การใช้ Displacement Ventilation (DV)
Updated: Aug 23
Displacement Ventilation (DV) คือการถ่ายเทอากาศด้วยการแทนที่ อากาศที่ค้างอยู่ในห้องถูกอากาศใหม่ที่ส่งเข้าไปแทนที่ไส่อากาศที่ค้างอยู่ออกไปด้วยความเร็วของอากาศใหม่ ในงานปรับอากาศอากาศที่ค้างอยู่ได้รับความร้อนจากห้องทำให้มีอุณหภูมสูงขึ้นและความหนาแน่นลดลงช่วยให้ลมเย็นที่ส่งเข้าไปไล่อากาศที่ค้างอยู่เดิมออกได้ง่ายขึ้น ความร้อนของห้องจากการถ่ายเทจากภายนอกและความร้อนที่เกิดขึ้นในห้องจึงถูกไล่ขึ้นด้านบนพร้อมกับอากาศที่รับความร้อนด้วยลมเย็นที่จ่ายเข้าไปใหม่ DVจึงช่วยลมเย็นได้ใช้ประโยชน์อย่างเต็มที่ เพิ่มประสิทธิภาพให้เครื่องปรับอากาศ ประหยัดพลังงานของระบบปรับอากาศทั้งพลังงานของเครื่องปรับอากาศและการกระจายลม ลดเสียงจากระบบจ่ายลมเย็น
การจ่ายลมเย็นแบบผสม
การจ่ายลมเย็นระบบปรับอากาศที่ใช้ในปัจจุบันเป็นแบบผสมอากาศ ลมเย็นที่จ่ายเข้าห้องปรับอากาศเรียกว่าลมปฐมภูมิ(Primary Air)จะมีอุณหภูมิต่ำกว่าอุณหภูมิห้องและมีความเร็วเพื่อให้เกิดการปั่นป่วนทำให้เกิดการผสมกับอากาศในห้องทำให้อุณหภูมิลมปฐมภูมิโดยรวมสูงขึ้นและความเร็วลมลดลงอยู่ในค่าที่เหมาะสำหรับความสุขสบายของคน และขณะเดียวกันก็มีการผสมและแลกเปลี่ยนความร้อนทำให้ลมในห้องมีอุณหภูมิลดลง
รูปที่ 1.แสดงการจ่ายลมเย็นจากหน้ากากลมที่ผนังสูง และการจ่ายลมจากหัวจ่ายลมบนเพดาน ลมเย็นที่จ่ายจากหน้ากากลมและหัวจ่ายเรียกว่าลมปฐมภูมิ(Primary air)จะไหลเรียบไปตามเพดานเป็นเงาตามรูป ด้วยความเร็วทำให้เกิดการผสมกับอากาศในห้องทำให้อุณหภูมิสูงขึ้นและมีปริมาตรเพิ่มขึ้นทำให้ความเร็วลดลง และอากาศในห้อง(สีขาว)เป็นบริเวณที่คนอยู่จะถูกเหนี่ยวนำให้มีอุณหภูมิลดลงและมีความเร็วไม่เกิน 0.25 ม/วินาที ถ้าลมเย็นปฐมภูมิกระทบคนโดยตรงจะทำให้เกิดความรู้สึกไม่สบายหรือรู้สึกหนาวเนื่องจากอากาศเย็นเกินไป การกระจายลมแบบเดิมจึงต้องให้ความระวังเป็นพิเศษ
รูปที่ 1. การจ่ายลมเย็นจากหน้ากากลมที่ผนังสูง และการจ่ายลมจากหัวจ่ายลมบนเพดาน https://www.nrel.gov/docs/fy12osti/53352.pdf
การเลือกตำแหน่งลมกลับควรอยู่ในบริเวณอับลมก็ ต้องไม่รบกวนการไหลของลมเย็น หลีกเลี่ยงไม่ให้ดูดเอาลมปฐมภูมิกลับไปที่เครื่องปรับอากาศเพราะลมเย็นจะไม่ได้ใช้งาน และถ้าควบคุมการทำงานของเครื่องปรับอากาศจากอุณหภูมิลมกลับจะทำให้การควบคุมผิดพลาด ตำแหน่งลมกลับ เช่นเมื่อจ่ายลมเย็นจากหน้ากากลมที่ผนังสูงหน้ากากลมกลับควรอยู่ฝั่งตรงข้ามของผนังที่ติดตั้งหน้ากากและออกแบบให้ลมปฐมภูมิส่งลมเย็นไปไม่ถึงหน้ากากลมเย็นตามรูปที่ 2.
รูปที่ 2. ตำแหน่งของหน้ากากลมกลับ (Price Engineer’s HVAC Handbook)
เมื่อใช้ระบบปรับอัตราการส่งลมVAV(Variable Air Volume)เพื่อประหยัดพลังงานของพัดลมเครื่องปรับอากาศตามภาระความร้อนของห้องจะเกิดปัญหาเรื่องการกระจายลมเย็น ทำให้ลมเย็นกระจายไม่ทั่วถึงทั้งห้องเนื่องจากอัตราการจ่ายลมปฐมภูมิลดลงตามภาระความร้อน
หลักการทำงานของ DV
Displacement ventilation (DV) ในงานปรับอากาศใช้การเติมอากาศเย็นลงที่ระดับใกล้พื้นเพื่อไห้อากาศเย็นที่มีความหนาแน่นสูงกว่าลอยอยู่ในระดับความสูงของคนตามรูปที่ 3. อากาศส่วนที่ร้อนขึ้นเนื่องจากภาระความร้อนของห้องทั้งความร้อนที่ถ่ายเทจากภานนอกหรือความร้อนที่เกิดขึ้นในห้องจะมีอุณหภูมิสูงขึ้นและมีความหนาแน่นลดลงจึงเกิดความแตกต่างของความหนาแน่นอากาศทำให้อากาศร้อนเหล่านั้นลอยตัวขึ้นด้านบน ลมกลับเข้าเครื่องปรับอากาศถูกดึงจากบริเวณอากาศร้อนด้านบนจึงทำให้อากาศเย็นด้านล่างทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพเต็มที่ไม่ถูกดึงกลับไปเครื่องปรับอากาศพร้อมลมกลับ อุณหภูมิลมเย็นที่จ่ายจะเพิ่มขึ้นเนื่องจากได้รับความร้อนจากแหล่งความร้อนในห้องตามระดับความสูงของห้องตามรูปที่ 3. ด้านขวา
รูปที่ 3. หลักการทำงานของ Displacement ventilation (DV) Basics of Room Air Distribution: Dan Int-Hout: Chief Engineer / Krueger
การจ่ายลมเย็นที่ด้านล่างสามารถใช้หน้ากากลมที่มีความเร็วต่ำได้เพราะไม่ต้องการให้มีการผสมอากาศแต่เพื่อแทนที่อากาศที่ลอยขึ้นเท่านั้น การปรับอัตราการการส่งลมVAVตามภาระความร้อนของห้องจึงไม่มีผลต่อการกระจายลม การปรับอัตราการส่งลมจึงเป็นการรักษาระดับความสูงของชั้นอากาศเย็นให้คงที่ เมื่อความเร็วลมต่ำจะทำให้มีเสียงที่หน้ากากลมน้อย
ระบบปรับอากาศปกติจะจ่ายอากาศที่มีอุณหภูมิต่ำกว่าอุณหภูมิห้องมากเพื่อผสมกับอากาศในห้องให้มีอุณหภูมิตามต้องการ แต่ในระบบDVที่อุณหภูมิและความชื้นสัมพัทธ์ของลมเย็นที่จ่ายเข้าห้องต่ำกว่าระบบปกติซึ่งเมื่อได้รับความร้อนจากห้องแล้วจะลอยขึ้นและมีอุณหภูมิและความชื้นสัมพัทธ์เพื่อความสุขสบายของคนในห้องในระดับของคนหรือสัมผัสคนโดยตรง ลมกลับของระบบ DV จึงมีอุณหภูมิสูงกว่าลมกลับของระบบปกติ เครื่องปรับอากาศสำหรับระบบDVจึงมีประสิทธิภาพสูงกว่าเนื่องจากสามารถใช้อุณหภูมิคอยล์เย็นสูงกว่าเครื่องปรับอากาศปกติ
ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จากการหายใจ ความชื้นและฝุ่นละอองขนาดเล็กถึงจะหนักกว่าอากาศแต่แขวนลอยอยู่ในอากาศร้อนก็จะถูกอากาศเย็นดันลอยขี้นไปด้านบนซึ่งถูกดึงไปกับลมกลับเข้าเครื่องปรับอากาศเพื่อกรองทำความสะอาดและระบายออกภายนอกด้วยลมระบายอากาศ ข้อจำกัดของระบบ DV คือการที่ใช้อากาศเย็นไล่อากาศร้อนและอากาศเสียขึ้นด้านบน ห้องผ่าตัดปกติติดตั้งหน้ากากลมกลับด้านล่างของผนังเพื่อดึงสิ่งสกปรกและก๊าซยาสลบออกจากห้องและจ่ายอากาศเย็นผ่านที่กรองอากาศประสิทธิภาพสูงจากเพดานเพื่อความสะอาดของเตียงผ่าตัด ซึ่งขัดกับหลักการทำงานของ DV ทำให้สิ่งสกปรกและยาสลบที่หนักกว่าอากาศยังคงค้างอยู่ในห้องผ่าตัดได้
ความสุขสบาย
ความสุขสบายเป็นความรู้สึกส่วนตัว แต่ก็สามารถประเมินค่าความสุขสบายของคนส่วนใหญ่ในห้องปรับอากาศได้จากวิธีการคำนวณตามมาตรฐาน ISO Comfort Standard 7730 และ ASHRAE 55-2004, Thermal Environmental Conditions for Human Occupancy ด้วยการทดสอบกับกลุ่มคนในห้องปรับอากาศที่ควบคุมองค์ประกอบที่ทำให้เกิดความสุขสบายได้แก่ อุณหภูมิกระเปาะแห้ง(Dry bulb temperature) ความชื้นสัมพัทธ์ (Relative humidity, %) อุณหภูมิแผ่รังสี MRT(Mean radiant temperature) กิจกรรม การแต่งตัว และความเร็วลม ผลการทดสอบเป็นข้อมูลคะแนนที่ผู้ร่วมการทดสอบให้ตามความรู้สึกซึ่งจะนำไปประมวลผลทางสถิติออกมาเป็นค่าที่แสดงร้อยละของคนที่มีความรู้สึกไม่พอใจต่อองค์ประกอบข้างต้นเรียกว่า PPD (Predicted Percentage Dissatisfied)
PPDต่ำสุดคือ5%เนื่องจากมีความรู้สึกแตกต่างระหว่างบุคคล ไม่สามารถจะทำให้ทุกคนมีความรู้สึกสุขสบายได้ทั้งหมด องด์ประกอบที่ดีที่สุดคืออลค์ประกอบที่ทำให้คนส่วนมาก95%มีความสุขสบายได้ องค์ประกอบที่ควบคุมด้วยการปรับอากาศคืออุณหภูมิกระเปาะแห้ง ความชื้นสัมพัทธ์ และความเร็วลม องค์ประกอบอี่นๆเป็นไปตามการใช้สถานที่ การก่อสร้าง และอื่นๆ การคำนวณPPDสามารถใช้ซอฟท์แวร์ออนไลน์ CBE Thermal Comfort Tool ซึ่งเป็นซอฟท์แวร์ออนไลน์สำหรับคำนวณความสุขสบายที่สามารถใช้ได้โดยไม่มีค่าใช้จ่าย
ระบบDVมีความเร็วลมในบริเวณคนต่ำจึงใช้ความเร็วลมเป็นศูนย์ กิจกรรมของคนเปลี่ยนตามจุดประสงค์ของสถานที่เช่น การเล่นกีฬาจะทำให้เกิดการเผาผลาญอาหารเพื่อเกิดพลังงานสำหรับการเล่นกีฬาและถ่ายเทความร้อนมากทั้งความร้อนสัมผัสและความร้อนแฝงเป็นการระเหยของเหงื่อ ซึ่งชุดนักกีฬาทำให้สามารถระบายความร้อนและความชื้นได้ดีทำให้เกิดความสุขสบายแก่นักกีฬาได้ตามรูปที่ 4. เมื่อPPD=5.0% อุณหภูมิห้อง 24oC ความชื้นสัมพัทธ์ 63-86% ทำให้เกิดความสุขสบายแก่นักกีฬาได้เมื่อใส่ชุดนักกีฬา ตารางที่ 1. สรุปค่าอุณหภูมิและความชื้นสัมพัทธ์ที่ทำให้เกิดความสุขสบายโดยมีค่าPPDไม่เกิน 5% และ 9%ซึ่งเป็นขอบเขตของความสุขสบายที่ขอบสีฟ้าในรูป
รูปที่ 4. การคำนวณความสุขสบายของนักกีฬาด้วย CBE Thermal Comfort Tool
ตารางที่ 1. สรุปความสุขสบายของนักกีฬาเมื่อใช้การจ่ายลมDV ที่อุณหภูมิและความชื้นสัมพัทธ์ที่มีค่าPPD=5, 9%
สำหรับคนที่นั่งนิ่งๆในห้องปรับอากาศ มีกิจกรรมที่มีการเผาผลาญน้อยหรือมีความร้อนที่ต้องระบายออกจากร่างกายน้อย มีความสุขสบายได้เมื่อใส่เสื้อผ้าที่เหมาะสมดังในรูปที่ 5. เมื่อPPD=5.0% อุณหภูมิห้อง 24oC ความชื้นสัมพัทธ์ 89-100% ทำให้เกิดความสุขสบายแก่นักกีฬาได้ เมื่อใส่ชุดทำงาน ตารางที่ 1. สรุปขอบเขตความชื้นสัมพัทธ์ที่อุณหภูมิต่างๆที่ทำให้เกิดความสุขสบายโดยมีค่าPPDไม่เกิน 5% และ 9%
รูปที่ 5. การคำนวณความสุขสบายสำหรับคนนั่งด้วย CBE Thermal Comfort Tool (https://comfort.cbe.berkeley.edu/)
ตารางที่ 2. สรุปความสุขสบายของคนนั่งนิ่งๆเมื่อใช้การจ่ายลมDV ที่อุณหภูมิและความชื้นสัมพัทธ์ที่มีค่าPPD=5, 9%
เชื้อราจะเจริญเติบโตบนวัสดุต่างๆได้เมื่อความชื้นสัมพัทธ์สูงกว่า 70% ความชื้นสัมพัทธ์เพื่อความสุขสบายจึงควรใช้ค่าสูงสุดที่ 70% และเพื่อการประหยัดพลังงานไม่ควรให้จุดน้ำค้างต่ำกว่า 14oC สามารถเขียนพื้นที่สุขสบายของนักกีฬาเทนนิสจากตารางที่ 1. ลงในไซโครเมตริกตามรูปที่ 6. และสามารถใช้กับคนนั่งนิ่งๆจากตารางที่ 2. โดยมีค่าPPD9%เพราะใส่เสื้อผ้าแบบทางการ แม้จะมีกิจกรรมน้อย กิจกรรมอื่นๆก็สามารถใช้พื้นที่ความสุขสบายได้เพราะสามารถเลือกการแต่งกายได้
รูปที่ 6. ไซโครเมตริกแสดงพื้นที่ความสุขสบายของนักกีฬาในสนามเทนนิสในร่มเมื่อใช้ระบบDVตามตารางที่ 1.
การคำนวณออกแบบระบบDV
ระบบDVที่ใช้ในงานทางการค้าจะออกแบบให้อุณหภูมิลมเย็นที่จ่ายอยู่ระหว่าง 17-20°C และอุณหภูมิแตกต่างของลมเย็นที่จ่ายและลมกลับอยู่ระหว่าง 7-10°C ความสูงห้องที่ใช้ระบบDVควรมากกว่า 2.4 ม. เพื่อให้บริเวณอากาศร้อนด้านบนมีความลึกพอให้ดึงลมกลับที่ระยะจากเพดานลงมา 0.33 ม. ลมเย็นที่จ่ายมีความหนาแน่นมากกว่าอากาศในห้องจึงแทนที่อากาศในห้องให้ให้ลอยขึ้นบน ในขณะเดียวกันที่ลมเย็นจ่ายเข้าไปก็จะรับความร้อนของห้องที่ถ่ายเทจากพื้นและผนังซึ่งเป็นคามร้อนสัมผัสทำให้ลอยขึ้นมีลักษณะเป็นฟีล์มซึ่งทำให้อากาศส่วนที่ไม่สัมผัสมีอุณหภูมิเท่าเดิมหรือสูงขึ้นเพียงเล็กน้อย ASHRAE Standard 55 แนะนำให้อุณหภูมิอากาศจากหัวถีงเท้าเมื่อยืนแตกต่างกันไม่เกิน 4°C และเมื่อนั่งไม่เกิน 3°C
ผนังด้านบนที่อยู่เหนือชั้นอากาศเย็นจะมีอุณหภูมิสูงกว่าปกติทำให้การถ่ายเทความร้อนเข้าห้องลดลง ASHRAEแนะนำให้คำนวณภาระความร้อนโดยใช้อุณหภูมิผนังเพิ่มขึ้น 2oC/1 ม.ของความสูงห้อง ภาระความร้อนของห้องจึงน้อยกว่าภาระความร้อนของห้องในระบบผสมอากาศ นำภาระความร้อนของห้องที่คำนวณได้มาคำนวณออกแบบระบบDVซึ่งมี 2 วิธีคือASHRAEและREHVA (Representatives of European Heating and Ventilation Associations)ซึ่งเป็นหน่วยงานของยุโรป ซึ่งมีขั้นตอนดังต่อไปนี้
ASHRAE แนะนำขั้นตอนการคำนวณดังต่อไปนี้
ขั้นตอนที่ 1. ภาระความร้อนสัมผัสสำหรับการคำนวณอุณหภูมิของอากาศที่จ่ายเข้าห้อง ภายในห้องและลมกลับ
qt = qoz + ql + qex
เมื่อ qt = ความร้อนสัมผัสทั้งหมด [W]
qoz = ความร้อนสัมผัสของคน เครื่องใช้ในส่วนด้านล่าง [W]
ql = ไฟแสงสว่างในส่วนร้อนด้านบนของห้อง [W]
qex = ความร้อนถ่ายเทผ่านกรอบของห้องผนัง กระจกของห้อง พื้น และจากเพดานหรือหลังคา [W]
ขั้นตอนที่ 2. คำนวณอัตราการไหลเนื่องจากความร้อนสัมผัสของระบบDV
qes = 0.295 qoz+0.132 ql+0.185 qex
เมื่อ qes = ภาระความร้อนสัมผัสที่มีผลต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ ซึ่งค่าคงที่ในสมการได้จากการทดลอง
QDV = qes / ρ Cp ∆Thf = qes / 1.208 ∆Thf
เมื่อ QDV = อัตราการไหลเนื่องจากความร้อนสัมผัส [L/s]
ρ = ความหนาแน่นของอากาศ [kg/m3]
Cp = ความจุความร้อนของอากาศที่ความดันคงที่ [kJ/kgK]
∆Thf = อุณหภูมิแตกต่างระหว่างเท้าถึงหัว [°C] (คนยืน <4oC, คนนั่ง <3oC)
ขั้นตอนที่ 3. คำนวณอัตราการจ่ายอากาศบริสุทธ์
QFA = (Rp Pz + RA Az) / Ez
เมื่อ QFA = อากาศบริสุทธิ์จาก ASHRAE Standard 62.1-2004 หรือตามกฎข้อบังคับถ้ามีค่าที่มากกว่า
Rp = อากาศบริสุทธิ์ต่อคนตามตารางที่ 6-1 ของ ASHRAE 62.1-2004, [L/s person]
RA = อากาศบริสุทธิ์ต่อพื้นที่จากตารางที่ 6-1 in ASHRAE 62.1, [L/sm2]
Pz = จำนวนคนในห้อง
Az = พื้นที่ห้อง [ตรม.]
Ez = ประสิทธิภาพของการกระจายอากาศบริสุทธิ์ = 1.2 เนื่องจากจ่ายอากาศในบริเวณที่คนอยู่โดยตรง
ขั้นตอนที่ 4. เลือกอัตราการจ่ายลมเย็นQsซึ่งเป็นค่าที่มากกว่าระหว่างขั้นตอนที่ 2. และขั้นตอนที่ 3.
ขั้นตอนที่ 5. คำนวณอุณหภูมิลมเย็นที่จ่ายเข้าห้อง
Ts = Tsp - ∆Thf – Az qt / (0.584 Qs2+ 1.208 Az Qs)
เมื่อ tsp= อุณหภูมิที่ต้องการ (ที่หัวของคน) [°C]
Az = พื้นที่ห้อง [ตรม.]
ขั้นตอนที่ 6. คำนวณอุณหภูมิลมกลับ
TE = Ts + qt / (1.208 Qs)
ขั้นตอนที่ 7. ทบทวนค่าอุณหภูมิลมเย็นที่จ่ายจะต้อง>17.2oC เนื่องจากบริเวณเท้าจะรู้สึกหนาว อาจต้องปรับ ∆Thf และย้อนกลับไปคำนวณเพื่อให้ได้ค่าเหมาะสม
ขั้นตอนที่ 8. เลือกหัวจ่ายจากคำแนะนำของผู้ผลิต การเลือกหัวจ่ายปกติใช้ความเร็วลมที่หน้าหัวจ่าย 0.2 ม./วินาที ทั้งนี้อาจปรับความเร็วตามลักษณะห้องและถ้าห้องมีขนาดใหญ่อาจต้องใช้CFDเพื่อตรวจสอบความทั่วถึงเนื่องจากความหนาแน่นจะช่วยให้เกิดการไหลไปทั่วห้องได้
REHVA มีสมมุติฐานให้อุณหภูมิในห้องเพิ่มขึ้นตามความสูงของห้องมี 2 แบบ คือ “50/50” และ “1/3, 2/3”ตามรูปที่ 6. สำหรับห้องที่มีความสูงน้อยกว่า 4.5 ม.และสูงกว่าตามลำดับ จากนั้นจึงใช้อุณหภูมิแตกต่างเพื่อคำนวณอัตราการไหลของลมเย็น
รูปที่ 6. อุณหภูมิของอากาศในห้องแบบ”50/50” และแบบ“1/3, 2/3”ตามลำดับ
ขั้นตอนที่ 1. ภาระความร้อนใช้วิธีการคำนวณของASHRAE qt = qoz + ql + qex
ขั้นตอนที่ 2. ใช้ความสัมพันธ์ของอุณหภูมิและความสูงของห้องจากรูปที่ 6. คำนวณอุณหภูมิแตกต่างของลมเย็นและลมกลับ∆TSE
∆Toz / ∆TAE = hoz / hR
∆TAE = ∆Toz / (hoz / hR)
เมื่อ ∆Toz = อุณหภูมิแตกต่างของ occupted zone = TH – TA
∆TAE =TE-TA=(1-0.5)∆TSE=∆TSE/2 ตามรูป“50/50”
=(1-1/3) ∆TSE =2∆TSE /3 ตามรูป“1/3, 2/3”
hoz = ความสูงของ occupted zone ค่าที่ดีที่สุดคือระยะพื้นถึงหัว เมื่อยืน <4 เมื่อนั่ง <3)
hR = ความสูงของห้อง
แทนค่า∆TAE สำหรับห้องสูงไม่เกิน 4.5 ม. ∆TSE = 2 ∆Toz / (hoz / hR)
แทนค่า∆TAE สำหรับห้องสูงกว่า 4.5 ม. ∆TSE = 1.5 ∆Toz / (hoz / hR)
ขั้นตอนที่ 3. คำนวณอัตราการจ่ายลมเย็น
QDV = qt / ρ Cp ∆TSE = qt / (1.208 ∆TSE)
ขั้นตอนที่ 4. คำนวณอุณหภูมิลมเย็นเมื่อ TH=TsP จากรูป
สำหรับห้องสูงไม่เกิน 4.5 ม. Ts = TH- ∆Toz -∆TAE = TH - ∆Toz – 0.5 ∆TSE
สำหรับห้องสูงกว่า 4.5 ม Ts = TH -∆Toz -0.33 ∆TSE
ขั้นตอนที่ 5. คำนวณอุณหภูมิลมกลับ
TE = Ts + ∆TSE
ขั้นตอนที่ 6. เลือกหัวจ่ายจากคำแนะนำของผู้ผลิต
รูปที่ 7. การวางหัวจ่ายสามารถวางในแนวตรงข้ามกันเพื่อให้คลอบคลุมพื้นที่(TITUS Displacement Ventilation Design Engineering Guidelines)
วิธีการคำนวณตามASHRAEใช้ค่าคงที่จากการวิจัย ส่วนวิธีของREHVAใช้สมมุติฐานเรื่องอุณหภูมิและความสูงของห้อง เนื่องจากมีต้วแปรมากจึงเห็นควรใช้ทั้งสองวิธีเพื่อเลือกใช้ให้เหมาะสม ในการเลือกเครื่องปรับอากาศเพื่อควบคุมความชื้นควรใช้ไซโครเมตริกเพื่อคำนวณหาค่าความชื้นสัมพัทธ์ของลมเย็นที่จ่าย
ตัวอย่าง สำนักงานปรับอากาศ 30 ตรม. ความสูง 3 ม. มีคน 8 คน ความร้อนทั้งหมดจากคน 130 W/คน ความร้อนสัมผัส 75 W/คน ไฟแสงสว่างบนเพดาน 25 W/ตรม. เครื่องใช้ไฟฟ้า 100 W เป็นห้องภายในอาคารปรับอากาศไม่มีความร้อนถ่ายเทจากภายนอก
- ให้อุณหภูมิ ∆Thf =2 °C from head to foot for seated occupants.
- ความร้อนจำเพาะของอากาศ 1.007 kJ/(kgK) และความหนาแน่นอากาศ 1.2 กก./ตรม.
- การระบายอากาศจากASHRAE62.1-2007: 2.5 l/s/คน 0.3 l/s/ตรม.
- สภาวะอากาศของห้อง 25 Cdb, 55%RH
qoe = (8 × 75 W) + 100 W = 700 W
ql = 30 m² × 25 W/m² = 750 W
qex = 0 W
qt = 1450 W
ASHRAE
ขั้นตอนที่ 1. qes = 0.295x700+0.132x750+0.185x0 = 305.5 W
ขั้นตอนที่ 2. Qdv = 305.5 / 1.208 / 2 = 126.45 l/s
ขั้นตอนที่ 3. QFA = (2.5x8+30x0.3) / 1.2 = 24.17 l/s
ขั้นตอนที่ 4. Qs = 126.45 l/s > QFA
ขั้นตอนที่ 5. Ts = 25-2-30x1450 / (0.584x126.45^2 +1.208x30x126.45) = 19.88 > 17.2 OK
ขั้นตอนที่ 6. TE = 19.88 +1450 / (1.208x126.45) = 29.37
ขั้นตอนที่ 7. Ts >17.2oC OK
TEHVA
ขั้นตอนที่ 1. qt = 1450 W
ขั้นตอนที่ 2. ∆TSE = 2x2 / (1.3 / 3) = 9.23
ขั้นตอนที่ 3. Qs = 1450 / 1.208 / 9.23 =130.05 l/s > QFA
ขั้นตอนที่ 4. Ts = 25 - 2 - 0.5x9.23 = 18.39
ขั้นตอนที่ 5. TE = 18.39 + 9.23 = 27.62
ทั้งสองวิธีมีค่าใกล้เคียงกัน เลือกอุณหภูมิลมเย็นTs 20 C ลมกลับ 30 C อัตราการจ่ายลมเย็น 126 l/s
ความร้อนทั้งหมดของห้อง = 8 x 130 + 100 + 750 + 0= 1890 W
SHR = 1450/1890 = 0.77
อัตราการผสมอากาศ QFA / Qs =30/130 = 0.23
สภาวะอากาศภายนอก 36.2 Cdb, 26.9 Cwb จากASHRAE Design Weather Data 0.4% กรุงเทพ
การทำงานบนไซโครเมตริก
การคำนวณข้างต้นเป็นภาระความร้อนสัมผัสทำให้ได้อุณหภูมิกระเปาะแห้งโดยยังไม่ใช่การทำงานของระบบทั้งหมดจึงต้องใช้ไซโครเมตริกช่วยในการออกแบบโดยใช้ข้อมูลการคำนวณตัวอย่างเขียนสภาวะอากาศลงในไซโครเมตริกตามรูปที่ 8. เพื่อคำนวณการทำงานของเครื่องปรับอากาศ กำหนดจุดsetpoint 25 Cdb, 55%RH ซึ่งอากาศเมื่อผ่านจุดนี้ไปที่ด้านบนของห้องจะไม่มีความร้อน แฝงอากาศจึงมีอุณหภูมิเพิ่มขึ้นจนถึงอุณหภูมิลมกลับได้จุดลมกลับReturn ในตัวอย่างนี้ความร้อนแฝงมาจากคนเท่านั้นเส้นอัตราส่วนความร้อนสัมผัสจากพื้นถึงSetpointจึงรวมความร้อนแฝงทั้งหมด
จึงใช้อัตราส่วนความร้อนสัมผัสแก้ไขSHRC=SHR.C/(1-SHR+C.SHR)
ให้ความร้อนสัมผัสเฉลี่ยเท่ากันตลอดช่วงอุณหภูมิอากาศตัวประกอบแก้ไขC=(Toz-Ts)/(Te-Ts)=(25-20)/(29.4-20)=0.54
แทนค่าSHRC=0.77x0.54)/(1-0.77+0.54x0.77)=0.64
จากsetpointจึงลากเส้นSHRCลงมาที่อุณหภูมิลมจ่ายได้จุดลมจ่ายSupply เชื่อมเส้นผสมอากาศจากจุดอุณหภูมิอากาศภายนอกและจุดลมกลับจะได้จุดอากาศเข้าคอยล์Enteringที่อัตราการผสมอากาศ23% ลากเส้นการทำงานของคอยล์เย็นจะเห็นว่าจำเป็นต้องใช้ฮีทเตอร์เพื่อปรับอากาศมาที่จุดSupply จุดจ่ายลมเย็นได้อุณหภูมิคอยล์เย็นADP=12.7 C ได้ขนาดคอยล์เย็น 3759 W ใช้ฮีตเตอร์ 700 w ภาระความร้อยห้อง 677+1191=1868 W เกิดความคลาดเคลื่อนเนื่องจากการปัดเศษอุณหภูมิและการเขียนไซโครเมตริกเล็กน้อย
รูปที่ 8. ไซโครเมตริกแสดงการทำงานของระบบปรับอากาศแบบDVตามตัวอย่าง
จากรูปที่ 6. สามารถเพิ่มความชื้นสัมพัทธ์ขึ้นไปได้จนถีง 70% โดยยังมีความสุขสบายPPD 5% - 9% จึงทดลองเขียนการทำงานลงในไซโครเมตริกในรูปที่ 8 ด้วยวิธีเดียวกันทำให้อุณหภูมิคอยล์เย็นADP=17 C จึงสามารถใช้เครื่องปรับอากาศได้ทั้งระบบน้ำเย็นและระบบDXที่มีประสิทธิภาพสูงกว่าระบบปรับอากาศเดิม การทำงานของคอยล์เย็น 2737 W และไม่ต้องใช้ฮีตเตอร์ใช้ฮีตเตอร์
การควบคุม
ระบบDVจ่ายลมเย็นที่อุณหภูมิคงที่ และรักษาระดับชั้นอากาศเย็นให้คงที่ด้วยการปรับอัตราการจ่ายลมเย็นด้วยเซนเซอร์ควบคุมอุณหภูมิที่ระดับของเซนเซอร์ให้คงที่ ระดับเซนเซอร์ที่ดีที่สุดคือที่ระดับหัว การติดตั้งเซนเซอร์ที่ระดับอื่นจะต้องปรับตั้งอุณหภูมิเผื่อซึ่งอาจทำให้ระดับลมเย็นไม่ถูกต้องทำให้ไม่ประหนัดพลังงาน การเปลี่ยนอัตราการจ่ายลมเย็นทำให้ประหยัดพลังงานของพัดลมเครื่องเป่าลมเย็นและเครื่องปรับอากาศ สามารถใช้เครื่องเป่าลมเย็นเพื่อควบคุมสภาวะอากาศของห้องหลายห้องพร้อมกันได้โดยเซนเซอร์อุณหภูมิของแต่ละห้องควบคุมใบปรับอัตราการจ่ายลมเย็นของแต่ละห้องเพื่อรักษาอุณหภูมิที่ระดับหัวในแต่ละห้องทำให้ระดับลมเย็นคงที่
พัดลมของเครื่องเป่าลมเย็นจะลดอัตราการจ่ายลมให้เท่ากับอัตราการจ่ายลมรวมของทุกๆห้องโดยใช้เซนเซอร์ความดันที่ท่อจ่ายลมของห้องที่อยู่ไกลจากเครื่องเป่าลมเย็นเพื่อควบคุมความเร็วรอบของพัดลมรักษาความดันในท่อจ่ายลมของห้องไกลที่สุดให้สามารถส่งลมถึงห้องไกลสุดได้
เครื่องเป่าลมเย็นของรูปที่ 8. ซึ่งไม่ใช้ฮีทเตอร์ สามารถควบคุมอุณหภูมิลมเย็นที่จ่ายได้ด้วยเทคนิคการผสมอากาศแต่ถ้าอัตราส่วนความร้อนสัมผัสของห้องต่ำ(มีภาระความร้อนแฝงมาก)จะไม่สามารถใช้เทคนิคการผสมอากาศได้จำเป็นต้องใช้ความร้อนเพื่อการปรับปรับความชื้นสัมพัทธ์แทนทำให้ไม่ประหยัดพลังงานนอกจากจะใช้เครื่องปรับอากาศที่ใช้ฮีทปั๊มเพื่อใช้ความร้อนจากคอยล์ร้อนมาปรับความชื้นสัมพัทธ์ลมเย็นที่จ่ายจึงจะประหยัดพลังงานได้
บทส่งท้าย
การกระจายลมแบบ Displacement ventilation (DV) ถึงแม้จะมีความเร็วลมเป็นศูนย์ก็สามารถให้ความสุขสบายแก่คนที่มีกิจกรรมต่างๆทั้งนักกีฬา ไปจนถึงคนที่นั่งนิ่งๆ แต่ต้องมีการแต่งตัวที่เหมาะสม ระบบDVรักษาชั้นอากาศเย็นระดับที่สัมผัสคนเท่านั้นโดยการปล่อยลมเย็นที่ระดับพื้นทำให้ระบบปรับอากาศมีประสิทธิภาพสูง สามารถสรุปการประหยัดพลังงานได้ดังต่อไปนี้
- ลมเย็นในระดับคนทำให้คนสัมผัสอากาศเย็นได้อย่างมีประสิทธิภาพ
- อากาศในระดับคนมีอุณหภูมิต่ำกว่าอุณหภูมิห้องจึงมีการถ่ายเทความร้อนเข้าห้องมากกว่าปกติ ในขณะที่อากาศที่อยู่เหนือระดับคนมีอุณหภูมิสูงกว่าจึงมีการถ่ายเทความร้อนด้านบนน้อยกว่าปกติ ห้องที่มีความสูงน้อยจึงมีภาระความร้อนสูงกว่าระบบปกติ ห้องที่มีความสูงมากขึ้นก็จะปรับลดภาระความร้อนลงได้เมื่อเทียบกับระบบปรับอากาศปกติของห้องที่มีความสูงเท่ากัน
- การจ่ายลมเย็นที่ระดับพื้นทำให้อากาศภายนอกสัมผัสคนโดยตรงประสิทธิภาพการกระจายอากาศบริสุทธิ์จึงสูง ทำให้สามารถลดอัตราการผสมอากาศภายนอกได้
- อุณหภูมิคอยล์เย็นสูงกว่าปกติทำให้เครื่องปรับอากาศมีประสิทธิภาพสูงกว่า
- การจ่ายลมเย็นเป็นแบบปรับอัตราการจ่ายลมเย็นVAV(Variable Air Volume)เพื่อรักษาระดับลมเย็นเป็นระบบที่ประหยัดพลังงานของพัดลมเครื่องเป่าลมเย็น
- เป็นระบบที่จ่ายลมเย็นที่มีสภาระอากาศคงที่ เครื่องปรับอากาศจึงเป็นแบบที่ปรับการทำงานได้อัตโนมัติทำให้ประหยัดพลังงานในขณะที่ภาระความร้อนน้อยได้ดี
นอกจากนี้ยังเป็นระบบกระจายลมที่มีระดับเสียงน้อย เนื่องจากใช้ความเร็วลมที่หัวจ่ายลมเย็นเพียง 0.2 ม./วินาที อากาศที่ได้รับความร้อนจะลอยตัวขึ้นสู่ด้านบนของห้องพร้อมกับฝุ่นละอองที่แขวนลอยและก๊าซจากลมหายใจโดยมีลมเย็นจ่ายเข้ามาแทนที่ตลอดเวลาทำให้อากาศในห้องมีความสอาด ฝุ่นละอองที่หนักจะตกลงพื้นอย่างรวดเร็วทำให้การทำความสะอาดทำได้ง่าย ข้อควรระวังคือก๊าซซึ่งหนักอาจสะสมในห้องเช่นยาสลบ ห้องผ่าตัดจึงควรเป็นระบบปรับอากาศที่ออกแบบโดยเฉพาะสำหรับห้องผ่าตัด และเนื่องจากลมเย็นอยู่ที่ระดับพื้นประตูเข้าควรเป็นประตูซ้อนและเหลื่อมกันเพื่อลดการไหลออกของลมเย็นจากการเปิดปิดประตู
Comments