การบทความนี้ต้องการกล่าวถึง การคำนวนหาภาระของเครื่องปรับอากาศ เพื่อเลือกขนาดของคอยล์ เพื่อการพิจารณาว่าอุปกรณ์ที่เราต้องการจะเลือกใช้นั้นเหมาะสมกับภาระความชื้นของพื้นที่นั้นๆหรือไม่
การใช้อุปกรณ์ปรับอากาศที่มี Reheat Coil อยู่ภายใน ก็สามารถช่วยให้การ ความคุมความชื้นภายในพื้นที่ปรับอากาศนั้นดีขึ้น แต่ก็สิ้นเปลืองพลังงานมากขึ้นด้วยเช่นกัน เนื่องจากการออกแบบระบบปรับอากาศนั้นต้องคำนึงถึงค่าใช้จ่ายทางด้านพลังงานเป็นสำคัญด้วย วิศวกรออกแบบหรือผู้ที่เลือกใช้งานระบบปรับอากาศ ควรเลือกใช้อุปกรณ์ปรับอากาศ อย่างคุ้มค่าที่สุด
ภูมิประเทศหรือโซนพื้นที่ที่อุณหภูมิกระเปาะเปียกของอากาศมีโอกาสที่มีค่านี้จะมีค่าสูงบ่อยครั้งในรอบปี (annual wet-bulb hours) เช่นประเทศไทย และประเทศที่มีภูมิประเทศในบริเวณแถบศูนย์สูตร ซึ่งมี ความชื้นสูงประเทศที่มีสภาวะอากาศชื้นนี้ ส่วนใหญ่ก็จะมี อุณหภูมิภายนอกสูงกว่า 60 F (16 องศาเซลเซียส) ประเทศไทยจัดอยู่ในเขตร้อนชื้น ยกตัวอย่างมาวันหนึ่ง มีอุณหภูมิ 33 C db/ 26 C wb ซึ่งอุณหภูมิโดยส่วนใหญ่จะประมาณนี้ มีระดับความชื้นในอากาศ 126 grain per lb ปริมาณความชื้นในอากาศจะมีค่าสูง ถ้าเป็นช่วงหน้าฝน จุดที่ต้องการให้ความสนใจคือช่วงเวลา ที่ความชื้นในอากาศมีค่าสูงแต่อุณหภูมิของอากาศต่ำลง
ขณะที่อุณหภูมิของอากาศภายนอกของพื้นที่ปรับอากาศมีค่าเท่ากับหรือน้อยกว่าอุณหภูมิภายในห้องปรับอากาศ ขณะนั้นความร้อนสัมผัสผ่านผนังของพื้นที่ปรับอากาศมีค่าเท่ากับศูนย์ (Tempinside – Tempoutside) เช่นกรณีที่เราตั้งอุณหภูมิของห้องปรับอากาศไว้ที่ 25 C และอุณหภูมิด้านนอกพื้นที่ปรับอากาศมีค่าเท่ากับ 25 C เช่นกัน
ถ้าเราดูพยากรณ์อากาศจะพบว่า อุณหภูมิต่ำสุดในแต่ละวันในหลายจังหวัดก็ต่ำกว่า 25 C ช่วงเวลาที่อุณหภูมิของภายนอกกับภายในพื้นที่ปรับอากาศ มีค่าเท่ากันนี่เอง ที่ไม่มีการถ่ายเทความร้อนสัมผัสผ่านผนังอาคาร โดยที่อากาศระบาย (Fresh Air) จากภายนอกพื้นที่ปรับอากาศที่เข้ามาในพื้นที่ปรับอากาศนั้นมีปริมาณความชื้นเท่ากับสภาวะอากาศด้านนอก เพื่อที่จะควบคุมความชื้นภายในพื้นที่ปรับอากาศให้ได้ตามที่ออกแบบไว้ เราต้องทำให้อัตราการระบายความชื้นออกจากพื้นที่เท่ากับอัตราการรับความชื้นเข้ามาในพื้นที่ ความชื้นนี้เกิดจากภายในและภายนอกพื้นที่ ความชื้นที่เกิดขึ้นในพื้นที่นั้นเอง เช่นร้านอาหาร จะมีความชื้นที่เกิดขึ้นในพื้นที่สูงกว่าพื้นที่ปรับอากาศทั่วๆไป โดยความชื้นภายในพื้นที่จะเกิดขึ้นมากหรือน้อยขึ้นกับลักษณะการใช้งานของพื้นที่นั้นๆ ส่วนแหล่งความชื้นภายนอกก็คืออากาศภายนอกที่เรานำมาหมุนเวียนภายในห้องปรับอากาศ ระบบปรับอากาศที่มีการนำอากาศระบายจากภายนอกเข้ามานี้ อากาศภายนอกจะถูกนำเข้ามาภายในพื้นที่ตลอดเวลา ขณะที่อุปกรณ์ในเครื่องปรับอากาศจะทำงานหรือไม่นั้นจะขึ้นอยู่กับ เทอร์โมสแตท (Thermostat) ซึ่งจะเป็นตัวกำหนดช่วงเวลาในการทำงานของเครื่องปรับอากาศ ในที่นี้เราต้องแยกระหว่างเครื่องปรับอากาศที่เปิดอยู่ แต่ขณะนั้นไม่ได้มีการปรับอากาศ (เนื่องจากอุณหภูมิภายในพื้นที่ปรับอากาศมีค่าตามที่เราได้ตั้ง Thermostat ไว้แล้ว) กับเครื่องปรับอากาศที่เปิดอยู่และมีการทำการปรับอากาศเพื่อให้อุณหภูมิพื้นที่มีค่าตามที่ต้องการ การทำงานของเครื่องปรับอากาศนั้น โดยปกติเครื่องปรับอากาศจะทำการปรับอุณหภูมิอากาศภายใน ห้องปรับอากาศให้ได้เท่ากับที่เราตั้งค่าไว้ที่ Thermostat หลังจากนั้นก็จะหยุดทำงาน ขณะที่พัดลมก็ยังคงหมุนต่อไป จนกว่าอุณหภูมิของอากาศภายในห้องจะสูงกลับขึ้นมาถึงอุณหภูมิค่าหนึ่ง เครื่องปรับอากาศจึงจะกลับมาทำงานอีกครั้ง เป็นเช่นนี้เป็นช่วงๆไป ขณะที่มีอากาศระบายจากภายนอกเข้ามาในห้อง ก็จะมีการสะสมภาระความร้อนแฝงที่เกิดจากความชื้น ซึ่งเครื่องปรับอากาศจะไม่สามารถขจัดภาระความร้อนแฝง (ที่เกิดเนื่องจากความชื้น) ออกไปจากพื้นที่ได้ทันกับการสะสมของปริมาณความชื้นภายในห้อง
การเลือกใช้อุปกรณ์ DX Coil (คอยล์ที่ใช้น้ำยาในการทำความเย็น) จึงต้องให้ความสำคัญ ผู้ออกแบบระบบปรับอากาศโดยทั่วไปจะทราบดีว่า การเลือกใช้คอยล์หรือเครื่องปรับอากาศที่มีขนาดใหญ่เกินไปกว่าภาระความร้อนที่แท้จริงเป็นสิ่งที่ต้องหลีกเลี่ยง โดยเฉพาะพื้นที่ที่มีความชื้นสูง การใช้เครื่องปรับอากาศขนาดใหญ่เกินความจำเป็นจะก่อให้เกิดปัญหาเรื่อง เชื้อราและตะไคร้ ตามมาเนื่องจาก ความชื้นสูงแต่ภาระความร้อนต่ำ
ที่อุณหภูมิภายนอกพื้นที่ปรับอากาศต่ำๆ จะส่งผลให้ช่วงเวลาทำงาน (Run Time) ที่ใช้ในการลดอุณหภูมิของอากาศในห้องปรับอากาศให้เท่ากับที่กำหนดไว้ก็สั้นลง ระบบ DX Coil จะใช้ควบคุม ความชื้นได้ดีที่สุด ในช่วงเวลาที่มีภาระความร้อนสัมผัสสูงสุด และจะควบคุมความชื้นได้ลดลงในช่วงเวลาที่ความร้อนสัมผัสต่ำลง
การเลือกใช้ DX Coil ที่เหมาะสมนั้น มีดังนี้
1.คำนวนภาระความร้อนสัมผัสและความร้อนแฝง ที่มีค่าสูงสุดและต่ำสุดในรอบปี เลือกสภาวะอากาศที่เป็นค่าเฉลี่ยและเป็นช่วงเวลาที่สถาวะอากาศภายนอกมีความชื้นสูงและอุณหภูมิต่ำที่มีโอกาสเกิดขึ้นในรอบปี เช่น 75 F (24 C) และ 90% RH เพื่อที่จะจำลอง สถานะการที่เกิดภาระความร้อนสัมผัสต่ำแต่ความชื้นสัมผัสสูง เพื่อใช้ในการทดสอบภาวะวิกฤติของ DX Coil โดยมีสมมติฐานที่ว่า ถ้าเครื่องปรับอากาศของเราทำงานที่อากาศภายนอกมีสภาวะอากาศที่มีอุณหภูมิต่ำ ความชื้นสูง เครื่องปรับอากาศของเราจะสามารถรับภาระความร้อนนี้ได้เพียงพอหรือไม่
2.ขั้นต่อไปก็คือการคำนวนหาความสามารถในการทำความเย็นของอุปกรณ์ DX Coil (ทั้งความร้อนสัมผัสและความร้อนแฝง) ของแบบจำลองที่สภาวะ Full Load และ Part Load เพื่อเป็นข้อมูลให้ผู้ผลิตเลือกอุปกรณ์ที่เหมาะสมสำหรับสภาวะภายในและภายนอกห้องปรับอากาศ
3.ขั้นสุดท้าย เปรียบเทียบความสามารถในการทำงานของกรณีต่างๆ และเลือกใช้เครื่องที่มีคะแนนสมรรถนะตั้งแต่ 5 ขึ้นไป คะแนนยิ่งสูงยิ่งดี
ตารางนี้เป็นส่วนบ่งชี้ประสิทธิภาพของอุปกรณ์ปรับอากาศโดยอาศัยความสัมพันธ์ของ Sensible และ Latent ซึ่งแสดงถึงความสามารถของอุปกรณ์ในเครื่องปรับอากาศในการรับภาระของความร้อนสัมพัทธ์และความร้อนแฝง ทั้งขณะใช้งานในช่วง Part Load และ Full Load ที่เรากล่าวถึงในที่นี้คือ ระบบทำความเย็นแบบที่ใช้ DX Coil ที่มีการใช้อากาศระบายจากภายนอก (Ventilation) ในสัดส่วนต่ำ แต่ถ้าเป็นระบบปรับอากาศที่ใช้อากาศระบายจากภายนอกเป็นสัดส่วนปริมาณมาก (มากกว่า 20% ของอากาศที่ส่งจากเครื่องปรับอากาศ) ซึ่งจะนำไปสู่ปัญหาความชื้นได้ง่าย เราควรจะเลือกใช้ระบบปรับอากาศแบบอื่นๆที่เหมาะสมกว่า หรือ จะเลือกใช้ระบบที่มีการปรับสภาวะอากาศระบายก่อน นำเข้าสู่พื้นที่ปรับอากาศ (Outside Air Preconditioning Systems) เมื่อใช้อุปกรณ์ปรับอากาศที่ใช้ DX Coil (ซึ่งเป็นระบบปรับอากาศที่นิยมแพร่หลายมาก) มีโอกาสสูญเสีย การควบคุมความชื้นภายในพื้นที่ ถ้าสภาวะอากาศภายนอกมีลักษณะเย็นและชื้น
บทความนี้ต้องการที่จะ นำเสนอวิธีคิดคำนวนเพื่อแสดงประสิทธิภาพในการควบคุมความชื้นของภาระความร้อนในขณะ part load และ full load ดังที่กล่าวมาแล้วว่า การที่จะควบคุมความชื้นที่เข้ามาภายในห้องให้ได้ตามที่กำหนดนั้น อัตราความชื้นที่เข้ามาภายในพื้นที่ รวมกับอัตราการเกิดความชื้นภายในพื้นที่ ต้องเท่ากับอัตราการระบายความชื้นออกจากพื้นที่ และช่วงเวลาในการทำงานของอุปกรณ์ในการปรับอากาศของเครื่องปรับอากาศ (percent of runtime) ก็เป็นปัจจัยสำคัญที่ใช้ในการคำนวน
โดยการคำนวณนี้จะพิจารณาสภาวะอากาศภายนอก มีอุณหภูมิกระเปาะแห้งเท่ากับหรือต่ำกว่าอุณหภูมิภายในพื้นที่ปรับอากาศ จะไม่มีภาระความร้อนสัมผัสจากภายนอกพื้นที่เข้ามาภายในพื้นที่
วิธีการคำนวณที่แสดงในตารางนี้ ใช้การคำนวณอย่างง่ายๆ สภาวะของอากาศภายนอกที่มี อุณหภูมิเท่ากับอุณหภูมิพื้นที่ปรับอากาศ ใช้ในกรณีคำนวณ Part Load (ภาระความร้อนบางส่วน) เนื่องจากสภาวะเช่นนี้ ไม่คิดภาระความร้อนสัมผัสจากภายนอกอาคารเข้ามาในพื้นที่ปรับอากาศ
ในทางปฏิบัติ ระบบปรับอากาศที่ใช้ DX Coil จะไม่สามารถควบคุม ปริมาณความชื้นได้ดีนักเนื่องจาก อากาศระบายที่เข้ามาภายในพื้นที่ปรับอากาศ ไม่ส่งผลให้ Thermostat สั่งให้เครื่องปรับอากาศทำงาน โดยระบบปรับอากาศที่พิจารณานี้มีเงื่อนไขว่า
1.ใช้ระบบ Thermostat ไม่มีอุปกรณ์ตรวจจับความชื้น และไม่มีระบบ Reheat (ซึ่งโดยปกติ เครื่องปรับอากาศในบ้านเราก็ไม่มี)
2.ช่วงที่ Compressor หยุดทำงาน พัดลมจะพาความชื้นจาก DX Coil เข้ามาสู่พื้นที่ปรับอากาศมากขึ้น (โดยจะสังเกตุได้จากการปิดสวิทซ์ ของเครื่องปรับอากาศในรถยนต์ ขณะที่ยังคงเปิดพัดลมต่อไปสักครู่ จะพบว่ามีไอน้ำจับตัวที่กระจกมองหลัง)
3.ถ้าระบบของเรามีความสมดุลทางความชื้น (ความชื้นเข้าและออกจากพื้นที่มีค่าเท่ากัน) ผลการคำนวณจะมีคะแนนเท่ากับ 5 ขึ้นไป (คะแนน ยิ่งมากแสดงว่า ควบคุมความชื้นได้ดีขึ้น) ทั้งสภาวะ Full Load และ Part Load