บทที่ 9 เครื่องท าความเย็นenergyauditorthai.com/wp-content/uploads/2017/01/10-บทที่-9... · ความร้อนในกระบวนการที่

คมอฝกอบรม การประเมนศกยภาพการอนรกษพลงงาน

บทท 9 เครองท าความเยน

หนา 9-1


9.1 องคประกอบของระบบ

ระบบท าความเยนเปนกระบวนการดงความรอนออกจากวตถ หรอผลตภณฑทจะตองการ เกบรกษา โดย

ผลตภณฑแตละชนดนนจะมการก าหนดอณหภมในการเกบรกษาทไมเหมอนกน ซงระบบการท าความเยนแบบอดไอ

จะมการใชงานในกลมอตสาหกรรม อาหารเปนสวนใหญ เชน แปรรปอาหารทะเล แชแขงอาหารสด ผลไมตามฤดกาล

น าแขง เปนตน

โดยสามารถแบงออกเปนประเภท ไดดงน

1. กลมอตสาหกรรมแชแขง หมายถง ผลตภณฑทตองก ารรกษาอณหภม ทต ากวาจดเย อกแขง เชน

น าแขง

2. กลมอตสาหกรรมแชเยน หมายถง ผลตภณฑทตองการรกษาอณหภม เพอปองกนการเสยหายของ

ผลตภณฑ เชน อตสาหกรรมอาหารทะเล อตสาหกรรมผลไม

ระบบท าความเยนแบบอดไอ (Vapor Compression System)

รปท 9.1 รปวงจรการท างานของระบบท าความเยน



หนา 9-2

ระบบเครองท าความเยนจะมอปกรณหลก ดงน

1. คอมเพรสเซอร (Compressor)

รปท 9.2 รปคอมเพรสเซอร (Compressor)

คอมเพรสเซอร มหลายประเภททใชงานแตทนยมใชงานจะเปนประเภท เชน ลกสบ (Reciprocating), สกร

(Screw), สโครล (Scroll) เปนตน คอมเพรสเซอรเปนอปกรณทส าคญในการเพมความดนและอณหภมของสารท า

ความเยนทผาน อวาปอเรเตอร ใหสงขนเพอไประบายความรอนออกทชดคอยลรอน ซงในกระบวนการของการดดอด

สารท าความเยนจ าเปนตองใชพลงงานไฟฟาในการท างาน คอมเพรสเซอรจงเปนอปกรณทใชพลงงานไฟฟามากทสด

ในกระบวนการ

2. คอนเดนเซอร หรอ คอยลรอน (Condenser)

รปท 9.3 คอนเดนเซอร (Condenser) ชนดระบายความรอนดวยน าและอากาศ

คอนเดนเซอร ท าหนาทเปนอปกรณระบายความรอนของสารท าความเยนทมอณหภมและความดนสง กบ

อากาศหรอน าทเปนตวกลางในการระบายความรอน เพอลดอณหภมของสารท าความเยนและควบแนนกลบมาเปน

ของเหลวอกครง



หนา 9-3

3. อวาโปโรเตอร หรอ คอยลเยน (Evaporator)

รปท 9.4 อวาโปโรเตอร หรอ คอยลเยน (Evaporator)

อวาโปเรเตอร ท าหนาทแลกเปลยนความรอนระหวางสารท าความเยนกบผลตภณฑ เชน อากาศหรอน า เปน

ตน โดยสารท าความเยนทอยภายในจะมสถานะเปนของเหลวทอณหภมต ากวา ผลตภณฑ ความรอน ทอยภายในหอง

หรอ ผลตภณฑจะท าใหสารท าความเยนทอยในสถานะของเหลว จะระเหยกลายเป นไอเพอรบความรอน เมอสารท า

ความเยนระเหยกลายเปนไอจนหมด กจะกลบไปทคอมเพรสเซอร อกครง

4. เอกซแพนดชนวาลว หรอ วาลวลดความดน (Expansion Valve)

รปท 9.5 เอกซแพนดชนวาลว ชนด Thermostatic

เอกซแพนดซนวาลว เปนอปกรณทรบสารท าความเยนทอยในสภาวะของเหลว ทอณหภมสง และความดนสง

เมอสารท าความเยนไหลผานอปกรณ จะมความดนต า และ อณหภมต า โดยอตราการไหลของสารท าความเยนจะ

ขนอยกบ เทอรโมสเตตก ของวาลวขยายทแนบตดอยกบทอทางออกของ คอยลเยน เม ออณหภมของทอทางออก

คอยลเยนนนสงขน แสดงวาปรมาณสารท าความเยนภายใน คอยลเยนมปรมาณนอย จงท าใหเขมของวาลวขยายนน

จายปรมาณสารท าความเยนเพมมากขน เพอใหเพยงพอตอภาระความรอน



หนา 9-4

9.2 นยามประสทธภาพหรอสมรรถนะ

1. P-H Diagram Chart หมายถง แผนภาพแสดงความดนและเอนทาลปของวฏจกรอดไอในระบบท า

ความเยน โดยสารท าความเยนแตละชนดจะม P-H Diagram ทไมเหมอนกน

2. คาสมประสทธสมรรถนะ COP (Coefficient Of Performance) หมายถง อตราสวนระหวาง

ความสามารถท าความเยนรวมสทธของเค รองท าความ เยน (Qe) หนวยเปนวตต กบ ก าล งไฟฟา ทปอนเขา

คอมเพรสเซอร (W) หนวยเปนวตต

W

QCOP e

9.3 กฎหมายทเกยวของ

ปจจบนไมมกฎหมายและมาตรฐานเกยวกบการส ารวจ ตรวจวด หรอวเคราะหศกยภาพในมาตรการประหยดพลงงานของเครองสบน า

9.4 แนวทางการส ารวจและเกบขอมลวเคราะหประสทธภาพ

9.4.1 การหาคาสมประสทธสมรรถนะ (Coefficient of Performance, COP)

รปท 9.6 แสดงวงจรการท างานของสารท าความเยน

Saturated Liquid Line

Saturated Vapor Line

Entropy Line

Refrigerant Temperature Line



หนา 9-5

เครองมอหรอมาตรวดทตองใชในการวเคราะหประกอบดวย

1. แผนภาพแสดงความสมพนธระหวาง Enthalpy (h) และความดน (P) ของสารท าความเยน

Refrigerant P-h Diagram ดงรปท 9.6

2. มาตรวดคาความดนหรออณหภมของสารท าความเยนดานดด (Suction) และดานจาย

(Discharge)

3. คาอณหภม super heat และ subcool ของเครอง ซงโดยปกต super heat จะถกออกแบบ

ใหมคาอยระหวาง 3-5 oC และ sub cool เทากบ 0 oC

เมออานคาความดนหรออณหภมของสารท าความเยนดานดดและดานจายไดแลวน ามาวเคราะหหาคา COP

จาก Refrigerant P-h Diagram รปท 9.6 ไดดงนตอไปน

(1) จากคาความดนหรออณหภมดานดดและดานจายทอานได ลากเสนตรงในแนวระนาบ จนถงเสน

อณหภมสารท าความเยน (อณหภมสารท าความเยนดานดด-อณหภม Super heat) จะไดจดตด คอจดท 1 และจดตด

Saturate Liquid Line คอจดท 3

(2) จากจดท 1 ลากเสนใหขนานกบ Entropy Line ไปตดกบเสนของความดนดานจาย จะไดจดท 2

(3) จากจดท 3 ลากเสนตรงในแนวดงลงมาตดกบเสนของความดนดานดดกจะไดจดท 4

(4) อานคา Enthalpy ของแตละจดจากนนหาคา COP จากสมการ

W

QCOP e

หรอ

)(

)(

12

41

hhm

hhmCOP

หรอ

)(

)(

12

41

hh

hhCOP

การหาคาสมรรถนะ (COP) ดงกลาวเปนการหาจากกราฟ P-h Diagram แบบอดมคต ซงไมมการถายเท

ความรอนในกระบวนการท 2 ไป 3 (Isentropic Efficiency = 100 % หรอ 1.0) แตในความเปนจรงจะมการสญเสย

ความรอนจากแรงเสยดทาน (Isentropic Efficiency < 1.0) ดงนนในการวเคราะหจงตองรคา Isentropic

Efficiency ดวย และเพอความแมนย าควรใชโปรแกรมส าเรจรปในการประเมน



หนา 9-6

ตวอยางตารางตรวจวดเครองท าความเยน

ตารางการตรวจวดคอมเพรสเซอร (Compressor)

หนวย สญลกษณ No. …… แหลงทมา

- -

- -

- - ขอมล เปด-ปด

- - ปทตดตง

- - Name Plate

- - Name Plate

- - Name Plate

- - ตรวจวด



คาพกด พกดขนาดท าความเยน Btu/h - Name Plate

ก าลงไฟฟา kW - Name Plate

กระแสไฟฟา Amp. - Name Plate

อตราการไหลโดยปรมาตร m3/h - Name Plate

คาประสทธภาพหรอสมรรถนะ COP - Name Plate

High Pressure psig PDIS ตรวจวด

Low Pressure psig PSUC ตรวจวด

High Pressure Temperature๐C - ตรวจวด

Low Pressure Temperature๐C - ตรวจวด

เอนทาลป จดท 1 kJ/kg h1 P-h Diagram




Oil Pressure Psig - ตรวจวด

ไฟฟา V Volt V ตรวจวด

A1 Amp. I1 ตรวจวด



kW kW W ตรวจวด

P.F. - PF ตรวจวด

COP COP= (h1-h4)/(h2-h1)

รน

ชนด

ประเภทการใชงาน

ลกษณะ/ระยะการบ ารงรกษา

รายการ

หมายเลขเครอง

สถานทใชงาน

เวลาเปดใชงาน

ปทตดตงใชงาน

ยหอ

คาประสทธภาพหรอสมรรถนะ

สภาพการใชงาน

หมายเหต

ประเภทการระบายความรอน

การตรวจวดน ายาท

คอมเพรสเซอร



หนา 9-7

9.5 ตวอยางการวเคราะหประสทธภาพการใชพลงงาน

ตวอยางท 1 : โรงงานแหงหนงใชเครองท าความเยนส าหรบหองแชเยนชนด ขนาด 22 กโลวตต สารท าความเยน R-22 ระบายความรอนอากาศ ตรวจสอบสถานะของสารท าความเยนดานดด (Low Pressure ) และดานจาย (High Pressure) ไดดงรป จงหาคา COP โดยก าหนดคา Isentropic Efficiency = 1.0, Super heat = 5 oC และ Sub cool = 0 oC

รปท 9.6 รปแสดงคาความดนน ายาดานดดและดานจาย

จากรป

1. อานคาความดนดานดดไดเทากบ 0.3 barg (บารเกจ) หรอ 1.3 bara (บาร Absolute) หรอ อณหภมเทากบ

-35 oC

2. อานคาความดนดานดดไดเทากบ 16.3 barg (บารเกจ) หรอ 17.3 bara (บาร Absolute) หรอ อณหภม

เทากบ 45 oC

3. จาก P-h Diagram ของสารท าความเยน R-22 จากคาความดน 1.3 bara หรออณหภม -35 oC ลากเสนใน

แนวระนาบจนถงเสนอณหภม Super heat 5 oC จะไดจดตดท

4. จาก P-h Diagram ของสารท าความเยน R-22 จากคาความดน 17.3 bara หรออณหภม 45 oC ลากเสนใน

แนวระนาบจนถงเสน Saturate Line (อณหภม Sub Cool 0 oC) จะไดจดตดท

5. จากจดตดท ลากเสนขนานกบเสน Isentropic (Isentropic efficiency = 1.0) ตดกบเสน High

Pressure จะไดจดตดท

6. จากจดตดท ลากเสนในแนวดงตดกบเสน Low Pressure จะไดจดตดท จะไดกราฟดงรป



หนา 9-8

รปท 9.7 P-H Diagram

7. จากรปอานคา Enthalpy ในแตละจด จะได

จดท 1 (h1) = 394.0 kJ/kg

จดท 2 (h2) = 463.5 kJ/kg

จดท 3 (h3) = 256.5 kJ/kg

จดท 4 (h4) = 256.5 kJ/kg

8. ค านวณคา COP จากสมการ

)(

)(

12

41

hh

hhCOP

COP = (394.0-256.5) / (463.5-394.0)

COP = 1.98 w/w



หนา 9-9

ตวอยางท 2 : จากตวอยางท 1 ก าหนดคา Isentropic efficiency เทากบ 0.5 จงค านวณหาคา COP

จากรปในตวอยางท 1

ก าลงงานทปอนเขาคอมเพรสเซอร (W) = h2 – h1

= 463.5-394.0

= 69.5 kJ/kg

ก าหนด Isentropic efficiency = 0.5

ดงนน ก าลงงานทปอนเขาคอมเพรสเซอร (W) = (h2 – h1) / Isentropic efficiency

= (463.5-394.0) / 0.5

= 139.0 kJ/kg

ค านวณคา COP จากสมการ

)(

)(

12

41

hh

hhCOP

COP = (394.0-256.5) / (139.0)

COP = 0.99 w/w

ดงนนจะเหนไดวาความถกตองแมนย าของคา COP จะขนอยกบคา Isentropic efficiency ท ก าหนด ซง

โดยทวไป (อางอง Coolpac web site) ดงน

0.4 to 0.5 for small hermetic compressors,

0.5 to 0.7 for semi hermetic compressors and

0.5 to 0.8 for large open compressors.



หนา 9-10

9.6 ตวอยางมาตรการทประสบความส าเรจ

ตวอยางท 1 : การอนน าปอนหมอไอน าโดยใชระบบ Heat Recovery จากเครองท าความเยน (Compressor)

ขอมลกอนปรบปรง

โรงงานแหงหนงมการใชงานหมอไอน าและเครองท าความเยนโดยมรายละเอยดดงน

ารBoiler : U โรงงานมการใชงาน Boiler ถานหน ส าหรบการผลตไอน า โดยปกตใชงาน Boiler วนละ 2 ชด ทความดนใชงานประมาณ 8 - 10 bar ใชน าในการผลตไอน าเฉลยวนละ 305 m3/day น าจาก Water Tank มอณหภมประมาณ 31.7 oC ถกสงไปยง Deaerator มอณหภมเพมขนเฉลย 102 oC จากนนสงเขา Boiler ทง 2 ชด Compressors : U โรงงานมระบบ Compressor ส าหรบท าความเยนใชใน Process ใชแอมโมเนยเปนสารท า

ความเยน Compressor ท างานวนละ 6 ชด การระบายความรอนจะถงสงไปท Evaporative Cooling Tower

โดยอณหภมแอมโมเนยกอนเขา และออกจาก Evaporative Cooling Tower เทากบ 96.4 oC , 35.3 oC

ตามล าดบ

รปท 9.8 รปแสดง Schematic Diagram กอนปรบปรง

วธการปรบปรง เนองจากอณหภมของสารท าความเยน แอมโมเนย กอนเขา Evaporative Cooling Tower คอนขางสง

ซงสามารถน าความรอนสวนนมาใชประโยชนได โดยตดตงระบบ Heat Recovery เพออนน าปอนกอนเขา

Deaerator สงผลใหปรมาณไอน าทใชใน Deaerator ลดลง และสามารถประหยด เชอเพลงจากถานหนได



หนา 9-11

รปท 9.9 รปแสดง Schematic Diagram หลงปรบปรง

ผลการปรบปรง

หลงปรบปรงอณหภมน าเตมกอนเขา Deaerator เพมขนเฉลย 18 oC ดงรป

รปท 9.10 แสดง Feed Water Temperature



หนา 9-12

รปท 9.11 Tank และ Heat Exchanger ทตดตง

พลงงานทประหยดได

หมายเหต : ประสทธภาพของ Compressor ดขนเนองจากสามารถระบายความรอนไดมากขน

Water Flow Rate (m.) 121,614 m3/yrSpecific Heat (Cp) 1.0 kcal/kg-oCWater Temperature (Before ; T1) 31.8 oCWater Temperature (After ; T2) 49.7 oCTotal Energy Saving 2,172,056,280 kcal/yr

Total Energy Saving 8,619 MMBtu/Yr

LHV of Fuel (Coal) 6,349 kcal/kg

Fuel Cost (Coal) 3.6 ฿/kg

Fuel Cost (Coal) 142.90 ฿/MMBtu

Fuel Saving (Coal) 342,110 kg/Yr

Cost Saving 1,231,595.94 ฿/Yr

Investment 3,005,750 ฿

Payback Period 2.44 Yr

12 TTCmQ p



หนา 9-13

ตวอยางท 2 : มาตรการตดตง Cooling Pad ทเครองท าความเยน

ขอมลพนฐาน/สภาพปจจบนและปญหา

โรงงานมเครองท าความเยนขนาด 30 แรงมา จ านวน 4 เครอง ชนดระบายความรอนดวยอากาศ ท างาน 24 ชวโมงตอวน 365 วนตอป ท Set Point -25 oC จากการส ารวจพบวาอหภมระบายความรอนทเขาคอนเดนเซอรคอนขางสง ท าใหเครองท าความเยนมประสทธภาพต าและใชพลงงานสง

รปท 9.12 รปเครองท าความเยนและการตรวจวดกอนการปรบปรง

แนวทางการปรบปรงและผลทคาดวาจะไดรบ

ปรบปรงโดยการตดตง Cooling Pad ทดานลมเขาคอนเดนเซอร เพอชวยลดอณหภมอากาศทเขาไประบายความรอนใหคอนเดนเซอร ซงจะท าใหประสทธภาพของเครองท าความเยนดขน

ขนตอนและวธการปรบปรง

สงซอ Cooling Pad จาก Supplier

ตดตง Cooling Pad

ท าการวดประสทธภาพ

แนวทางการตรวจวดและพสจน (Measurement & Verification)

ตรวจสอบแรงดนของสารท าความเยนดานสงและดานต าจาก Pressure Gauge ของเครองท าความเยน และค านวณประสทธภาพโดยใช Program Refrigerant Utilities (ท Isentropic Efficiency 0.65) เปรยบเทยบกนระหวางกอนและหลงปรบปรง



หนา 9-14

เครองมอทใชในการตรวจวด

ล าดบ ชอเครองมอ ลกษณะทตองม 1 เครองวดความเรวลม (Air-flow Meter) สามารถวดความเรวลมได (m/s) 2 เครองวดคาก าลงไฟฟา (Power Meter) สามารถวดคาแรงดนไฟฟา (V), กระแสไฟฟา (A), ตว

ประกอบก าลงไฟฟา (PF), ก าลงไฟฟา( kW) 3 เครองวดอณหภมและความชนสมพทธ

(Temperature and Humidity Data Recorder)

สามารถวดคาอณหภมอากาศแวดลอมพรอมทงความชนสมพทธได (Ta, RH)

คาปจจยและสภาวะทตองควบคม

ล าดบ รายการ สภาพทตองการ/สภาวะทตองควบคม

1 อณหภม Set Point ตงคาอณหภม Set Point ท -25 oC

2 อณหภมอากาศภายนอก ตรวจวดในบรเวณพนทโลง โดยคากอนและหลงปรบปรงแตกตางกนไมเกน 2 oC

3 อากาศเขาคอนเดนเซอร - กอนปรบปรงตรวจวดอณหภม ความชนสมพทธ และความเรวลม เฉลยอยางนอย 3 คา ณ บรเวณหนาแผงระบายความรอนของชดคอนเดนเซอร

- หลงปรบปรงตรวจวดอณหภม ความชนสมพทธ และความเรวลม เฉลยอยางนอย 3 คา ณ บรเวณหลงชด Cooling Pad (หนาแผงระบายความรอนของชดคอนเดนเซอร)

4 ก าลงไฟฟา ตรวจวดการใชก าลงไฟฟากอนและหลงการปรบปรงทต Main Breaker ของแตละเครอง

5 แรงดนสารท าความเยน ตรวจสอบแรงดนของสารท าความเยนกอนและหลงการปรบปรง โดยสามารถอานคาแรงดนไดทเครองท าความเยน ทสภาวะ Compressor ท างาน



หนา 9-15

รปท 9.13 รปการตรวจวดอณหภมเขาและออกจาก Cooling Pad

รปท 9.14 รปการตรวจวดอณหภมและแรงดนสารท าความเยน



หนา 9-16

ผลการตรวจวดกอน-หลงการปรบปรง

ขอมลตรวจวด

รายการ หนวย สญลกษณ Comp#2 แหลงทมา

พกดมอเตอร kW Prate 22.5 การส ารวจ

Set Point oC T -25 การส ารวจ

จ านวนชวโมงท างานตอวน Hr/day hr 24 ขอมลโรงงาน

จ านวนวนท างานตอป day/year day 365 ขอมลโรงงาน

%การท างานของ Compressor % U 90 ขอมลโรงงาน

คาไฟฟาเฉลยตอกโลวตตชวโมง baht/kWh CE 3.69 ขอมลโรงงาน

อณหภมอากาศภายนอก oC AT 35.30 การตรวจวด

อณหภมอากาศเฉลยดานเขา Condenser oC Tin 38.05 การตรวจวด

ความชนสมพทธเฉลยของอากาศดานเขา

Condenser % RH 38.65 การตรวจวด

อณหภมกระเปาะเปยกอากาศดานเขา

Condenser oC Twet 26.30 Psychometric Chart

Refrigerant Low Temperature oC Tl2 -35.00 การตรวจวด

Refrigerant High Temperature oC Th2 48.00 การตรวจวด

COP - COPกอน 1.27 Program Refrigerantion Utilitoes

(Isentropic efficiency = 0.65)ก าลงไฟฟากอนการปรบปรง kW kWกอน 21.8 การตรวจวด

พลงงานไฟฟากอนการปรบปรง

(kWhกอน) = kWกอนx hr x day x U / 100 171,871.20

ขอมลกอนปรบปรง

kWh/ year kWhกอน ค านวณ



หนา 9-17

ผลประหยดทไดรบ

รปท 9.15 การค านวณโดย Program Refrigerant Utilities

รปท 9.16 P-H Diagram

รายการ หนวย สญลกษณ Comp#2 แหลงทมา

อณหภมอากาศภายนอก oC AT 34.10 การตรวจวด

อณหภมอากาศดานกอนเขา Cooling Pad oC Tin 32.40 การตรวจวด

อณหภมอากาศดานออกจาก Cooling Pad oC Tout 27.70 การตรวจวด

Refrigerant Low Temperature oC Tl2 -37.50 การตรวจวด

Refrigerant High Temperature oC Th2 38.00 การตรวจวด

COP - COPหลง 1.45

Program Refrigerantion Utilitoes

(Isentropic efficiency = 0.65)

พลงงานไฟฟาหลงการปรบปรง

(kWhหลง) = kWhกอน x COPกอน / COPหลง 150,535.46

Safety Factor % SF 80 คาทก าหนด

พลงงานไฟฟาทลดลง

(kWhลดลง) = (kWhกอน - kWhหลง ) / 100 17,068.59

คดเปนจ านวนเงนทประหยดได baht/year CS 62,983.09 ค านวณ

เงนลงทนรวม bath Itotal 35,000 ราคาประเมน

ระยะเวลาคนทน year PB 0.56 ค านวณ

kWh/ year kWhลดลง ค านวณ

ผลตอบแทนการลงทน

kWh/ year kWhหลง ค านวณ

ผลการประหยด

ขอมลหลงปรบปรง

Documents

บทที่ 9 เครื่องท าความเย็นenergyauditorthai.com/wp-content/uploads/2017/01/10-บทที่-9... · ความร้อนในกระบวนการที่