเข้ากับชิ้นส่วนเสริมแรงของท่อลม

รูปที่ 12. การยึดท่อลมแนวดิ่งโดยใช้ท่อนเหล็กห้อยจากพื้นของช่องท่อ

รูปที่ 13. การยึดท่อลมโดยวางเล็กฉากบนพื้นของช่องท่อ

รูปที่ 14. การหุ้มฉนวนท่อลมแนวดิ่งเพื่อป้องกันหยดน้ำจากการกลั่นตัวที่ท่อลม

การปรับและทดสอบท่อลม

ท่อลมใช้สำหรับส่งลมจากจุดหนึ่งไปใช้ยังจุดอื่นๆ ถ้าในแต่ละจุดได้รับลมในอัตราน้อยหรือมากกว่าที่ออกแบบไว้ ระบบปรับอากาศจะไม่สามารถทำงานได้ตามที่ต้องการ เมื่องานติดตั้งระบบปรับอากาศเรียบร้อยจึงจำเป็นต้องทำการปรับลม (Balancing) ตามที่ได้ออกแบบไว้ นอกจากการปรับลม ยังมีเรื่องความดัน ความสะอาด เสียงจากท่อลม ความสั่นสะเทือน และการรั่วของระบบท่อลม การปรับลมและการทดสอบท่อลมสามารถศึกษาเพิ่มเติมได้จาเอกสารอ้างอิง

สำหรับท่อลมความดันระบุ 3 นิ้วน้ำลงมาไม่จำเป็นต้องทดสอบการรั่วถ้ามีวิธีการซีลที่พอเพียงซึ่งได้รับการยืนยันการทำงานของวิธีการจากผู้ผลิตยกเว้นจะระบุไว้ในข้อกำหนดของงาน เนื่องจากการทดสอบใช้ต้นทุนสูงASHRAE energy conversation standards series 90 ระบุให้ทดสอบการรั่วของท่อลมความดัน 4 นิ้วน้ำขึ้นไป

บทส่งท้าย

งานท่อลมเป็นงานที่สำคัญสำหรับระบบปรับอากาศและระบายอากาศ เป็นงานที่มีราคาสูง ขนาดท่อลมมีผลต่อพลังงานที่ใช้กับพัดลมและการใช้งานของอาคารโดยเฉพาะอย่างยิ่งอาคารสูงซึ่งระบบท่อลมในแนวดิ่งจำเป็นต้องใช้ระบบท่อลมที่มีความดันระบุสูงขึ้นกว่าที่ใช้ในปัจจุบัน อากาศบริสุทธิจะใช้สำหรับการควบคุมปรับคุณภาพอากาศและความชื้นในอาคาร ด้วยFAU(Fresh air unit) ซึ่งใช้พลังงานสูงมาก ท่อลมสำหรับอากาศบริสุทธิ์จึงมีความสำคัญ ควรกำหนดให้มีระบบซีลเพื่อควบคุมลดการรั่วไหล และกำหนดระดับการรั่วไหล

ผู้ออกแบบต้องเข้าใจในหลักการและให้ความระมัดระวังในการออกแบบ โดยไม่ลืมเปิดช่องให้ผู้รับจ้างแก้ไขการสร้างท่อลมตามมาตรฐานอ้างอิง หรือใช้ระบบท่อลมที่ได้รับอนุมัติเทียบเท่าจากมาตรฐานอ้างอิงได้ ผู้ควบคุมงานจะต้องเข้าใจในมาตรฐานการควบคุมงานและมาตรฐานการสร้างท่อลมสามารถตัดสินใจและส่งต่อให้กับผู้ออกแบบอนุมัติเป็นทางการ เพื่อควบคุมงบประมาณและการทำงานของระบบปรับอากาศและระบายอากาศ

เอกสารอ้างอิง

1. CHAPTER 35, DUCT DESIGN, 2005 ASHRAE Handbook Fundamentals; American Society of Heating, Refrigerating, Air-conditioning Engineers, Inc.

2. HVAC DUCT CONSTRUCTION STANDARDS METAL AND FLEXIBLE SECOND EDITION – 1995 SHEET METAL AND AIR-CONDITIONING CONTRACTORS’ NATIONAL ASSOCIATION, INC.