Research

การหาค่าอัตราส่วนประสิทธิภาพของเครื่องปรับอากาศที่ติดตั้งใช้งาน


อาจารย์ปุณยภัทร ภูมิภาค  
อาจารย์ประจำภาควิชาวิศวกรรมไฟฟ้ากำลัง  
คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีมหานคร  
13 สิงหาคม 2557  

1. บทนำ
     ปัจจุบันมีการใช้พลังงานไฟฟ้าเพิ่มขึ้นในอัตราส่วนที่สูงขึ้นอย่างมาก ซึ่งอาจส่งผลต่อระบบไฟฟ้า ในอนาคตเนื่องจากการก่อสร้างโรงไฟฟ้าใช้ระยะเวลา 5-10 ปี และอาจจะประสบปัญหาในการหาสถานที่ก่อสร้าง ถึงแม้จะมีการสนับสนุนในการผลิตพลังงานไฟฟ้าโดยใช้พลังงานทดแทน แต่ก็ยังมีอัตราส่วนที่น้อยเมื่อเทียบกับการใช้พลังงานไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้น
     ปัจจุบันพระราชบัญญัติการส่งเสริมการอนุรักษ์พลังงานได้มีการประกาศบังคับใช้ 2 ฉบับ คือ พระราชบัญญัติการส่งเสริมการอนุรักษ์พลังงาน พ.ศ.2535 และพระราชบัญญัติการส่งเสริมการอนุรักษ์พลังงาน (ฉบับที่ 2) พ.ศ.2550 ซึ่งมีสาระส าคัญเป็นการปรับปรุง พ.ร.บ. การส่งเสริมการอนุรักษ์พลังงาน พ.ศ. 2535 ที่ใช้มานาน และมีบทบัญญัติบางประการไม่สอดคล้องกับสภาวการณ์ปัจจุบัน พ.ร.บ. การส่งเสริมอนุรักษ์พลังงานจัดแบ่งกลุ่มเป้าหมายที่รัฐจะเข้าไปกำกับดูแลการให้การส่งเสริมช่วยเหลือเป็น 4 กลุ่มเป้าหมาย [1] คือ
     1) โรงงานควบคุม
     2) อาคารควบคุม
     3) อาคารที่จะทำการก่อสร้างหรือดัดแปลง (เพิ่มเติมใน พ.ร.บ. การส่งเสริมการอนุรักษ์พลังงาน (ฉบับที่ 2) พ.ศ.2550)
     4) ผู้ผลิตหรือผู้จำหน่ายเครื่องจักร หรืออุปกรณ์ที่มีประสิทธิภาพสูง และวัสดุหรืออุปกรณ์เพื่อการอนุรักษ์พลังงาน
สำหรับมหาวิทยาลัย จัดอยู่ในอาคารควบคุม ซึ่งการที่จะสามารถอนุรักษ์พลังงานได้นั้นมีอยู่ 2 แนวทาง ได้แก่ 
     แนวทางแรก คือ การบริหารจัดการพลังงาน ได้แก่ การลดการใช้พลังงานไฟฟ้าที่ไม่จำเป็น โดยไม่ส่งผลกระทบทางด้านความปลอดภัย พฤติกรรมการใช้พลังงานไฟฟ้าของพนังงาน 
     แนวทางที่สอง คือ การใช้อุปกรณ์ไฟฟ้าที่มีประสิทธิภาพสูง เช่น การเลือกใช้เครื่องปรับอากาศเบอร์ 5 เป็นต้น
     ในบทความนี้จะกล่าวถึงแนวทางที่สองเท่านั้น ส าหรับอาคารโดยทั่วไป ระบบปรับอากาศมักจะถูกออกแบบเพื่อควบคุมอุณหภูมิและความชื้นอยู่ในช่วงความสบายของผู้ที่อยู่ในอาคาร หรือที่เรียกว่า Comfort Zone คืออุณหภูมิอยู่ระหว่าง 20-26 องศาเซลเซียส และความชื้นสัมพัทธ์อยู่ระหว่าง 20-75% โดยทั่วไป ระบบปรับอากาศที่ใช้งานในอาคารมีอยู่หลายประเภทดังนี้ได้แก่ ระบบปรับอากาศแบบแยกส่วน (Split Type) ระบบปรับอากาศแบบชุดหรือแพ็คเกจ (Package) ระบบปรับอากาศแบบใช้เครื่องทำน้ำเย็น (Chiller) เป็นต้น โดยในบทความนี้จะกล่าวเฉพาะระบบปรับอากาศแบบแยกส่วน เท่านั้น สำหรับวิธีการเปลี่ยนเครื่องปรับอากาศเดิมเป็นเครื่องปรับอากาศใหม่ที่มีประสิทธิภาพสูงกว่านั้น จะต้องมีการลงทุนที่สูงมาก ดังนั้น ผลตอบแทนหรือระยะเวลาในการคืนทุนจึงเป็นข้อมูลที่ส าคัญส าหรับการตัดสินใจ ซึ่งการคำนวณหาระยะเวลาในการคืนทุนจะเป็นการเปรียบเทียบประสิทธิภาพของเครื่องปรับอากาศเดิมกับเครื่องปรับอากาศใหม่
     ดังนั้นในบทความนี้จะนำเสนอการหาค่าประสิทธิภาพ หรือ Energy Efficiency Ratio (EER) ในเงื่อนไขที่เครื่องปรับอากาศถูกติดตั้งใช้งาน โดยจะพัฒนาเป็นโปรแกรมเพื่อในง่ายในการใช้งาน

2. ระบบปรับอากาศ (Air Conditioning System)
     การปรับอากาศเป็นกระบวนการควบคุมสภาวะของอากาศเพื่อให้เป็นไปตามความต้องการ โดยทั่วไปพารามิเตอร์ของอากาศที่ต้องควบคุมประกอบด้วย อุณหภูมิความชื้น ความสะอาด การกระจายลม และปริมาณลม การปรับอากาศมุ่งให้เกิดความรู้สึกสบายต่อผู้อยู่อาศัย หน้าที่หลักของระบบปรับอากาศ คือการทำความเย็นหรือการถ่ายเทความร้อนออกจากพื้นที่ ด้วยวิธีการดึงอากาศออกไปโดยตรง หรือด้วยการหมุนเวียนอากาศภายในห้องผ่านคอยล์เย็น ซึ่งพัดลม น้้ำยา หรือสารทำความเย็น (R22 หรือ R134a) ที่อยู่ในระบบปรับอากาศจะทำหน้าที่เป็นตัวกลางในการขนถ่ายความร้อนเพื่อระบายออกภายนอกโดยผ่านคอล์ยร้อน รูปที่ 1 เป็นวัฏจักรการทำความเย็นแบบอัดไอ

รูปที่ 1 วัฏจักรการทำความเย็นแบบอัดไอ

3. การหาค่าอัตราส่วนประสิทธิภาพของเครื่องปรับอากาศ

     EER ( energy efficiency ratio ) หรืออัตราส่วนประสิทธิภาพของเครื่องปรับอากาศ คือค่าที่ใช้วัดประสิทธิภาพในการใช้พลังงานของเครื่องปรับอากาศว่าดีหรือไม่อย่างไร มีหน่วยเป็น ( Btu/h )/W ดูจากหน่วยของค่า EER นี้แล้วก็คงเข้าใจได้โดยง่ายว่าค่า EER นั้นก็คืออัตราส่วนของความเย็นที่เครื่องปรับอากาศสามารถทำได้จริง ( output ) กับกำลังไฟฟ้าที่เครื่องปรับอากาศนั้นต้องใช้ในการทำความเย็นนั้น ( input ) เครื่องปรับอากาศที่มีค่า EER ยิ่งสูงก็แสดงว่าเครื่องปรับอากาศเครื่องนั้นยิ่งมีประสิทธิภาพในการใช้พลังงานที่ดี นั่นก็คือเป็นเครื่องปรับอากาศที่ช่วยคุณประหยัดพลังงานไฟฟ้าหรือค่าไฟได้มากนั่นเอง การหาค่าประสิทธิภาพเครื่องปรับอากาศจะทำการวัดความเย็นที่เครื่องปรับอากาศสามารถทำได้จริงและกำลังไฟฟ้าที่เครื่องปรับอากาศนั้นต้องใช้ในการทำความเย็นมีขั้นตอนดังนี้
     ขั้นตอนที่ 1 วัดความเย็นที่เครื่องปรับอากาศสามารถทำได้จริง
                1.1 วัดปริมาณปริมาณการไหลของอากาศ (cfm)
                1.2 วัดความชื้นสัมพัทธ์ของอากาศทางเข้าและทางออก
                1.3 วัดอุณหภูมิของอากาศทางเข้าและทางออก
     ขั้นตอนที่ 2 วัดกำลังไฟฟ้าที่เครื่องปรับอากาศนั้นต้องใช้ในการทำความเย็น
     ขั้นตอนที่ 3 คำนวณหาค่าเอนทาลปี(enthalpy) ของอากาศทางเข้าและทางออกที่อุณหภูมิและความชื้นสัมพัทธ์ที่ได้จากขั้นตอนที่ 1.2 และ 1.3 โดยเทียบกับ Psychometric chart
     ขั้นตอนที่ 4 คำนวณหาค่าความเย็นที่เครื่องปรับอากาศสามารถทำได้จริง [2]
     ขั้นตอนที่ 5 หาค่า EER ได้จากอัตราส่วนของความเย็นที่เครื่องปรับอากาศสามารถทำได้จริงจากขั้นตอนที่ 4 กับกำลังไฟฟ้าที่ได้จากขั้นตอนที่ 2 
     เพื่อให้ง่ายในการหาค่า EER ได้ทำการพัฒนาโปรแกรม Microsoft Excel [3], [4] ส าหรับการหาค่าอัตราส่วนประสิทธิภาพของเครื่องปรับอากาศที่ติดตั้งใช้งาน ดังรูปที่ 1 และงผังการทำงานของโปรแกรมดังตารางที่ 1

รูปที่ 2 โปรแกรม Microsoft Excel สำหรับการหาค่า EER

ตารางที่ 1 ผังงานของโปรแกรมประเมินผลประสิทธิภาพของเครื่องปรับอากาศ

4. การหาค่าอัตราส่วนประสิทธิภาพของเครื่องปรับอากาศที่ติดตั้งใช้งานด้วยโปรแกรม
     การตรวจวัดประสิทธิภาพของเครื่องปรับอากาศที่ติดตั้งใช้งานด้วยโปรแกรม Microsoft Excel มีขั้นตอนรายละเอียดได้ดังนี้
     4.1 เครื่องวัดและอุปกรณ์ที่ใช้ในการดำเนินการ
          - เครื่องวัดความเร็วลม (Anemometer)
          - เครื่องวัดอุณหภูมิและความชื้นสัมพัทธ์ของอากาศ (Hygrometer)
          - เครื่องวัดกำลังไฟฟ้า (3 phase power meter)
          - ตลับเมตร
     วิธีการบันทึกข้อมูลเพื่อประเมินประสิทธิภาพเครื่องปรับอากาศทำการบันทึกข้อมูลโดยให้เครื่องปรับอากาศทำงานที่ภาระสูงสุดภายใต้สภาวะดังนี้
          1. ปรับตั้งระดับความแรงของพัดลมไปที่ตำแหน่งแรงสุด (High speed)
          2. ปรับตั้งอุณหภูมิเทอร์โมสตัทไว้ที่ตำแหน่ง 15 องศาเซลเซียส เพื่อให้คอมเพรสเซอร์ทำงาน ส่วนกรณีที่เป็นเครื่องปรับอากาศที่มีระบบอินเวอร์เตอร์ควบคุมการทำงานของคอมเพรสเซอร์ให้ตั้งอุณหภูมิที่ใช้งาน
          3. ตรวจสอบไม่ให้มีสิ่งกีดขวางช่องทางลม
          4. บันทึกผลทุกๆ 20 นาที่ ในระยะเวลา 1 ชั่วโมง
     4.2 ขั้นตอนการบันทึกข้อมูลเพื่อประเมินประสิทธิภาพเครื่องปรับอากาศ
          1. วัดขนาดความกว้าง และความยาวของช่องลมจ่าย
          2. วัดอุณหภูมิ s (oC) และความชื้นสัมพัทธ์ RH s (%) ของอากาศทางด้านลมจ่าย โดยใช้เครื่องวัดอุณหภูมิและความชื้นสัมพัทธ์ของอากาศ
          3. วัดอุณหภูมิ r (oC) และความชื้นสัมพัทธ์  RH r (%) ของอากาศทางด้านลมกลับ โดยใช้เครื่องวัดอุณหภูมิและความชื้นสัมพัทธ์ของอากาศ
          4. วัดความเร็วลม S (m/s) ของอากาศที่ออกจากช่องลมจ่าย โดยน าเครื่องวัดความเร็วลมไปกั้นทางลมที่พัดออกจากเครื่องปรับ อากาศ และให้หัววัดความเร็วลมตั้งฉากกับทิศทางลมที่ไหลผ่านหน้ากากช่องลมจ่ายของเครื่องปรับอากาศ
          5. วัดกำลังไฟฟ้ารวมของเครื่องปรับอากาศ P e (W)
     4.3 ผลการตรวจวัดประสิทธิภาพเครื่องปรับอากาศ
     เพื่อยืนยันความถูกต้องโปรแกรม โดยได้ทำการเปรียบเทียบเอนทาลปีที่ได้จากโปรแกรมกับแผนภูมิไซโครเมทริกดังรูปที่ 3 ซึ่งพบว่ามีค่าตรงกันแสดงดังตารางที่ 2 


รูปที่ 3 ค่าเอนทาลปีทางด้านลมกลับ และลมจ่ายของเครื่องปรับอากาศ จากแผนภูมิไซโครเมทริก

ตารางที่ 2 ค่าเอนทาลปีทางด้านลมกลับ ลมจ่ายของเครื่องปรับอากาศ

     ข้อมูลเครื่องปรับอากาศ 
     เครื่องปรับอากาศ เครื่องปรับอากาศขนาด 48,000 BTU แบบแขวน ยี่ห้อ AAAA 380/415 V 50 Hz 3-phase RLA 53 ทำการบันทึกผลวันที่ 20/6/2557 อุณหภูมิและความชื้นสัมพัทธ์ก่อนทำการบันทึกผล 29.4 oC และ 48 % ตามลำดับ
     ผลการบันทึกข้อมูลเพื่อทดสอบประสิทธิภาพเครื่องปรับอากาศแสดงข้อมูลตามตารางที่ 3 จากผลการทดสอบพบว่าเครื่องปรับอากาศนั้นจะมีค่าอัตราส่วนประสิทธิภาพพลังงานที่วัดทุก 20 นาที่ เป็น เวลา 1 ชั่วโมง พบว่ามีค่าอัตราส่วนประสิทธิภาพพลังงานเฉลี่ยเท่ากับ 8.96 (Btu/h)/W และเมื่อเปรียบเทียบกับเครื่องปรับอากาศขนาดพิกัดเดียวกันที่ขายตามท้องตลาด แสดงตามตารางที่ 4 พบว่ามีค่า EER น้อยกว่าเครื่องปรับอากาศใหม่ที่ขายตามท้องตลาด 

ตารางที่ 3 การทดสอบประสิทธิภาพของเครื่องปรับอากาศ

ตารางที่ 4 ประสิทธิภาพของเครื่องปรับอากาศ

5. สรุป
     การหาค่าอัตราส่วนประสิทธิภาพของเครื่องปรับอากาศที่ถูกติดตั้งใช้งานโดยใช้โปรแกรม สามารถช่วยในการวางแผนการปรับเปลี่ยนเครื่องปรับอากาศใหม่ทดแทนของเดิมได้อย่างมีประสิทธิผล และนอกจากนั้นยังสามารถช่วยในวางแผนการดูแลรักษาหรือซ่อมบำรุงของเครื่องปรับอากาศ

กิตติกรรมประกาศ
     ขอขอบคุณ คุณเจริญพงษ์สารจันทร์, คุณคมสัน ปธานราษฎร์, คุณศรายุทธ บุญอยู่ และคุณธัชชัย งามเลิศ นักศึกษาภาควิชาวิศวกรรมไฟฟ้ากำลัง คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีมหานคร ที่ได้ให้ความช่วยเหลือในการทำบทความนี้จนประสบผลสำเร็จ

เอกสารอ้างอิง
[1] กรมพัฒนาพลังงานทดแทนและอนุรักษ์พลังงาน,ตำราฝึกอบรมผู้รับผิดชอบด้านพลังงาน,พ.ศ.2554
[2] นายสิทธิโชค แซ่ฟุ้ง, โปรแกรมหาประสิทธิภาพเครื่องปรับอากาศแบบแยกส่วน, วิทยานิพนธ์ครุศาสตร์อุตสาหกรรมมหาบัณฑิตมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าพระนครเหนือ พ.ศ. 2549
[3] ดุสิต กอปรรักชาติ, Advanced Excel ฉบับเขียนโปรแกรมด้วย Macro & VBA,มกราคม พ.ศ.2556
[4] อาอิชะห์อามิน, Work Smart ด้วย EXCEL MACRO&VBA WORKSHOPS,พฤษภาคม พ.ศ.2556

 

 

<< ย้อนกลับ