ระบบน้ำร้อนโรงแรมด้วยฮีทปั๊ม

คุณภาพน้ำร้อน สามารถแยกออกเป็น 5 ข้อดังนี้

- น้ำร้อนจะต้องไม่มีสีและกลิ่น ซึ่งจะทำให้น้ำร้อนไม่น่าใช้

- ความดันน้ำร้อนจะต้องคงที่ เพื่อรักษาอัตราส่วนการผสมของน้ำร้อนและน้ำเย็นสำหรับอาบ

- ปริมาณน้ำร้อนจะต้องมีเพียงพอต่อการใช้งาน

- อุณหภูมิน้ำร้อนจะต้องไม่เปลี่ยนแปลงมากกว่า 3ซ ตลอดการใช้ตามความคุ้นเคยของผู้ใช้

- ปราศจากเชื้อซึ่งมีผลต่อสุขภาพอนามัยของผู้ใช้

สีและกลิ่นของน้ำร้อน

ถังเก็บน้ำร้อนควรใช้เหล็กไร้สนิมหรือเหล็กกล้าเคลือบด้วยอีพ็อกซี่ ซึ่งสามารถทนอุณหภูมิน้ำร้อนได้ไม่ต่ำกว่า80ซ หรือถังไฟเบอร์กลาส ซึ่งจะไม่ทำให้เกิดสนิมซึ่งเป็นสีในน้ำร้อน อิพ็อกซี่และไฟเบอร์กลาสทำให้เกิดกลิ่นในระยะแรก จึงต้องมีระยะเวลาก่อนการใช้งานเพื่อลดปัญหาเรื่องสีและกลิ่น

ตะกรันหินปูนก็เป็นต้นเหตุของสีในน้ำร้อน นอกจากนี้ตะกรันยังทำให้พื้นที่แลกเปลี่ยนความร้อนของมีประสิทธิภาพลดลง ควรมีเครื่องทำน้ำอ่อน(Softener)และต้องล้างน้ำเกลือ(regenerate)อย่างสม่ำเสมอเพื่อคุณภาพของน้ำ ระบบท่อควรเป็นท่อทองแดง หรือท่อพลาสติกที่สามารถทนอุณหภูมิได้ไม่ต่ำกว่า 80ซได้แก่ ท่อไฟเบอร์กลาส ท่อพีบีชนิดทนความร้อน ท่อพีพี เป็นต้น ซึ่งท่อเหล่านี้จะไม่เกิดสนิม

ความดันของระบบน้ำร้อน

ระบบที่จ่ายจากถังที่หลังคาให้ความดันของระบบน้ำร้อนและน้ำเย็นคงที่ที่สุด ระดับน้ำในถังเปลี่ยนไป 1 เมตร เท่ากับความดันเปลี่ยนไป 0.1 บาร์ ถ้าใช้เครื่องสูบน้ำควบคุมการปิดเปิดด้วยความดันจะตั้งการปิดเปิดเมื่อความดันแตกต่างกัน 0.25 บาร์ ระบบนี้มีโอกาสที่ความดันน้ำจะเปลี่ยนแปลงสูงถึง 0.5 บาร์ ซึ่งมีผลต่ออัตราการผสมและอุณหภูมิของน้ำผสม

ชุดเครื่องสูบน้ำ (Booster pump set) ควรเลือกให้มี Regulating valve เพื่อควบคุมความดันอีกชั้นหนึ่งจะทำให้ได้ความดันน้ำคงที่ ชุดเครื่องสูบน้ำความดันคงที่ VSD(Variable Speed Constant Pressure Pump) ซึ่งมีเครื่องสูบน้ำอินเวอร์เตอร์ จะทำให้ความดันน้ำคงที่และประหยัดพลังงานได้อีกด้วย

การออกแบบระบบท่อควรเลือกขนาดท่อให้มีความดันคกจากในระบบน้อยที่สุด และใช้มาตรฐานที่อิงข้อมูลทางด้านสถิติเช่น NPC(National Plumbing Code) หรือมาตรฐานการออกแบบท่อในอาคารของวิศวกรรมสถาน เป็นต้น

ปริมาณน้ำร้อนเพียงพอสำหรับการใช้

ขึ้นกับการเลือกขนาดอีทปั๊มและถังเก็บน้ำร้อน เพื่อให้ลงทุนน้อยและคืนทุนเร็ว ฮีทปั๊มจะต้องมีขนาดเล็กที่สุดที่จะทำน้ำร้อนได้เพียงพอสำหรับการใช้ใน1วัน ซึ่งทำให้ค่าความต้องการไฟฟ้าต่ำสุด ควรเลือกให้ฮีทปั๊มแต่ละเครื่องทำงานประมาณ20ชม./วัน ถังเก็บน้ำร้อนจะต้องสามารถเก็บน้ำร้อนได้เพียงพอสำหรับวัน เมื่อต้องการสำรองเลือกฮีทปั๊ม 2 เครื่อง และสำรองอีก 1 เครื่อง เพื่อให้เครื่องขนาดเล็ก

การคำนวณขนาดเครื่องทำน้ำร้อนและถังเก็บน้ำร้อนใหม่ใช้การเก็บข้อมูลทางสถิติจากอาคารตัวอย่าง โดยคำนวณจากจำนวนสุขภัณฑ์และใช้ค่า Storage Factor และ Recovery Factor ของอาคารประเภทต่างๆ ซึ่งการออกแบบตามมาตรฐานASHRAE Standard เป็นข้อมูลสำหรับการใช้หม้อน้ำร้อนทำให้ทั้งขนาดเครื่องและขนาดถังเก็บน้ำร้อนใหญ่มีราคาสูง ระยะเวลาการคืนทุนนาน การคำนวณขนาดที่ให้ความแม่นยำและประหยัดควรใช้การใช้น้ำร้อน/คน/วัน

สำหรับอาคารเก่าสามารถตรวจวัดอัตราการใช้น้ำร้อน ใช้สมการที่1.เพื่อคำนวณขนาดเครื่องทำน้ำร้อนและขนาดถังเก็บน้ำร้อนโรงแรม โดยจะต้องประมาณอัตราการใช้น้ำสูงสุด และช่วงเวลาที่มีการใช้น้ำร้อนสูงสุด

Q = R + M.S/d (1.)

โดยที่ Q = ปริมาณน้ำร้อนที่ใช้ได้สูงสุด, L/h

R = อัตราการทำน้ำร้อน, L/h

M = อัตราส่วนน้ำที่ใช้ได้ของถังเก็บน้ำร้อน

S = ขนาดถังเก็บน้ำร้อน, L

d = ระยะเวลาที่ใช้น้ำสูงสุด, h

ตัวอย่าง การคำนวณขนาดฮีทปั๊มและขนาดถังเก็บน้ำร้อน โรงแรมขนาด 100 ห้อง ใช้น้ำร้อน 60C อัตราการใช้น้ำ 300 L/วัน/ห้อง

ใช้น้ำร้อนทั้งสิ้น 9,000 L/วัน (การใช้น้ำร้อนผสม30 %)

ชั่วโมงการใช้น้ำร้อนสูงสุด 1.5 ชั่วโมง

ฮีทปั๊มทำงานว้นละ = 9000/20 = 450 L/ชม. (ฮีทปั๊มทำงาน 20 ชม./วัน)

ความร้อน = 4.18 x 9000 x ( 60-28) /3600/20 = 16.72 kW (อุณหภูมิน้ำเติม 28oซ)

เลือกฮีทปั๊ม 2 x 8 kW + 1 x 8 kW stand-by (จะติดตั้งภายหลังก็ได้)

ตารางที่ 1.การใช้น้ำร้อนสูงสุด (L/h) โดยการแทนค่าตัวอย่างลงในสมการที่ 1 ที่ขนาดถังเก็บน้ำร้อนต่างๆกัน

ใช้ถังเก็บน้ำร้อนขนาดเล็กจะรองรับการใช้น้ำร้อนสูงสุดได้น้อยกว่าถังเก็บน้ำร้อนขนาดใหญ่ ถังน้ำร้อนที่มีอัตราส่วนน้ำที่ใช้ได้ต่ำกว่าก็จะรองรับการใช้น้ำร้อนสูงสุดได้น้อยกว่าถังน้ำร้อนที่มีอัตราส่วนน้ำที่ใช้ได้สูงกว่า การเลือกให้ฮีทปั๊มทำงานไม่เกิน20ชม./วันถังเก็บน้ำร้อนสำหรับ1วันจึงเป็นวิธีที่ดีที่สุด

อุณหภูมิน้ำร้อน

น้ำที่ใช้อาบมีอุณหภูมิตามความต้องการของผู้ใช้(<40ซ) สำหรับเครื่องล้างจานตามFDA Food Code ต้องมีอุณหภูมิ >70ซ ระบบน้ำร้อนโรงแรมใช้อุณหภูมิสูงเพื่อลดปริมาณน้ำร้อนเมื่อใช้จึงผสมเพื่อลดอุณหภูมิ ทำให้ขนาดท่อ ฉนวนและถังเก็บน้ำร้อนเล็กมีราคาลดลง

ตารางที่ 2.ผลของอุณหภูมิน้ำร้อนที่มีต่อเชื้อลิจีเนลล่า

การผลิตน้ำประปามีกระบวนการฆ่าเชื้อ น้ำประปาจึงปลอดจากเชื้อรวมถึงเชื้อลิจิเนลล่า การปนเปื้อนอาจเกิดในระบบท่อกระจายน้ำประปาและการเก็บน้ำในอาคาร เชื้อจะเจริญเติบโตแบบทวีคูณในอุณหภูมิบ้านเราโดยเฉพาะบริเวณที่น้ำร้อนค้างท่อจากท่อดิ่งมาที่สุขภัณฑ์ และในท่อน้ำที่ใช้ผสม

กลุ่มประเทศประชาคมยุโรปแนะนำวิธีควบคุมเชื้อลิจีเนลล่าโดยใช้อุณหภูมิน้ำร้อนโดยไม่คำนึงถึงน้ำใช้ ข้อแนะนำคือให้น้ำร้อนที่ออกจากถังเก็บน้ำร้อนมีอุณหภูมิไม่ต่ำกว่า60ซ และต้องมีท่อหมุนเวียนเพื่อให้อุณหภูมิน้ำกลับมาถังเก็บน้ำร้อน55ซ(ในทางปฏิบัติไม่ต่ำกว่า50ซ) ต้องสามารถจ่ายน้ำร้อนที่จุดใช้งาน55ซ(ในทางปฏิบัติไม่ต่ำกว่า50ซ)ภายในระยะเวลา1นาที อุณหภูมิน้ำร้อนที่ท่อจากถังเก็บน้ำร้อนต้อง >50ซ เกิน20นาทีภายใน1วัน และหลังจาก1นาทีอุณหภูมิน้ำร้อนเปลี่ยนแปลง<10ซ

ประชาคมยุโรปแนะนำวิธีฆ่าเชื้อลิจีเนลล่าด้วยอุณหภูมิน้ำร้อน2วิธีคือการใช้น้ำร้อน 70-80ซ เก็บในถังเก็บน้ำร้อนและหมุนเวียนน้ำนี้ผ่านระบบท่อทั้งหมดเป็นเวลา3วัน แล้วเปิดให้น้ำออกจากจุดใช้เป็นเวลา 5นาที ที่อุณหภูมิไม่ต่ำกว่า 65ซ อีกวิธีหนึ่งที่คือการหมุนเวียนน้ำที่อุณหภูมิ 60ซ อุณหภูมิน้ำร้อนที่จุดใช้ไม่ต่ำกว่า 55ซ ในทางปฏิบัติไม่ต่ำกว่า 50ซ เป็นเวลา 1นาทีที่เปิดน้ำร้อน

ระบบน้ำประปาของเราใช้คลอรีนฆ่าเชื้อ ทุกอาคารจะมีถังน้ำเพื่อสำรองน้ำอย่างน้อยที่สุดสำหรับการใช้หนึ่งวัน เนื่องจากอนุพันธ์ของคลอรีนเป็นสารก่อมะเร็งถ้าคลอรีนเสื่อมสภาพไปก่อนการใช้ถึงจะปลอดภัยจากสารก่อมะเร็ง อาจมีการปนปื้อนเชื้อโรคในถังเก็บน้ำและกระจายไปทั่วทั้งอาคารได้ การฆ่าเชื้อในน้ำใช้ด้วยความร้อนจึงเป็นวิธีที่ปลอดภัยที่สุดเพราะไม่มีความสี่ยงจากสารเคมี

ฮีทปั๊มทำน้ำร้อน

ฮีทปั๊มเป็นเครื่องทำน้ำร้อนพลังงานทดแทน สำหรับโรงแรมใช้ฮีทปั๊มได้ทั้ง ATW(Air to water) และ WTW(Water to water) เป็นเครื่องทำน้ำร้อนที่มีค่าใช้จ่ายในการผลิตน้ำร้อนต่ำสุด และได้ความเย็นเป็นผลพลอยได้ ฮีทปั๊มATWทำน้ำร้อนจากความร้อนของอากาศ จึงได้อากาศเย็นไปใช้ในงานปรับอากาศ แบบWTWทำน้ำร้อนจากความร้อนของน้ำจึงได้น้ำเย็นไปใช้กับงานปรับอากาศได้เช่นเดียากัน

ATWมีการทำงานตามอุณหภูมิอากาศ ควรใช้อากาศภายนอกเป็นแหล่งความร้อนเพื่อนำอากาศเย็นไปใช้ในห้องที่ต้องการอากาศและความเย็นตลอดเวลาเช่นโถงเป็นต้นทำให้หาพื้นที่ติดตั้งยาก และฤดูหนาวจะทำน้ำร้อนได้น้อย WTWควรใช้น้ำกลับของระบบน้ำเย็นของระบบปรับอากาศเนื่องจากมีอุณหภูมิสูงกว่าน้ำเย็นจ่าย อุณหภูมิน้ำกลับเสถึยรกว่าอากาศภายนอก ไม่ควรใช้น้ำจากหอผึ่งน้ำเพราะปัญหาคุณภาพน้ำ

ระบบท่อของฮีทปั๊มและถังเก็บน้ำร้อน

ถังเก็บน้ำร้อนแบ่งออกเป็น ถังแรงดัน และถังบรรยากาศ ถังแรงดันมีทั้งถังตั้งและถังนอน ถังตั้งมีขนาดเล็กกว่าถังนอนเนื่องจากข้อจำกัดเรื่องความสูงระหว่างชั้นอาคาร ทุกครั้งที่ฮีทปั๊มทำน้ำร้อนเก็บเข้าถังน้ำร้อนจะอยู่ค้านบนไล่น้ำที่เย็นกว่าลงด้านล่าง ปริมาตรถังเก็บน้ำร้อนที่อยู่ใต้อะควาสตัท(อุปกรณ์วัดอุณหภูมิควบคุมฮีทปั๊ม)มีอุณหภิต่ำกว่า ถังตั้งมีปริมาตรส่วนใต้อะควาสตัทน้อยกว่าถังนอนจึงมีอัตราส่วนใช้น้ำได้มากกว่า สำหรับถังเก็บน้ำร้อนขนาดใหญ่ควรใช้ถังบรรยากาศเพื่อลดต้นทุน

ทั่วไปจะต่อท่อน้ำหมุนเวียนจากถังเก็บน้ำร้อนทั้ง2แบบผ่านฮีทปั๊มเพื่อทำน้ำร้อนส่งกลับมาถังเก็บน้ำร้อน ฮีทปั๊มในระบบนี้ไม่ควบคุมอุณหภูมิน้ำร้อนที่ออกจากเครื่อง น้ำร้อนจากฮีทปั๊มและในถังเก็บจะค่อยๆร้อนขึ้นจนกระทั่งอุณหภูมิในถังเก็บน้ำร้อนจนอะควาสตัทปิดฮีทปั๊ม อุณหภูมิน้ำร้อนที่จ่ายจากถังจึงไม่คงที่

เพื่อลดการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิน้ำร้อนจ่าย รูปที่1.เป็นการติดตั้งฮีทปั๊มขนานกับถังเก็บน้ำร้อนแรงดัน ฮีทปั๊มนี้ควบคุมอุณหภูมิน้ำร้อนจ่ายให้คงที่ด้วยการปรับอัตราการไหลอัตโนมัติ รูปที่ 1.ก) เป็นรูปที่ทำน้ำร้อนเข้าถังเก็บน้ำร้อนในขณะที่ไม่มีการใช้น้ำร้อน น้ำร้อนอุณหภูมิ60ซ จะถูกส่งเข้าถังเก็บด้วยเครื่องสูบน้ำในฮีทปั๊ม น้ำร้อนจะไล่น้ำเย็นในถังเก็บกลับมาที่ฮีทปั๊ม อะควาสตัทที่ถังสุดท้ายจะสั่งให้ฮีทปั๊มหยุดทำงาน

รูปที่ 1.ข) ขณะที่ใช้น้ำร้อนไม่เกินการผลิตน้ำร้อนของฮีทปั๊ม น้ำร้อนจ่ายจากฮีทปั๊มโดยตรงและน้ำร้อนส่วนเกินจะเก็บเข้าถัง น้ำเติมและน้ำในถังเก็บจะถูกดึงผ่านฮีทปั๊ม เมื่อใช้น้ำร้อนเกินการผลิตน้ำร้อนของฮีทปั๊ม น้ำร้อนในถังเก็บน้ำร้อนจะถูกไล่ด้วยน้ำเติมออกมาผสมกับน้ำร้อนจากฮีทปั๊ม แม้อุณหภูมิในถังเก็บน้ำร้อนจะลดลงเนื่องจากสูญเสียความร้อนไปตามเวลาที่น้ำอยู่ในถังเก็บน้ำร้อน แต่เมื่อผสมกับน้ำร้อนจากฮีทปั๊มอุณหภูมิน้ำที่จ่ายไปใช้ก็จะไม่ตกมากเทียบกับน้ำร้อนจากถังเก็บน้ำร้อนเพียงทางเดียว เมื่อการใช้น้ำร้อนลดลงน้ำเติมก็จะลดลงฮีทปั๊มก็จะดึงน้ำเติมและน้ำในถังเก็บมาทำน้ำร้อนจ่ายและเก็บเข้าถังเก็บอีกครั้ง

รูปที่ 1 การติดตั้งเครื่องฮีทปั๊มถังเก็บน้ำร้อนแบบแรงดันและระบบท่อน้ำร้อน

ถังเก็บน้ำร้อนขนาดใหญ่ควรใช้ถังบรรยากาศเพื่อลดราคาของถังน้ำร้อน ตามรูปที่ 2.เพื่อให้ได้อุณหภูมิน้ำร้อนคงที่ จะแยกถังน้ำสำหรับใช้เติมน้ำเข้าระบบน้ำร้อนโดยไม่เติมเข้าในถังเก็บน้ำร้อนโดยตรง เพราะจะทำให้อุณหภูมิน้ำร้อนในถังเก็บลดลง ระดับน้ำร้อนในถังเก็บน้ำร้อนจะขึ้นลงตามการใช้น้ำร้อนและการทำงานของฮีทปั๊ม รูปที่ 2.ก)เติมน้ำเข้าถังเติมที่ควบคุมด้วยระดับน้ำในถัง รูปที่ 2.ข)เครื่องสูบน้ำฮีทปั๊มจะดึงน้ำจากถังเติมทำให้ร้อนส่งไปเข้าถังเก็บ น้ำร้อนในถังเก็บจะมากขึ้นจนล้นมาที่ถังเติมทำให้อุณหภูมิสูงขึ้น อะควาสตัทจึงสั่งปิดฮีทปั๊ม รูปที่2.ค)ถ้าอัตราการใช้น้ำร้อนน้อยกว่าการผลิตน้ำร้อน ฮีทปั๊มจ่ายน้ำร้อนโดยตรงและส่งน้ำร้อนส่วนเกินเข้าถังเก็บ ถ้าใช้น้ำร้อนมากน้ำจากถังเก็บจะไหลลงมาทำให้ระดับน้ำลดลงตามรูปที่ 2.ง) เมื่อการใช้ลดลงน้ำร้อนส่วนเกินก็จะส่งกลับเข้าถังเก็บน้ำร้อนจนล้นมาที่ถังเติมอีกครั้ง

รูปที่ 2. การติดตั้งเครื่องฮีทปั๊มถังเก็บน้ำร้อนแบบแรงดันและระบบท่อน้ำร้อน

บทส่งท้าย

การเลือกประเภทฮีทปั๊มทำน้ำร้อน การออกแบบระบบท่อน้ำร้อน ฉนวน ท่อกลับและอุปกรณ์ประกอบต่างๆ การฆ่าเชื้อในน้ำใช้ด้วยฮีทปั๊มจะอธิบายในตอนต่อไป