สารบัญ
ฮีทปั๊ม (Heat Pump) คืออะไร
ฮีทปั๊ม หรือ Heat Pump มีชื่ออย่างเป็นทางการ คือ ปั๊มความร้อน เป็นเครื่องจักรสำหรับผลิตน้ำร้อน นิยมใช้ในโรงแรม โรงพยาบาล และ โรงงานอุตสาหกรรม ที่มีการใช้น้ำร้อน ช่วงอุณหภูมิไม่เกิน 70 องศาเซลเซียส โดยใช้วงจรสารทำความเย็นในการทำงาน และเปลี่ยนพลังงานจากสิ่งแวดล้อม สู่น้ำ ที่เราต้องการเพิ่มอุณหภูมิ โดยในบทความนี้ ทางผู้เขียน จะขออธิบายหลักการทำงานเบื้องต้นของวงจรสารทำความเย็นที่เรานำไปประยุกต์ใช้กับเครื่องฮีทปั๊มและ
เครื่องปรับอากาศ เพื่อให้ผู้อ่านเข้าใจพื้นฐานของวงจร และหน้าที่ของอุปกรณ์ สามารถวิเคราะห์ แยกแยะ เมื่อเกิดปัญหาในการใช้งาน โดยเฉพาะที่ใกล้ตัวเรามากที่สุดคือ เครื่องปรับอากาศที่ คนส่วนใหญ่ได้ใช้งานเกือบทุกวัน
ภาพแสดงการทำงานวงจรสารทำความเย็น ในวงจรสารทำความเย็นมีอุปกรณ์สำคัญ 4 อุปกรณ์หลัก คือ
- คอมเพลสเซอร์ (Compressor) ทำหน้าที่เพิ่มแรงดันสารทำความเย็น
- คอล์ยร้อน (Condenser) ทำหน้าที่ระบายความร้อนสารทำความเย็น
- คอล์ยเย็น (Evaporator) ทำหน้าที่ ระบายความเย็นสารทำความเย็น
- วาล์วลดแรงดัน (Expansion Valve) ทำหน้าที่ลดแรงดันสารทำความเย็น
หน้าที่ของ Heat Pump
หากเราสังเกต หน้าที่ของอุปกรณ์ แต่ละตัวนั้น จะพบ คู่อุปกรณ์ที่ทำหน้าที่ตรงข้ามกัน คือ คอมเพลสเซอร์-วาล์ว
ลดแรงดัน คอยเพิ่มและลดแรงดันให้สารทำความเย็น , คอยล์ร้อน – คอยล์เย็น ทำหน้าที่ ระบายความร้อนและความเย็น โดยตำแหน่งของอุปกรณจะสลับกัน เป็นไปตามภาพด้านบน เหตุผลที่เป็นเช่นนี้ เพราะ ผู้ประดิษฐ์ออกแบบให้มีการหมุนเวียนเป็นวงจร เพื่อให้ได้คุณสมบัติที่ต้องการในตำแหน่งที่ใช้งาน ทำงานเป็นวัฎจักร วนเวียน โดยเริ่มจาก เราจ่ายไฟให้คอมเพลสเซอร์ทำงาน ( Compressor มาจากคำว่า Compress แปลว่า การอัด เมื่ออัดตัวจึงเพิ่มแรงดัน )
เพิ่มแรงดันให้สารทำความเย็น ส่งผลให้อุณหภูมิและแรงดันสูงขึ้น จุดเดือด*จึงสูงขึ้นเช่นกัน
ขั้นตอนการทำงาน
จากนั้น สารทำความเย็นผ่าน คอยล์ร้อน (Condenser) แลกเปลี่ยนอุณหภูมิ ในเครื่องฮีทปั๊ม สารทำความเย็น
จะดึงความเย็นออกจากน้ำทำให้น้ำร้อนขึ้น ในเครื่องปรับอากาศ สารทำความเย็นจะดึงความเย็นจากอากาศ ทำให้อากาศร้อนขึ้น จากนั้นสารทำความเย็นกลั่นตัวเป็นของเหลว ( Condenser มาจากคำว่า Condense แปลว่า กลั่นตัว )
เมื่อสารทำความเย็นเป็นของเหลวทั้งหมด ผ่านวาล์วลดแรงดัน ทำหน้าที่ ลดแรงดันสารทำความเย็นอย่างรวดเร็ว
เมื่อความดันเปลี่ยนแปลง จุดเดือด*ก็เปลี่ยนแปลง ส่งผลให้ สารทำความเย็นต้องการระเหยตัวกลายเป็นไอ
เมื่อผ่านคอล์ยเย็น สารทำความเย็นดึงความร้อนจากอากาศ เพื่อระเหยกลายเป็นไอ ส่งผลให้อากาศเย็น เราจึงใช้ประโยชน์จากอุปกรณ์นี้ ทำให้อากาศภายในห้องอุณหภูมิต่ำลง ( Evaporator มาจากคำว่า Evaporate แปลว่า
การระเหย ) เมื่อสารทำความเย็นกลายเป็นไอ จะกลับไปที่ คอมเพลสเซอร์อีกครั้ง และเพิ่มแรงดัน หมุนเวียนเป็นวัฎจักร และเมื่อเราหยุดการจ่ายไฟให้คอมเพลสเซอร์ วงจรนี้ก็จะสิ้นสุดลง และเข้าสู่สภาวะสมดุลแรงดัน คือ ความดันภายในทั้งระบบจะเท่ากันทั้งหมด ขึ้นอยู่กับชนิดสารทำความเย็น
สรุป
ตามหลักการออกแบบวงจรสารทำความเย็นนั่นเป็นวงจรปิด ไม่มีการเพิ่ม/ลด ปริมาณสารทำความเย็น แต่ในทางปฎิบัติ สารทำความเย็นนั้น มีโอกาส รั่วซึม ตามท่อต่างๆได้ จึงต้องมีการตรวจสอบปริมาณของสารทำความเย็นอยู่อย่างสม่ำเสมอ โดยสังเกตได้จาก อุณหภูมิ และ แรงดันการทำงานของวงจร ในเครื่องจักรอุตสหกรรมอย่างเช่นฮีทปั๊ม จึงมีการติดตั้ง เกจแสดงแรงดันสารทำความเย็นบริเวณด้านคอล์ยร้อนและคอล์ยเย็น ด้านละตัว เพื่อสังเกตุลักษณะ
การทำงานของเครื่องจักร
สิ่งที่ควรรู้
*จุดเดือด ของสสารทุกชนิด จะเปลี่ยนแปลงไปตามความดันแวดล้อม เมื่อแรงดันสูง จุดเดือดจะสูงขึ้น และ เมื่อแรงดันต่ำลง จุดเดือดก็จะต่ำลง ยกตัวอย่างเช่น เมื่อต้มน้ำ บนยอดเขาที่มีแรงดันเบาบาง พบว่า น้ำเดือดที่อุณหภูมิต่ำกว่า 100 องศาเซลเซียส
