การนำความร้อนเหลือทิ้งในระบบทำความเย็นกลับมาใช้ (Heat recovery)

การนำความร้อนเหลือทิ้งในระบบทำความเย็นกลับมาใช้ (Heat recovery)

การนำความร้อนเหลือทิ้งในระบบทำความเย็นกลับมาใช้ใหม่ (Heat recovery) เป็นกระบวนการที่ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงานโดยการนำความร้อนที่เกิดขึ้นในกระบวนการทำความเย็นกลับมาใช้ประโยชน์ เช่น การใช้ความร้อนที่ถูกปล่อยออกมาจากคอมเพรสเซอร์หรือคอนเดนเซอร์เพื่อใช้ในกระบวนการผลิตในอุตสาหกรรม หรือในการผลิตน้ำร้อนในโรงแรมหรือโรงพยาบาลเป็นต้น

การนำความร้อนกลับมาใช้ใหม่

1.การใช้ความร้อนที่มาจากคอมเพรสเซอร์: ความร้อนที่เกิดจากการทำงานของคอมเพรสเซอร์สามารถนำไปใช้ในการให้ความร้อนกับระบบการผลิตน้ำร้อน ซึ่งความร้อนดังกล่าวมาจากความร้อนที่ฝาสูบของคอมเพรสเซอร์จากกระบวนการอัดไอภายใน

2. การใช้ความร้อนที่มาจากคอนเดนเซอร์: คอนเดนเซอร์จะระบายความร้อนออกมาซึ่งสามารถนำไปใช้ในการทำความร้อนในโรงพยาบาล โรงแรม หรือในการกระบวนการผลิตต่าง ๆในอุตสาหกรรม

ประโยชน์ของการนำความร้อนกลับมาใช้ใหม่

1. ช่วยประหยัดพลังงาน เป็นการช่วยลดการใช้พลังงานจากแหล่งอื่น ๆ
2. ช่วยลดค่าใช้จ่าย ทำให้ค่าใช้จ่ายในการทำความเย็นและทำความร้อนลดลงในกระบวนการผลิตลดลง
3. ช่วยลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม เป็นการลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกและการใช้พลังงานฟอสซิลซึ่งเป็นปัญหาที่ทำให้โลกร้อนขึ้นในปัจจุบัน

การประยุกต์ใช้

1. ในอุตสาหกรรมอาหารและเครื่องดื่ม
2. ในระบบปรับอากาศในอาคาร
3. ในการทำความร้อนในโรงแรม โรงพยาบาล
4. ในกระบวนการผลิตต่าง ๆ เช่น การผลิตไฟฟ้า โรงงานผลิตชิ้นส่วนยานยนต์ เป็นต้น

การนำความร้อนกลับมาใช้ใหม่จึงเป็นแนวทางที่สำคัญในการพัฒนาเทคโนโลยีที่ยั่งยืนและเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมในอนาคต ในการทำงานในระบบทำความเย็นโดยทั่วๆไปจะมีความร้อนปล่อยทิ้งที่อุณหภูมิสูงกว่าอุณหภูมิบรรยากาศโดยรอบ ความร้อนที่ปล่อยทิ้งเหล่านี้จะมีปริมาณเท่ากับปริมาณความร้อนจากภาระโหลดการทำความเย็นรวมกับพลังงานที่ป้อนให้กับคอมเพรสเซอร์ โดยความร้อนที่ปล่อยทิ้งสามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้เป็นความร้อนจากไอสารทำความเย็นที่ออกจากคอมเพรสเซอร์ซึ่งอาจจะสูงถึง 120 องศาเซลเซียส สำหรับอุณหภูมิการควบแน่นของสารทำความเย็น หรือที่เรียกว่า อุณหภูมิคอนเดนเซอร์ ซึ่งตามปกติอุณหภูมิคอนเดนเซอร์จะสูงกว่าอุณหภูมิของสารหล่อเย็นเช่น น้ำหรืออากาศ 10 ถึง 15 องศาเซลเซียส และน้ำมันหล่อลื่นที่ใช้ในคอมเพรสเซอร์จะมีค่าอุณหภูมิอยู่ระหว่าง 60 ถึง 80 องศาเซลเซียส

การพิจารณาเลือกใช้ระบบการนำความร้อนในระบบทำความเย็นกลับมาใช้ใหม่ (Heat recovery) จำเป็นต้องวิเคราะห์อย่างละเอียดถึงผลกระทบของการนำความร้อนกลับมาใช้ใหม่ที่มีต่อประสิทธิภาพของระบบทำความเย็น ในการทำความเย็นการนำความร้อนกลับมาใช้ใหม่ควรจะได้รับการพิจารณาตั้งแต่ขั้นตอนของการออกแบบเพื่อให้ความมั่นใจว่าไม่มีผลกระทบต่อสมรรถนะโดยรวมของระบบมากนัก

ตัวลดความร้อนยวดยิ่ง (Desuperheat)

การนำความร้อนกลับมาใช้ใหม่จากตัวลดความร้อนยวดยิ่ง (Desuperheater) โดยใช้ความร้อนของไอสารทำความเย็นที่ผ่านการอัดตัวจากกระบอกสูบส่งออกจากคอมเพรสเซอร์ โดยปกติแล้วอุณหภูมิไอสารทำความเย็นทางออกของคอมเพรสเซอร์จะมีอุณหภูมิค่อนข้างสูง โดยขึ้นอยู่กับสภาวะการทำงานของระบบ ยิ่งอุณหภูมิท่อทางดูดมีอุณหภูมิและความดันต่ำเท่าไหร่ โอกาสที่อุณหภูมิของไอสารทำความเย็นด้านทางออกจากคอมเพรสเซอร์จะมีอุณหภูมิสูงมากขึ้น ดังแสดงในไดอะแกรมแสดงสถานะต่างๆ ในรูปที่ 1

 

รูปที่ 1 ไดอะแกรมแสดงสถานะต่างๆในระบบทำความเย็น

ตัวลดความร้อนยวดยิ่งควรจะวางไว้เหนือคอนเดนเซอร์เสมอเพื่อว่าเมื่อไอเกิดการควบแน่นของเหลวจะสามารถไหลระบายออกมาได้อย่างปลอดภัย ตามรูปที่ 2 อุปกรณ์ Desuperheater จะทำหน้าที่ระบายความร้อนให้แก่สารทำความเย็นเฉพาะในช่วงที่มีสถานะเป็น Superheat ให้กลายเป็นสถานะ Saturated ก่อนที่สารทำความเย็นจะถูกส่งไปยังคอนเดนเซอร์เพื่อ ควบแน่นกลายเป็นสถานะของเหลว โดยสารทำความเย็นที่เข้าสู่ Desuperheater ซึ่งมีสถานะเป็น Superheat จะมีอุณหภูมิสูง

รูปที่ 2 แสดงผังวงจรระบบทำความเย็นที่ติดตั้งอุปกรณ์ตัวลดความร้อนยวดยิ่ง (Desuperheater)

 

การนำความร้อนจากคอนเดนเซอร์กลับมาใช้ใหม่ (Heat recovery from a condenser)

ในระบบทำความเย็นที่ได้รับการออกแบบอย่างดีอุณหภูมิของคอนเดนเซอร์ควรมีค่าต่ำที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ ความร้อนใดๆจากคอนเดนเซอร์ที่นำกลับมาใช้จึงมีอุณหภูมิต่ำตามไปด้วย ซึ่งสามารถนำไปใช้ประโยชน์ทางความร้อนได้ค่อนข้างน้อย ยกตัวอย่างเช่น  ถ้าระบบทำความเย็นปกติที่ระบายความร้อนด้วยน้ำถูกออกแบบอุณหภูมิคอนเดนเซอร์ไว้ 40 องศาเซลเซียส น้ำที่ใช้สำหรับระบายความร้อนจะมีอุณหภูมิต่ำกว่า 40 องศาเซลเซียส แต่ถ้าหากต้องการทำน้ำดังกล่าวให้มีอุณหภูมิร้อนถึง 40 องศาเซลเซียสหรือมากกว่านั้น อุณหภูมิของคอนเดนเซอร์จำเป็นจะต้องสูงกว่า 40 องศาเซลเซียส ซึ่งจะส่งผลให้ค่าการทำความเย็นในระบบลดลง และประสิทธิภาพการทำความเย็นลดต่ำลงตามไปด้วย ดังนั้นการเลือกออกแบบระบบดังกล่าวจึงจำเป็นต้องพิจารณาให้ดีถึงการลงทุนว่าจะคุ้มค่าหรือไม่

การนำความร้อนจากน้ำมันหล่อลื่นคอมเพรสเซอร์กลับมาใช้ใหม่ (Heat recovery from compressor oil)

คอมเพรสเซอร์ในระบบทำความเย็นไม่ว่าจะเป็นชนิดสกรู (screw compressors) ลูกสูบ (Piston Compressor) หรือชนิดอื่นใดๆก็ตาม จำเป็นต้องอาศัยน้ำมันเป็นสารหล่อลื่นชิ้นส่วนภายใน และขณะเดียวกันน้ำมันดังกล่าวก็ดูดซับความร้อนจากการอัดไอ

ตามปกติแล้วน้ำมันหล่อลื่นคอมเพรสเซอร์จะมีอุณหภูมิประมาณ 60-80 องศาเซลเซียส ขึ้นอยู่กับชนิดของสารทำความเย็น จุดทำงานของระบบ และชนิดของคอมเพรสเซอร์ เนื่องจากอุณหภูมิของไอสารทำความเย็นที่ทางออกจากคอมเพรสเซอร์จะมีอุณหภูมิสูงประมาณ 70-100 องศาเซลเซียส หรืออาจจะสูงกว่านั้น ความร้อนดังกล่าวบางส่วนจะถูกน้ำมันหล่อลื่นดูดซับเอาไว้  ซึ่งสามารถนำความร้อนดังกล่าวกลับมาใช้ทำน้ำร้อนได้