การออกแบบระบบท่อน้ำร้อน (Hot Water Supply Systems)

ก่อนที่จะออกแบบระบบจ่ายน้ำร้อน

ในการออกแบบระบบจ่ายน้ำร้อนสิ่งที่เราจะคำนึงถึงคือ

  • ระบบน้ำร้อนจะต้องเป็นไปตามกฎหมายและมาตรฐานที่กำหนด
  • ระบบจ่ายน้ำร้อนต้องปลอดภัย และมีคุณภาพที่ดี
  • มีประสิทธิภาพที่ดี และราคาต่อพลังงานต้องถูก
  • ประหยัดและทนทานเมื่อติดตั้งแล้ว
  • สามารถใช้งานได้อย่างสะดวกและจะต้องซ่อมบำรุงได้ง่าย

ระบบน้ำร้อนที่ออกแบบมาจะต้องเหมาะสมในการใช้งานและจะต้องปลอดภัยต่อผู้ใช้ สุขภัณฑ์ส่วนใหญ่จะใช้น้ำร้อนที่อุณหภูมิ 55 – 60°C และน้ำร้อนที่ใช้สำหรับอุปกรณ์ซักล้าง เช่น เครื่องล้างจาน เครื่องซักผ้าแบบใช้น้ำร้อน จะมีอุณหภูมิที่ 82 – 88°C

plumbing design

สิ่งที่ควรคำนึงถึงก่อนการออกแบบระบบน้ำร้อน

อุปกรณ์ที่ใช้ในระบบจ่ายน้ำร้อน

ในการติดตั้งระบบจ่ายน้ำร้อนเราจะมีอุปกรณ์หลัก 4 อย่าง คือ

  1. ถังน้ำร้อน (Storage Heater) คือ เครื่องทำน้ำร้อนและถังเก็บน้ำร้อน อาจจะมีทั้งระบบที่ใช้เชื้อเพลิงจากแก๊สหุงต้ม น้ำมัน หรือไฟฟ้า เมื่อทำน้ำร้อนได้อุณหภูมิที่ต้องการก็จะนำไปเก็บในส่วนถังน้ำร้อนที่หุ้มฉนวนเพื่อป้องกันความร้อนออกจากถัง
  2. ระบบจ่ายน้ำร้อน (ท่อน้ำต่างๆ) คือ เป็นการเดินท่อน้ำเพื่อกระจายน้ำร้อนไปยังทั่วทั้งอาคาร ให้กับระบบสุขภัณฑ์หรือ เครื่องซักล้างต่างๆ 
  3. ปั๊มน้ำร้อน (Hot water circulating pump) คือ ปั๊มที่จะทำหน้าที่คอยเติมน้ำร้อนเข้าไปในระบบ เมื่ออุณหภูมิของน้ำลดลงถึง 55°C ปั๊มน้ำจะเริ่มทำงานเพื่อเปลี่ยนถ่ายน้ำให้เป็นอุณหภูมิ 60°C
  4. วาล์วควบคุมและอุปกรณ์อื่นๆ (Control valve and accessories) คือ อุปกรณ์วาล์ว หรืออุปกรณ์ควบคุมต่างๆ ในระบบเพื่อให้ระบบจ่ายน้ำร้อนทำงานได้ปกติ

ระบบการกระจายน้ำร้อน (Hot water distribution system)

ระบบการจ่ายน้ำร้อนจะมีทั้งหมดสามารถแบ่งได้ 3 แบบ คือ

  1. ระบบจ่ายน้ำขึ้น (Up-feed system)
  2. ระบบจ่ายน้ำลง (Down-feed system)
  3. ระบบจ่ายน้ำแบบผสม (Combination of up and down feed system)

ระบบจ่ายน้ำขึ้น (Up-feed system)

  • เครื่องทำน้ำร้อนและถังเก็บน้ำร้อนจะอยู่บริเวณชั้น 1 หรือชั้นใต้ดิน ด้วยหลายๆ ปัจจัยเช่น การประหยัดพลังงาน, ระยะในการเดินท่อ, ความสะดวกในการจัดการไอเสีย)
  • แอคคิวมูเลเตอร์ (Air Accumulator) จะถูกติดตั้งอยู่ที่ส่วนบนสุดในทุกท่อยืน เมื่อเปิดก็อกน้ำ อากาศที่ค้างอยู่ภายในท่อจะถูกระบายออกไป
  • ปั๊มน้ำ (Circulating Pump) ทำหน้าที่ในการเติมน้ำเข้าระบบ ปั๊มน้ำจะถูกควบคุมด้วยอควาสแตต (Aquastat) เมื่ออุณหภูมิลดถึงระดับที่กำหนดปั๊มน้ำจะทำงานเพื่อ ถ่ายน้ำในระบบให้ยังคงร้อนอยู่ที่ 60°C 
water distribution

ระบบจ่ายน้ำขึ้น (Up feed system)

ระบบจ่ายน้ำขึ้น (Up-feed system)

  • ท่อจ่ายน้ำร้อนจะติดตั้งไว้บนจุดสูงสุดของอาคาร
  • น้ำร้อนจะไหลผ่านท่อไปที่สุขภัณฑ์ทั้งหมด
  • วาล์วอากาศจะถูกติดตั้งที่จุดสูงสุดของท่อเพื่อระบายอากาศที่ค้างในระบบท่อน้ำร้อน
Down feed system

ระบบจ่ายน้ำลง (Down feed system)

การเลือกระบบจ่ายน้ำ

  • ระบบจ่ายน้ำลง (Down-feed system) จะมีขนาดที่เล็กกว่าระบบจ่ายขึ้น (Up-feed system) เพราะค่าความดันลด (Pressure drop) ของระบบจ่ายลงจะเป็นไปตามแรงโน้มถ่วง (Static head by gravity) ส่วนความดันลดของระบบจ่ายขึ้นจะเป็นไปตามแรงเสียดทานการไหลของท่อ (Flow Friction)
  • โดยปกติแรงเสียดทานจะมากกว่าแรงโน้มถ่วง จึงเป็นเหตุผลว่าระบบจ่ายน้ำลงจะมีขนาดเล็กกว่าระบบจ่ายน้ำขึ้น

หลักการควบคุมปริมาณการไหล (Balance the flow)

  • ในท่อยืน (Riser) และท่อกลับ (Return) แต่ละท่อจะควบคุมการไหลด้วยโกลบวาล์ว (Globe valve) หรือบาลานส์วาล์ว (Balancing valve)
  • ปั๊มน้ำวน (Circulating pump) จะต้องมีการใช้พลังงานที่น้อยและยังคงอุณหภูมิของน้ำร้อนไว้ได้ (ปั๊มจะทำงานเมื่ออุณหภูมิต่ำกว่า 55°C)

การคำนวนปั๊มน้ำวน (Circulation pump calculation)

ตารางที่ 1.1 จะมีการตั้งรายละเอียดคือ

  • ท่อเหล็ก Iron Steel Pipe SCH 40
  • อุณหภูมิน้ำร้อนในท่อ 60°C
  • ฉนวนใยแก้วความหนา 25 มม.
  • ค่าการนำความร้อน (Thermal Conductivity) ของฉนวนอยู่ที่ 0.038 W/m.K

ตารางที่ 1.1 แสดงปริมาณน้ำร้อน, อัตราการสูญเสียความร้อน และอุณหภูมิที่ลดลง ของท่อเหล็ก SCH40

ขนาดท่อ
มม. (นิ้ว)

ปริมาณน้ำในท่อ
l/m
อัตราการสูญเสียความร้อน
W/m

อุณหภูมิที่ลดลง
°C/hr

15 (1/2”)

0.258 4.9

59.72

20 (3/4”)

0.452 5.69

59.83

25 (1”)

0.745 6.6

59.89

30 (1-1/4”)

1.225 7.61

59.89

40 (1-1/2”)

1.62 8.36

60

50 (2”)

2.55 9.84

60

65 (2-1/2”)

4.15 11.8

60

80 (3”)

5.7 13.26

60

100 (4”)

9.62 16.41

60

ข้อแนะนำอุณหภูมิน้ำร้อนในการใช้งานเพื่อวัตถุประสงค์อื่นๆ

  • น้ำร้อนสำหรับอาบน้ำและอ่างล้างจาน จะอยู่ที่ 60°C หลังจากผสมกับน้ำเย็นแล้วอุณหภูมิจะอยู่ที่ 35-40°C
  • น้ำร้อนปกติไม่ควรต่ำกว่า 50°C ยกเว้น ท่อน้ำร้อนที่ผสมแล้วและมีอุณหภูมิ 40°C ขึ้นไป
  • ท่อที่มีน้ำร้อนอุณหภูมิสูงจะใช้ปริมาณน้ำน้อยกว่าท่อที่มีอุณหภูมิน้ำร้อนต่ำ
  • ท่อที่มีน้ำร้อนอุณหภูมิสูงจะใช้ท่อที่มีขนาดเล็กว่าท่อที่มีอุณหภูมิน้ำร้อนต่ำ
  • ท่อน้ำร้อนที่มีอุณหภูมิสูงจะมีค่าการสูญเสียความร้อนที่สูงกว่าท่อน้ำร้อนที่มีอุณหภูมิต่ำ
  • น้ำร้อนปกติแนะนำใช้ที่ 60°C ถ้าหากมีการใช้งานอุณหภูมิที่สูงกว่านี้เช่น เครื่องล้างจาน, เครื่องซักผ้า ให้ใช้ที่ 82°C และจะต้องเดินท่อน้ำร้อนแยกจากท่อน้ำร้อนปกติ

พิจารณาเลือกใช้ AQUASTAT

  • อควาสแตต (Aquastat) คืออุปกรณ์ที่ใช้ในระบบท่อน้ำร้อน เพื่อควบคุมอุณหภูมิของน้ำในระบบและป้องกันไม่ให้ปั๊มน้ำทำงานตลอดเวลา อควาสแตตสามารถตั้งไม่ให้อุณหภูมิของน้ำสูงกว่าที่กำหนด (High Temperature Limit) และตั้งไม่ให้อุณหภูมิของน้ำต่ำกว่าที่กำหนดได้ (Low Temperature Limit)
  • ถ้าหากเราใช้เทอโมสแตต (Thermostat) ตัวเทอโมสแตตจะตั้งอุณหภูมิได้ค่าเดียว (High Temperature Limit) เมื่ออุณหภูมิของน้ำต่ำกว่า 60°C ปั๊มน้ำจะเติมน้ำร้อนเข้าไปในระบบเพื่อให้น้ำร้อนในระบบมีอุณหภูมิสูงกว่า 60°C
  • แต่เราไม่ได้ต้องการให้ปั๊มน้ำเติมน้ำเข้าไปเมื่ออุณหภูมิต่ำกว่า 60°C แต่เราต้องการให้ปั๊มน้ำเติมน้ำเข้าไปเมื่ออุณหภูมิต่ำกว่า 55°C และหยุดทำงานเมื่ออุณหภูมิน้ำอยู่ที่ 60°C
  • ในความเป็นจริงการใช้งานน้ำร้อนนั้นจะขึ้นกับช่วงเวลาของผู้ใช้งาน ถ้าเป็นช่วงกลางวันที่มีคนใช้น้ำร้อนน้อยก็จะทำให้ปั๊มน้ำทำงานน้อย เพราะไม่ต้องเติมน้ำเข้าไปในระบบบ่อย แต่ถ้าหากเป็นช่วงตอนเย็นมีคนใช้งานเยอะ ก็จะทำให้ปั๊มน้ำทำงานบ่อย
  • บางคนไปคำนวนช่วงเวลาที่อุณหภูมิจะลดลงถึง 55°C แล้วให้ปั๊มทำงาน เช่น ให้ทำงานทำงานทุก 1 ชม. ด้วยการที่คิดว่าปั๊มน้ำที่เปิดปิดบ่อยจะทำให้ปั๊มน้ำเสียเร็ว แต่การทำแบบนี้จะทำให้เราเติมน้ำร้อนไม่ทันในช่วงที่มีการใช้งานมากๆ และเป็นการสิ้นเปลืองพลังงานมากกว่าการติดตั้งอควาสแตตซะอีก

พิจารณาการออกแบบระบบท่อน้ำร้อน

การเดินท่อน้ำร้อนจะขึ้นอยู่กับตำแหน่งของอุปกรณ์ที่ใช้น้ำร้อน บางทีอาจจะอยู่รวมกันเป็นกลุ่มหลายๆ ชิ้นเช่น เครื่องซักผ้า หรือ อยู่แยกเดี่ยว ๆ ชิ้นเดียว

ออกแบบท่อน้ำร้อน

พิจารณาการออกแบบท่อน้ำร้อน

Loop A – การเดินท่อน้ำร้อนตาม Loop A เป็นการเดินท่อแยก (Branch Line) ออกจากท่อหลัก (Main Supply) จ่ายน้ำร้อนให้อุปกรณ์ต่างๆ และวนกลับเข้าท่อหลักขากลับ (Main Return) การต่อท่อแบบนี้ทำให้ใช้ท่อที่มีขนาดเล็กลงได้ ทำให้ค่าใช้จ่ายค่าท่อลดลง

Loop B – การเดินท่อตาม Loop B เป็นการใช้ท่อหลักต่อกับอุปกรณ์เลย ท่อใน Loop B จะมีขนาดเท่ากับท่อหลัก และท่อจะยาวกว่า Loop A เมื่อท่อยาวขึ้นแรงเสียดทานในท่อก็สูงขึ้น ปั๊มจะต้องมีขนาดใหญ่ขึ้น เป็นค่าใช้จ่ายที่สูงขึ้นตามไปด้วย แต่การเดินท่อแบบ Loop B จะง่ายกว่าและทำการบาลานซ์น้ำได้ง่ายกว่า

Branch C – การเดินท่อแบบ Branch C เป็นการเดินท่อแยกไปที่อุปกรณ์เลย โดยไม่มีท่อดึงน้ำร้อนกลับ การเดินท่อแบบนี้จะประหยัดค่าท่อครึ่งหนึ่งเพราะไม่ต้องเดินท่อกลับ แต่จะมีข้อเสียเรื่อง ถ้าหากว่าใช้น้ำในช่วงแรก น้ำอาจจะเย็นไม่ได้เป็นน้ำร้อนตามที่ออกแบบ ดังนั้นการเดินท่อแบบ Branch C สามารถใช้ได้เมื่ออุปกรณ์น้ำร้อนอยากห่างจากท่อหลักไม่เกิน 10 เมตร

การเลือกขนาดท่อน้ำร้อน (Pipe size specification)

ขนาดของท่อน้ำร้อนขึ้นกับปริมาณการใช้งานของน้ำร้อนและความเร็วของน้ำภายในท่อ ซึ่งใช้การคำนวณและเลือกขนาดท่อเหมือนกับท่อน้ำเย็น (Cold water pipe) แต่ไม่มีข้อกำหนดว่าขนาดท่อน้ำร้อนกลับจะต้องมีขนาดเท่าใด

โดยปกติแล้วท่อน้ำร้อนกลับจะต้องมีขนาดเล็กที่สุดเท่าที่เป็นไปได้เพราะประหยัดค่าท่อน้ำ ถ้าหากเราใช้ท่อเล็กเกินไปแรงเสียดทานจะเยอะเกิน จนเราต้องไปเลือกปั๊มที่ขนาดใหญ่ขึ้น และท่อที่ขนาดใหญ่เกินไปจะทำให้เราเสียพลังงานความร้อนมาก ดังนั้นในการออกแบบท่อน้ำร้อนกลับจะต้องเฉลี่ยต้นทุนให้สมดุลกัน

  1. ต้นทุนราคาจะเพิ่มขึ้นเมื่อท่อกลับ (Return pipe) มีขนาดใหญ่ขึ้น
  2. ค่าพลังงานที่สูญเสีย จะเพิ่มขึ้นเมื่อท่อมีขนาดใหญ่เกินไป
  3. การลดขนาดท่อให้เล็กเกินไป จะทำให้แรงเสียดทานในท่อสูงขึ้น ทำให้ปั๊มน้ำตัวใหญ่ขึ้น

นี่เป็นคำแนะนำในการเลือกท่อกลับ

  1. ถ้าหากว่าท่อจ่ายน้ำร้อนหลัก (Main Supply) ขนาดเล็กกว่า 50 มม. ( <2 นิ้ว) ท่อน้ำร้อนกลับให้มีขนาดครึ่งหนึ่ง (1/2) ของท่อหลัก
  2. ถ้าหากท่อจ่ายน้ำร้อนหลักใหญ่กว่า 50 มม. ( >2 นิ้ว) ท่อน้ำร้อนกลับให้เป็นขนาดครึ่งหนึ่ง (1/2) หรือเล็กกว่าครึ่งหนึ่งได้นิดหน่อย

เครื่องทำน้ำร้อน (Hot water heater)

เครื่องทำน้ำร้อน คือ อุปกรณ์ในการทำน้ำร้อน (อุณหภูมิ 60°C) เพื่อใช้ในอาคาร เราจะสามารถแบ่งเครื่องทำน้ร้อนออกได้เป็น 4 ประเภท จากการใช้พลังงาน คือ

1. เครื่องทำน้ำร้อนแบบใช้แก๊ส เป็นระบบที่เก่าแก่มากที่สุด จะมีการเดินท่อแก๊สไปตามอาคารบ้านเรือนหรืออาคารเพื่อใช้แก๊สในการทำน้ำร้อน เราสามารถพบเห็นได้ในชนบท หรือตามรีสอร์ทบนภูเขา เพราะว่าต้นทุนค่าแก๊สจะถูกกว่าการใช้ไฟฟ้า แต่จะไมเ่หมาะกับโรงแรม โรงพยาบาล เพราะจะต้องจัดการไอเสียในการต้มน้ำให้ดีรวมถึงความปลอดภัยเกี่ยวกับแก๊สรั่วด้วย

เครื่องทำน้ำร้อนแบบใช้แก๊ส

เครื่องทำน้ำร้อนแบบใช้แก๊ส

2. เครื่องทำน้ำร้อนแบบใช้ไฟฟ้า เป็นประเภทที่ใช้งานง่ายและคุ้นเคยมากที่สุดเพียงเปิดก็สามารถใช้งานได้เลย  ในตลาดจะแบ่งเป็น 2 ประเภท คือ ชนิดหม้อต้ม และชนิดน้ำไหลผ่าน

เครื่องทำน้ำร้อนแบบหม้อต้ม จะเป็นการให้ความร้อนจากขดลวดสัมผัสกับน้ำโดยตรงและเก็บน้ำร้อนไว้ภายในถังโดยมีฉนวนกันความร้อนหุ้มเพื่อความปลอดภัย เครื่องทำน้ำร้อนแบบหม้อต้มจะมีข้อดีคือ มีน้ำร้อนพร้อมใช้งานได้เลย การใช้งานกับฝักบัว เครื่องซักผ้า หรืออ่างอาบน้ำจึงค่อนข้างเหมาะสม

เครื่องทำน้ำร้อนแบบหม้อต้ม

เครื่องทำน้ำร้อนแบบหม้อต้ม

เครื่องทำน้ำร้อนแบบน้ำไหลผ่าน หรือที่เรียกกันว่าเครื่องทำน้ำอุ่น ข้อดีคือสามารถใช้งานได้ง่าย ปลอดภัย เหมาะกับการใช้งานตามบ้าน ไม่เหมาะกับโรงแรมเพราะใช้พลังงานสิ้นเปลือง

เครื่องทำน้ำร้อนแบบน้ำไหลผ่าน

เครื่องทำน้ำร้อนแบบน้ำไหลผ่าน

3. เครื่องทำน้ำร้อนพลังงานแสงอาทิตย์ เป็นการใช้ความร้อนจากแสงอาทิตย์ทำให้น้ำร้อน เป็นพลังงานฟรีมี 2 แบบ คือ แบบแผ่นเรียบ และหลอดสุญญากาศ

เครื่องทำน้ำร้อนพลังงานแสงอาทิตย์ แบบแผ่นเรียบ เป็นแบบแรกที่ใช้ในเชิงพาณิชย์ มีลักษณะเป็นกรอบเหล็ก ด้านหน้าที่รับแสงแดดเป็นแผ่นกระจกใส ภายในกรอบโลหะจะเป็นท่อเหล็กหรือท่อทองแดงที่มีน้ำไหลผ่านในท่อ เมื่อเหล็กรับความร้อนจากแสงอาทิตย์ น้ำในท่อก็จะร้อนขึ้นตามไปด้วย จะทำอุณหภูมิสูงสุดได้ที่ 80°C มีข้อดีคือติดตั้งง่าย สามารถวางตามหลังคา ระเบียง ก็ได้ แต่จะมีข้อเสียคือ เป็นตะกรัน มีน้ำหนักค่อนข้างมาก

เครื่องทำน้ำร้อนพลังงานแสงอาทิตย์-แบบแผ่นเรียบ

เครื่องทำน้ำร้อนพลังงานแสงอาทิตย์-แบบแผ่นเรียบ

เครื่องทำน้ำร้อนพลังงานแสงอาทิตย์ แบบหลอดสุญญากาศ เป็นรูปแบบที่พัฒนามาจากแบบแผ่นเรียบ ใช้หลักการเดิมคือรับความร้อนจากแสงอาทิตย์แล้วทำให้น้ำเดือด ตัวหลอดแก้วที่รับความร้อนจะเป็นหลอดแก้ว 2 ชั้น ผิวชั้นในเคลือบด้วยสารดูดซับแสงอาทิตย์และภายนอกเป็นสุญญากาศ (ฉนวนกันความร้อนที่ดี) ทำให้ถึงภายในจะอุณหภูมิสูงถึง 100°C ผิวนอกก็จะไม่รู้สึกร้อน มีข้อดีคือใช้พื้นที่ติดตั้งน้อยกว่า ประสิทธิภาพดีกว่า มีข้อเสียตรงที่ติดตั้งยุ่งยากกว่า

เครื่องทำน้ำร้อนพลังงานแสงอาทิตย์-แบบหลอดสุญญากาศ

เครื่องทำน้ำร้อนพลังงานแสงอาทิตย์-แบบหลอดสุญญากาศ

แต่ไม่ว่าจะแบบเรียบหรือหลอดสุญญากาศ ก็ขึ้นกับว่าวันนั้นมีแดดรึเปล่า และไม่เหมาะกับการใช้งานในเวลากลางคืนเพราะจะต้องติดตั้งถังเก็บน้ำร้อนเพิ่มเติมด้วย

เครื่องทำน้ำร้อนแบบแสงอาทิตย์จึงเหมาะกับอุตสาหกรรมซักรีด หรืออุตสาหกรรมที่ใช้ความร้อนในช่วงเวลากลางวัน เพราะเป็นพลังงานฟรี และเราสามารถแบ่งส่วนไปติดตั้งเครื่องทำความร้อนแบบอื่นในกรณีที่บางวันเกิดมีเมฆมากน้ำไม่ร้อน หรือฝนตกได้

4. เครื่องทำน้ำร้อนแบบปั๊มความร้อน (Heat Pump) เป็นอุปกรณ์ที่ประหยัดพลังงานมากที่สุด (ไม่นับแบบใช้พลังงานแสงอาทิตย์) เมื่อเราจ่ายไฟ 1 หน่วยเราจะได้พลังงานความร้อนกลับมาที่ 3-4 หน่วย (ประหยัดลง 3-4 เท่า) มีการทำงานที่ตรงข้ามกับเครื่องปรับอากาศ

เครื่องทำน้ำร้อนแบบปั๊มความร้อน-(Heat-Pump)

เครื่องทำน้ำร้อนแบบปั๊มความร้อน-(Heat-Pump)

คอยล์เย็น (Evaporator) จะติดตั้งอยู่นอกอาคาร จากสเตจ 1 มา 2 น้ำยาในท่อทองแดงจะมีอุณหภูมิที่ต่ำทำให้ น้ำยาในท่อทองแดงดูดซับความร้อนจากนอกอาคารมาเก็บไว้ในตัวน้ำยาและไปเข้าที่คอมเพรสเซอร์

คอมเพรสเซอร์ (Compressor) อุปกรณ์ที่อยู่ติดกับคอยล์เย็น จากเตจ 2 ไป 3 คอมเพรสเซอร์จะทำหน้าที่อัดน้ำยาที่มาจากคอยล์เย็นให้มีความดันสูงขึ้นและมีอุณหภูมิสูงขึ้นและเข้าไปที่คอยล์ร้อนต่อไป

คอยล์ร้อน (Condenser) จากสเตจ 3 ไป 4 น้ำยาที่มีความร้อนสูงจะปล่อยความร้อนเข้ามาที่ถังน้ำ น้ำที่ได้รับความร้อนจากน้ำยาจะร้อนขึ้นเป็นน้ำร้อนและลอยตัวสูงขึ้นไปบนถัง (น้ำร้อนที่ร้อนกว่าลอยตัวสูงขึ้น) ส่วนน้ำยาที่ทิ้งความร้อนออกไปแล้วจะเปลี่ยนสถานะเป็นของเหลวแล้ววิ่งไปที่วาล์ว

วาล์ว (Expansion Valve) จากสเตจ 4 วนกลับไปที่สเตจ 1 โดยวาล์วจะทำให้ความดันของน้ำยาลดลง และน้ำยาก็จะวนกลับไปรับความร้อนใหม่ที่คอยล์เย็น เป็นลูปแบบนี้ต่อไป

heatpump

หลักการทำงานของ Heat Pump

การคำนวณขนาดเครื่องทำน้ำร้อน

เมื่อเราออกแบบระบบน้ำร้อน พร้อมการเดินท่อต่างๆ เรียบร้อยแล้วเราจึงมาเลือกขนาดของเครื่องทำความร้อน โดยเราจะใช้ข้อมูลต่อไปนี้ในการเลือกขนาดเครื่องทำความร้อน

  1. ปริมาณน้ำร้อนที่ใช้ต่อวัน (Require per day)
  2. ปริมาณน้ำร้อนสูงสุดที่ใช้ต่อชั่วโมง (Max. demand per hour)
  3. ระยะเวลาในการใช้งานสูงสุด
  4. ขนาดของถังน้ำร้อน
  5. พื้นที่ในการติดตั้งเครื่องทำน้ำร้อน

สำหรับอาคารที่มีการใช้งานน้ำร้อนไม่ต่อเนื่อง เช่น โรงแรม หรือรีสอร์ท ในบางครั้งไม่ได้มีการใช้น้ำร้อนเนื่องจากแขกเข้าน้อย หรือในช่วงเทศกาลที่มีการใช้งานเยอะ ซึ่งปริมาณการใช้ไม่แน่นอนในแต่ละวัน การติดตั้งถังเก็บน้ำร้อนที่มีขนาดใหญ่พอที่จะจ่ายน้ำร้อนในช่วงพีค (Peakload) จะช่วยลดขนาดของเครื่องทำน้ำร้อนลงได้

โดยปกติเราจะออกแบบให้ใช้ถังเก็บน้ำร้อนขนาดใหญ่ที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ แต่ขนาดของถังก็จะขึ้นกับพื้นที่ในการวางด้วย

ในการใช้น้ำที่เก็บในถังน้ำร้อนเราจะเก็บน้ำร้อนที่ 70% ของขนาดถังเพราะตอนเปิดใช้งาน เราจะใช้น้ำเย็นเติมเข้ามาใต้ถังเพื่อดันน้ำร้อนไปใช้งาน น้ำเย็นและน้ำร้อนจะผสมกันจากน้ำร้อน 60°C ก็จะเย็นลงเป็นอุณหภูมิที่เหมาะกับการใช้งานพอดี

เราจะมี 2 วิธีในการเลือกขนาดของเครื่องทำน้ำร้อน คือ 

  1. รู้จำนวนคนที่ใช้งานในอาคาร วิธีนี้จะได้ขนาดของเครื่องทำน้ำร้อนที่พอดีไม่ใหญ่หรือเล็กเกินไป
  2. รู้จำนวนของสุขภัณฑ์ในอาคาร วิธีนี้จะใช้เมื่อเราไม่รู้จำนวนคนใช้งานในอาคาร วิธีนี้เราจะได้เครื่องทำน้ำร้อนที่มีขนาดใหญ่กว่าความเป็นจริง (ใน 1 อาคารคนไม่ได้ใช้สุขภัณฑ์พร้อมกันทุกชิ้น)

วิธีที่ 1 รู้จำนวนคนใช้งานในอาคาร

ความต้องการใช้น้ำร้อนของแต่ละอาคารจะมีลักษณะไม่เหมือนกันขึ้นกับหลายปัจจัย เช่น

  • ระดับของอาคาร เช่น โรงแรม 5 ดาว, โรงแรม 3 ดาว , สปา
  • ฤดูกาล
  • ชนิดของเครื่องสุขภัณฑ์ เช่น เป็นผลิตภัณฑ์ฉลากเขียว หรือผลิตภัณฑ์ธรรมดา

การประมาณค่าความต้องการน้ำร้อนสำหรับ โรงแรม, คอนโดมิเนียม เราจะใช้ค่าตัวเลขต่างๆ ดังนี้

  • ปริมาณน้ำร้อนที่ใช้ต่อคนต่อวัน (diary hot water demand per day) = 75 – 150 ลิตร
  • ความต้องการน้ำร้อนสูงสุดต่อชั่วโมง = 1.5 เท่า
  • ช่วงเวลาที่มีการใช้งานต่อเนื่องนานที่สุด = 1 – 3 ชั่วโมง
  • ค่าตัวแปรถังเก็บน้ำ (Storage factor) = 0.1 – 0.2

ปริมาณการใช้น้ำร้อนต่อชั่วโมง = ความต้องการใช้น้ำต่อคนต่อวัน x จำนวนคนใช้ x ความต้องการสูงสุดต่อชั่วโมง

Hourly hot water required = Diary hot water per person x number of person x maximum hourly demand factor

  • ความต้องการน้ำร้อนสูงสุดต่อชั่วโมง (Maximum hourly demand factor) เป็นค่าที่จะนำไปใช้เพื่อหาปริมาณการมช้น้ำร้อนต่อชั่วโมง
  • ค่าตัวแปรถังเก็บน้ำ (Storage factor) คือ ค่าที่นำไปคูณกับปริมาณการใช้น้ำร้อนต่อวัน เพื่อหาขนาดของถังเก็บน้ำร้อนที่เหมาะสม
  • ช่วงเวลาที่มีการใช้งานต่อเนื่องนานที่สุด (Duration of continuous maximum demand) จะขึ้นกับชนิดของอาคารว่าอาคารนั้นมีการใช้น้ำร้อนในลักษณะใด

ตัวอย่างที่ 1 โรงแรมขนาดจำนวน 300 ห้องพัก หาขนาดของเครื่องทำน้ำร้อน

    • เราออกแบบให้ 1 ห้องพักสามารถพักได้ 1-2 คน เราจะตั้งสมติฐานว่า 1.5 คน/ห้อง
    • มีความต้องการใช้น้ำร้อนเฉลี่ยต่อวันที่ 120 ลิตร/วัน (จากข้อแนะนำด้านบน)
    • ขนาดของเครื่องทำความร้อนหาจาก
    • จำนวนคนพักสูงสุด = 1.5 x 300 = 450 คน
    • ปริมาณการใช้น้ำต่อวัน = 450 x 120 = 54,000 ลิตร
    • ปริมาณการใช้น้ำร้อนมากสุดต่อชั่วโมง = (3/24) x 54,000 = 8,100 ลิตร/ชั่วโมง
    • ช่วงเวลาใช้น้ำร้อนต่อเนื่องสูงสุด 3 ชัวโมง = 8,100 x 3 = 24,300 ลิตร
    • ปริมาณของน้ำร้อนในถัง = 0.15 x 54,000 = 8,100 ลิตร
    • ปริมาณน้ำร้อนที่เก็บในถังน้ำร้อนจะอยู่ที่ 70% ดังนั้นขนาดถังน้ำร้อน = 8,100/0,7 = 11,571 ลิตร
    • ขนาดของเครื่องทำน้ำร้อน = (24,300 – 8,100) /3 = 5,400 ลิตร/ชั่วโมง

วิธีที่ 2 รู้จำนวนของสุขภัณฑ์ในอาคาร

ในบางอาคารเราไม่สามารถทราบจำนวนผู้ใช้งานได้ จึงต้องประเมินจากปริมาณของสุขภัณฑ์ แต่วิธีนี้เราจะได้ปริมาณน้ำร้อนที่มากเกินความต้องการใช้ ปริมาณการใช้น้ำร้อนในแต่ละประเภทสุขภัณสามารถดูได้ที่ตารางที่ 2

ตารางที่ 2 ปริมาณการใช้น้ำร้อนของอุปกรณ์ ที่อุณหภูมิ 60°C (ลิตร/ชั่วโมง)

อุปกรณ์ โรงแรม โรงพยาบาล คอนโดมีเนียม
อ่างล้างมือส่วนตัว 7.6 7.6 7.6
อ่างล้างมือสาธารณะ 30 23 15
อ่างอาบน้ำ 75 75 75
ฝักบัว 284 284 114
เครื่องล้างจาน 190 – 760 190 – 570 57
อ่างล้างจาน 114 75 38

ค่าตัวแปรความต้องการน้ำ (Demand Factor) คือ ค่าที่นำมาคูณกับปริมารการใช้น้ำเพื่อหาปริมาณการใช้น้ำสูงสุดต่อชั่วโมง

ปริมาณการใช้น้ำสูงสุดต่อชั่วโมง = ปริมาณการใช้น้ำอุปกรณ์ต่อชั่วโมง x Demand Factor

 

ค่าตัวแปรถังเก็บน้ำ (Storage factor) คือ ค่าที่นำมาคูณกับปริมาณใช้น้ำสูงสุดต่อชั่วโมงเพื่อหาขนาดของถังน้ำ

ขนาดของถังน้ำ = (ปริมาณการใช้น้ำสูงสุดต่อชั่วโมง x Storage Factor)/0.7

 

สามารถดูค่าตัวแปรความต้องการน้ำ (Demand Factor) และค่าตัวแปรถังเก็บน้ำ (Storage Factor) จาก ตารางที่ 3

ตารางที่ 3 ค่าตัวแปรความต้องการน้ำ (Demand Factor) และค่าตัวแปรถังเก็บน้ำ (Storage Factor) ในอาคารแต่ละประเภท

ค่าตัวแปร

โรงแรม โรงพยาบาล คอนโดมีเนียม

Demand Factor

0.25 0.25

0.30

Storage Factor

0.8 0.6 1.25

การหาขนาดเครื่องทำความร้อนน้ำร้อน

หารหาขนาดการทำความร้อน (rate of heating) ของเครื่องทำน้ำร้อน เราจะคำนวณจากปริมาณการใช้น้ำร้อนสูงสุดต่อชั่วโมง ขนาดถังน้ำร้อน และระยะเวลาการใช้งานต่อเนื่องสูงสุด

ขนาดของถังน้ำร้อนที่ใหญ่จะทำให้ขนาดของเครื่องทำน้ำร้อนเล็กลงได้ เราจะหาขนาดการทำความร้อน(rate of heating)

q = wcpΔT

  • q = อัตราการทำความร้อนของเครื่องทำน้ำร้อน หน่วย กิโลวัตต์ (kW)
  • w = อัตราการทำน้ำร้อน หน่วย กิโลกรัม/วินาที (kg/s)
  • cp = ค่าความจุความร้อนจำเพาะของน้ำ 4.186 กิโลจูล/กิโลกรัม – องศาเซลเซียส (kJ/kg°C)
  • ΔT = อุณหภูมิของน้ำที่เพิ่มขึ้น หน่วย องศาเซลเซียส (°C)

ในการหาขนาดของเครื่องทำน้ำร้อน เราจะออกแบบเผื่อไว้ที่ 15% เพราะในระบบท่อความร้อนจะมีการสูญเสียความร้อนในทุกๆ จุดของระบบ เช่น การเดินท่อน้ำร้อน บริเวณถังน้ำร้อน หรือข้อต่อต่างๆ ย่อมมีการสูญเสียความร้อนอยู่แล้ว

 

ตัวอย่าง หาขนาดเครื่องทำน้ำร้อน ที่ทำน้ำอุณหภูมิ 10°C เป็น 60°C

  • กำหนดให้ข้อมูลจากตัวอย่างที่ 1
  • ปริมาณน้ำของเครื่องทำน้ำร้อน = 5,400 ลิตร/ชั่วโมง
  • ใช้ถังน้ำขนาด 8,100 ลิตร
  • อัตราการทำความร้อนของเครื่องทำน้ำร้อน = ( 4.186 x 5,400 x (60 – 10) ) /3,600 = 314 kW
  • เราเลือกเครื่องที่มีขนาดใหญ่กว่าที่ใช้ 15% = 1.15 x 314 = 361.1 kW

แบ่งปันเรื่องราว