ออกแบบน้ำทิ้งคอยล์เย็น

น้ำทิ้งของคอยล์เย็นของเครื่องเป่าลมเย็นเกิดจากการกลั่นตัวของไอน้ำในอากาศเพื่อควบคุมความชื้นของห้องปรับอากาศ เครื่องเป่าลมเย็นที่มีคอยล์เย็นหนา มีท่อลมยาว ทำให้ต้องใช้พัดลมความดันสูงเพื่อส่งอากาศผ่านคอยล์เย็น อุปกรณ์ในเครื่องเป่าลมเย็นได้แก่ที่กรองอากาศและอื่นๆ ผ่านท่อลมและอุปกรณ์กระจายลมไปยังห้องปรับอากาศ ผู้ติดตั้งไม่เห็นความสำคัญของการระบายน้ำจากเครื่องเป่าลมเย็น และขาดความรู้ทำให้การระบายน้ำทิ้งเกิดปัญหาได้ดังต่อไปนี้

1. ไม่สามารถระบายน้ำได้ ทำให้น้ำท่วมถาดน้ำทิ้งลงมาที่ตัวถัง ทำให้ฉนวนเสื่อมสภาพและเกิดสนิม

2. อากาศถูกพัดลมดูดผ่านท่อน้ำทิ้งและถาดน้ำทิ้งทำใหัพัดลมสูญเสียพลังงานในการส่งอากาศรั่วเข้าห้อง

3. อากาศถูกพัดลมดูดผ่านท่อน้ำทิ้งและถาดน้ำทิ้งทำให้เกิดละอองน้ำ พัดลมและท่อลมเปียก

4. มีละอองน้ำเข้าห้องปรับอากาศ ไม่สามารถควบคุมความชื้นได้

5. ถ้าท่อน้ำทิ้งต่อไปที่ระบบน้ำทิ้งอาคาร อากาศที่ถูกดูดเข้ามาอาจมีทั้งเชื้อและก๊าซพิษที่ทำให้เกิดปัญหาสุขภาพของคนในห้องปรับอากาศ

รูปที่ 1.น้ำล้นถาดน้ำทิ้ง

ระบบท่อน้ำทิ้ง

ท่อน้ำทิ้งสามารถใช้ท่อพีวีซี ท่อเหล็ก ท่อทองแดงได้ มี่นิยมใช้มากที่สุดคือท่อพีวีซี น้ำทิ้งไหลในท่อโดยธรรมชาติตามความลาดเอียงของท่อไม่ต่ำกว่า 1%ไปที่จุดทิ้งน้ำ การยึดท่อพีวีซีในแนวราบจะต้องยึดทุก 1.2m. เพื่อไม่ให้ท่อตกท้องช้าง และในแนวดิ่งต้องยึดทุก 0.25m. เพื่อไม่ให้ท่อเลื่อนลงทำให้เสียความลาดเอียง ไม่มีข้อกำหนดให้หุ้มฉนวนท่อน้ำทิ้งแต่ในทางปฏิบัติควรหุ้มฉนวนท่อน้ำทิ้งหนา 12mm.เพื่อป้องกันไม่ให้มีน้ำหยดในห้องเครื่อง

จุดทิ้งน้ำมีข้อแนะนำดังต่อไปนี้

– ไม่ทิ้งน้ำทิ้งรอบฐานราก ชั้นใต้ดิน และพื้นที่ซึงอาจเกิดน้ำขัง การผุ หรือการรั่วไหล

– น้ำทิ้งจากเครื่องเป่าลมเย็นขนาดใหญ่ที่หลังคาต้องต่อไปลงท่อน้ำฝนไม่ต่อทิ้งในพื้นที่ซึ่งอาจมีน้ำขัง

– เมื่อต่อน้ำทิ้งไปรวมกันกับท่อน้ำทิ้งอื่นหรือรวมกับท่อน้ำเสียต้องต่อไม่ให้ไอน้ำเสียเข้าในระบน้ำทิ้งได้

– ไม่ทิ้งในที่ซึ่งอาจมีอันตรายจากการหยดของน้ำ ไม่ทิ้งลงทางเดินและที่อื่นๆซึ่งทำให้เกิดการรบกวน

ความผิดพลาดของระบบน้ำทิ้ง

สามารถสรุปสาเหตุความผิดพลาดของระบบน้ำทิ้งที่เกิดได้บ่อยในการติดตั้งเนื่องจากขาดความรู้และไม่เห็นความสำคัญดังต่อไปนี้

1. ไม่มีที่ดักน้ำ(trap)หรือที่ดักน้ำตื้นเกินไป เมื่อไม่มีที่ดักน้ำพัดลมจะดูดอากาศเข้าทางท่อน้ำทิ้งซี่งถ้ามีน้ำกลั่นตัวน้อยหรือท่อน้ำทิ้งใหญ่อาจไม่มีปัญหาน้ำล้นถาด แต่อากาศที่รั่วก็ทำให้สูญเสียพลังงานของพัดลม เมื่อใช้ที่ดักน้ำที่ตื้นเกินไปเช่นในรูปที่ 2. เมื่อน้ำกลั่นตัวมากขึ้นน้ำในถาดจะระบายยากขึ้นทำให้น้ำล้นจากถาด และถูกอากาศเป่าเป็นละออง เปื้อนทั้งเครื่องเป่าลมเย็น พัดลม ท่อลม และทำให้ไม่สามารถควบคุมความชื้นของห้อง และปัญหาอื่นๆที่อธิบายไว้แล้ว

รูปที่ 2.ที่ดักน้ำสำเร็จ ¾“

รูปที่ 3.ไม่มีที่ดักน้ำ(trap)/ที่ดักน้ำตื้นเกินไป

2. ใช้ที่ดักน้ำร่วมกัน เมื่อเดินท่อจากถาดน้ำทิ้งของเครื่องเป่าลมเย็นมารวมกันจะมีอากาศจากเครื่องที่ไม่ทำงานถูกดูดมาที่เครื่องที่ทำงานทำให้เกิดปัญหาที่อธิบายไว้แล้วได้เช่นเดียวกัน

3. ในท่อเกิดอากาศขวาง(air lock) เกิดจากระยะการยึดท่อ โดยเฉพาะท่อพลาสติกทำให้มีอากาศขวางในท่อน้ำทิ้ง น้ำไม่สามารถไหลโดยธรรมชาติได้

4. ความลาดเอียงของท่อไม่เพียงพอ การไหลของน้ำโดยธรรมชาติในท่อน้ำทิ้งต้องการระดับท่อลาดเอียงไปจุดที่จะทิ้งน้ำ ความลาดเอียงมากจะมีอัตราการไหลมาก ถ้าขนาดท่อและความลาดเอียงไม่ถูกต้องจะระบายน้ำได้น้อยทำให้น้ำสะสมย้อนกลับมาที่ที่ดักน้ำและถาดน้ำทิ้งได้

5. ปัญหาจากการบำรุงรักษาเช่นเปิดช่องทำความสะอาดที่ดักน้ำแล้วไม่ปิดกลับทำให้อากาศถูกดูดย้อนเข้าทางท่อน้ำทิ้งตามรูปที่ 4. เกิดเมือก ตะไคร่ทำให้น้ำระบายได้ไม่สะดวกหรือสูญเสียความลาดเอียง

รูปที่ 4.อากาศรั่วเนื่องจากเปิดช่องทำความสะอาดของที่ดักน้ำทิ้งไว้

6. ในกรณีที่มีปั๊มน้ำทิ้ง(condensate pump) จะต้องตรวจอัตราการกลั่นตัวและความดันที่ต้องการเพื่อให้สามารถระบายน้ำได้ทัน ท่อที่ออกจากปั๊มไม่มีความลาดเอียงไปหาจุดทิ้งน้ำเมื่อปั๊มหยุดอาจมีน้ำไหลย้อนกลับมาล้นถังรับน้ำทิ้งได้แม้จะมีอุปกรณ์กันน้ำย้อนที่ปั๊ม

ปริมาณน้ำกลั่นตัว

เมื่ออากาศชื้นสัมผัสผิวคอยล์เย็นที่มีอุณหภูมิต่ำกว่าจุดน้ำค้าง(dew point)ของอากาศ ความชื้นในอากาศจะกลั่นตัวเป็นน้ำที่ผิวคอยล์และไหลมาที่ถาดน้ำทิ้ง อากาศที่มีความชื้นสูงจะมีจุดน้ำค้างสูงและมีน้ำกลั่นตัวมากกว่าอากาศที่มีจุดน้ำค้างต่ำกว่า ปริมาณน้ำจากคอยล์เย็นที่ต้องระบายทิ้งมาจากความชื้นที่เกิดภายในห้องและความชื้นที่มาจากอากาศภายนอก

การคำนวณภาระความร้อนของพื้นที่ปรับอากาศจะได้ค่าความร้อนสัมผัสและความร้อนแฝงที่เกิดขึ้นภายในห้อง ความร้อนแฝงคือความชื้นที่เกิดภายในห้อง ส่วนความชื้นที่มาจากอากาศภายนอกที่เข้ามาแทนที่การระบายอากาศเพื่อสุขภาพของคนในพื้นที่ปรับอากาศ การคำนวณปริมาณน้ำกลั่นตัวเป็นการคำนวณไซโครเมตริก(Psychrometric)ซึ่งเป็นตุณสมบัติของอากาศชื้นซึ่งมีวิธีการคำนวณใน ASHRAE Fundamental แต่เพื่อความสะดวกจะใช้แผนภูมิไซโครเมตริกแทน

รูปที่ 5.แสดงรูปเครื่องเป่าลมเย็นซึ่งผสมอากาศภายนอกกับลมกลับก่อนผ่านคอยล์เย็นเพื่อดึงน้ำออกและแผนภูมิไซโครเมตริกของอากาศชื้น เพื่อควบคุมอุณหภูมิและความชื้นของห้องที่มีอัตราความร้อนสัมผัส 0.9 อัตราการผสมอากาศ 15% คอยล์เย็นสามารถดึงน้ำจากอากาศสูงสุดได้ 0.5 kg/hr/kWcooling และรูปที่ 6.แสดงรูปเครื่องเป่าลมบริสุทธิและแผนภูมิไซโครเมตริกของอากาศชื้น เพื่อจ่ายลมเย็นเป็นอากาศภายนอก 100% เพื่อควบคุมอุณหภูมิและความชื้นของห้องเดียวกัน คอยล์เย็นสามารถดึงน้ำจากอากาศสูงสุดได้ 0.86 kg/hr/kWcooling ปริมาณน้ำกลั่นตัวสูงสุดเปลี่ยนไปตามสภาพการทำงาน ควรตรวจสอบในขณะออกแบบด้วยไซโครเมตริกหรือการทำงานของคอยล์เย็นที่ทำงานในสภาวะใกล้เคียงกัน

รูปที่ 5.แสดงรูปเครื่องเป่าลมเย็นและแผนภูมิไซโครเมตริกของอากาศชื้นเพื่อควบคุมอุณหภูมิและความชื้นของห้อง

รูปที่ 6.แสดงรูปเครื่องเป่าลมบริสุทธิและแผนภูมิไซโครเมตริกของอากาศชื้นเพื่อควบคุมอุณหภูมิและความชื้นของห้อง

ขนาดท่อน้ำทิ้ง

การไหลตามความลาดเอียงนั้นน้ำจะไหลไม่เต็มท่อ ความลาดเอียงของท่อถูกบังคับด้วยระยะท่อ ระดับของท้องถาดน้ำทิ้ง ขนาดของที่ดักน้ำ และระดับต่ำสุดของจุดทิ้งน้ำ ขนาดท่อน้ำทิ้งใช้ตามตารางที่ 1. เมื่อได้ความลาดเอียงแล้วควรคำนวณตรวจสอบอัตราการไหลของน้ำในท่อน้ำทิ้งโดยใช้ความสูงของน้ำในท่อน้ำทิ้งเท่ากับ 12 – 25mm. คำนวณ hydraulic radius ด้วยสมการที่ 3. พื้นที่น้ำในท่อและ wetted perimeter ตามรูปที่ 7. ความเร็วน้ำในท่อด้วยสมการที่ 2. และอัตราการไหลของน้ำในท่อน้ำทิ้ง ด้วยสมการที่ 1.ถ้าอัตราการไหลน้อยกว่าที่ต้องการจะต้องเพิ่มขนาดท่อ

ตารางที่ 1.ขนาดท่อน้ำทิ้งของคอยล์เย็น

อัตราการไหลในท่อน้ำทิ้ง Q = v A ……………………… (1)

เมื่อ v = cross-sectional mean velocity (m/s)

A = cross sectional area of flow (m)

Mannings equation v = (kn / n) Rh^2/3 S^1/2 ……………………… (2)

เมื่อ kn = 1.0 for SI units

n = Manning coefficient of roughness (Cast- new 0.012, Copper 0.011, Galvanized iron 0.016, PVC 0.009-0.011; Steel- smooth 0.012)

Rh = hydraulic radius (m)

S = slope - or gradient - of pipe (m/m)

Hydraulic radius can be expressed as Rh = A / P ……………………….(3)

เมื่อP = wetted perimeter (m) =

A = r θ

รูปที่ 7.สมการคำนวณ wetted perimeter (m) ของท่อน้ำทิ้ง

ออกแบบที่ดักน้ำ

การออกแบบที่ดักน้ำควรทราบข้อมูลดังต่อไปนี้

1. เครื่องเป่าลมเย็นจัดตำแหน่งพัดลม 2 แบบ แบบเป่าผ่าน(blow through) และแบบดึงผ่าน(draw through) แบบเป่าผ่านมีความดันที่ถาดน้ำทิ้งเป็นบวก ส่วนแบบดึงผ่านมีความดันที่ถาดน้ำทิ้งเป็นลบ

2. ความดันตกสูงสุดของที่ดักน้ำ

3. อัตราการระบายน้ำสูงสุดและขนาดท่อที่คำนวณไว้ตอนเลือกขนาดท่อ

4. ระยะเวลาที่ไม่ใช้เครื่องเป่าลมเย็นสูงสุดเพื่อใช้คำนวณป้องกันที่ดักกลิ่นแห้ง

5. ข้อมูลการระเหยน้ำของสถานที่ติดตั้งเพื่อใช้คำนวณป้องกันที่ดักกลิ่นแห้ง

6. ต้องมีท่ออากาศหลังที่ดักน้ำหรือไม่

เครื่องเป่าลมแบบเป่าผ่านจะมีความดันที่ถาดน้ำทิ้งเป็นบวก(สูงกว่าบรรยากาศ) ตามตัวอย่างรูปที่ 8. ที่ดักน้ำจะออกแบบตามรูปที่ 9.ด้านซ้าย เมื่อพัดลมปิดความดันบรรยากาศทั้งสองข้างของที่ดักน้ำ ระดับน้ำเท่ากันให้ขาด้านถาดน้ำทิ้งสูงกว่าอีกด้าน 12mm.และความสูงของขาเท่ากับความดันของพัดลมบวก 12mm.เพื่อความปลอดภัย รูปด้านขวาเมื่อพัดลมทำงานความดันด้านถาดน้ำทิ้งมากกว่าด้านน้ำทิ้งทำให้ระดับน้ำต่างกันเท่ากับความดันพัดลม

รูปที่ 8.ตัวอย่างเครื่องเป่าลมเย็นแบบเป่าผ่าน

รูปที่ 9.ที่ดักน้ำสำหรับเครื่องเป่าลมเย็นแบบเป่าผ่าน(blow through)

เครื่องเป่าลมแบบดึงผ่านจะมีความดันที่ถาดน้ำทิ้งเป็นลบ(ต่ำกว่าบรรยากาศ) ตามตัวอย่างรูปที่ 10. ที่ดักน้ำจะออกแบบตามรูปที่ 11.เมื่อพัดลมปิดความดันสองข้างของที่ดักน้ำเท่ากกับบรรยากาศระดับน้ำทั้งสองด้านเท่ากัน ด้านซ้าย เมื่อพัดลมปิดแต่คอยล์เย็นไม่ทำงานจึงไม่มีน้ำทิ้งความดันด้านถาดน้ำทิ้งเป็นลบจะดึงน้ำขึ้นมาทำให้ระดับน้ำสูงกว่าอีกด้านเท่ากับความดันด้านดูดของพัดลม ให้ขาด้านถาดน้ำทิ้งสูงกว่าอีกด้านเท่ากับความดันด้านดูดของพัดลม+25mm. เพื่อความปลอดภัย ขณะที่ไม่มีน้ำทิ้งเติมน้ำทิ้จะไม่ระบายทำให้ระดับน้ำสูงขึ้นที่ด้านหนึ่งเท่ากับระดับที่ลดลง ความสูงของที่ดักน้ำด้านทิ้งน้ำเท่ากับครึ่งหนึ่งของระยะขาแตกต่าง รูปด้านขวาเมื่อพัดลมและตอยล์เย็นทำงานความดันด้านถาดน้ำทิ้งน้อยกว่าอีกด้านดันน้ำไปทิ้งทำให้ระดับน้ำต่างกันเท่ากับความดันด้านดูดพัดลม

รูปที่ 10.ตัวอย่างเครื่องเป่าลมเย็นแบบดึงผ่าน

รูปที่ 11.ที่ดักน้ำสำหรับเครื่องเป่าลมเย็นแบบดึงผ่าน(draw through)

ข้อแนะนำในทางปฏิบัติ

ระบบน้ำทิ้งต้องสามารถทำความสะอาดได้จึงต้องใช้ข้อต่อสามทางติคตั้งตามรูปที่ 12. ซึ่งสามารถเปิดทำความสะอาดได้ทั้งหมดทุกจุด และรูปที่ 13.ใช้ข้อต่อยูซึ่งมีใช้สำหรับท่อพีวีซีขนาด 40 – 55 mm. สำหรับทำให้ใช้ระยะสั้นลงแต่ทำความสะอาดยากขึ้น เครื่องเป่าลมเย็นจะต้องยกสูงจากพื้นด้วยแท่นเครื่องคอนกรีตหรือรางเหล็กเพื่อให้สูงพอสำหรับที่ดักน้ำและฉนวนหุ้มท่อน้ำทิ้ง

รูปที่ 12.ใช้ข้อต่อสามทางและcapสำหรับทำความสะอาด

รูปที่ 13.ใช้ข้อต่อสามทาง capและข้อต่อยู

ในกรณีที่ไม่สามารถระบายน้ำโดยธรรมชาติได้ จำเป็นต้องใช้ปั๊มโดยมีถังรับน้ำและสวิทซ์ลูกลอยเปิดปั๊มเพื่อส่งน้ำออกจากถังเมื่อระดับน้ำสูงถึงระดับที่ตั้งไว้

สำหรับพื้นที่ซึ่งมีมูลค่าความเสียหายจากน้ำทิ้งสูงเช่นศูนย์ข้อมูลคอมพิวเตอร์ ควรใช้ถาดน้ำเสริมเพื่อป้องกันน้ำอีกชั้นหนึ่งและในถาดต้องมีสวิทช์เตือนน้ำรั่วที่จุดต่ำสุดของถาดและอาจใช้ปิดอุปกรณ์ทำตวามเย็นที่เกิดปัญหา

เมื่อต่อท่อน้ำทิ้งจากปั๊มหลายจุดมาที่ท่อร่วมจะต้องมาต่อเข้าท่อรวมโดยมีที่อักน้ำกลับหัวกันไม่ให้น้ำทิ้งไหลกลับเมื่อปั๊มปิด ในท่อรวมน้ำทิ้งจะไหลไปโดยธรรมชาติตามความลาดเอียงของท่อร่วม

เอกสารอ้างอิง

1. Cooling coil condensate system design, Sushil Kumar PE, CEM, LEED AP, MBA; Sagar Kanchi, Sushil Kumar, Sagar Kanchi at EXP Global, Summer edition HVAC 2020, Consulting-specifying engineer e-Book Series.

Time to Reconsider Used of P-traps for Condensate Removal, Nicholas H. Des Champs, Ph.D, PE, Fellow ASHRAE, Des Champs Technologies LLC, HPAC Engineering May 2020, www.hpac.com