พื้นฐานการทำความเย็น

พื้นฐานการทำความเย็น

การทำความเย็นคือการนำความร้อนจากสสารหรือวัตถุที่ต้องการทำความเย็นออกไป ทำให้อุณหภูมิอุณหถูมิลดลง

การปรับอากาศหมายถึง การปรับสถาวะของอากาศให้เหมาะสมกับสถาพต่างๆตามต้องการ หมายถึงการควบคุมอุณหภูมิและความชื้น การเคลื่อนที่ การเคลื่อนไหวของอากาศ ตลอดจนการทำความสะอาดอากาศให้บริสุทธ์

เครื่องปรับอากาศเป็นอุปกรณ์ที่สามารถทำหน้าที่นี้ได้ เมื่อมีการปรับอากาศในห้อง ควมร้อนในห้องจะถูกสารทำความเย็นรับไป ทำให้ห้องนั้นเย็ยลงกว่าอุณหภูมิรอบ ๆ สารทำความเย็นเมื่อได้รับความร้อนก็จะมีพลังงานเพิ่มขึ้น และด้วยวิธีการที่เหมาะสมของปรับอากาศ พลังงานความร้อนที่นำออกจากห้อง สามารถระบายทิ้งไปกับอากาศภายนอกหรือนำระบายความร้อนได้


อุณหภูมิ

หน่วยวัดของระบบเอสไอ คือ เคลวิน (kelvin, K) แต่เราจะใช้องศาเซลเซียส (Celsius) สำหับวัดอุณหภูมิในระบบเมตริก และองศาเซลเซียสเทียบกับองศาฟาเรนไฮต์ดังนี้

องศาเซลเซียส = (F-32)/1.8

องศาฟาเรนไฮต์ = (1.8C)+32

เมื่อ
C คือ องศาเซลเซียส
F คือ องศาฟาเรนไฮต์

อุณหภูมิสัมบูรณ์(absolute temperature) คืออุณหภูมิที่นับจากอุณหภูมิศูนย์สัมบูรณ์ขึ้นมา เช่น องศาเคลวิน(K) เริ่มจากศูนย์สัมบูรณ์ที่อุณหภูมิ -273.15 องศาเซลเซียส

K = C+273

ระบบอังกฤษ อุณหภูมิสัมบูรณ์ คือ องศาเคลวิน(Rankine,R)

R = F+460

อุณหภูมิกระเปาะแห้งและกระเปาะเปียก (DRY BULB AND WET BULE)

อุณหภูมิกระเปาะแห้งวัดด้วยเทอร์โมมิเตอร์ธรรมดา เช่นที่บรรจุด้วยปรอท ส่วนอุณหภูมิกระเปาะเปียกวัดด้วยเทอร์โมมิเตอร์ซึ่งกระเปาะมีผ้าหุ้มจุ่มน้ำ ความชื้นที่ผ้าจะระเหยซึ่งมากหรือน้อยขึ้นอยู่กับความชื้นของอากาศ ถ้าระเหยมากหมายความถึงอากาศมีความชื้นน้อย อุณหภูมิก็จะลดลงได้น้อย


อุณหภูมิอิ่มตัว

อุณหภูมิอิ่มตัวคืออุณหภูมิที่ของเหลวจะเปลี่ยนเป็นไอ นั่นคืออุณหภูมิที่จุดเดือด ทั้งนี้เป็นอุณหภูมิเดียวกันกับอุณหภูมิที่ไอกลั่นตัวเป็นของเหลว


ความร้อน

ความร้อนเป็นพลังงานรูปหนึ่ง หน่วยที่ใช้วัด มีหลายหน่วย เช่น บีทียู , กิโลแคลลอรี , จูล , เป็นต้น

ความร้อน 1 บีทียู คือปริมาณความร้อนที่ทำให้น้ำ 1 ปอนด์ มีอุณหภูมิเพิ่มขึ้นหรือลดลง 1 องศาฟาเรนไฮต์

ความร้อน 1 กิโลแคลลอรี คือ ปริมาณความร้อนที่ทำให้น้ำ 1 กิโลกรัม มีอุณหภูมิเพิ่มขึ้นหรือลดลง 1 องศาเซลเซียส

1 Kcal = 3.97 BTU

ความร้อนจำเพาะ (SPECIFIC HEAT)

ความร้อนจำเพาะคือ ปริมาณความร้อนที่ทำให้สสารมีอุณหภูมิเพิ่มขึ้นหรือลดลง 1 หน่วย เช่น สสารหนัก 1 ปอนด์ มีอุณหภูมอเพิ่มขึ้นหรือลดลง 1 F ความร้อนที่ต้องใช้จะมีค่าตัวเลขเท่ากับค่าความร้อนจำเพาะนั้น เช่น น้ำยา R-22 มีค่าความร้อนจำเพาะ 0.26 บีทียูต่อปอนด์ต่อองศาฟาเรนไฮต์

สสารที่มีความร้อนจำเพาะน้อย ต้องการปริมาณความร้อนน้อยในการเพิ่มอุณหภูมิและจะเย็นได้เร็วดังเช่น น้ำและทองแดง ความร้อนจำเพาะในหน่วย Kcal/kg-C มีค่า 1 และ 0.99 ตามลำดับ ดังนั้นถ้าให้ความร้อนกับน้ำ และทองแดงเท่าๆ กัน จะพบว่าทองแดงจะร้อนมากกว่า และเมื่อหยุดทองแดงจะเย็นเร็วกว่า


สถานะของสาร

สถานะของสสารมีของแข็ง ของเหลวและก๊าซ น้ำแข็งตัวที่อุณหภูมิ 0 C (ศูนย์องศาเซลเซียส) และกลายเป็นไอที่อุณหภูมิ 100 C (100 องศาเซลเซียส) การเปลี่ยนสถานะมีการรับหรือคายความร้อน

ชนิดของความร้อน

ความร้อนสัมผัส เป็นความร้อนที่สัมผัสได้ ซึ่งไปเพิ่มหรือลดอุณหภูมิ โดยวัดได้ด้วยเทอร์โมมิเตอร์

ความร้อนแฝง เป็นความร้อนที่เปลี่ยนสถานะของสสาร ถ้าวัดด้วยเทอร์โมมิเตอร์จะไม่พบการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ

ความร้อนยวดยิ่ง เป็นความร้อนที่ให้กับสสารหลังจากสสารนั้นระเหยแล้ว อุณหภูมิที่สูงขึ้นกว่าอุณหภูมิอิ่มตัว คืออุณหภูมิซุปเปอร์ฮีต

ซับคูล คือ ของเหลวที่มีอุณหภูมิต่ำกว่าอุณหภูมิอิ่มตัว


ความดัน

ความดันคือแรงที่กระทำต่อหนึ่งหน่วยพื้นที่ เช่น แรง 1 ปอนด์กระทำต่อพื้นที่ 1 ตารางนิ้ว ให้ความดัน 1 ปอนด์/ตารางนิ้ว

ความดันแยกออกเป็นความดันสัมบูรณ์ ซึ่งเริ่มนับความดันจาก 0 คือจาก สูญญากาศ มักใช้ในสูตรทางวิศวกรรม ส่วนความดันเกจ เริ่มนับจากความดันบรรยากาศ ซึ่งเท่ากับศูนย์

P_abs = P_gauge+14.7

P_atm(Atmospheric pressure, 1 atm) = 101.325 kpa = 14.7 psia = 1.0133 bar = 2116.2 Ibf/ft²

สุญญากาศ คือความดันที่ต่ำกว่าความดันบรรยากาศ ในเกจวัดความดันที่ใช้งานกับเครื่องปรับอากาศ ให้ความดันบรรยากาศเท่ากับ 0 และความดันสุญญากาศสัมบูรณ์ คือไม่มีความดันเลยจริงๆ มีความดันเทียบเท่ากับความสูงของปรอท 760 มิลลิเมตร

การทำความเย็น (REFRIGERATION)

การทำความเย็น โดยปกติจะเกี่ยวกับความเย็น เช่น ตู้เย็นทำให้อาหารเย็น ดังนั้นการทำความเย็นคือ วิธีการขจัดความร้อน

สารทำความเย็น (REFRIGERANT)

สารทำความเย็น (น้ำยา) คือ สสารที่ใช้ในการดูดความร้อนและส่งความร้อน สารทำความเย็นที่ยังยอมรับว่ามีอัตรายน้อยต่อชั้นโอโซน คือ R-22, R-123, R134a

คุณสมบัติบางประการของสารทำความเย็นที่เหมาะสมในการทำความเย็นคือ

- สามารถรับปริมาณความร้อนที่ได้จำนวนมาาก

- สามารถระเหยที่อุณหภูมิต่ำ

- สามารถใช้ซ้ำแล้วซ้ำอีกได้

ระบบการทำความเย็นพื้นฐาน

ในระบบการทำความเย็น จะประกอบด้วยอุปกรณ์ต่างๆ ดังนี้

1. คอมเพรสเซอร์ ทำหน้าที่ในการดูดและอัดนำยาในสถานะที่เป็นแก๊ส โดยดูดแก๊สที่มีอุณหภูมิและความดันต่ำจากอีวามพอเรเตอร์ และอัดให้มีความดันสูงและอุณหภูมิสูง จนถึงจุดที่แสพร้อมจะควบแน่นเป็นของเหลวเมื่อมีการถ่ายเทความร้อนออกจากน้ำยา

2. คอนเดนเซอร์ ทำหน้าที่ ให้สารทำความเย็นในสถานะแก๊สกลั่นตัวเป็นของเหลว ด้วยการระบายความร้อนออกจากสารทำความเย็นนั้น กล่าวคือ สารทำความเย็นในสถานะแก๊ส อุณหภูมิสูง ความดันสูง ซึ่งถูกส่งมาจากคอมเพรส เมื่อถูกระบายความร้อนแฝงออก จะกลั่ยตัวเป็นของเหลว แต่ยังคงมีความดัน และอุณหภูมิสูงอยู่

3. เอกซ์แพนชั่นวาล์ว ทำหน้าที่ควบคุมการไหลของสารทำความเย็นเหลว ที่ผ่านเข้ามาในอีวาพอเรเตอร์ ให้มีความดันต่ำลง การที่สารทำความเย็นมีความดันต่ำจะสามารถระเหยกลายเป็นไอได้ง่ายเมื่อได้รับความร้อนเพียงเล็กน้อย

4. อีวาพอเรเตอร์ ทำหน้าที่ ดูดความร้อนในห้อง ที่ต้องการทำความเย็น โดยที่สารทำความเย็น ที่เข้ามาในอีวาพอเรเตอร์จะระเหยกลายเป็นไอและดูดเอาความร้อนบริเวณรอบ ๆ อีวาพอเรเตอร์ ทำให้บริเวณรอบๆ อีวาพอเรเตอร์มีอุณหภูมิต่ำลง

5. รีซีฟเวอร์ หรือถังพักสารทำความเย็น เป็นอุปกรณ์ที่ต่อพวงขึ้นสำหรับระบบทำความเย็นขนาดใหญ่ ถ้าเป็นระบบทำความเย็นขนาดเล็กก็ไม่จำเป็น การที่ระบบทำความเย็นขนาดใหญ่จำเป็นต้องมี ก็เพื่อให้สารทำความเย็นที่มีสถานะเป็นของเหลวมีปริมาณมากเพียงพอที่จะจ่ายให้ไประเหยที่อีวาพอเรเตอร์

นอกจากอุปกรณ์ข้างต้นแล้วยังมีส่วนประกอบอื่นที่ควรทราบคือ

ท่อซักชั่น (Suction line)เป็นท่อทางเดินสารทำความเย็นที่ต่ออยู่ระหว่างอีวาพอเรเตอร์กับทางดูดของคอมเพรสเซอร์ สารทำความเย็นในสถานะแก๊ส อุณหภูมิและความดันต่ำ จากอีวาพอเรเตอร์จะถูกดูดผ่านท่อซักชั่นเข้าไปยังคอมเพรเซอร์

ท่อดิสชาร์จ (Discharge line)เป็นท่อทางเดินสารทำความความเย็นที่ต่ออยู่ระหว่างท่อทางอัดของคอมเพรสเซอร์กับคอนเดนเซอร์ สารทำความเย็นในสถานะที่เป็นแก๊สซึ่งถูกคอมเพรสเซอร์อัดให้มีความดันและอุณหภูมิสูงขึ้นจะถูกส่งไปยังคอนเดนเซอร์โดยผ่านท่อนี้

ท่อลิควิค (Linquid line)เป็นท่อทางเดินสารทำความเย็นที่ต่อระหว่างทางพักสารทำความเย็นเหลวกับเอกซ์แพนชั่นวาล์ว สารทำความเย็น ความดันสูงอุณหภูมิสูงจากท่อพักสารทำความเย็น จะถูกส่งไปยังเอกซ์แพนชั่นวาล์วโดยผ่านทางท่อนี้