หมอก ความชื้น กับการควบคุมการกลั่นตัวเป็นหยดน้ำในระบบปรับอากาศ

กรุงเทพ ฯ ตอนนี้กลายเป็นเมืองในหมอก ยังกะอยู่บนภูเขาสูงแหนะ เลยลองเข้าไปที่ เว็บ

http://www.wunderground.com/cgi-bin/findweather/hdfForecast?query=Thailand&searchType=WEATHER

ปรากฎว่า กรุงเทพฯ ของเราความชื้นสูงถึง 100% ไม่อยากจะเชื่อเลย เลยหวนคิดไปถึงงานติดตั้งฉนวนตอนนี้จะเป็นอย่างไรหนา มันจะ condense กันมากน้อยแค่ไหนหนา

คุณทราบหรือไม่ว่า ทุกๆ ความชื้น 1 % ที่เพิ่มขึ้นในบรรยากาศ ค่าสัมประสิทธิ์การนำความร้อนของวัสดุประเภทเส้นใย มันเพิ่มขึ้นไปถึง 7.5% มันเป็น rule of thumb ได้เลยนะคะ ข้อนี้ ทำให้เราถึงกับผงะ เพราะถ้ามาคำนวณ เรื่องของ condensation ในฉนวนหุ้มท่อส่งน้ำเย็น ท่อส่งสารทำความเย็น หรือท่อส่งลมเย็น อะไรก็ได้ที่เย็นๆ กับอุณหภูมิบ้านเรา

เช่น ณ วันนี้ อุณหภูมิบรรยากาศ 22 C ความชื้น 100% RH แล้วถ้าเราควบคุม อุณหภูมิของน้ำเย็นไว้ที่ 7 C ดูที่ web bulb, dry bulb จุดวิกฤต หรือ dew point temperature มันอยู่ที่ 22 C ดังนั้น ถ้าร้อนอีกนิดเดียว หรือมีคนเดินผ่านให้มันร้อนขึ้นนิดหนึ่ง แถวท่อ ก็ condense แล้วค่ะ แต่มันอาจมีตัวช่วย คือ ความเร็วลม ถ้าลมพัด มันคงมีอุณหภุมิต่ำลง โลกไม่ได้โหดร้ายกับท่อน้ำอย่างที่คิด ถ้ามีลมพัด อุณหภูมิที่ผิวฉนวนมันคงไม่สูงขึ้นไปหรอกนะ ก็เลยได้ idea ว่า ถ้าตอนมันชื้นอย่างนี้ เปิดอากาศให้โล่ง มีพัดลมพัด ฉนวนมันยังคงประสิทธิภาพได้บ้าง แต่ถ้าเมื่อไหร่ปิดทึบในห้อง แล้วอากาศชื้นแบบนี้ ก็เป็นอันว่า ฉนวนนั้นๆ มันคงเปียก และใกล้ถึงกาลอวสานของมันก็เป็นได้นะคะ

ระวังสุขภาพด้วยนะคะ เพราะมันชื้นนี่แหละ เลย condense ในตัว เชื้อโรคก็ชอบ เพราะตัวเราอุ่น เป็นหวัดกันงอมแงม เพราะความชื้นไป condense ในตัวนั่นเอง มาเกี่ยวกันได้ยังงัยนี่

Economic consideration : Return on Investment (ROI) of Insulations

Econmic consideration abou the insulation or the Return on Investment (ROI)

แนวคิดในการเลือกใช้ฉนวน และจุดคุ้มทุน

ในการเลือกหาฉนวน และการเลือกใช้ความหนาของฉนวน จุดที่เราควรพิจารณา คือ จุดคุ้มทุน เป็นที่ทราบกันแล้วว่าฉนวนสำหรับงานเย็น ที่เหมาะสม คือ ฉนวนที่ทำให้ไม่เกิด condensation หรือ condensation control แต่ถ้าเป็นฉนวนในงานร้อน ก็ต้องคิดว่าฉนวนที่ความหนาเท่าไหร่ ที่ไม่เกิดอันตรายกับผู้ที่อยู่ใกล้ หรือประหยัดพลังงานได้เท่าเรา แต่ถ้าเราคิดอยากติดฉนวนให้หนาขึ้น แน่นอน เราประหยัดพลังงานมากขึ้น แต่คงต้องพิจารณาต่อว่า ฉนวนนั้น ต้องคุ้มกับเงินที่ลงไปด้วยนะคะ

จึงเกิดแนวคิดว่า การเลือกความหนาของฉนวนที่เหมาะสม ความหนาฉนวนที่เหมาะสมทางเศรษฐศาสตร์ แปลเป็นภาษาอังกฤษ คือ Economic Thickness คือ ความหนาของฉนวนที่มีค่าใช้จ่ายของวงจรการใช้ฉนวนต่ำที่สุด ฟังแล้วยังงงๆ ถ้าดูจากกราฟในรูปทางขวามือ เราจะเห็นว่า ความหนาของฉนวนจะมีราคาสูงขึ้น ยิ่งหนามาก ราคายิ่งแพง ยิ่งหุ้มหลายชั้น ราคายิ่งสูง กลับกัน ราคาพลังงานยิ่งถูกลงเมื่อหุ้มฉนวนหนาขึ้นเรื่อยๆ แต่มันจะมีจุดตัดกันระหว่างค่าฉนวน และค่าพลังงาน จุดต่ำสุดนี้แหละที่เราเรียกว่า Economic thickness แล้วเราก็เลือกความหนาตรงนั้น มาเป็นความหนาที่เราจะลงทุน

จากกราฟ เราจะเห็นว่าค่าพลังงานจะลดต่ำลงอย่างรวดเร็ว เมื่อหุ้มฉนวนหนาขึ้น เพราะค่าพลังงานสูงกว่าค่าฉนวนมาก แต่หุ้มไปเรื่อยๆ กลับกลายเป็นว่าค่าฉนวนเริ่มไต่ระดับมาสูงกว่าค่าพลังงาน ซึ่งค่าฉนวนในที่นี้ เราหมายรวมถึง ค่าฉนวน ค่าติดตั้งด้วยนะคะ อย่าคิดแต่ค่าฉนวนเพียงอย่างเดียว อย่าลืมคิดด้วยนะคะว่าค่าของเงินในอนาคตเป็นอย่างไร เช่น ถ้าอีก 5 ปีข้างหน้าเงินเฟ้อประมาณ 3% ต่อปี หมายความว่า เดิม ปี แรก เราจ่ายเงิน 100 บาท เพื่อซื้อฉนวนมาติดตั้ง แต่ถ้าเรายอมเพิ่มความหนาฉนวนอีก 1 นิ้ว ราคาจะกลายเป็น 200 บาท แต่เราอาจต้องจ่ายเงินเป็น 206 บาทถ้าเราไม่ซื้อในวันนี้นะคะ และกลายเป็นว่า ค่าพลังงาน และค่าฉนวนอาจไม่ได้ค่าที่ต่ำสุดก็เป็นไปได้

นอกจากนี้ การคำนวณหาค่า Econmic thickness ควรเป็นไปอย่างธรรมชาติ จำลองเหตุการณ์จริง และพยายามหาประโยชน์ที่ได้รับจากการติดตั้งฉนวนโดยคิดออกมาเป็นมูลค่าให้ได้ (Quatafication) ไม่เช่นนั้น มันจะกลายเป็นวิมานในอากาศ เช่น ความสบายของอากาศจากการติดตั้งระบบปรับอากาศ (Thermal Comfort occupant) หรือทำให้ต้องเพิ่มอุปกรณ์ปรับอากาศเพิ่มขึ้น หรือการลดการแพร่รังสี การลดปริมาณพลังงาน เหล่านี้ ล้วนเป็นค่าที่บางครั้งวิศวกรผู้ออกแบบประเมินค่าไม่ได้เป็นตัวเลข แล้วทำยังไงดีล่ะ

เราก็เปลี่ยนมาพิจารณาดูค่า ระหว่าง เจ้าของ ต่อ ผู้ติดตั้ง แทน เราเรียกว่าคุณค่าของวิศวกรรม (value of engineering : VE) โดยดูจากความพยายามที่จะเพิ่มอุปกรณ์ทางเครื่องกล เครื่องทำความเย็น ต่อปริมาณพลังงาน ที่ได้รับคืนมา เลยต้องกำหนดระยะเวลาในการพิจารณาอุปกรณ์ เช่น วิศวกร หรือ สถาปนิก ผู้ออกแบบบอก พิจารณาอายุของระบบทำความเย็นไว้ 15 ปี เราต้องพิจารณา VE แค่นี้นะ ถ้าคิดเกินกว่านี้ กลายเป็นว่า มันแพงไปแล้ว ถ้าเราลงทุนเพิ่ม หรือว่าถ้าแค่ 10 ปี แล้วเราใช้อุปกรณ์ดีเกินไป มันก็ไม่ได้ VE อีกนั่นแหละ

Energy Conservation การอนุรักษ์พลังงานด้วยฉนวน

ฉนวนกันความร้อน ถูกนำมาใช้เพื่อลดอัตราการสูญเสียพลังงานความร้อน หรือ การสูญเสียความเย็น (Heat loss or Heat gain) ให้กับระบบเครื่องกล (Mechnaical systems & equipment)

เหตุผลหลายๆ อย่างที่ทำเพื่อ

1) To minimize the usage of scarce natural resources เพื่อลดการใช้ทรัยากรธรรมชาติในการสร้างพลังงาน
2) To minimize the emissions associated with energy usage เพื่อลด การใช้พลังงานต่างๆ ที่เกี่ยวข้อง
3) To maximize return on investment and minimize the life cycle costs of projects เพื่อให้คุ้มค่าการลงทุนในโครงการการใช้พลังงาน ในรูปแบบต่างๆ

เนื่องจากพลังงานมีปริมาณจำกัด และขึ้นกับต้นทุนทางพลังงาน นอกจากนี้พลังงานที่ใช้ไปแล้ว ไม่สามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้ทั้งหมด ซึ่งล้วนแต่ต้องการนำทรัยากรธรรมชาติมาเผา เพื่อให้เกิดเป็นพลังงาน ในประเทศไทย เริ่มมีการนำพลังงานทดแทนน้ำมันมาใช้ แทนพลังงานพื้นฐาน เช่น ถ่านหิน น้ำมัน และก๊าซธรรมชาติ ในปัจจุบันกว่า 85% ของพลังงานทั้งหมดล้วนมาจากแหล่งที่ได้กล่าวมาแล้ว ในมาตรฐานของ ASHRAE หรือ องค์กร ด้านเครื่องปรับอากาศ และการระบายอากาศ แห่งประเทศสหรัฐอเมริกา ซึ่งเป็นหน่วยงานกลางที่ทำหน้าที่กำหนดมาตรฐานต่างๆ เกี่ยวกับงานระบบปรับอากาศ และเครื่องทำความเย็น ความร้อน . ในหนังสือ The ASHRAE Standard 90-75 "Energy Conservation in New Building Design", approved in 1975 ได้กลายเป็นพื้นฐานของการกำหนดมาตรฐานเกี่ยวกับการใช้พลังงานในอาคาร (energy code for building) นอกจากนี้ยังเกี่ยวเนื่องถึงมาตรฐานที่นิยมใช้ในปัจจุบัน คือ ASHRAE Standards 90.1 (Energy Standard for Buildings Except Low-Rise Residential Buildings) and 90.2 (Energy Efficient Design of Low-Rise Residential Buildings).

ปริมาณฉนวนที่ใช้ได้ต่ำสุด หรือบางสุดในงานท่อส่งลมเย็น หรือลมร้อน (ductwork) หรืองานฉนวนที่ใช้หุ้มท่อ (piping) มักถูกนำมาอ้างอิงจากมาตรฐานเกี่ยวกับการใช้พลังงาน ซึ่งข้อกำหนดเกี่ยวกับมาตรฐานการใช้พลังงาน หมายถึง การใช้พลังงานในทุกรูปแบบของอากาศ ซึ่งมักกล่าวถึงวัตถุประสงค์ เช่น การป้องกันการกลั่นตัวเป็นหยดน้ำ (condensation control) การป้องกันความร้อนหรือความเย็น เฉพาะบุคคล (personnel protection) หรือการลดเสียงดัง (noise control) ซึ่งมีผลดีต่อระบบเป็นอย่างมาก การปรับปรุงมาตรฐาน หรือ energy code สำหรับงานโครงการต่างๆ เพื่อให้เกิดความหลากหลาย สามารถไปหาอ่านได้จาก www.bcap-energy.org or www.energycodes.gov.

มาตรฐานเกี่ยวกับการใช้พลังงาน ในอุตสาหกรรม (industrial facilities) ได้ถูกพัมฯขึ้น ความพยายามที่ลดสร้างมาตรฐานเกี่ยวกับอุตสาหกรรม ก็เพื่อ
(1) the wide variety of industrial facilities, ให้มาตรฐาน เหมาะสม และครอบคลุม กับอุตสาหกรรมประเภทต่างๆ
(2) the perception that importance of insulation is small compared to the other energy consuming systems, and เพื่อให้เกิดความรู้ความตระหนักถึง การใช้ฉนวนเปรียบเทียบกับการใช้พลังงานในโรงงาน
(3) the general misconception of the value provided by mechanical insulation. เพื่อไม่ให้เข้าใจผิดในการใช้ฉนวนเพื่องานระบบ

แปลมาแล้ว อาจรู้สึกว่าไม่ค่อยเข้าใจ แต่โดยรวม ก็คือ การสร้างมาตรฐานเกี่ยวกับระบบฉนวนเพื่องานร้อน และเย็น เพื่อการอนุรักษ์พลังงาน และความารู้ความเข้าใจ และความตระหนักถึงการอนุรักษ์พลังงาน ที่มีจำกัดอย่างได้ประโยชน์สูงสุด

Condensation Control : the objective of the mechanical cold insulation design

Condensation Control





จุดมุ่งหมายของการออกแบบ





1)เพื่อการควบคุมการกลั่นตัวเป็นหยดน้ำบนพื้นผิว คือ





2) ต้องเลือกฉนวนชนิดที่ไม่ให้ไอน้ำแทรกซึมผ่านเข้าไปใน Insulation





การที่เราต้องการป้องกันการเกิด condensation เนื่องมาจาก





1) ป้องกันน้ำหยด หรือ dripping บนพื้นผิวด้านล่าง ทำให้อุปกรณ์ต่างๆ เสียหาย





2) ป้องกันการเกิดเชื้อรา Mold growth บนพื้นผิวที่เปียกชื้น แล้ว





3) ป้องกันการด่างดำ ของเปลือกที่หุ้มฉนวนภายนอก ทำให้ดูไม่สวยงาม





เป้าหมายในการออกแบบคือ ทำให้อุณหภูมิที่ผิวฉนวนนั้นสูงกว่า อุณหภูมิวิกฤต (dew point temperature) ซึ่งเป็นอุณหภูมิที่ขึ้นกับอุณหภูมิบรรยากาศ (ambient temperature) ความชื้นสัมพัทธ์ในอากาศ (Relative Humidity) และอุณหภูมิของระบบที่เรากำลังสนใจ (line temperature)





ในการออกแบบฉนวนเพื่อหาว่า ความหนาที่เหมาะสม Optimum thickness of insulation เป็นเท่าไหร่นั้น ขึ้นกับสัมประสิทธิ์การนำความร้อนของฉนวนนั้น หรือเรียกว่า ค่า Thermal conductivity หรือค่า K ซึ่งมีหน่วย เป็น W/m.K หรือ Btu-in/ft2. hr. F หน่วยเหล่านี้มีผลต่อปริมาณความร้อนที่ผ่านทะลุเข้าไปในฉนวน ยิ่งค่า K ต่ำเท่าใด ความหนาของฉนวนที่ใช้ก็ไม่ต้องสูงมาก แต่ถ้าค่า K สูงความหนาของฉนวนก็จะหนาขึ้น ตัวอย่างของตารางที่ 1 เป็นตัวอย่างของฉนวนที่มีค่า K หนึ่ง ความหนาของฉนวนที่ใช้จะขึ้นกับปริมาณความชื้น Relative humidity ในอากาศ โดยยิ่งชื้นมาก ความหนาก็ยิ่งมากขึ้น

อากกาศที่เปลี่ยนแปลงไปในแต่ละภูมิภาค เราสามารถตรวจสอบดูค่าอุณหภูมิบรรยกาศ และค่าความชื้นสัมพัทธ์ในอากาศได้จากพยากรณ์อากาศได้ เช่น ดูใน web site : http://www.wunderground.com/cgi-bin/findweather/hdfForecast?query=Thailand&searchType=WEATHER ทำให้เราทราบได้ว่าที่ กทม เมื่อวันที่ 1 มกราคม 2009 มีอุณหภูมิอยู่ที่ 27 องศาเซลเซียส ความชื้นสัทพัทธ์ในอากาศ 54% แล้วเราก็มาตรวจสอบดูระบบได้ว่า เราควรจะใช้ค่าอะไรมาคำนวณหาความหนาฉนวน และมีจำนวนชั่วโมงที่มีค่าความชื้น และอุณหภูมินานกี่ชั่วโมงในแต่ละเดือน หรือในแต่ละปี น่าทึ่งไหมล่ะ แต่ถ้าเรามาสะสมข้อมูลของอากาศในกรุงเทพมหานครว่าในช่วงความชื้นเท่าไหร่ มีกี่ชั่วโมงที่มีความชื้นอยู่ในช่วง 70-90% ในพื้นที่ภายในหรือภายนอก เราจะได้ค่าที่ค่อนข้างน่าเชื่อถือ เอาไปใช้คำนวณเลยทีเดียว

อีกเหตุผลของการเลือกใช้ insulation ที่เหมาะสม คือ ต้องป้องกันการแทรกซึมความชื้น หรือ water vapor permeability ต้องต่ำ วิธีทดสอบที่ต้องการมักอยู่ที่ ASTM E96 ค่านี้ ค่อนข้างน่าเชื้อถือ แต่ในยุโรปบอกว่าขี้เกียจอ่านค่าแบบอเมริกัน เพราะอยากรู้จักคุณภาพของ insulaiton เลยอ่านเป็นค่า มิว หรือค่า water vapor resistance ยิ่งค่านี้มาก ก็แปลว่าวัสดนั้นป้องกันการกลั่นตัวเป็นหยดน้ำ หรือ condensation control ดีนั่นเองนะคะ

วันนี้คุยกันพอหอมปากหอมคอ เกี่ยวกับ condensation control พรุ่งนี้ค่อยมาคุยกันต่อเรื่อง Energy Conservation ก็แล้วกันนะจ๊ะ บ๊ายบาย