ความรู้พื้นฐานในงานเครื่องทำความเย็นและปรับอากาศ

1.1 ความหมายของการทําความเย็นและปรับอากาศ

การทำความเย็น คือ การทำให้อุณหภูมิของบริเวณโดยรอบหรือบริเวณควบคุมลดต่ำลงจนถึงระดับที่ต้องใช้ประโยชน์ เช่น การทำความเย็นในตู้เย็น ตู้แช่ ห้องเย็น โรงน้ำแข็ง เป็นต้น

การปรับอากาศ หมายถึง การปรับสภาวะของอากาศให้เหมาะสมกับสภาพต่างๆ ตามต้องการ รวมถึงการควบคุมอุณหภูมิและความชื้น การเคลื่อนที่ การคลื่อนไหวของอากาศ ตลอดจนการทำอากาศให้สะอาดบริสุทธิ์

คุณลักษณะข้างต้น เครื่องปรับอากาศเป็นอุปกรณ์ที่สามารถทำหน้าที่ดังกล่าวได้ เมื่อมีการปรับอากาศในห้อง ความร้อนในห้องจะถูกสารทำความเย็นรับไป ทำให้ห้องนั้นเย็นลงกว่าอุณหภูมิรอบ ๆ สารทำความเย็นเมื่อได้รับความร้อนจะมีพลังงานเพิ่มขึ้นและด้วยวิธีการที่เหมาะสมของปรับอากาศ พลังงานความร้อนที่นำออกจากห้อง สามารถระบายทิ้งไปกับอากาศภายนอกหรือนำระบายความร้อนได้ ลักษณะของเครื่องทำความเย็นทั่วไป แสดงดังรูปที่ 1.1

เครื่องปรับอากาศ	ตู้แช่เครื่องดื่ม
ตู้เย็น	ตู้แช่ขนม

รูปที่ 1.1 ลักษณะของเครื่องทำความเย็น [1-3]

1.2 ความร้อน (Heat)

ผลที่เกิดจากการเคลื่อนที่ของโมเลกุล ทิศทางและอัตราการไหลของความร้อนจะไหลจากอุณหภูมิสูงไปสู่อุณหภูมิต่ำ และไหลไปในทิศทางเดียวกันจนกระทั่งมีอุณหภูมิเท่ากันจึงหยุดการไหล ความรร้อนแบ่งออกเป็น 3 ชนิด ได้แก่

1.2.1 ความร้อนสัมผัส คือ ความร้อนจำนวนหนึ่งท่ให้กับสสารแล้วทำให้สสารนั้นมีอุณหภูมิเปลี่ยนไป อาทิเช่น น้ำในแก้วมีอุณหภูมิ 70 องศาเซลเซียส เมื่อให้ความร้อนแล้วทำให้น้ำในแก้วนั้นมีอุณหภูมิเพิ่มขึ้นเป็น 90 องศาเซลเซียส เพิ่มขึ้น 20%

1.2.2 ความร้อนจำเพาะ ความร้อนที่ทำให้สสารหนัก 1 ปอนด์ (Pound; Ib) ที่มีอุณหภูมิเพิ่มขึ้นหรือลดลง เช่น น้ำมีค่าความร้อนจำเพาะเท่ากับ 1 หมายถึง น้ำปริมาณ 1 ปอนด์ เมื่อให้ความร้อนแก่น้ำนั้นเพิ่มขึ้น 1 องศาฟาเรนไฮท์ เรียกว่าน้ำมีความร้อนจำเพาะเท่ากับ 1 ซึ่งสสารประเภทต่างๆ มีค่าความร้อนจำเพาะที่แตกต่างกัน ดังแสดงในตารางที่ 1.1

ตารางที่ 1.1 ค่าความร้อนจำเพาะของสสารประเภทต่างๆ 

ความร้อนจำเพาะของสสาร	ค่าความร้อนจำเพาะ
สารทำความเย็น R-12	0.213
สารทำความเย็น R-22	0.26
ไอน้ำ	0.48
น้ำแข็ง	0.504
กลีเซอร์รีน	0.576
แอลกอฮอล์	0.615
น้ำเกลือ	0.85
ทองแดง	0.095
น้ำ	1.0

1.13. ความร้อนแฝง คือ ความร้อนที่ทำให้สสารเลี่ยนสถานะไป โดยที่อุณหภูมิเท่าเดิมไม่ปเลี่ยนแปลง เช่น ต้องการทำให้น้ำเดือนกลายเป็นไอ หรือ ไอน้ำ กลั่นตัวเป็นของเหลวก็ต้องใช้ความร้อนแฝงของการกลายเป็นไอ ในการหาค่าความร้อนแฝงสามารถคำนวณได้ ดังนี้

Q = mL                     (1.1)

Q      คือ  ปริมาณความร้อน หน่วย BTU

m     คือ  น้ำหนักของสสารหรือมวล หน่วย ปอนด์

L      คือ  ค่าความร้อนแฝงจำเพาะ หน่วย BTU/ ปอนด์

หมายเหตุ: ค่าความร้อนแฝงของการหลอมเหลว (Lm) คือ  144 BTU/ ปอนด์

1.3 การถ่ายเทความร้อน (Heat Transfer)

  การถ่ายเทความร้อน คือ การเคลื่อนที่ของพลังงานเนื่องจากความแตกต่างของอุณหภูมิ สามารถเกิดการถ่ายเทความร้อนได้ก็ต่อเมื่อมีความแตกต่างของอุณหภูมิเท่านั้น แสดงดังรูปที่ 1.2 การถ่ายเทความร้อน มี 3 วิธี ได้แก่

1.3.1 การนำความร้อน (Conduction)

1.3.2 การพาความร้อน (Convention)

1.3.3.การแผ่รังสีความร้อน (Radiation)

รูปที่ 1.2 การถ่ายเทความร้อน (Heat Transfer) [4]

1.4 ปริมาณความร้อน

         คือ จำนวนความร้อนที่อยู่ในสสารนั้นๆ จะมีค่ามากหรือน้อยขึ้นอยู่กับตัวแปร 3 ประเภท ได้แก่ น้ำหนักของสสาร ความร้อนจำเพาะของสสาร และอุณหภูมิที่เปลี่ยนไป ซึ่งแสดงดังสมการต่อไปนี้

                                                Q = mst                 (1.2)

Q      คือ  ปริมาณความร้อนในสสาร (BTU)

m     คือ  น้ำหนักของสสารหรือมวล (Ib)

s      คือ  ความร้อนจำเพาะของสสาร

t       คือ  อุณหภูมิที่เปลี่ยนไป หน่วย องศาฟาเรนไฮท์ (F) 

อุณหภูมิ คือ ระดัความร้อนของสิ่งของหรือสารเป็นความเข้มข้นของความร้อนที่มีอยู่ในสสารนั้น  

1.5 อุณหภูมิ (Temperature)

          อุณหภูมิ คือ ระดัความร้อนของสิ่งของหรือสารเป็นความเข้มข้นของความร้อนที่มีอยู่ในสสารนั้น  

      โดยสามารถวัดอุณหภูมิ คือ การวัดสภาวะของสารนั้นว่ามีมากน้อยเพียงใด โดยใช้อุปกรณ์วัดหาระดับความร้อนที่เรียกว่า เทอร์โมมิเตอร์ (Thermometer) ซึ่งหน่วยสำหรับการอ่านค่าอุณหภูมิ เช่น องศาเซลเซียส องศาฟสเรนไฮท์ เคลวิน เป็นต้น สามารถแปลงค่าอุณหภูมิได้ดังตางรางที่ 1.2

ตารางที่ 1.2 การแปลงหน่วยอุณหภูมิ

แปลงจาก	ไปเป็น	สูตร
องศาฟาเรนไฮด์	องศาเซลเซียส	oC = oF - 32
องศาเซลเซียส	องศาฟาเรนไฮด์	oF = oC  + 32
เคลวิน	องศาเซลเซียส	oC = K – 273.15
องศาเซลเซียส	เคลวิน	K = oC + 273.15
เคลวิน	องศาฟาเรนไฮด์	K = (oF x 1.8) – 459.69
องศาฟาเรนไฮด์	เคลวิน	K = (oF + 459.69) ÷ 1.8

1.6 ตันของการทำความเย็น

     ตันของการทำความเย็น (Ton of Refrigeration) เป็นหน่วยที่ใช้ในการวัดความสามารถของการทำความเย็น บีทียู (British Thermal Unit ;BTU)

           โดยที่    1   ตันความเย็น = 12000 BTU

        ตัวอย่าง เครื่องปรับอากาศขนาด 12000 BTU หมายถึง เครื่องปรับอากาศนี้สามารถถ่ายเทความร้อนได้ชั่วโมงละ 12000 BTU อธิบายได้ว่า การทำละลายน้ำแข็ง 1 ตัน (2,000 ปอนด์) หมดภายในเวลา 24 ชั่วโมง

1.7 ความดัน (Pressure)

      ความดัน หมายถึง แรงที่กระทำตั้งฉากซึ่งทำโดยของแข็ง ของเหลว หรือแก๊ส ต่อหนึ่งหน่วยพื้นที่ของสารใด ๆ ความดันมี 3 ชนิด ได้แก่ ความกันที่เกิดจากของแข็ง ความดันที่เกิดจากของเหลว และความดันที่เกิดจากก๊าซ (ความดันอากาศ)

      ความดันของแข็ง คือ อัตราส่วนของแรงที่ใช้กระทำกับวัตถุต่อพื้นที่หน้าตัดขอองตัวกระทำ มีหน่วยเป็น นิวตันต่อตารางเมตร หรือ พาสคาล (Pa)

    ความดันอากาศ ความดันอากาศเรียกอีกอย่างว่า ความดันบรรยากาศ ความดันอากาศเป็นผลของอากาศที่กดลงมาตรงบริเวณที่ต้องการวัดความดันอากาศ ซึ่งสามารถเห็นเหตุการที่เป็นผลที่เกิดจาก   ความดันอากาศได้โดยทั่วไป เช่น การใช้หลอดดูดน้ำจากขวดหรือภาชนะใด น้ำในภาชนะจะถูกแรงกดอากาศกดลงจนทำให้สามารถใช้หลอดดูดน้ำได้ เป็นต้น การเกิดความดันอากาศทำให้สามารถนำไปประยุกต์ใช้ในชีวิตประจำวันได้ อาทิ ในเครื่องบด ระบบไฮโดรลิก

    ความดันของเหลว เป็นแรงดันหรือความดันของน้ำหนักของของเหลวกดทับลงบริเวณที่ต้องการวัด ความดันของของเหลวทุกชนิดจะออกแรงกระทำกับวัตถุในทุกทิศทาง ซึ่งแตกต่างจากความดันอากาศที่ทำให้ทิศทางเดียว เช่น ความดันของน้ำ หากวัดในบริเวณตื้นๆ ความดันน้ำจะมีค่าน้อยกว่าบริเวณที่มีความลึกลงไป ความดันน้ำจะกระทำในทุกทิศทางที่น้ำล้อมรอบตัว ซึ่งก่อให้เกิดแนวทางสำหรับการประยุกต์การผลิตชุดดำน้ำหรืออุปกรณ์ดำน้ำชนิดต่างๆ ที่ต้องคำนึงถึงความแข็งแรงเพื่อทนต่อแรงดันน้ำ

      

     จากข้อมูลที่ได้กล่าวมาแล้วข้างต้น เป็นข้อมูลที่จำเป็นสำหรับการศึกษาในงานเครื่องทำความเย็นและปรับอากาศ เนื่องจากเป็นความรู้พื้นฐานสำหรับการศึกษาในบทถัดไป

เอกสารอ้างอิง

[1] http://www.fixzy.net/category สืบค้นเมื่อวันที่ 16 มิถุนายน 2559

[2] http://siamcooling.com สืบค้นเมื่อวันที่ 16 มิถุนายน 2559

[3] http://www.thaibizcenter.com/subcat.asp?SubID=65 สืบค้นเมื่อวันที่ 16 มิถุนายน 2559

[4] http://www.pui108diy.com/wp/energy/p1110-correct_hot_wall_e2-0-understand_heat-conduction-convection-radiation สืบค้นเมื่อวันที่ 16 มิถุนายน 2559