การออกแบบระบบท่อน้ำร้อน (Hot Water Supply Systems)

ในการออกแบบระบบจ่ายน้ำร้อนสิ่งที่เราจะคำนึงถึงคือ

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

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

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

ระบบการจ่ายน้ำร้อนจะมีทั้งหมดสามารถแบ่งได้ 3 แบบ คือ

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

• ท่อจ่ายน้ำร้อนจะติดตั้งไว้บนจุดสูงสุดของอาคาร
• น้ำร้อนจะไหลผ่านท่อไปที่สุขภัณฑ์ทั้งหมด
• วาล์วอากาศจะถูกติดตั้งที่จุดสูงสุดของท่อเพื่อระบายอากาศที่ค้างในระบบท่อน้ำร้อน

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

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

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

• 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

• 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

การเดินท่อน้ำร้อนจะขึ้นอยู่กับตำแหน่งของอุปกรณ์ที่ใช้น้ำร้อน บางทีอาจจะอยู่รวมกันเป็นกลุ่มหลายๆ ชิ้นเช่น เครื่องซักผ้า หรือ อยู่แยกเดี่ยว ๆ ชิ้นเดียว

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

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

1. เครื่องทำน้ำร้อนแบบใช้แก๊ส เป็นระบบที่เก่าแก่มากที่สุด จะมีการเดินท่อแก๊สไปตามอาคารบ้านเรือนหรืออาคารเพื่อใช้แก๊สในการทำน้ำร้อน เราสามารถพบเห็นได้ในชนบท หรือตามรีสอร์ทบนภูเขา เพราะว่าต้นทุนค่าแก๊สจะถูกกว่าการใช้ไฟฟ้า แต่จะไมเ่หมาะกับโรงแรม โรงพยาบาล เพราะจะต้องจัดการไอเสียในการต้มน้ำให้ดีรวมถึงความปลอดภัยเกี่ยวกับแก๊สรั่วด้วย

2. เครื่องทำน้ำร้อนแบบใช้ไฟฟ้า เป็นประเภทที่ใช้งานง่ายและคุ้นเคยมากที่สุดเพียงเปิดก็สามารถใช้งานได้เลย  ในตลาดจะแบ่งเป็น 2 ประเภท คือ ชนิดหม้อต้ม และชนิดน้ำไหลผ่าน

เครื่องทำน้ำร้อนแบบหม้อต้ม จะเป็นการให้ความร้อนจากขดลวดสัมผัสกับน้ำโดยตรงและเก็บน้ำร้อนไว้ภายในถังโดยมีฉนวนกันความร้อนหุ้มเพื่อความปลอดภัย เครื่องทำน้ำร้อนแบบหม้อต้มจะมีข้อดีคือ มีน้ำร้อนพร้อมใช้งานได้เลย การใช้งานกับฝักบัว เครื่องซักผ้า หรืออ่างอาบน้ำจึงค่อนข้างเหมาะสม

เครื่องทำน้ำร้อนแบบน้ำไหลผ่าน หรือที่เรียกกันว่าเครื่องทำน้ำอุ่น ข้อดีคือสามารถใช้งานได้ง่าย ปลอดภัย เหมาะกับการใช้งานตามบ้าน ไม่เหมาะกับโรงแรมเพราะใช้พลังงานสิ้นเปลือง

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

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

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

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)

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

ในบางอาคารเราไม่สามารถทราบจำนวนผู้ใช้งานได้ จึงต้องประเมินจากปริมาณของสุขภัณฑ์ แต่วิธีนี้เราจะได้ปริมาณน้ำร้อนที่มากเกินความต้องการใช้ ปริมาณการใช้น้ำร้อนในแต่ละประเภทสุขภัณสามารถดูได้ที่ตารางที่ 2

หารหาขนาดการทำความร้อน (rate of heating) ของเครื่องทำน้ำร้อน เราจะคำนวณจากปริมาณการใช้น้ำร้อนสูงสุดต่อชั่วโมง ขนาดถังน้ำร้อน และระยะเวลาการใช้งานต่อเนื่องสูงสุด

ขนาดของถังน้ำร้อนที่ใหญ่จะทำให้ขนาดของเครื่องทำน้ำร้อนเล็กลงได้ เราจะหาขนาดการทำความร้อน(rate of heating)

q = wc_pΔT

• q = อัตราการทำความร้อนของเครื่องทำน้ำร้อน หน่วย กิโลวัตต์ (kW)
• w = อัตราการทำน้ำร้อน หน่วย กิโลกรัม/วินาที (kg/s)
• c_p = 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