เทคโนโลยีปั้มความร้อน... ผลิตน้ำร้อนด้วยต้นทุนต่ำและได้อากาศเย็น

ในอาคารบางประเภทเช่น โรงพยาบาล และโรงแรม จำเป็นต้องมีการผลิตน้ำร้อนเพื่อทำน้ำอุ่น และในการซักล้าง วิธีที่ใช้กันทั่วไปในอดีตก็คือ มีบอลเลอร์ผลิตไอน้ำ หรือหม้อต้มน้ำไฟฟ้า ปัจจุบันวิธีการที่มีประสิทธิภาพสูงสุด คือ ปั๊มความร้อน

ปั้มความร้อน (Heat Pump) มีลักษณะการทำงานคล้ายกับระบบปรับอากาศทั่วๆ ไป โดยอุปกรณ์หลักของปั้มความร้อนมีอยู่ด้วยกัน 4 ชิ้น คือ 1) เครื่องควบแน่น (Condenser) 2) วาล์วลดแรงดัน (Expansion Valve) 3) เครื่องระเหย (Evaporator) และ 4) เครื่องอัดไอ (Compressor)



ภาพแสดงวงจรการทำงานของระบบทำความเย็น (ภาพจาก Helmsway Co. Ltd.)





ภาพแสดงวงจรการทำงานของระบบทำความเย็น (ภาพจาก Helmsway Co. Ltd.)


การทำงานของปั้มความร้อนโดยหลักการก็เพียงสลับตำแหน่งด้านทำความเย็นกับระบบปรับอากาศ กล่าวคือ สำหรับระบบปรับอากาศ จะนำอากาศเย็นที่ได้จากเครื่องระเหยมาใช้งาน แต่สำหรับปั้มความร้อน จะนำอากาศร้อนจากเครื่องควบแน่นมาใช้งาน โดยสารทำงานในระบบก็คือสารทำความเย็นทั่วไป เช่น R-22 หรือ R-134a



วงจรการทำงานของปั้มความร้อน (ภาพจาก DAL Co. Ltd.)


ปั้มความร้อนช่วยให้ประหยัดได้อย่างไร ?

เนื่องจากปั้มความร้อนมีค่าประสิทธิภาพการทำงาน (COP; coefficient of performance) มากกว่า 3 แต่ระบบการทำความร้อนโดยวิธีอื่น เช่น ใช้การเผาไหม้น้ำมันหรือก๊าซธรรมาติ จะมีค่าประสิทธิภาพการทำงานอยู่ที่ประมาณ 0.75 – 0.95 ดังนั้น จึงเห็นได้ชัดเจนว่าการใช้ระบบปั้มความร้อนเพื่อผลิตความร้อนจะช่วยให้เกิดผลประหยัดได้สูงทีเดียว
ปั้มความร้อนเหมาะสำหรับงานใดบ้าง ?

ปั้มความร้อนสามารถใช้แทนหม้อต้มน้ำหรือหม้อไอน้ำที่ใช้เชื้อเพลิงหรือไฟฟ้าเพื่อผลิตน้ำร้อนที่อุณหภูมิประมาณ 50 – 60 °C สำหรับกระบวนการผลิต หรือทดแทนการใช้พลังงานจากเชื้อเพลิง ไอน้ำ หรือไฟฟ้า ในกระบวนการทำความร้อนหรือการอบแห้งผลิตภัณฑ์ที่มีอุณหภูมิไม่สูงนักประมาณไม่เกิน 60 °C ซึ่งเหมาะสมกับกระบวนการที่ควบคุมความชื้นอยู่ที่ 45% หรือมากกว่า ซึ่งผลิตภัณฑ์ที่มีความเหมาะสมกับการใช้วิธีการลดความชื้นโดยปั๊มความร้อน ได้แก่ วัตถุดิบทางการเกษตรและอาหาร เช่น ถั่ว ธัญพืช หญ้าแห้ง และอื่นๆ เช่น สิ่งทอ อาหารสำเร็จรูป ฯลฯ ทั้งนี้ระบบปั้มความร้อนยังสามารถนำมาประยุกต์ใช้กับกลุ่มธุรกิจหลายประเภท เช่น โรงแรม รีสอร์ท ฟิตเนส สปา ศูนย์สุขภาพ สโมสร กอล์ฟคลับ สปอร์ตคลับ โรงพยาบาล สถานฟื้นฟู คอนโดมิเนียม อาพาร์ทเมนท์ โรงเรียน ภัตตาคาร สระว่ายน้ำ ฯลฯ
ตัวอย่างการคิดคำนวณผลประหยัดจากการใช้ปั้มความร้อน

เพื่อเปรียบเทียบการใช้พลังงาน และค่าใช้จ่ายในการทำน้ำร้อนโดยปั้มความร้อนกับระบบทำน้ำร้อนอื่น จึงขอยกตัวอย่างการทำน้ำร้อนของโรงแรมขนาด 200 ห้อง ใช้นำร้อน 150 ลิตร/วัน/ห้อง อุณหภูมิน้ำดิบ 25 องศาเซลเซียส น้ำร้อน 55 องศาเซลเซียส ปริมาณน้ำร้อนทั้งหมด 30,000 ลิตร/วัน ต้องใช้พลังงานความร้อนในการทำน้ำร้อน 900,000 kcal/วัน คิดเป็น 1,046 kWh/วัน

1. กรณีใช้ปั๊มความร้อน

ค่าสัมประสิทธิ์เชิงสมรรถนะของปั๊มความร้อน (COP) เท่ากับ 3 ให้ปั๊มความร้อนทำงาน 10 ชั่วโมง/วัน
ปั๊มความร้อนที่ใช้มีขนาด = 1,046/(3 x 10) = 34.87 ~ 35 kW
ปริมาณพลังงานไฟฟ้าที่ใช้ = 350 kWh/วัน
เนื่องจากโรงแรมเป็นกิจการประเภทที่ 5 ค่าความต้องการไฟฟ้า 256 บาท/kW
ค่าไฟฟ้า 1.7 บาท/kWh จะได้
ค่าความต้องการไฟฟ้า = 35 x 256 x 12 บาท/ปี = 107,520 บาท/ปี
ค่าไฟฟ้า = 350 x 1.7 x 30 x12 บาท/ปี = 214,200 บาท/ปี
ค่าใช้จ่ายรวม = 321,720 บาท/ปี

2. กรณีใช้ขดลวดไฟฟ้า

ให้ขดลวดไฟฟ้ามีประสิทธิภาพ 100% ทำงาน 10 ชั่วโมง/วัน
ขดลวดไฟฟ้าที่ใช้มีขนาด = 1,046.25/10 = 104.625 ~ 105 kW
ปริมาณพลังงานไฟฟ้าที่ใช้ = 105 x 10 = 1,050 kWh/วัน
ค่าความต้องการไฟฟ้า = 105 x 256 x 12 บาท/ปี = 322,560 บาท/ปี
ค่าไฟฟ้า = 1,050 x 1.7 x 30 x 12 บาท/ปี = 642,600 บาท/ปี
ค่าใช้จ่ายรวม = 965,160 บาท/ปี

3. กรณีใช้บอยเลอร์ก๊าซแอลพีจี

ค่าความร้อนของก๊าซแอล พี จี 12,000 kcal/kg ให้บอยเลอร์มีประสิทธิภาพ 70% ราคาก๊าซแอล พี จี ประมาณ 15 บาท/kg
ปริมาณก๊าซแอล พี จี ที่ใช้ = 900,000/12,000 = 75 kg/วัน
ปริมาณก๊าซแอล พี จี ที่ใช้จริง = 75/70% = 107.14 ~ 107 kg/วัน
ค่าใช้จ่ายรวม = 107 x 15 x 30 x 12 = 577,800 บาท/ปี

4. กรณีใช้บอยเลอร์น้ำมันเตา

ค่าความร้อนของน้ำมันเตา 9,500 kcal/ลิตร ให้บอยเลอร์มีประสิทธิภาพ 70% ราคาน้ำมันเตาประมาณ 15 บาท/ลิตร
ปริมาณน้ำมันเตาที่ใช้ = 900,000/9,500 = 94.74 ลิตร/วัน
ปริมาณน้ำมันเตาที่ใช้จริง = 94.74/70% = 135.34 ~ 135 ลิตร/วัน
ค่าใช้จ่ายรวม = 135 x 15 x 30 x 12 บาท/ปี = 729,000 บาท/ปี

สรุปค่าใช้จ่ายในการทำน้ำร้อน
กรณีใช้ปั้มความร้อน 321,720 บาท/ปี
กรณีใช้ขดลวดไฟฟ้า 965,160 บาท/ปี
กรณีใช้บอยเลอร์ก๊าซแอล พี จี 577,800 บาท/ปี
กรณีใช้บอยเลอร์นำมันเตา 729,000 บาท/ปี

ดังนั้น เมื่อเปลี่ยนมาใช้ปั้มความร้อนสำหรับการทำน้ำร้อนในกรณีตัวอย่างนี้ จะสามารถประหยัดค่าใช้จ่ายได้ดังนี้
แทนขดลวดไฟฟ้า จะได้ผลประหยัดเป็นเงิน 643,440 บาท/ปี คิดเป็น 66%
แทนบอยเลอร์ก๊าซแอล พี จี จะได้ผลประหยัดเป็นเงิน 256,080 บาท/ปี คิดเป็น 44%
แทนบอยเลอร์น้ำมันเตา จะได้ผลประหยัดเป็นเงิน 407,280 บาท/ปี คิดเป็น 56%

source : http://www.beat2010.net/index.php/technology-for-energy-conservation-in-buildings/interesting-technology/15-heat-pump-technology-water-heater-with-low-cost-and-cool.html