การออกแบบ Mechanical Insulations Design (1)

วัตถุประสงค์ของการออกแบบ mechanical Insulation

สถาปนิก วิศวกร ผู้ที่ต้องเกี่ยวข้องกับการออกแบบต่างก็มีความรู้ความสามารถ ในการเลือกใช้ฉนวนเพื่องานระบบ และการที่เราบอกถึงงานระบบมันมีอะไรบ้างล่ะ ตอนนี้เรากำลังพูดถึงระบบทำความร้อน หรือระบบทำความเย็น ก็ได้ทั้งสองอย่างนั่นแหละ แต่ระบบที่ว่ามันซับซ้อนมากขึ้น อุณหภูมิบรรยากาศที่เราอาศัยอยู่ประมาณ 20 - 40 องศาเซลเซียส มันอาจจะมากหรือน้อยกว่านั้นก็ได้ ขึ้นกับว่าเราอยู่ประเทศไหน และเขตไหน เป็นอันว่าตอนนี้เราอยู่เมืองไทย มันก็อยู่ประมาณตัวเลขแถว ๆนี้แหละ

เวลาที่วิศวกรจะเลือกใช้ฉนวน ก็เพราะว่า อุณหภูมิของระบบที่ทำงานมันสูงหรือต่ำกว่าอุณหภูมิบรรยากาศนั่นเอง เลยเป็นเหตุให้ระบบมันทำงานอยู่ได้ไม่นานถ้าเราไม่มีวัสดุที่มาป้องกัน การสูญเสียความร้อน หรือความเย็น ของระบบนั่นเอง ก็เลยเป็นที่มาของฉนวน (Insulation) ซึ่งทำหน้าที่หน่วงความร้อน ไม่ให้ออกจากระบบร้อน หรือหน่วงความร้อนจากบรรยากาศไม่ให้เข้าไปในระบบเย็นนั่นเอง

แล้ววัตถุประสงค์หลักๆ ที่พิจารณาในการเลือกฉนวนแต่ละประเภทล่ะมีอะไรบ้างล่ะ

1) Condensation control พูดซะหรูเป็นศัพท์ทางวิศว หรือเรียกเป็นไทยว่า ควบคุมการกลั่นตัวเป็นหยดน้ำ เพราะเวลาระบบปรับอากาศ หรือระบบทำความเย็นเริ่มทำงาน ไอ้เจ้าน้ำยาแอร์ ที่เราเรียกกันง่ายๆ หรือสารทำความเย็น (Refrigerant) น่ะ มันจะทำงาน โดยการระเหยออก แต่พอมันมาเจอกับอากาศภายนอกที่ร้อนกว่า มันก็ควบแน่น และทำให้ไอน้ำรอบๆ ตัวมันกลั่นตัวกลายเป็นหยดน้ำ บทบาทของ Insulation ก็มาตอนนี้แหละนะ เพราะว่ามันจะมาหน่วง หรือ reduce heat gain นั่นเอง

2) Energy conservation อนุรักษ์พลังงานนั่นแหละ ตอนนี้มันกลายเป็นศัพท์ยอดฮิต เพราะว่าโลกร้อน (Global warming) กันขึ้นทุกวัน เลยทำให้เราต้องหันไปหาฉนวนกันมากขึ้น คิดกันง่ายๆ ว่าถ้าเราไม่มีฉนวนในระบบ เราต้องสูญเสียพลังงานความร้อน หรือความเย็นประมาณ 80-90% แต่ถ้าเราหุ้มเท่านั้น มันก็จะช่วยให้เราประหยัด หรืออนุรักษ์พลังงานไปได้กว่า 80-90% เช่นกัน

แต่ทั้งนี้ คำว่า energy conservation ต้องคำนึงถึง 3e ด้วยกัน คือ Economic, Energy, Environment นั่นคือ เราต้องหาฉนวนที่ติดตั้งแล้วคุ้มค่า อนรักษ์พลังงาน และไม่ทำลายสิ่งแวดล้อมนั่นเองจ้า

3) Fire Safety ฉนวนที่ดี ต้องไม่เป็นเชื้อเพลิง หรือลามไฟ นะจ๊ะ รายละเอียดเอาไว้วันหลังจะมาเล่าให้ฟัง เรื่องมันยาว

4) Freeze protection กันไม่ให้เกิดน้ำแข็ง เช่น บ้านเมืองที่อุณหภูมิติดลบ 0 องศาเซลเซียส ลงมา เราพบว่า เราต้องมีระบบ ที่เรียกว่า Heat tracing เพื่อป้องกันการเกิดน้ำแข็งในงานระบบ ก็เลยต้องการระบบพวกนี้มาช่วยนะจ๊ะ ฉนวนเลยเป็นตัวกลางสำคัญในการป้องกันการเกิดน้ำแข็งเกาะค่ะ

5) Personal Protection ก็ถ้าเป็นฉนวนร้อนจัด ไม่หุ้มฉนวนมันก็ลวกไม้ลวกมือคนที่ไปทำงานใกล้ๆ มันน่ะซิ เลยต้องติดตั้งฉนวนเข้าไปด้วยค่ะ

6) Noise Control ฉนวนก็มีส่วนในการลดเสียงดังในงานระบบได้เช่น กัน บางโรงงานยอมลงทุนเป็นเงินมหาศาล เพื่อลดเสียงนะจะบอกให้

นอกจาก 6 ข้อที่บอกไปหมดนั่น เรายังต้องคำนึงถึงความสำคัญบางอย่างที่ Insulation เค้ามีให้กับระบบอีกนะ ได้แก่

1) Under Insulation Corrosion ต้องเลือกฉนวนที่ไม่ทำให้เกิดการกัดกร่อน ไม่ใช่ใช้ฉนวนได้ตามวัตถุประสงค์ แต่กลายเป็นว่าสร้างปัญหาการกัดกร่อนตามมา มันก็ไม่ดีนะ

2) Abuse Resistance หมายความว่า ต้องทนทานต่อการทำลายหรือสิ่งแวดล้อมได้ ไม่ใช่ใช้ไปไม่ทันไร เกิดปัญหาอื่นๆ ตามมา หรือเสื่อมสภาพได้ง่ายนั่นเองแหละ

3) Indoor Air Quality เคยได้ยินไหมคะ ว่าคนทำงานในอาคารที่ติดฉนวนที่มีเส้นใยนานๆ แล้วเป็นโรคเกี่ยวกับการทำงานในสำนักงานเป็นเวลานาน ฉนวนอาจมีส่วนทำให้คุณภาพของอากาศเป็นเชื้อรา ได้เหมือนกันนะคะ

4) Regulatory Consideration ตึกบางตึก มีกฎกระทรวง ข้อกำหนดเรื่องความปลอดภัยของอาคาร ฉนวนต้องผ่านหรือเปล่า มีประกันอัคคีภัยบางประเภทกำหนดเกี่ยวกับความปลอดภัยของฉนวนด้วยนะคะ เช่น UL or FM or IMO etc.

5) Service & Location การติตตั้งฉนวนบางทีติดยาก ไม่เหมาะกับงานบางอย่าง เช่นแข็ง ไม่ยืดหยุ่น หรือบริเวณที่เข้าไปทำงานได้ยาก การเลือกฉนวนให้เหมาะสมกับสถานที่ก็จำเป็นเช่นกันจ้า

6) Service Life อายุการใช้งานมีผลกับเงินทองของเรานะคะ เพราะฉะนั้นอย่าคิดว่าไม่สำคัญ บางที งบประมาณแผ่นดินมีผลต่อการเลือกใช้ฉนวนเลยทีเดียวค่ะ

จบกันแค่นี้ก่อนนะคะ สำหรับวันนี้ เหนื่อยลูกกะตามากเลยวันหน้าจะมาอธิบายเรื่องราวเกี่ยวกับเทคนิค ให้ละเอียดแบบเจาะลึกทีละข้อก็แล้วกัน ราตรีสวัสติ์

อยากทำ blog ให้เป็นแหล่งความรู้เกี่ยวกับฉนวนชนิดต่างๆ

วันนี้ได้ไอเดียจาก Amazon.com เกี่ยวกับการทำ marketing affliation ซึ่งน่าสนใจมากๆ ที่จะทำให้ blog ได้เป็นที่รู้จัก และก็สามารถที่จะโฆษณาขายสินค้าได้ด้วย งานที่ทำอยู่ก็เกี่ยวกับฉนวนยาง ซึ่งเป็นฉนวนในงานเย็น แต่ทำไม เราก็มีความรู้เกี่ยวกับวัสดุ ถ้าได้อ่านอีกบ้าง ก็น่าจะสามารถนำความรู้เกี่ยวกับฉนวนชนิดต่างๆ มาให้คนไทยได้อ่านกัน จะได้ความรู้มากขึ้นเรื่อยๆ และไม่มีที่สิ้นสุด และอยากให้ Blog Thai Insulation นี้กลายเป็น Blog ที่คนอยู่ในวงกล Mechanic ได้เข้ามาอ่านกัน

คงต้องเริ่มจากสิ่งที่เรารู้ก่อน ก็คือ การออกแบบฉนวนในระบบ mechanic เพราะจะได้ความรู้ที่เป็นพื้นฐาน แต่ต้องบอกก่อนนะคะ ว่าความรู้เกี่ยวกับการทำ Blog ของผู้เขียนเองมีน้อยนิดเหลือเกิน คงทำได้เท่าที่จะทำนะคะ และพยายามจะหาบทความมาลงแปลให้ได้มากที่สุดค่ะ

หวังว่าความรู้เกี่ยวกับฉนวนอันนี้คงมีประโยชน์ไม่มากก็น้อย กับผู้ที่อยู่ในวงการ และทำให้ขยายความรู้และต่อยอดไปได้เรื่อยๆ ค่ะ

Under Insulation Corrosion (C.U.I.)

This item is in: Materials > Corrosion and surface engineering > Corrosion
Corrosion under insulation (CUI) guidelines: (EFC 55)
Edited by S Winnik, ExxonMobil, UK
- guidelines cover inspection methodology for CUI, inspection techniques, including non-destructive evaluation methods and recommended best practice - case studies are included illustrating key points in the book
Corrosion under insulation (CUI) refers to the external corrosion of piping and vessels that occurs underneath externally clad/jacketed insulation as a result of the penetration of water. By its very nature CUI tends to remain undetected until the insulation and cladding/jacketing is removed to allow inspection or when leaks occur. CUI is a common problem shared by the refining, petrochemical, power, industrial, onshore and offshore industries. The European Federation of Corrosion (EFC) Working Parties WP13 and WP15 have worked to provide guidelines on managing CUI together with a number of major European refining, petrochemical and offshore companies including BP, Chevron-Texaco, Conoco-Phillips, ENI, Exxon-Mobil, IFP, MOL, Scanraff, Statoil, Shell, Total and Borealis. The guidelines within this document are intended for use on all plants and installations that contain insulated vessels, piping and equipment. The guidelines cover a risk-based inspection methodology for CUI, inspection techniques (including non-destructive evaluation methods) and recommended best practice for mitigating CUI, including design of plant and equipment, coatings and the use of thermal spray techniques, types of insulation, cladding/jacketing materials and protection guards. The guidelines also include case studies.
ISBN 1 84569 423 6ISBN-13: 978 1 84569 423 4March 2008176 pages 234 x 156mm hardback

Insulations: Heat Transfer Text Books

Insulations: Heat Transfer Text Books

Heat Transfer Text Books

Today I'm going to search for the Heat Transfer text books, Hope it will be the link for knowledge in the future.

Cold Insulations

ฉนวนยางที่ได้รับเลือกให้ใช้ในงานระบบ
ในสนามกีฬารังนก ในปักกิ่งเกมส์ กีฬาโอลิมปิคครั้งที่ 29

ก่อนที่กีฬาโอลิมปิคจะเปิดฉากขึ้นในวันที่ 8 สิงหาคม 2008 บริษัทอาร์มาเซล ได้รับการคัดเลือกให้เป็นผู้ผลิตฉนวนยางเพื่อใช้ในงานระบบปรับอากาศ ในสนามกีฬาแห่งชาติปักกิ่ง จากบริษัทผู้เข้าร่วมแข่งขัน ซึ่งเป็นบริษัทผู้ผลิตยักษ์ใหญ่อีกหลายแห่งทั่วโลก
มหกรรมกีฬาโลกที่จัดขึ้นระหว่างวันที่ 8-24 สิงหาคม 2008 นี้ ที่กรุงปักกิ่ง สาธารณรัฐประชาชนจีน นับเป็นประวัติศาสตร์หนึ่งแห่งมวลมนุษยชาติ ที่มีความจุของสนามกีฬากว่า 550,000 คน และมีผู้ชมการแข่งขันกีฬากว่า 4 พันล้านคนทั่วโลก หรือประมาณ 2 ใน 3 ของประชากรโลก ที่เฝ้าดูเหตุการณ์ประวัติศาสตร์ผ่านหน้าจอโทรศัพท์ที่บ้าน
สนามกีฬาแห่งชาตินี้ ออกแบบโดยสถาปนิค ชาวสวิสเซอร์แลนด์ ชื่อ Herzog & de Meuron และสถาบันออกแบบของจีน (China Architecture Design Institute) ได้กลายเป็นสัญลักษณ์อันยิ่งใหญ่ในปักกิ่งเกมส์ สถาปัตยกรรมอันยิ่งใหญ่ “Bird Net” หรือสนามกีฬา “รังนก” และยังเป็นสถาปัตยกรรมระดับโลกเช่นเดียวกับหอไอเฟล ในกรุงปารีส

สถาปัตยกรรมระดับโลก
สนามกีฬาโอลิมปิค นี้ได้รับรางวัล Brit Insurance Designs of the Year Award ในด้านการออกแบบตั้งแต่ยังสร้างไม่เสร็จสมบูรณ์ ครอบคลุมพื้นที่ 258,000 ตร. ม. ยาว 330 เมตร กว้าง 220 เมตร ความสูงของอาคารเกือบ 70 เมตร เพื่อใช้เป็นสถานที่ประกอบพิธีเปิด และปิดมหกรรมกีฬาระดับโลกโอลิมปิค หรือ ปักกิ่งเกมส์ 2008 ด้วยขนาดความจุ 1 แสนที่นั่ง ใช้งบประมาณถึง 3.5 พันล้านเหรินหมินปี้ โดยสนามกีฬาแห่งนี้จะถูกใช้เป็นสนามแข่งขันกรีฑาและฟุตบอล หลังจากงานกีฬาแล้ว สนามกีฬาแห่งนี้จะถูกนำมาใช้จัดงานเกี่ยวกับวัฒนธรรมระดับชาติ และลดจำนวนที่นั่งเหลือ 80,000 ที่นั่ง
เหล็กที่นำมาใช้สร้างสถาปัตยกรรมอันยิ่งใหญ่นี้หนักกว่า 42,000 ตัน ในสนามกีฬาแห่งนี้ มีรูปทรงรังนกที่มีโครงตาข่ายเหล็กสีเทาๆเหมือนกิ่งไม้ ห่อหุ้มเพดานและผนังอาคารที่ทำด้วยวัสดุโปร่งใส อัฒจันทร์มีลักษณะรูปทรงชามสีแดง ซึ่งดูคล้ายกับพระราชวังโบราณ ‘กู้กง’ ของจีน ภาพโครงสร้างของสนามกีฬาแห่งนี้ จึงดูคล้ายพระราชวังสีแดง ที่อยู่ภายในรั้วกำแพงสีเทาเขียว ซึ่งให้กลิ่นอายงดงามแบบตะวันออก ภายประกอบด้วยศูนย์การค้าในพื้นที่กว่า 40,000 ตารางเมตร ในชั้นใต้ดิน ภัตราคาร ร้านค้า ห้องสุขา และพื้นที่สำหรับนักกีฬาผู้เข้าแข่งขัน เป็นส่วนที่โครงสร้างแยกออกมาต่างหาก มีที่นั่งเหมือนชาม
ลักษณะสถาปัตยกรรมที่เปิดโล่ง ไม่ว่าอาคารภายในกรุงปักกิ่งจะร้อน หรือชื้นอย่างไรในช่วงเดือน สิงหาคม ก็จะทำให้ภายในมีอากาศปลอดโปร่ง ถึงแม้ว่าจะมีระบบปรับอากาศภายในอาคารแห่งนี้ก็ตาม

การใช้พลังงานอย่างมีประสิทธิภาพด้วยฉนวนยาง Armaflex
ในการออกแบบระบบปรับอากาศภายในสนามกีฬาแห่งนี้ ต้องการใช้พลังงานจากธรรมชาติมากที่สุด เพื่อช่วยประหยัดพลังงาน โดย Bejing Institue of Architectural Design & Research ได้กำหนดหลักการประมูลอย่างเคร่งครัด ในการให้ผู้ผลิตระบบ และวัสดุได้นำเสนอเทคโนโลยีการประหยัดพลังงานที่ทันสมัย และคุ้มค่ามากที่สุด

อาร์มาเซลได้เข้าแข่งขันกับบริษัทชั้นนำอื่นๆ ทั่วโลก และได้รับเสนอชื่อให้เป็นผู้ผลิตฉนวนยางในระบบหุ้มท่อน้ำชิล (chilled water line) และระบบท่อลม (air ducts) ในระบบปรับอากาศ ด้วยคะแนนสูงสุดจากผู้เชี่ยวชาญในงานระบบที่เป็นกรรมการในการก่อสร้างสนามกีฬา ด้วยคุณสมบัติฉนวนยางชนิดยืดหยุ่น (Elastomeric insulation material) ซึ่งผลการตัดสินไม่ได้ได้มาซึ่งราคาของฉนวนยางที่ต่ำสุด แต่เป็นเพราะคุณสมบัติทางเทคนิคที่เหนือกว่า ด้วยค่า สัมประสิทธิ์การนำความร้อน Thermal conductivity oC ≤ 0.034 W/(m.K) และความต้านทานต่อความดันไอ  ≥ 10,000 และค่า oxygen index L.O.I > 35 ในการติดตั้งฉนวนยาง Class1 Armaflex นั้นยังทำให้ทนทานต่อความชื้น และการกลั่นตัวเป็นหยดน้ำได้ยาวนานกว่า และยังช่วยอนุรักษ์พลังงานมากกว่า ฉนวนยางอื่นๆ นั่นเอง ซึ่งได้พิสูจน์มาแล้วจากงานทั่วโลก
ในเดือน พฤษภาคม 2008 กลุ่มผู้ก่อสร้าง Beijine Urban Construction Group ได้เริ่มติดตั้งฉนวนยาง ระบบทำความเย็นทั้ง 4 ระบบมีกำลังเครื่องอยู่ที่ 13 เมกกะวัตต์ เพื่อทำความเย็นทั่วทั้งสนามกีฬาโอลิมปิค ไม่ว่าจะเป็นในส่วนของโถงต้อนรับแขกผู้เข้างาน สำนักงาน ภัตตาคาร และส่วนอำนวยความสะดวกอื่นๆ ห้องนักกีฬา ที่ประดับตกแต่ง เพื่อให้ผู้เข้าชม ล้วนแต่เป็นอาคารที่ต้องปรับอากาศทั้งสิ้น
ก่อนที่จะติดตั้งฉนวนยาง Class1 Armaflex ผู้ควบคุมคุณภาพต้องเข้าตรวจสอบผลิตภัณพ์โดยละเอียด ว่ามีคุณสมบัติตามข้อกำหนดทุกประการหรือไม่ โดยดูจากผลตรวจสอบจากหน่วยงานที่เชื่อถือได้ เพื่ออนุญาตให้ติดตั้งเข้ากับระบบท่อน้ำชิล และท่อลม ในระบบปรับอากาศของทั้งโครงการ
ในระบบท่อน้ำชิล มีอุณหภูมิที่ +7C ขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางตั้งแต่ 15 - 500 มิลลิเมตร โดยใช้ฉนวนยางท่อ Class1 Armaflex ที่ความหนาตั้งแต่ 24 ถึง 32 มิลลิเมตร หุ้มท่อที่มีขนาดกว่าต่ำ 100 มิลลิเมตร ส่วนฉนวนยางแผ่น ขนาด 32 มิลลิเมตร ใช้หุ้มท่อน้ำที่มีขนาดใหญ่กว่านั้น ในส่วนของฉนวนยางแผ่นหุ้มท่อลม ได้เลือกใช้ฉนวนยางแผ่นที่ความหนา 25 มิลลิเมตร หุ้มภายนอกท่อเหลื่ยมทั้งหมด ผู้หุ้มฉนวนยางทุกคนในงานนี้ได้รับการอบรมเทคนิคการหุ้มฉนวนยางจากอาร์มาเซล โดยใช้เวลาหลายเดือนในการติดตั้งฉนวนยางท่อยาว 65,000 เมตร และฉนวนยางแผ่นมากถึง 87,000 ตารางเมตร และเสร็จสิ้นเพียงไม่กี่สัปดาห์ก่อนพิธีการเปิดการแข่งขันกีฬาโอลิมปิค โดยบริษัท Beijing Shangxian Technical Development Co., Ltd. เป็นผู้จัดส่งฉนวนยางเข้าในงานดังกล่าว

การเลือกใช้ฉนวนยาง Armaflex ในปักกิ่งเกมส์ ซึ่งงานมหกรรมกีฬาแห่งมวลมนุษยชาตินี้ ไม่ได้เป็นแห่งแรก ฉนวนยาง Armaflex เคยได้รับการใช้ในสนามกีฬาระดับโลก เช่น สนามกีฬาโอลิมปิคในกรุงเอเธนส์ (2004) สนามกีฬาโอลิมปิคบาเซโลน่า (1992) เป็นต้น
อาร์มาเซลเป็นผู้นำระดับโลกในการผลิต engineered foams และเป็นผู้นำในงานฉนวนยา ด้าน Flexible Technical Insulation ในปี 2007 บริษัทฯ มีรายได้กว่า 400 ล้านยูโร (กว่า 19,000 ล้านบาท) พนักงานในกลุ่มมีกว่า 2500 คน ในโรงงาน 20 แห่งใน 13 ประเทศทั่วโลก เช่น ทวีปยุโรป สาธารณรัฐประชาชนจีน ออสเตรเลีย ทวีปอเมริกาเหนือ และใต้ โดยมีสำนักงานใหญ่ตั้งอยู่ ณ เมือง Munster ประเทศเยอรมัน นอกจากนี้ ARMAFLEX ยังเป็นตราสินค้าที่ได้รับการยอมรับว่าเป็นผู้นำในตลาด flexible technical Insulation ไปทั่วโลก และยังมีสินค้าประเภท เทอร์โมพลาสติก ที่ใช้ในงานฉนวนหุ้มท่อน้ำยา ในระบบปรับอากาศ โฟม ที่ใช้ในงานอุตสาหกรรมประเภทต่างๆ รวมถึงงานด้านกีฬา ดูข้อมูลเพิ่มเติมได้ที่ www.armacell.com

How to select the elastomeric foam for pipe insulation

หลักการเลือกฉนวนให้ประหยัดพลังงาน ของฉนวนในงานเย็น

บทความต่อไปนี้ เป็นหลักการของฉนวนในงานเย็น ซึ่งมีทั้งหมด 6 ส่วน ในแต่ละส่วนจะมุ่งให้ความรู้เกี่ยวกับฉนวนในงาน เย็น และฉนวนซับเสียง และป้องกันการลามไฟ ซึ่งบทความเหล่านี้สามารถนำไปใช้ และง่ายต่อการทำความเข้าใจ

บทความส่วนที่ 1 กล่าวถึงการเกิดหยดน้ำ และการป้องกัน หยดน้ำ (Formation and prevention of condensation) lส่วนที่ 2 จะอธิบายตัวแปรทางกายภาพที่ส่งผลต่อการเลือกใช้ความหนาของฉนวน และส่วนที่ 3 จะกล่าวถึง “สัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อน (heat transfer coefficient)” ในส่วนที่ 4 เป็นเรื่องคุณสมบัติการป้องกันไอน้ำซึมผ่านของวัสดุชนิดต่างๆ ในส่วนที่ 5 กล่าวถึงการติดตั้งที่ถูกต้อง ส่วนสุดท้ายของบทความ จะกล่าวถึงการเดินท่อของงานเย็น และจุดต่างๆ ที่ควรให้ความสำคัญในงานติดตั้งฉนวน โดยสรุปการทำงานเกี่ยวกับฉนวนจำเป็นอย่างยิ่งที่ต้องมีความรู้เกี่ยวกับทฤษฎีของการถ่ายเทความร้อน จึงจะนำไปสู่ความเป็นมืออาชีพในการอนุรักษ์พลังงาน

ส่วนที่ 1 การเกิด และการป้องกัน การกลั่นตัวเป็นหยดน้ำ (formation and prevention of condensation)

พวกเราทุกคงเคยเห็นปรากฏการณ์การกลั่นตัวเป็นหยดน้ำได้เป็นอย่างดี เช่น หลังจากเลิกงาน ในหน้าร้อน บางท่านอยากหาเครื่องดื่มเย็นๆ มาดื่มเพื่อดับกระหาย เช่น น้ำเย็น โค้ก หรือแม้กระทั่งเบียร์ หยดน้ำที่อยู่บนแก้วน้ำ เป็นตัวอย่างหนึ่งของการกลั่นตัวเป็นหยดน้ำ มันแสดงให้เห็นว่า อากาศภายนอกร้อนมากพอที่จะทำให้เห็นปรากฏการณ์ดังกล่าว ในงานติดตั้งฉนวน ปรากฏการณ์การกลั่นตัวเป็นหยดน้ำ ก็เกิดได้ในงานระบบท่อน้ำ ท่อน้ำยา หรือท่อลม ซึ่งเมื่อเกิดหยดน้ำขึ้น ค่าเสียหายไม่เพียงเฉพาะค่าซ่อมฉนวนเท่านั้น แต่มันยังอาจรวมไปถึงค่าซ่อมฝ้า หรืออุปกรณ์อื่นๆ ที่เสียหายจากการที่มีน้ำหยดด้วยเช่นกัน

อากาศที่อยู่รอบๆ ตัวเราประกอบไปด้วยแก๊สหลายชนิด ซึ่งรวมๆ กันเรียกว่าอากาศแห้ง (dry air) และ ไอน้ำ (water vapor) ดังนั้น ในชั้นบรรยากาศที่อยู่รอบตัวเราและสูงขึ้นไปบนฟ้านั้น จะประกอบไปด้วยส่วนประกอบสองส่วนผสมกัน ซึ่งเราเรียกว่า อากาศชื้น (humid air) ปริมาณไอน้ำที่อยู่ในอากาศชื้นเปลี่ยนแปลงได้ตามสภาวะแวดล้อม เช่น โรงแรมในจังหวัดภูเก็ต ปริมาณไอน้ำในอากาศจะสูงกว่า ปริมาณไอน้ำในตึกออลซีซัน ถนนวิทยุ อากาศในที่ต่างๆ จะมีความสามารถในการดูดซับความชื้นในอากาศได้ต่างกัน เช่น อากาศที่ร้อน จะสามารถดูดซับความชื้นได้มากกว่า อากาศเย็น เมื่ออากาศดูดซับความชื้น อุณหภูมิของอากาศที่อยู่รอบๆ ท่อน้ำจะลดลงเรื่อยๆ จนกระทั่งไอน้ำอิ่มตัว หรือมีความชื้นเป็น 100% ซึ่งเรียกจุดนี้ว่า จุดน้ำค้าง (dew point temperature) อุณหภูมิของอากาศจะลดต่ำกว่านี้ไม่ได้แล้ว ในที่สุดไอน้ำที่อิ่มตัวก็จะกลั่นตัวกลายเป็นหยดน้ำ ดังแสดงในภาพที่1

ภาพที่ 1 อากาศดูดซึมความชื้นได้จำกัด

ภาพที่ 2 ผลของการกลั่นตัวเป็นหยดน้ำในฉนวนยาง ทำให้เกิดสนิม

ในฉนวนของงานตู้เย็น หรือตู้แช่ หรือระบบชิลเลอร์ การเลือกใช้ความหนาของฉนวนต้องออกกแบบมาเพื่อให้อุณหภูมิที่ผิวฉนวน ไม่ต่ำกว่าอุณหภูมิของจุดน้ำค้าง ในส่วนของการติดตั้ง จึงหมายถึง รอยต่อหรือตะเข็บทุกจุดต้องไม่แตกหรือรั่ว ไม่เช่นนั้น อุณหภูมิที่ผิวฉนวน จะต่ำกว่าอุณหภูมิของจุดน้ำค้าง และในที่สุดก็จะเกิดการกลั่นตัวเป็นหยดน้ำ ดังแสดงในภาพที่ 2

สิ่งที่ควรจำ
การป้องกัน condensation หรือการเกิดหยดน้ำ ต้องแน่ใจว่าอุณหภูมิที่ผิวฉนวน ต้องมีค่าอย่างน้อย เท่ากับ หรือ สูงกว่า อุณหภูมิจุดน้ำค้าง ที่อุณหภูมินั้นๆ

การพิจารณาหาความหนาที่ถูกต้องของฉนวน ขึ้นกับ หลายตัวแปร ในส่วนต่อไปจะอธิบายถึงตัวแปรที่มีผลต่อการควบคุมการกลั่นตัวเป็นหยดน้ำในฉนวน

ส่วนที่ 2 ตัวแปรที่มีผลต่อการควบคุมการกลั่นตัวเป็นหยดน้ำ (condensation control)
ในส่วนที่ 1 กล่าวถึงการเกิด และ การป้องกัน Condensation หรือการเกิดหยดน้ำ หลักการสำคัญคือ ต้องแน่จ่าอุณหภูมิที่ผิวฉนวน ต้องอย่างน้อย เท่ากับ หรือ สูงกว่า อุณหภูมิจุดน้ำค้าง ที่อุณหภูมินั้นๆ ในทุกๆ อุปกรณ์ ท่อ ต้องมีการป้องกันการกลั่นตัวเป็นหยดน้ำ สูตรต่อไปนี้ เป็นการคำนวณ ความหนาขอฉนวนบนพื้นผิวเรียบ เช่น ถังบรรจุน้ำเย็น ผิวท่อลม เป็นต้น

สูตรข้างต้น มีตัวแปรที่เกี่ยวข้องหลายตัวดังนี้

อุณหภูมิของตัวกลาง หรือ อุณหภูมิห้อง (Medium temperature and ambient temperature)
ในกรณีของงานตู่แช่ หรือตู้เย็น อุณหภูมิของตัวกลาง หาได้จาก อุณหภูมิของชนิดน้ำยาที่ใช้ในระบบตู้แช่ หรือ ตู้เย็นนั้น ๆ ในส่วนของอุณหภูมิห้อง เราไม่สามารถที่จะวัดได้ชัดเจน แต่สามารถประมาณได้ เมื่อมีการติดตั้งฉนวนนอกอาคาร เราสามารถดูได้จากอุณหภูมิเฉลี่ยจากกรมอุตุนิยมวิทยา ที่พยากรณ์อากาศในแต่ละวัน แต่อุณหภูมิห้องของฉนวนที่ติดตั้งในอาคาร มักไม่สามารถดูได้จากอุณหภูมิจากกรมอุตุฯ แต่สามารถประมาณการได้ ตัวอย่างเช่น ความหนาของฉนวนจะไม่แตกต่างกันมากที่อุณหภูมิห้องในช่วง 23-25 องศาเซลเซียส

ค่าการนำความร้อนของวัสดุ (Thermal conductivity of the insulation material)
ค่าการนำความร้อนของวัสดุ คือ ความสามารถของวัสดุในการนำความร้อนผ่านเนื้อวัสดุนั้นๆ ซึ่งแสดงผลออกมาในรูปของปริมาณความร้อน ซึ่งถูกนำผ่านชั้นของวัดุที่มีพื้นที่ผิว 1 ตารางเมตร ความหนา 1 เมตร ในเวลา 1 วินาที เมื่ออุณหภูมิของผิววัสดุทั้งสองด้านต่างกันที่1 องศาเคลวิน (1 Kelvin หรือ 1 K) หน่วยของค่าการนำความร้อนจึงเป็น วัตต์ ต่อ เมตร ต่อ เคลวิน [W / (m.K)] สัญลักษณ์ที่ใช้ในทางยุโรปเป็น l หรือ ในทางสหรัฐอเมริกา ใช้เป็น K ส่วนในประเทศไทย นิยมใช้หน่วยเหมือนทางสหรัฐอเมริกา

มีวัสดุที่นำความร้อนได้ดี เช่น เหล็ก หรือวัสดุที่นำความร้อนได้ต่ำ เช่น Class 1 Armaflex ยิ่งค่า K ต่ำเท่าใด ความสามารถในการเป็นฉนวนก็ดีขึ้น ค่าการนำความร้อนจะอยู่ในช่วง 0.030-0.060 W/(m.K) ดังแสดงในภาพที่ 1

ภาพที่ 1 แสดงคุณสมบัติของสัมประสิทธ์การนำความร้อน (K-value or l) ของวัสุดชนิดต่างๆ ยิ่งค่า l ต่ำ ความเป็นฉนวนยิ่งดี

ตัวแปรที่มีผลต่อค่าการนำความร้อนของวัสดุ คือ อุณหภูมิของวัสดุ จากสูตรการคำนวณ ค่า l ที่ใช้ จะเป็นค่าเฉพาะในอุณหภูมิหนึ่งๆ ซึ่งมักจะใช้อุณหภูมิเฉลี่ย ซึ่งคำนวณจากอุณหภูมิเฉลี่ยทางสถิติ (arithemetic mean ) ของ อุณหภูมิของตัวกลาง และอุณหภูมิห้อง แต่ในทางปฏิบัติ เราเพียงแค่ นำค่าเฉลี่ยของอุณหภูมิตัวกลาง และอุณหภูมิห้องมาคำนวณเท่านั้น (ภาพที่ 2)

ภาพที่ 2 แสดงตัวอย่างของอุณหภูมิเฉลี่ยของอุณหภูมิห้อง และอุณหภูมิของตัวกลาง

ในกรณีของฉนวนยาง Class 1 Armaflex ค่า K จะเพิ่มขึ้นเมื่ออุณหภูมิเฉลี่ยเพิ่มขึ้น ซึ่งมีผลต่อการเลือกใช้ความหนาของฉนวน เพราะว่าเราใช้ฉนวนที่บางลงได้ ถ้าวัสดุนั้นๆ มีค่าการนำความร้อนที่ต่ำกว่า ดังนั้น ผู้ผลิตฉนวนที่มีชื่อเสีย จะเลือกผลิตฉนวนที่มีค่า K ที่ต่ำ และเหมาะกับอุณหภูมิเฉลี่ยในช่วงอุณหภูมินั้นๆ

ค่าความชื้นสัมพัทธ์ในอากาศ (Relative Humidity)
ในส่วนที่ 1 ของบทความนี้ เราได้อธิบายถึง อากาศที่อยู่รอบๆตัวเรานั้น ปรกอบด้วยแก๊ส และไอน้ำ ซึ่งแรกว่า อากาศชื้น ปริมาณไอน้ำที่อยู่ในอากาศ นั้น จะหมายถึง ปริมาณความชื้น มีหน่วยเป็น กรัมต่อลูกบาศก์เมตร (g/m3) ความชื้นสูงสุด หรือปริมาณไอน้ำสูงสุดที่สามารถถูกดูดซับไว้ในอากาศปริมาตร 1 ลูกบาศก์เมตร จะขึ้นกับอุณหภูมิ คือ ที่อุณหภูมิเย็น จะมีปริมาณไอน้ำน้อยกว่า ที่อุณหภูมิสูง เช่น อากาศที่อุณหภูมิ 30 องศาเซลเซียส สามารถดูดซับความชื้นเป็นไอน้ำที่น้ำหนัก 30.3 กรัม ในขณะที่อากาศที่อุณหภูมิ 5 องศาเซลเซียส สามารถดูดซับความชื้นได้ถึง 6.8 กรัม อากาศถูกทำให้เย็นลงจาก 30 ไปเป็นที่ 5 องศาเซลเซียส จะต้องมีปริมาณไอน้ำถึง 23.5 กรัม ถูกดูดซับเข้าไป โดยทั่วไปความชื้นสัมพัทธ์ จึงเป็นตัวแปรดังสมการข้างล่างนี้ คือ อัตราส่วนของ ความชื้น ที่อ่านได้ ต่อความชื้นสูงสุด คูณด้วย 100 จึงเป็น เปอร์เซ็นต์ แทนด้วยสัญลักษณ์กรีก j (อ่านว่า ไพน์)


ถ้าอากาศที่อิ่มตัวด้วยไอน้ำที่อุณหภูมิ 5 องศาเซลเซียส ถูกอุ่นให้ร้อนขึ้นถึงอุณหภูมิ 30 องศาเซลเซียส ค่าความชื้นสัมพัทธ์จะลดลงจาก 100% เป็น 22% เนื่องจาก อากาศจะสามารถดูดซับความชื้นได้มากขึ้นเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น เมื่อพิจารณาถึงความหนาของฉนวนที่จะใช้ในการป้องกันการกลั่นตัวเป็นหยดน้ำ อิทธิพลของความชื้นสัมพัทธ์ จำเป็นอย่างยิ่งที่ต้องมาใช้ในการพิจารณา ยิ่งความชื้นมากถึงเท่าใด ความหนาของฉนวนยิ่งต้องมากขึ้น เมื่อค่าของตัวแปรอื่น ๆ คงที่ ดังนั้นที่อุณหภูมิของตัวนำ (น้ำ หรือ น้ำยา) อยู่ที่ 6 องศาเซลเซียส อุณหภูมิห้องอยู่ที่ 22 องศาเซลเซียส ความชื้นสัมพัทธ์ จะเป็น 65% ความหนาของฉนวนที่ต้องการหุ้มพื้นที่ผิวแบนราบต้องหนาอย่างน้อย 5.5 มิลลิเมตร จึงจะไม่ส่งผลต่อการกลั่นตัวเป็นหยดน้ำ แต่ถ้าความชื้นเพิ่มขึ้น 10% ความหนาของฉนวนของหนาเพิ่มขึ้นเป็น 10.2 มิลลิเมตร ในทางปฏิบัติ เราต้องเพิ่มความหนาเป็นสองเท่า ยิ่งความชื้นเพิ่มขึ้นอีก 10% เราต้องเพิ่มความหนาของฉนวนขึ้นเป็น 21.0 มิลลิเมตร ดังนั้นตัวแปรเรื่อง Relative humidity หรือ ความชื้นสัมพัทธ์ในอากาศ จึงมีผลอย่างมากต่อความหนาของฉนวน ในหลายๆ กรณี การหาค่าอุณหภูมิของตัวนำ เช่น น้ำ หรือ น้ำเย็น ไม่สามารถอ่านได้แน่ชัด หรือ ค่า การนำความร้อน ของตัววัสดุเองก็ตามอาจจะไม่ชัดเจนที่อุณหภูมินั้นๆ ดังนั้น จึงจำเป็นที่จะต้องมีข้อมูลของพื้นที่ ที่จะติดตั้งฉนวนในส่วนของอุณหภูมิ ความชื้น เพื่อที่จะได้นำสถานการณ์ นั้นๆ มาประมาณการหาความหนาของฉนวนได้อย่างถูกต้องมากที่สุด

ในหัวข้อถัดไป จะกล่าวถึง เรื่อง สัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อน “ Heat transfer coefficient”

ภาพที่ 3 แสดงปริมาณความชื้นที่อุณหภูมิต่างๆ และจุดที่ความชื้นเริ่มกลั่นตัวเป็นหยดน้ำที่อุณหภูมิต่างๆ

ส่วนที่ 3 ตัวแปร สัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อน “ Heat transfer coefficient”

ในส่วนที่ 2 ความชื้นสัมพัทธ์ เป็นตัวแปรที่ผลอย่างมากต่อความหนาของฉนวน ซึ่งมีผลต่อการป้องกันการกลั่นตัวเป็นหยดน้ำในที่สุด ค่า สัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อน “ Heat transfer coefficient” ก็มีผลอย่างมากเช่น คำว่า การถ่ายเทความร้อน คือการถ่ายเทความร้อนระหว่างของเหลว และของแข็ง (ของแข็งหมายถึง ท่อน้ำ หรือแท็งค์น้ำ) การถ่ายเทความร้อน ภายใน (ถ่ายเทระหว่าง ตัวกลางภายในท่อ หรือแท็งค์ กับ ตัวท่อหรือแท็งค์) และภายนอก (ถ่ายเทระหว่าง ตัวท่อ หรือ แท็งค์ กับ อุณหภูมิของฉนวน และอุณหภูมิห้อง) ดังแสดงในภาพที่ 1ในการคำนวณความหนาเพื่อป้องกันการเกิดหยดน้ำ เราสามารถทิ้งการถ่ายเทความร้อนภายในได้ เนื่องจากมีค่าต่ำมาก ดังนั้น เราจะพิจารณาเฉพาะการถ่ายเทความร้อนภายนอก

เมื่อความร้อนถูกถ่ายเท ความร้อน จะเคลื่อนผ่านเป็นสัดส่วนกับพื้นผิว ของวัสดุ ที่อุณหภูมิต่างๆ ตัวแปรของการถ่ายเทเรียกว่า สัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อน aoutside (aa) มีหน่วยเป็น W/( m2.K) ซึ่งค่านี้ขึ้นกับ ชนิดของตัวกลาง และความเร็วในการถ่ายเทบนพื้นผิวของวัสดุ (หยาบ หรือ ลื่น หรือ สะท้อนแสดง หรือ ทึบแสง) นอกจากนี้ค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อน ยังขึ้นกับ การพาความร้อน (convection) และการแผ่รังสีความร้อน radiation) อีกด้วย
การพาความร้อน (Convection)
การพาความร้อน มีผลอย่างมากต่อค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อน ยิ่งอากาศมีการไหล หรือถ่ายเทมากเท่าใด (ลมแรงมากเท่าใด) ความร้อนยิ่งมีการเคลื่อนที่ได้มากขึ้น ในทางปฏิบัติ เราจึงจำเป็นที่จะต้องพิจารณาว่าท่อน้ำ หรือ ท่อลมต่างๆ ที่อยู่ในระบบ ต้องไม่ติดตั้งชิด หรือ แน่นหนาเกินไป เพราะต้องมีพื้นส่วนหนึ่งพอที่ติดตั้งฉนวน ระบบยังอาจจะเกิดอุณหภูมิร้อนขึ้นเฉพาะจุด (build up zone) และทำให้เกิดการกลั่นตัวเป็นหยดน้ำได้ เนื่องจากในบริเวณ build up zone ค่าสัมประสิทธิ์การนำความร้อนต่ำ การพาความร้อน จึงลดลง ในมาตรฐาน DIN 4140 ต้องมีระยะ ระหว่างฉนวนหุ้มท่อ หรือ ระหว่าง ท่อกับผนัง หรือ เพดาน อย่างน้อย 100 มิลลิเมตร เพื่อและต้องการระยะห่างในถังหรือ อุปกรณ์ในระบบเย็นอย่างน้อย 1000 มิลลิเมตร

ภาพที่ 2 แสดงจุดที่มีการถ่ายเทความร้อนต่ำ หรือจุดที่มีการพาน้อย จะสามารถเกิดการกลั่นตัวเป็นหยดน้ำได้ง่าย

การแผ่รังสี (Thermal Radiation)
การแผ่รังสีเป็นการถ่ายเทความร้อนโดยผ่านทางคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งพลังงานที่ถ่ายเทโดยการแผ่รังสี ไม่จำเป็นต้องมีตัวกลาง ซึ่งต่างกับ การนำความร้อน (Conductivity) และการพาความร้อน (Convection) การแผ่รังสียังสามารถเกิดได้ในระบบสูญญากาศ ซึ่งขบวนการแผ่รังสีเกิดได้สองแบบ
การกระจายรังสี (emission) จากพื้นผิวที่มีอุณหภูมิสูงถ่ายเทไปยังพลังงานที่แผ่รังสี
การดูดกลืนรังสี (absorbsion) การแผ่รังสี ซึ่ง ทำให้อุณหภูมิของวัสดุ ลดต่ำลงกลายเป็นความร้อน
ในวัสดุที่สีเข้ม จะมีการกระจายรังสี ได้มากกว่า วัสดุสีอ่อน และในทางตรงข้าม วัสุดสีเข้ม ก็สามารรถดูดกลืนพลังงานได้มากกว่าวัสดุสีอ่อนเช่นกัน
การวัดปริมาณพลังงานที่กระจาย วัดได้เป็นค่าสัมประสิทธิ์การกระจายพลังงาน Emission coefficient (e) ส่วนการวัดค่าการดูดกลืนวัดได้เป็นค่าสัมประสิทธิ์การดูดกลืนพลังงาน Absorption coefficient (a) ปริมาณพลังงานของการกระจาย และการดูดกลืน ของวัสดุสีเดียวกัน จะมีค่าเท่ากัน ในถังบรรจุที่มีสีดำสนิท จะมีค่าการดูดกลืน และกระจายพลังงานมากที่สุด ในตารางที่ 1 แสดงค่าการกระจาย และค่าการดูดกลืน พลังงานของพื้นผิวของฉนวนชนิดต่างๆ จะเห็นว่าค่าจะสูงมากเมื่อพื้นผิวมีการหุ้มด้วยแจ็กเก็ต นอกจากนี้การสะท้อนแสงของพื้นผิว ก็มีผลต่อการแผ่รังสีเช่นกัน as ในทางปฏิบัติ ฉนวนที่มีสีดำ จะมีค่าการดูดกลืน พลังงานมากกว่าวัสดุอย่างอลิมิเนียมฟอยล์ ซึ่งมีผลดี ต่อการการลดความหนาในการป้องกันการกลั่นตัวเป็นหยดน้ำ กล่าวคือ ยิ่งมีการดูดกลืนพลังงานมากขึ้น ความหนาของฉนวนก็จะน้อยลง

จากคำอธิบายข้างต้นจะเห็นว่าค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อน ขึ้นกับตัวแปรหลายตัว ซึ่งไม่สามารถนำมาใช้เป็นกฎได้ แต่ก็สำคัญเพียงพอที่จะนำมาใช้พิจารณาการถ่ายเทความร้อนในระบบหนึ่งให้ใกล้เคียงกับความเป็นจริงให้มากที่สุด สูตรในการคำนวณค่าต่างๆ เป็นเพียงการตัดทอนการถ่ายเทความร้อนบางส่วนออกไป เพื่อให้ง่ายต่อการคำนวณ ในส่วนของฉนวนยางดำ ดังตัวอย่างในภาพที่ 3 เราทำการคำนวณค่า สัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนได้ดังนี้

ค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนเป็นคัวแปรสุดท้ายที่มีผลต่อการควบคุมการกลั่นตัวเป็นหยดน้ำ จากที่ได้กล่าวไว้ข้างต้นว่า ตัวแปรต่างๆ ต้องเป็นค่าที่ใกล้เคียงกับสภาพแวดล้อมจริงมากกที่สุด เพื่อป้องกันความผิดพลาดในการคำนวณหาความหนาของฉนวน นอกจากนี้ระบบฉนวนควรเป็นระบบที่ใช้ได้อย่างมีประสิทธิ์ในระยะเวลาหนึ่ง ไม่ใช่ติดตั้งเพียงระยะเวลาสั้นๆ แล้วเกิดหยดน้ำสะสมอยู่ภายในฉนวน ซึ่งค่า การซึมผ่านไอน้ำ (Water vapor transmission) มีผลต่อเวลาการใช้งาน ซึ่งจะกล่าวในบทถัดไป

ตารางที่ 1 ค่าสัมประสิทธิ์การกระจาย และการดูดกลืนพลังงานของฉนวนที่มีพื้นผิวแบบต่างๆ
พื้นผิวต่างๆ (การแผ่รังสีในแนวตั้ง)

ภาพที่ 3 แสดงค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนในพื้นผิววัสดุที่แตกต่างกัน

ส่วนที่ 4 ค่าการซึมผ่านไอน้ำ (Water Vapor transmission)
ในกรณีของงานเย็นที่มีอุณหภูมิต่ำ อันตรายที่เกิดจากความชื้นแทรกซึมผ่านเข้าในเนื้อวัสดุเป็นสิ่งสำคัญอันดับหนึ่งในการพิจารณาการออกแบบ ในระบบเย็น ฉนวนที่เลือกใช้ไม่ใช่เพียงแต่พิจารณาความหนาเพื่อป้องกันการกลั่นตัวเป็นหยดน้ำที่ผิวฉนวนเท่านั้น แต่ยังต้องป้องกันวัสดุจากการแทรกซึมของความชื้นอีกด้วย ถ้าไม่ได้พิจารณาในจุดนี้ น้ำ หรือ น้ำแข็งจะเกิดขึ้นในตำแหน่งที่อุณหภูมิต่ำกว่า จุดน้ำค้าง (Dew point temperature) ซึ่งเป็นสาเหตุของการสูญเสียพลังงาน และเกิดหยดน้ำทำลายท่อน้ำ และอุปกรณ์ต่างๆ

สาเหตุห้ามไม่ให้เกิดน้ำ และ น้ำแข็งในระบบฉนวนในงานเย็น

เมื่อมีน้ำ หรือ น้ำแข็งในฉนวน ความสามารถในการทำงานของฉนวนจะลดลงอย่างมาก เนื่องจาก ค่า สัมประสิทธิ์การนำความร้อนของอากาศมีค่าต่ำกว่า ของน้ำถึง 24 เท่า ( Kair = 0.026 W/m.K , Kwater = 0.56 W/m.K ) และต่ำกว่าของน้ำแข็งถึง 100 เท่า (Kice = 2.2 W/m.K ซึ่งเมื่อมีน้ำหรือน้ำแข็งเกิดขึ้นในฉนวน ไม่เพียงแต่นำไปสู่การสูญเสียพลังงานไฟฟ้า แต่ยังหมายถึงความหนาของฉนวนที่หุ้มอยู่นั้น ไม่เพียงพอที่ทำให้ฉนวนแห้ง และนำไปสู่การกลั่นตัวเป็นหยดน้ำ ในที่สุด
น้ำเป็นต้นเหตุของการกัดกร่อนอุปกรณ์ไม่ว่าจะเป็นท่อน้ำ ปั๊ม ชิลเลอร์ และอุปกรณ์ที่เป็นโลหะอื่นๆ ที่มีการหุ้มฉนวน หรือแม้กระทั่ง แจ็คเก็ทโลหะที่หุ้มตัวฉนวนเอง ในที่สุด สนิทก็จะลามไปทั่วทั้งระบบเย็น ซึ่งเป็นผลให้ต้องทำการซ่อมและเสียค่าใช้จ่ายจำนวนมาก
นอกจากนี้น้ำ และน้ำแข็งที่เกิดขึ้นในระบบยังเป็นผลทำให้น้ำหนัก ของฉนวนที่หุ้มท่อหรืออุปกรณ์ต่างๆ มากขึ้น และนำไปสู่ปัญหาเครื่องจักรลวน

การเคลื่อนผ่านของความชื้น โดยการแทรกซึมของไอน้ำ
ความชื้นแทรกผ่านเข้าในเนื้อวัสดุได้อย่างไร?

อากาศเป็นส่วนประกอบของแก๊สหลายชนิด ที่ระดับน้ำทะเล อากาศบริสุทธิ์จะประกอบไปด้วย แก๊สไนโตรเจน 78.1 % โดยปริมาตร แก๊ส ออกซิเจน 20.9% โดยปริมาตร แก๊สอาร์กอน 0.9% โดยปริมาตร แก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ 0.03% โดยปริมาตร แก๊สไฮโดรเจน 0.01% โดยปริมาตร และแก๊สเฉื่อยๆ อื่นๆ อีกเล็กน้อย นอกจากส่วนประกอบดังกล่าวแล้ว ในอากาศยังมีไอน้ำที่เราไม่สามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า ตามที่ได้กล่าวในส่วนที่ 1 ว่า อากาศชื้น คือ ส่วนประกอบของอากาศแห้ง และไอน้ำ ดังนั้น ทุกๆ ส่วนของแก๊ส ที่อยู่ในอากาศจะมีความดันย่อยๆ ของแก๊สชนิดต่างๆ ภายใต้สภาวะปกติ เพื่อดันให้อนุภาคของแก๊สแต่ละตัวอยู่ได้ในอากาศ ดังนั้นความดันความของแก๊สทุกตัว สามารถคำนวณได้จาก ผลรวมของความดันย่อยของแก๊สแต่ละชนิด ซึ่งอ่านได้จากเครื่องวัดความดัน (บารอมิเตอร์) ของอากาศชื้น

P = PL + PD Pa , hPa (หน่วยของความดัน เป็น Pascal, Hectopascal)

PL คือ ความดันย่อยของอากาศแห้ง
PD คือ ความดันย่อยของไอน้ำ
ความดันย่อย ของไอน้ำจึงเป็นต่อการเลือกวัสดุในงานก่อสร้าง ค่าความดันย่อยจะเปลี่ยนไปที่อุณหภูมิ และความชื้นสัมพัทธ์ต่างๆ ตามที่ได้กล่าวแล้วในส่วนที่ 2 ซึ่งขึ้นกับปริมาณไอน้ำที่ถูกดูดซึมเข้าไปในอุณหภูมิต่างๆ ค่าความดันย่อยของไอน้ำมีเพียงค่าสูงสุดเท่านั้น ค่าความดันย่อยสูงสุด หมายถึง ความดันไอน้ำอิ่มตัว (Saturated partial pressure) Ps

ถ้ามีอุณหภูมิ และความชื้นที่แตกต่างกันที่สองด้านของวัสดุ ความดันไอ ที่แตกต่างกัน จะเป็นผลทำให้ค่าการดันของไอน้ำต่างกันด้วย (ภาพที่ 1) การแทรกซึมผ่านของไอน้ำ เกิดจากความดันที่แตกต่าง เป็นผลมากจากความดันของไอน้ำที่แตกต่าง ตลอดทั้งอาคาร หรือ ฉนวนนั้นๆ เนื่องจากอุณหภูมิและความชื้นที่แตกต่างกัน ทิศทางการแทรกซึมความชื้นจะผ่านจากภายนอกเข้าไปในเนื้อฉนวน ถ้าความชื้นมีอุณหภูมิต่ำกว่า อุณหภูมิจุดน้ำค้าง จะเกิดกลั่นตัวเป็นหยดน้ำสะสมอยู่ในเนื้อฉนวน

ตารางที่ 1 รูปแบบการคำนวณความดันย่อยของไอน้ำ

ภาพที่ 1 แสดงถึงจุดที่มีอุณหภูมิแตกต่างกันมาก จะเกิดแรงดันความชื้นจากภายนอกเข้าไปสูงภายในที่มีอุณหภูมิต่ำกว่า

ในอาคารที่มีวัสดุแตกต่างกันใช้อยู่นั้น การเคลื่อนที่ขอไอน้ำเกิดขึ้นตามปัจจัยดังนี้
ค่าสัมประสิทธิ์การแทรกซึมไอน้ำ (Water vapor diffusion coefficient) d (อ่านว่าเดลต้าเล็ก)
ค่าความต้านทานการแทรกซึมไอน้ำ (Resistance to water vapor diffusion) m factor (อ่านว่า มิว)
ค่าการซึมผ่านไอน้ำ เทียบเท่าที่ความหนาหนึ่ง Sd
ค่าสัมประสิทธิ์การแทรกซึมไอน้ำ (Water vapor diffusion coefficient)
ค่าสัมประสิทธิ์การแทรกซึมไอน้ำ เป็นปริมาณไอน้ำ (กิโลกรัม) ซึ่งผ่านเข้าไปในชั้นของวัสดุที่หนา 1 เมตร และมีพื้นที่ผิว 1 ตารางเมตร ที่ความดันย่อยของไอน้ำต่างกัน 1 Pa ในเวลา 1 ชั่วโมง (ภาพที่ 2)

ภาพที่ 2 แสดงสัมประสิทธิ์การซึมผ่านไอน้ำ

ค่าความต้านทานการแทรกซึมไอน้ำ (Resistance to water vapor diffusion) m factor
คือ ความต้านทานไอน้ำแทรกซึมของวัสดุ ซึ่งเรียกสั้นๆ ว่า m factor อธิบายถึงสัมประสิทธิ์การแทรกซึมไอน้ำในอากาศ dair ต่อ dmaterial ของวัสดุนั้นๆ ตามภาพที่ 3

ภาพที่ 3 แสดงความต้านทานการซึมผ่านไอน้ำของวัสดุ ซึ่งแทนได้ด้วยค่า มิว

ค่ามิว เป็นตัววัดความสามารถในการต้านทานไอน้ำในเนื้อวัสดุ ซึ่งบอกเป็นจำนวนเท่าของวัสดุที่สามารถต้านทานไอน้ำ เทียบกับชั้นอากาศที่ความหนาเดียวกัน

ค่าการซึมผ่านไอน้ำ เทียบเท่าที่ความหนาหนึ่ง Sd
ค่า Sd คือความหนาของชั้นอากาศ มีหน่วยเป็นเมตร แสดงให้เห็นถึงที่ความหนาของวัสดุเดียวกัน S ความต้านทานไอน้ำ m ดังตารางที่ 4 อากาศต้องหนาถึง 195 มิลลิเมตร จึงสามารถมีความต้านทานความชื้นได้เท่ากับ ฉนวน class 1 Armaflex ที่ความ หนา 19 มิลลิเมตร

ตารางที่ 2 ค่า Sd ของฉนวนชนิดต่างๆ

วัสดุ
ค่าการซึมผ่านไอน้ำ เทียบเท่าที่ความหนาหนึ่ง Sd
ใยหิน
m »3 , S = 100 mm
Sd = 0.3 m

พอลิยูรีเทรน
m »100 , S = 100 mm
Sd = 10 m

Class 1 Armaflex
m ³ 5000 , S = 19 mm
Sd = 95 m

ตามที่ได้อธิบายในบทความข้างต้น ความหนาฉนวนในระบบเย็นต้องคำนวณและพิจารณาถึงปัจจัยหลายตัวก่อน เพื่อให้สามารถป้องกันการกลั่นตัวเป็นหยดน้ำ และเลือกใช้ฉนวนไอย่างมีประสิทธิภาพมากที่สุด ตามสภาพอากาศต่างๆ ในระยะยาว ในการพิจารณาเลือกใช้ฉนวน คุณสมบัติทางกายของวัสดุเป็นส่วนประกอบหนึ่งของการออกแบบระบบฉนวนที่ดี แต่เราจะพบว่าถึงแม้วัสดุฉนวนที่ดีที่สุด ก็สามารถเกิดปัญหาได้ ถ้าการติดตั้งไม่ดี ในส่วนต่อไป เราจะไปศึกษาหลักการเบื้องต้นของการติดตั้งฉนวน โดยเฉพะฉนวนยาง ซึ่งการติดแน่นของเนื้อฉนวนมีผลอย่างมาก

ส่วนที่ 5 การติดตั้งฉนวนยางให้มีประสิทธิภาพการใช้งานยาวนาน
ตามที่ได้อธิบายไปข้างต้น การเลือกใช้ฉนวนขึ้นกับหลายปัจจัย ในงานระบบเย็น ในการเลือกใช้งานเพื่อป้องกันการกลั่นตัวเป็นหยดน้ำในเนื้อวัสดุให้ได้ประสิทธิภาพในระยะยาว ยังจำเป็นต้องพิจารณาถึง การติดตั้งฉนวนให้ถูกต้อง การติดตั้งฉนวนที่ดีจำเป็นต้องติดตั้งที่หน้างาน ซึ่งคุณสมบัติของฉนวนยาง Class 1 Armaflex เป็นฉนวนที่เหมาะสมกับสภาพการติดตั้งหน้างาน เนื่องจากคุณสมบัติความยืดหยุ่นตัวสูง เชื่อมติดกันได้ง่าย และติดตั้งง่าย อย่างไรก็ตามผู้ผลิตฉนวนไม่สามารถที่จะรับประกันคุณภาพงานทั้งหมดได้ เนื่องจากการติดตั้งที่ไม่ดี โดยเฉพาะในงานเย็น ซึ่งในอนาคตอาจมีผลทำให้เสียค่าใช้จ่ายในการซ่อมแซมเมื่อใช้งานฉนวนที่มีการติดตั้งไม่ดี (ภาพที่ 1)

ในการติดตั้งฉนวนยาง สิ่งที่สำคัญมากที่สุด คือ การเชื่อมต่อ ของฉนวน ซึ่งถือเป็นหัวใจหลักของงานติดตั้ง

ภาพที่ 1 การติดตั้งที่ไม่ดีมีผลต่อฉนวนในระยะยาว

ทำอย่างไรให้กาวติดกับฉนวนได้แน่น และยาวนาน?
ตามมาตรฐาน DIN-EN 923 กาวที่ใช้ทาติดกับฉนวนยางต้องเป็นกาวที่ไม่มีส่วนผสมของโลหะ และยังต้องติดแน่นระหว่างกาวกับฉนวน (adhesion) ระหว่างเนื้อกาวเองด้วย (cohesion)

Adhesion การติดแน่นระหว่างวัสดุสองชนิด
คำว่า Adhesion มีรากศัพท์จากภาษาละตินว่า adhaerere เราจะพบปรากฎการณ์ adhesion อยู่ทุกวัน เช่น การทากาวติดกระดาษกับเนื้อไม้ เป็นต้น ระยะห่างของโมเลกุลของวัสดุที่ติดกัน ห่างกันในระดับ นาโนเมตร ( 1 นาโนเมตร เท่ากับ 0.000000001 เมตร) ซึ่งเป็นระยะที่เราแทบจะไม่สามารถรู้สึกได้ด้วยตาคน เมื่อโมเลกุลของกาว และวัสดุมาอยู่ใกล้กันมาก มันจะชิดและติดกัน แต่มันก็ยังขึ้นพื้นผิวนั้นจะถูกกาวทำให้เปียกได้หรือไม่ ถ้ามองผิวของวัสดุด้วยแว่นขยาย หรือกล้องจุลทรรศน์ เราพบว่าพื้นผิวที่เราเห็นว่าเรียบ กลับขรุขระเหมือนภูเขาซึ่งมีผลต่อการยึดติดของพื้นผิวเป็นอย่างมาก ยิ่งกาวสามารถไหลแทรกเข้าไปในพื้นที่ขรุขระนี้ได้มากเท่าใด การยึดติดแน่นก็จะมีมากขึ้นเท่านั้น

นอกจากนี้ เรายังต้องกล่าวถึงความสะอาดของพื้นผิวที่ยึดติดกัน เพราะการติดแน่นจะเกิดขึ้นไม่ได้ ถ้าวัสดุสองชนิดมี่ได้อยู่ใกล้กันมากเท่าที่ควร

Cohesion การติดแน่นระหว่างวัสดุเนื้อเดียวกัน
การติดแน่น Adhesion ระหว่างกาว และพื้นผิวที่ติดกัน ไม่ได้รับประกัน การติดแน่นของพื้นผิว เราต้องพิจารณามากลงไปถึงการติดแน่นของเนื้อกาวเอง คำว่า cohesion มีรากศัพท์ มาจากภาษาละตินคำว่า coherere ซึ่งแปลว่า ถูกเชื่อมกันไว้ (อาจกล่าวได้ว่า Cohesion คือ การติดภายในของ ahesive หรือกาว) ซึ่งจะเชื่อมโมเลกุลของกาวไว้ด้วยกัน (internal molecular force) เนื่องจากแรงยึดติดของโมเลกุลจะมีมากขึ้นเมื่อกาวเริ่มเหนียวมากขึ้น ค่าการยึดติดสูงสุด optimal cohesion จะเกิดขึ้นได้เมื่อกาวนั้นเกิดการ cure ขึ้น ยิ่งค่า cohesion มีมากเท่าใด ความแข็งแรงในการยึดติดของกาวก็จะมีมากขึ้นเท่านั้น

สิ่งที่ต้องจำไว้ในการติดตั้งเบื้องต้น คือ ต้องทากาวให้บาง และเรียบทั่วพื้นผิวที่จะติดตั้ง ผู้ติดตั้งหลายราย คิดว่า การทากาวจำนวนมาก จึงจะทำให้การยึดติดของกาวดี ซึ่งเป็นการเข้าใจที่ผิด ในภาพที่ 2 แสดงให้เห็นถึงความเครียดที่เกิดจากการติดกาว (combined tension) และความต้านทานแรงเฉือนของกาวที่ทาไว้หนา ยิ่งชั้นของกาวที่ทาหนามากขึ้นเท่าใด ค่า cohesion ก็จะต่ำและไม่แข็งแรง

ภาพที่ 2 แสดงความเครียดที่เกิดจากการติดกาว (combined tension) และความต้านทานแรงเฉือนของกาวที่ทาไว้หนา

ต้องทากาวลงบนพื้นผิวทั้งสองด้านของวัสดุที่จะยึดติดกัน หรือจากทิ้งกาวไว้ จนกระทั่งไม่เหนียวติดมือ (dry tacking time) วัสดุที่ทากาวทั้งสองด้านสามารถติดแน่นได้ด้วยการใช้แรงกดเข้าหากันให้มากที่สุด ซึ่งทำให้ตัวทำละลายกาวระเหยออก และเหลือไว้แต่โมเลกุลของกาวที่จะยึดติดแน่น กับเนื้อวัสดุทั้งสองด้าน โมเลกุลของวัสดุจะถูกเปลี่ยนรูปไป และค่า adhesion จะมากกว่าค่า cohesion นอกจากนี้ แรงกดที่อัดวัสดุทั้งสองด้านเข้าหากัน ช่วยเพิ่ม แรง adhesion เพื่อที่จะทำให้ การติดแน่นมีได้มากขึ้น ต้องเพิ่มแรงอัดเข้าไป เป็นระยะเวลาหนึ่ง ซึ่งทำให้การยึดติดดี และกาวที่ติดแน่นยังยืดหยุ่นได้เพื่อรับแรงต่างๆ ได้ดีมากขึ้น

ภาพที่ 3 ภาพอย่างง่ายแสดงคุณสมบัติ ของ Adhesion และ Cohesion
กาวที่ดีคืออย่างไร ?
การยึดติดที่ดีเกิดได้เมื่อมีการเลือกใช้กาวที่เหมาะสมกับพื้นผิวและวัตถุประสงค์การใช้งาน ในงานติดตั้งฉนวนยางดำ กาวที่เชื่อมติด (contact adhesive) เป็นสิ่งสำคัญ ซึ่งขึ้นกับชนิดของตัวทำละลายกาว พอลิเมอร์ที่ผสมอยู่ในเนื้อกาว และยางสังเคราะห์ที่ผสมอยู่ในกาว กาวที่ใช้เชื่อมติด อาจจะเหมาะกับ วัสดุ เช่น ไม้ หนัง พลาสติก ยาง หรือ โฟม ความเหมาะสมของกาวที่เชื่อมติด เหมาะกับพื้นผิวที่ไม่มีรูพรุน ซึ่ง contact adhesive เป็นกาวชนิดที่ ต้องการการ cure หรือทำปฏิกิริยาการอัดแน่นก่อน จึงจะติดแน่น
ระยะเวลาที่กาวไม่เหนียวติดมือ dry tacking time และ เวลาที่ใช้ในการยึดติด adhesion time และเวลาที่กาว cure , curing time

Dry tacking time คือ เวลาที่ตัวทำละลายในกาวระเหยออกจากเนื้อกาว ทำให้เกิดเป็นฟิล์มของกาวติดอยู่บนพื้นผิวของวัสดุทั้งสองด้าน เวลา dry tacking time ขึ้นกับปริมาณกาวที่กาวลงไปบนเนื้อวัสดุ อุณหภูมิ และความชื้น เราสามารถทดสอบ dry tacking time ได้โดยเอาปลายเล็บเตะกับกาว ถ้ากาวไม่เหนียวติดเล็บ แสดงว่า ตัวทำละลายได้ระเหยไปแล้ว ในช่วงเลานี้ เราสามารถที่จะเพิ่มแรงอัดเข้าไป และเนื้อกาวจะติดกันด้วยแรง adhesion เรียกว่า open time ซึ่งเวลาช่วงนี้จะสั้นหรือยาว ขึ้นกับอุณหภูมิภายนอก ซึ่งโดยทั่วไปใช้เวลาประมาณ 10-15 นาที แต่อย่างไรก็ตามรอยต่อจะแน่นขึ้น ถ้ากาวได้ cure ซึ่งใช้เวลาประมาณ 36 ชั่วโมง ซึ่งจำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องรอให้กาว cure ก่อนที่จะเริ่มการใช้งานระบบเย็น

ช่วงอุณหภูมิที่เหมาะสมกับการใช้งานกาว
ช่วงที่เหมาะสมที่สุดในการทากาวอยู่ในช่วง 15 – 20 องศาเซลเซียส แต่ในทางปฏิบัติ เราไม่สามารถทำงานในช่วงดังกล่าวได้ ซึ่งเรามักพบว่า อุณหภูมิที่เราต้องทำงานมักอยู่ในช่วง 5 องศาเซลเซียส ซึ่งในช่วงอุณหภูมิดังกล่าว ความร้อนแฝงของการกลั่นตัวเป็นหยดน้ำของกาว จะทำให้เกิดหยดน้ำที่พื้นผิวของกาวที่ทาไว้ ซึ่งทำให้การยึดติดแบบ adhesion เกิดขึ้นได้ยากมาก การยึดติดที่อุณหภูมิต่ำกว่า 0 องศาเซลเซียส ซึ่งการทำงานเป็นไปได้ยาก กับระบบที่ไม่สามารถหยุดได้

Partition Bonding การยึดติดบางส่วน
เมื่อมีการทำงานกับฉนวนยาง เราต้องเพิ่มความระมัดระวังเกี่ยวกับการยึดติดของกาวบางส่วน partition bonding ที่ปลายสุดของฉนวน จำเป็นที่จะต้องมีการทากาวติดกับเนื้อท่อทุกๆ ช่วง 2 เมตร เป็นอย่างน้อย เพื่อให้มั่นใจว่า ถึงแม้จะมีความชื้นบางส่วนแทรกซึมเข้ามาระหว่างรอยตะเข็บ หน้าแปลน หรือรอยต่อส่วนต่างๆ ความชื้นนี้จะไม่ลามต่อไปยังส่วนอื่นๆ ของระบบ ซึ่งการทำงานในลักษณะนี้ทำให้สามารถซ่อมแซมงานฉนวนเฉพาะส่วนที่มีปัญหาเท่านั้น และไม่ส่งผลกระทบต่อส่วนอื่นๆ นอกจากนี้ ยังทำให้สามารถหาสาเหตุของจุดที่มีการรั่วซึม หรือหรือรอยตะเข็บในส่วนต่างๆ ได้ง่ายกว่า ด้วย ซึ่งจุดที่เกิดจะเป็นได้ง่ายกับจุดที่มีการติดตั้งเครื่องมือวัดต่างๆ ในระบบ ตัวกรองฝุ่น หรือบริเวณที่เกิด thermal bridge ได้ง่าย ซึ่งการทำ partition bonding จะช่วยลดปัญหาจุดอ่อนเหล่านี้ได้เป็นอย่างมาก นอกจากนี้ เรายังอาจใช้เทปฉนวน ที่มีกาวติดอยู่ในตัว ติดยึดกับรอยตะเข็บ เพื่อป้องกันความชื้นแทรกซึมได้อีกด้วย

ภาพที่ 4 การทำ Partition bonding เพื่อป้องกันความชื้นแทรกซึมผ่านเข้าในระบบท่อ

การมีเทคนิคของฉนวนที่ดี ประกอบกับการติดตั้งที่ถูกต้อง ถือเป็นส่วนสำคัญที่ช่วยทำให้ระบบการทำงานของฉนวนดีขึ้น ในส่วนสุดท้ายจะได้กล่าวถึง ข้อมูลเบื้องต้นอื่นๆ ที่ทำให้การติดตั้งดีขึ้น
ส่วนที่ 6 จุดสำคัญที่ต้องคำนึงถึงในการติดตั้งฉนวนยาง
ในส่วนที่ 5 ได้กล่าวถึงเทคนิคในการติดตั้ง ฉนวนในระบบเย็นที่มีอุณหภูมิต่ำ เพื่อให้ระบบฉนวนสามารถมีอายุการใช้งานที่ยาวนานได้ การเลือกใช้กาวที่ถูกต้อง การเลือกใช้กาวให้เหมาะกับการใช้งาน วิธีการยึดติดที่ถูกหลัก ฯลฯ เรื่องเหล่านี้มีรายละเอียดปลีกย่อยจำนวนมาก เทคนิคการติดตั้งไม่ได้ขึ้นการการตัดต่อข้องอ วาล์ว หรือปั๊ม เท่านั้น ในส่วนสุดท้ายนี้จะกล่าวถึงรายละเอียดปลีกย่อยต่อไปนี้
Engineered Wall Thickness
การกลั่นตัวเป็นหยดน้ำ จะไม่เกิดถ้าทุกจุดที่ผิวฉนวนอย่างน้อยมีอุณหภูมิเท่ากับ หรือไม่สูงกว่าอุณหภูมิจุดน้ำค้างที่อุณหภูมิห้องนั้นๆ และความหนาของฉนวนที่ถูกต้องก็จะสามารถป้องกันการเกิดหยดน้ำได้เช่นกัน

ในภาพที่ 1 ที่พื้นที่ผิวชนิดต่างๆ ที่มีอุณหภูมิที่พื้นผิวเท่ากัน ดังในภาพที่ 1 u01 = u02 = u03 ซึ่งความหนาแน่นของปริมาณความร้อนที่ถ่ายเทไปยังพื้นผิวมีหน่วยเป็น ปริมาณความร้อนต่อตารางเมตร ของพื้นผิวฉนวน ต้องเท่ากันเช่นกัน ในกรณีที่ฉนวนเป็นรูปทรงกระบอก ความหนาแน่นของความร้อนที่ถ่ายเทไปยังพื้นผิวย่อมลด (A1 > A2) จึงเป็นสาเหตุว่าทำไมความร้อนที่เกิดขึ้นในพื้นผิวทรงกระบอกจึงต่ำกว่า ในพื้นผิวแบนราบ และความหนาของฉนวนที่หุ้มท่อจึงต่ำกว่าความหนาของฉนวนที่หุ้มบนผิวเรียบ ทั้งๆ ที่ปริมาณความหนาแน่นของความร้อนที่ผ่านลงมามีค่าเท่ากัน ในการคำนวณหาอัตราส่วนของเส้นผ่าศูนย์กลางภายนอก และภายในของฉนวนท่อ จึงจำเป็นต้องหาค่าเฉลี่ยของเส้นผ่าศูนย์กลางมากคำนวณหาความหนาของฉนวนเสมอ

อย่างไรก็ตาม มีผู้ผลิตฉนวนไม่กี่ราย ที่คำนึงถึงลักษณะการถ่ายเทความร้อนตามความหนาแน่นของพื้นผิวทรงกระบอก และพื้นผิวราบ ดังนั้นความร้อนที่ผ่านลงในพื้นผิวของฉนวนจะมีค่าเท่ากันทุกทิศทาง ซึ่งหมายความว่า ความหนาของฉนวนจะเพิ่มขึ้นเมื่อเส้นผ่าศูนย์กลางของท่อที่ใหญ่ขึ้น แนวความคิดเกี่ยวกับ Engineered Wall Thickness ซึ่งความหนาของฉนวนเป็นไปตามชนิดที่กำหนดเป็นตัวอักษร เช่น series D, M, R, T, U หรือ V เป็นต้น

ภาพที่ 1 แสดงให้เห็นถึงรูปทรงของท่อ และพื้นแบนราบ จะเกิดความร้อนสะสมที่พื้นผิวแตกต่างกัน

ทำไมจึงต้องการความหนาของฉนวนแตกต่างกันในท่อขนาดแตกต่างกัน ?

ในขณะที่ฉนวนที่ใช้หุ้มท่อมีความหนาเปลี่ยนไปตามลักษณะของ Engineered wall thickness แต่ในการติดตั้งฉนวนชนิดแผ่นลงบนท่อรูปทรงกระบอก ต้องมีการคำนึงของรูปทรงของท่อด้วย โดยทั่วไปฉนวนที่เป็นท่อจะมีขนาดใหญ่สุดที่เส้นผ่าศูนย์กลาง 160 mm ดังในการหุ้มท่อที่มีขนาดใหญ่กว่านั้น ต้องใช้ฉนวนชนิดแผ่นมาหุ้มซึ่งความหนาที่ใช้ต้องมีการคำนึงถึงรูปร่างของฉนวนด้วย

ในบางกรณีมีการใช้ฉนวนแผ่นกับงานท่อ เช่นในกรณีของข้องอ ซึ่งนิยมใช้ฉนวนที่เป็นแผ่นมาหุ้มมากกว่า ในบทความนี้ เรายังเน้นถึงการใช้ฉนวนแผ่นหุ้มท่อขนาดใหญ่เพื่อลดความเครียดของยางที่บริเวณรอยตะเข็บที่อาจเกิดขึ้นขณะที่หุ้มท่อ ทั้งนี้เนื่องจากโดยปกติฉนวนแผ่นจะเรียบ เมื่อต้องมีการงอฉนวนให้เป็นไปตามรูปทรงกระบอกของท่อ จะเป็นผลทำให้เกิดรูปทรงที่ไม่เป็นไปตามธรรมชาติของฉนวนแผ่น ดังนั้นเมื่อมีการหุ้มท่อจึงเกิดแรงดึงแผ่นยางที่บริเวณรอยตะเข็บตามแนวยาว ซึ่งกาวที่ใช้ต่อรอยตะเข็บจะเป็นตัวรับแรงดังกล่าวนี้ ดังนั้น จึงต้องใส่ใจในเรื่องรายละเอียดความเรียบร้อยในการทากาวบริเวณรอยตะเข็บ โดยสังเกตว่าทุกครั้งที่มีการติดกาวต้องติดหลังจากกาวแห้งแล้วไม่เหนียวติดมือ จึงจะกดฉนวนเข้าหากัน แรงเครียดที่เกิดขึ้น จะเพิ่มตามความหนาของฉนวนที่เพิ่มขึ้น แต่เส้นผ่าศูนย์กลางของท่อลดลง จึงแนะนำให้ใช้ฉนวนแผ่นที่มีความหนาเพิ่มขึ้น กับท่อที่มีขนาดใหญ่ นอกจากนี้ อุณหภูมิในระหว่างการติดตั้งเป็นสิ่งที่สำคัญต่อแรงเครียดของยาง ยิ่งอุณหภูมิในระหว่างการติดตั้งต่ำเท่าไหร่ ยิ่งมีแรงเครียดเกิดขึ้นมากเท่านั้น ในตารางที่ 1 แสดงถึงความหนาของฉนวนแผ่นที่มีการติดตั้งบนท่อขนาดต่างๆ

ตารางที่ 1 การติดตั้งฉนวนแผ่นบนพื้นผิวโค้ง (ท่อ)

การหุ้มฉนวนยางกับ แจ็คเก็ทชนิดอื่นๆ
ในบางกรณี เช่นการป้องกันไฟไหม้ เพื่อให้อุปกรณ์เครื่องมือกลต่างๆ ได้รับการป้องกัน หรือ ป้องกัน สารอื่นๆ ในระหว่างการทำความสะอาด การหุ้มแจ็คเก็ทโลหะ จะเป็นตัวช่วยป้องกันผิวของฉนวนยางได้อีกครั้งหนึ่ง ซึ่งเป็นผลทำให้สัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนเปลี่ยนไป ตามที่ได้กล่าวไว้ในส่วนที่ 4 ความหนาของฉนวนของเพิ่มขึ้น เพื่อให้หมุดที่ใช้ติดตัวแจ็คเก็ทโลหะเจาะทะลุเข้าในเนื้อฉนวน ทั้งนี้จะเกิดการถ่ายเทความร้อนจากเนื้อหมุดที่เป็นโลหะไปยังฉนวนได้มากขึ้น ในบางกรณีเพื่อไม่ให้ค่าใช้จ่ายของฉนวนเพิ่มสูงขึ้น อาจใช้ฉนวนชนิดเซลเปิด เช่น ฉนวนใยหินมาหุ้ม เพื่อลดผลของ การถ่ายเทความร้อนจากหมุด แต่ผลที่ตามมา คือ อุณหภูมิที่ผิวฉนวนจะลดต่ำลงมาก ซึ่งมีผลทำให้อุณหภูมิจุดน้ำค้างเปลี่ยนไปตามค่าของ ฉนวนเซลเปิดตามภาพที่ 2

ภาพที่ 2 อุณหภูมิในส่วนต่างของฉนวน อุณหภูมิจุดน้ำค้างจะเปลี่ยนจากของ ฉนวนยางเป็นของฉนวนเซลเปิด

มีทางเลือกในการติดตั้งฉนวนโดยการมีช่องอากาศ โดยเจาะรูผ่านแจ็คเก็ทตามาตรฐาน DIN4140 Abs 4.3 กล่าวไว้ว่าสามารถที่จะแยกแจ็กเก็ทกับฉนวนออกจากกันได้โดยการเจาะช่องระบายอากาศ เพื่อให้ความชื้นที่อยู่ระหว่างชั้นฉนวนกับแจ็กเก็ทสามารถระบายออกได้ และเกิดหยดน้ำน้อยลง แต่ทั่งนี้การทำงานดังกล่าวต้องมีพื้นที่สำหรับการทำช่องระบายอากาศด้วย ในบางงาน ฉนวนยางต้องการการป้องกันไฟ แต่ต้องมั่นใจว่า อุณหภูมิจุดน้ำค้างต้องเป็นค่าของฉนวนยางเซลปิด แต่ทั่วไปการติดตั้งฉนวนหลายชั้น ก็จำเป็นต้องเพิ่มความหนาของฉนวนยางตามไปด้วย
ภาพที่ 3 เพื่อให้อุณหภูมิจุดน้ำค้างยังคงเป็นค่าของฉนวนยางเซลปิด ต้องเพิ่มความหนาของฉนวนเป็น สามเท่าจึงจะทำเช่นนั้นได้
ฉนวนยางเซลปิดป้องกันการกัดกร่อนได้หรือไม่
ในการก่อสร้างงานระบบ อุปกรณ์หลายตัวเช่น วาล์ว ปั๊ม ตัวกรอง และอุปกรณ์ที่มีช่องอากาศอยู่ในฉนวนที่หุ้มนั้น วิศวกรผู้ออกแบบมักจะเกรงว่าเกิดการกลั่นตัวของอากาศกลายเป็นหยดน้ำได้ จึงพยายามที่จะมีการใส่วัสดุฉนวนลงไปในช่องอากาศเหล่านั้น ซึ่งโดยทั่วไปวัสดุที่เลือกใช้ คือ ใยหิน ในทางปฏิบัติ ถ้ามีการทำงานต่อรอยต่ออย่างถูกต้อง ไม่มีความจำเป็นต้องใส่วัสดุฉนวนเพื่ออุดช่องอากาศในอุปกรณ์ดังกล่าว ในทางตรงข้าม อากาศที่อยู่ภายในช่องว่าง เช่น ในการหุ้มวาล์ว ช่องอากาศดังกล่าว ดังสามารถทำหน้าที่เป็นฉนวนการความร้อนได้ในตัว และอีกประการหนึ่ง ปริมาณอากาศที่อยู่ในช่องฉนวนนั้นมีปริมาณน้อยมาก จึงไม่สามารถที่จะทำให้เกิดการกัดกร่อนหรือเกิดหยดน้ำได้ภายในอุปกรณ์

ตัวอย่างแสดงอุณหภูมิของฉนวนที่หุ้ม
อุณหภูมิของอากาศที่อยู่ภายอุปกรณ์ที่หุ้มฉนวน 20°C
ความชื้นสัมพัทธ์ในอากาศ 100%
ปริมาณความชื้นสูงสุดในอากาศ 17.3 g/m3

ที่ความชื้นสัมพัทธ์ในอากาศที่ 70% จะมีปริมาณความชื้นอยู่ที่ 12.1 g/m3 ปริมาตรของอากาศที่อยู่ภายในหน้าแปลนขนาดกลางจะมีน้ำอยู่ประมาณ 0.03 g ซึ่งน้ำปริมาณดังกล่าว ไม่สามารถที่จะกัดกร่อนโลหะให้เสียหายได้ แม้จะมีอยู่ในเวลานาน
ในบทความส่วนที่ 6 นี้ เป็นบทสุดท้าย ซึ่งในบทก่อนหน้านั้น เราได้กล่าวถึงความสำคัญ และหลักการในการเลือกฉนวนในการใช้งานเพื่อให้ได้อายุการใช้งานที่ยาวนาน แต่ทั้งนี้ เรายังไม่ได้กล่าวครบทุกจุด เช่น ระบบฉนวนที่ดีต้องมีการเตรียมพื้นผิวที่จะติดตั้งก่อนการทำงาน ท่อ และอุปกรณ์ที่อาจเสี่ยงต่อการกัดกร่อน ต้องมีกรหุ้มฉนวนที่ออกแบบมาสำหรับที่อุณหภูมิต่ำ และที่ขาดไม่ได้คือ กาวที่ดี ย่อมมีผลต่อการป้องกันการกัดกร่อนได้ในอนาคตเช่นกัน

เอกสารประกอบการเขียน
1) DIN 4140, Ausgabe 11/96: Dämmarbeiten an betriebs- und haustechnischen Anlagen – Ausführung von Wärme- und Kältedämmung, Beuth-Verlag, Berlin
2) AGI Q 03, Ausgabe 06/97: Dämmarbeiten an betriebstechnischen Anlagen – Ausführung von Wärme- und Kältedämmungen, (Hg.): Arbeitsgemeinschaft Industriebau e.V.
3) Technischer Brief Nr. 7, Ausgabe 04/96: Grundlagen der Kälteisolierung, (Hg.): Bundesfachabteilung WKSB im Hauptverband der Deutschen Bauindustrie e.V.
4) Horst Herr: Wärmelehre - Technische Physik, Verlag Europa-Lehrmittel, Haan-Gruiten1989
5) Dipl.-Ing. Michaela Störkmann: Kälteisolierung mit flexiblen Dämmstoffen, Isoliertechnik 4/98, Lambda Verlag Gars
6) Dipl.-Ing. Hubert Helms und Michael Weber: Richtige Verarbeitung von elastomeren Dämmstoffen. Isoliertechnik 3/99, Lambda Verlag, Gars
7) Technical documents of Armacell GmbH, Münster, Germany