กรณีศึกษา: ควบคุมความดันและอุณหภูมิในโรงงานบรรจุภัณฑ์สะอาด

ปัญหาของโรงงานผลิตบรรจุภัณฑ์

1.        โรงงานตั้งอยู่เขตราษฎร์บูรณะ มีค่าเฉลี่ยสูงสุด PM2.5 150-175 μg/ลบม. รวม 8วันในเดือนมกราคม พ.ศ.2568

2.        ในโรงงานมีอุณหภูมิสูงและมีฝุ่น PM2.5 ใกล้คียงกับภายนอกทำให้มีผลต่อสภาพการทำงานและสุขภาพของคนงาน

3.        ผลิตภัณฑ์ถูกตีกลับเนื่องจากมีฝุ่นละอองทำให้ทางโรงงานต้องนำกลับมาแก้ไข

ข้อมูลโรงงาน

1.        โรงงาน 2 ชั้น พื้นที่ 66 x 18 x 4 m. (ยาว x กว้าง x สูง)

2.        เครื่องจักร Plastic Injection Machine 27 เครื่อง เครื่องละ 25.6 kW ติดตั้งภายในห้องปรับอากาศ

3.        เครื่องปรับอากาศเครื่องปรับอากาศมีทั้งสิ้น 18 เครื่อง เครื่องละ 1.5 ตัน

4.        พัดลมระบายอากาศขนาดใบพัด 30 นิ้ว จำนวน 3 เครื่อง และใช้พัดลมระบายอากาศขนาดเล็กในห้องปรับอากาศ

5.        คนงานทั้งสิ้น 100 คน ทำงานนอกห้องปรับอากาศ 20 คน

6.        เครื่องใช้ไฟฟ้าและไฟแสงสว่างภายนอกห้องปรับอากาศ 5 kW

หลังจากการเดินสำรวจโรงงานได้พบปัญหาดังต่อไปนี้

1.        โรงงานเริ่มต้นจากการเช่าโรงงานเก่าจึงไม่ได้ออกแบบให้เหมาะสมกับการผลิต การจัดเก็บ และการจัดส่งบรรจุภัณฑ์สะอาด

2.        ภายในโรงงานมีความดันอากาศเป็นลบเนื่องจากมีการติดตั้งพัดลมระบายอากาศขนาดใบพัด 30 นิ้ว จำนวน 3 เครื่องเพื่อระบายความร้อนและลดอุณหภูมิ ทำให้อากาศภายนอกไหลเข้ามาแทนที่และนำฝุ่นละอองเข้ามาในโรงงาน

3.        ในขณะสำรวจพบว่ามีช่วงเวลาหนึ่งภายในโรงงานมีความดันเป็นบวกเนื่องจากประตูบานเปิดแง้มออกเอง

4.        พื้นที่ส่วนหนึ่งในโรงงานกั้นเป็นห้องสำนักงานแต่ติดตั้งเครื่องปรับอากาศแบบหน้าต่างและระบบแยกส่วนโดยมีคอยล์ร้อนปล่อยความร้อนของเครื่องปรับอากาศภายในโรงงาน

5.        พื้นที่ส่วนหนึ่งในโรงงานกั้นเป็นห้องสำหรับเครื่องฉีดพลาสติกและติดตั้งเครื่องปรับอากาศโดยปล่อยความร้อนของเครื่องปรับอากาศภายในโรงงาน

6.        ใช้ม่านพีวีซีติดตั้งที่ทางเข้าโรงงานเพื่อนำวัสดุเข้า/ออก เป็นช่องทางให้อากาศภายนอกเข้าเมื่อความดันภายในโรงงานเป็นลบเนื่องจากการทำงานของพัดลมระบายอากาศขนาดใหญ่

7.        เมื่อมีลมธรรมชาติพัดเข้าหาโรงงานจะเกิดความดันส่งอากาศภายนอกเข้าโรงงานผ่านม่านพีวีซีและรอยรั่วของอาคารทำให้ความดันในโรงงานเป็นบวก

8.        อากาศภายนอกที่รั่วไหลเข้าอาคารช่วยลดอุณหภูมิในโรงงานได้ แต่ทำให้ฝุ่นละอองจากภายนอกเข้าสู่ภายในโรงงาน

แนวทางการแก้ไข

1.        ลดการรั่วไหลของอากาศเข้าโรงงานจากรอยรั่วของอาคาร และม่านพีวีซี

2.        ลดภาระความร้อนภายในโรงงานเพื่อลดอุณหภูมิ

3.        ใช้เครื่องส่งลมซึ่งประกอบด้วยพัดลมและที่กรองอากาศเพื่อส่งลมสะอาดเข้าโรงงานเพื่อสร้างความดันอากาศภายในโรงงานป้องกันอากาศและฝุ่นจากภายนอกไม่ให้เข้าโรงงาน

4.        อากาศภายในโรงงานมีอุณหภูมิสูงขึ้นเนื่องจากภาระความร้อนในโรงงานจะถูกอากาศภายนอกที่ส่งเข้าแทนที่ออกจากโรงงาน อุณหภูมิอากาศในโรงงานจึงมีค่าระหว่างอุณหภูมิเข้าและออกจากโรงงาน

การคำนวณ

1.        ความดันอากาศภายในอาคารต้องเท่ากับความดันอากาศที่เกิดจากลมธรรมชาติที่พัดปะทะอาคารโรงงานเพื่อไม่ให้อากาศภายนอกเข้าสู่อาคารเนื่องจากความเร็วลมธรรมชาติ

Pv          =           rV^2/2g

              ความเร็วลมกรุงเทพ 5%, V = 3.4 m/s : ความหนาแน่นอากาศ 5%Apr 35.6CDB, 27.1CWB r = 1.122 kg./m^3

              Pv          =           1.122*3.4^2/2     =              12.97 Pa (0.05 in.wg)

2.        การรั่วไหลของโรงงาน

อัตราการอัดลมเข้าโรงงานเพื่อรักษาความดันอากาศในโรงงานขึ้นอยู่กับอัตราการรั่วไหลของโรงงาน การรั่วไหลของอากาศเข้าอาคารโรงงานอยู่ระหว่าง 0.2 - 2.0 ปริมาตร/ชั่วโมง

2.1  อาคารโรงงานไม่ได้ออกแบบไว้สำหรับงานป้องกันฝุ่แต่แรกและยังมีการใช้ม่านพีวีซีและพัดลมระบายอากาศขนาดใหญ่จึงมีการรั่วไหลอากาศมาก ถ้ามีการปรับปรุงเล็กน้อย และยกเลิกการใช้พัดลมระบายอากาศ การรั่วไหลของอากาศเข้าอาคารโรงงานประมาณ 1.0 ปริมาตร/ชั่วโมง = 66 x 18 x 4 x 1 = 4752 ลบม./ชม.

2.2  ยกเลิกพัดลมระบายอากาศและกรุผนังภายในโรงงานใหม่ การรั่วไหลของอากาศเข้าอาคารโรงงานต่ำสุด 0.22 ปริมาตร/ชั่วโมง = 66 x 18 x 4 x 0.2 = 950.4 ลบม./ชม.

3.        ภาระความร้อนในโรงงาน

3.1    เนื่องจากในโรงงานมีอุณหภูมิสูงภาระความร้อนจากผนังภายนอกจึงไม่เกิดขึ้น

3.2    เครื่องปรับอากาศสำหรับสำนักงานและห้องเครื่องฉีดพลาสติกรวบรวมความร้อนภายในจากห้องได้แก่ ความร้อนจากคนในห้องปรับอากาศ เครื่องใช้ไฟฟ้าในห้อง ไฟแสงสว่าง เครื่องฉีดพลาสติก แต่ได้ทิ้งความร้อนทั้งหมดในห้องปรับอากาศ รวมทั้งความร้อนจากการทำงานของเครื่องปรับอากาศเป็นความร้อนที่เกิดในโรงงาน

ความร้อนจากเครื่องปรับอากาศ=18เครื่องx1.8ตัน x (3.51kW/ตัน+1.3kW/ตัน)x0.7Service factor=109.1 kW

3.3    ความร้อนจากคนนอกห้องปรับอากาศ = 20คน x 75w/คน /1000 =1.5kW

3.4    ความร้อนจากเครื่องใช้ไฟฟ้าและไฟแสงสว่างภายนอกห้องปรับอากาศ 5 kW

3.5    ความร้อนทั้งหมดภายในอาคาร = 109.1 +1.5 + 5 = 115.6 kW

3.6    ย้ายตำแหน่งเครื่องปรับอากาศเพื่อทิ้งความร้อนออกนอกโรงงาน ความร้อนทั้งหมดภายในอาคาร = 1.5 + 5 = 6.5kW

4.        อุณหภูมิในอาคารสามารถใช้อากาศภายนอกลดอุณหภูมิได้ดังนี้

เนื่องจากในโรงงานมีความร้อน อากาศภายนอกสามารถใช้ลดอุณหภูมิของอากาศภายในโรงงานได้ อากาศภายนอกเมื่อเข้าโรงงานจะรับความร้อนในโรงงานและมีอุณหภูมิสูงขึ้นจนสุดท้ายเมื่อออกจากโรงงาน

Tav = (Tot +Tod)/2 = (2Tot-(Tot-Tod)/2 = Tot – (Tot-Tod)/2

เมื่อ        Tav คืออุณหภูมิอากาศเฉลี่ยภายในโรงงาน

Tot  คืออุณหภูมิอากาศออกจากโรงงาน

Tod คืออุณหภูมิอากาศภายนอกเข้าโรงงาน

              Tod = 35.6 ต้องการ Tav = 37 C แทนค่า Tot –Tod = 2.8 C

5.        ที่กรองอากาศ

คณะกรรมการสิ่งแวดล้อมฯ (ราชกิจจานุเบกษา 8 กค.2565) กำหนดค่า allowable exposure PM 2.5 เฉลี่ย 24 ชั่วโมง 15 μg/ลบม.

ประสิทธิภาพการจับ PM2.5 ของที่กรองอากาศ =(1-15/150)x100 ถึง (1-15/175)x100=90-91.4%

ต้องใช้ที่กรองอากาศ MERV13 ความดันตกเริ่มต้น 125Pa ความดันสุดท้าย 375Pa

6.        ขนาดและจำนวนเครื่องส่งลม(Cabinet Fan) เพื่อควบคุมอุณหภูมิในโรงงาน

อัตราการอัดอากาศสอาดเพื่อรักษาอุณหภูมิแตกต่างในโรงงานสามารถคำนวณได้จากความร้อนในอาคารโดยใช้สมการดังต่อไปนี้

Q = Cp r F (Tot -Tod)      

เมื่อ        Q  คือความร้อนในโรงงาน kW

              Cp คือความจุความร้อนของอากาศเข้าโรงงาน 1.008 kJ/kg C

              r = 1.122 kg./m^3 เมื่อ5%Apr 35.6CDB, 27.1CWB

              F คืออัตราการไหลของอากาศผ่านโรงงาน ลบม./วินาที.

              Tot -Tod คืออุณหภูมิแตกต่างของอากาศเข้าและออกจากโรงงาน 2.8 C

6.1    เมื่อปรับปรุงโรงงานตาม 2.1 อัตราการส่งอากาศภายนอกเข้าโรงงาน =115.6/1.008/1.122/2.8=36.5ลบม./วินาที = 131400 ลบม./ชม. มากกว่าอัตราการรั่วไหลอากาศเพื่อควบคุมความดันในโรงงาน 2.1

ใช้ เครื่องส่งลมขนาด 5090 ลบม./ชม. จำนวน 26 เครื่อง @1.5kW

6.2    เมื่อปรับปรุงโรงงานตาม 2.2 อัตราการส่งอากาศภายนอกเข้าโรงงาน = 6.5/1.008/1.122/2.8=2.1ลบม./วินาที.

= 7560 ลบม./ชม. มากกว่าอัตราการรั่วไหลอากาศเพื่อควบคุมความดันในโรงงาน 2.2

ใช้ เครื่องส่งลมขนาด 5090 ลบม./ชม. จำนวน 2 เครื่อง @1.5kW

7.        ติดตั้ง Pressure Relief Damper เพื่อระบายอากาศออกภายนอกโรงงานเมื่อความดันภายในโรงงานเกินค่าที่กำหนด เนื่องจากอัตราการส่งอากาศภายนอกเข้าโรงงาน มากกว่าอัตราการส่งลมเพื่อรักษาความดันในโรงงานตามข้อ 6.1  และ 6.2 Pressure Relief Damper เป็นแบบปรับตั้งได้ตามความดันที่ต้องการ

สรุปการแก้ไข

              สามารถสรุปการแก้ไขปัญหาได้ดังต่อไปนี้

1.        บุผนังโรงงานด้านใน

1.1    เพื่อลดการรั่วไหลของอากาศ

1.2    เพื่อรักษาความดันภายในโรงงานที่ 12.97Pa

1.3    เพื่อลดจำนวนเครื่องส่งลม(Cabinet Fan) เหลือเพียง 2 เครื่อง ใช้ไฟฟ้าเพิ่มขึ้น 2x1.5kW ลดการใช้ไฟฟ้าของเครื่องส่งลมและลดการดูแลรักษาและเปลี่ยนที่กรองอากาศ MERV13

2.        ลดความร้อนภายในโรงงาน

เพื่อลดอัตราการส่งอากาศสำหรับการควบคุมอุณหภูมิภายในโรงงาน

2.1    ย้ายเครื่องปรับอากาศเพื่อทิ้งความร้อนออกภายนอกโรงงาน ลดความร้อนภายในโรงงาน

2.2    ในพื้นที่ที่รับแสงอาทิตย์เช่นผนังและหลังคาควรใช้สีสะท้อนความร้อนเพื่อควบคุมความร้อนจากแสงอาทิตย์ ทำให้ความร้อนภายในโรงงานลดลง

3.        เครื่องส่งลม(Cabinet Fan)

สามารถส่งอากาศภายนอกผ่านที่กรองอากาศ MERV 13 โดยใช้พัดลม Double Inlet Centrifugal Fan ขับด้วยมอเตอร์ปรับรอบได้เพื่อรักษาอัตราการส่งอากาศให้คงที่เมื่อที่กรองอากาศเริ่มตันเนื่องจากฝุ่น สามารถปรับตั้งเพื่อลดอัตราการการส่งลมได้เมื่อต้องการ และมีสัญญารเตือนเมื่อที่กรองฝุ่นตัน

4.        Pressure Relief Damper

ติดตั้งเพื่อระบายอากาศออกภายนอกโรงงานเมื่อความดันภายในโรงงานเกินค่าที่กำหนด Pressure Relief Damper เป็นแบบปรับตั้งได้ตามความดันที่ต้องการเพื่อความสดวกในการปรับตั้งความดันและเพื่อการประหยัดพลังงานของเครื่องส่งลม