สูตรคำนวณอัตราการแปลงความร้อนของเครื่องอัดอากาศ

ความหมายพื้นฐานของอัตราการแปลงพลังงานความร้อนของเครื่องอัดอากาศ

ในระหว่างการดำเนินงานของเครื่องอัดอากาศ พลังงานไฟฟ้าที่ถูกป้อนเข้าไปจะถูกเปลี่ยนรูปเป็นความร้อนผ่านกระบวนการต่าง ๆ ได้แก่ การบีบอัด การเสียดสี การระบายความร้อนผ่านระบบหล่อลื่น และระบบทำความเย็น เป็นต้น เมื่อพิจารณาอัตราการแปลงพลังงานเป็นความร้อน โดยทั่วไปมักให้ความสำคัญกับอัตราส่วนระหว่างปริมาณความร้อนที่สามารถนำกลับมาใช้ได้กับพลังงานที่ป้อนเข้าไป ตัวชี้วัดดังกล่าวสามารถนำไปใช้ประเมินประสิทธิภาพในการประหยัดพลังงาน เช่น การ回收พลังงานความร้อนเหลือทิ้ง การลดอุณหภูมิในห้องเครื่อง หรือการผลิตน้ำร้อน เป็นต้น

สูตรคำนวณทั่วไป

อัตราการแปลงความร้อน = ความร้อนที่สามารถ回收ได้ ÷ พลังงานที่ป้อนเข้า × 100%

หากคำนวณตามช่วงเวลา ปริมาณพลังงานที่ป้อนเข้าสามารถใช้ค่าการใช้ไฟฟ้าของเครื่องอัดอากาศในช่วงเวลาดังกล่าว ส่วนความร้อนที่สามารถ回收ได้ คือปริมาณความร้อนที่ถูกพาออกไปโดยสื่อทำความเย็นและสามารถนำไปใช้ประโยชน์ได้ โดยสูตรสามารถเขียนได้ดังนี้:

• อัตราการแปลงความร้อน η = Qrecover ÷ Ein × 100%
• Ein = P × t โดยที่ P คือกำลังไฟฟ้าเข้า และ t คือระยะเวลาการทำงาน
• Qrecover จำเป็นต้องคำนวณแยกกันโดยใช้ลมร้อน น้ำร้อน หรือวิธีถ่ายเทความร้อนอื่นๆ

ในการคำนวณ ควรรักษาหน่วยให้สอดคล้องกัน เช่น แปลงทั้งหมดเป็นจูลหรือกิโลวัตต์ชั่วโมง

การคำนวณในสถานการณ์การนำความร้อนเหลือทิ้งกลับมาใช้ใหม่

เมื่อนำความร้อนเหลือทิ้งจากเครื่องอัดอากาศไปใช้ในการทำน้ำร้อน สามารถคำนวณปริมาณความร้อนที่เก็บกลับมาได้โดยอาศัยอัตราการไหลของมวลน้ำ ความจุความร้อนจำเพาะ และ差ระหว่างอุณหภูมิน้ำเข้าและน้ำออก:

Qน้ำ = m × c × ΔT

• m: มวลของน้ำที่ถูกทำให้ร้อน หรืออัตราการไหลของมวลต่อหน่วยเวลา
• c: ความจุความร้อนจำเพาะของน้ำ ควรใช้ค่าที่กำหนดตามคุณสมบัติทางกายภาพที่นิยมใช้ในงานวิศวกรรม
• ΔT: ค่าความแตกต่างระหว่างอุณหภูมิน้ำออกกับอุณหภูมิน้ำเข้า

หากคำนวณกำลังความร้อนต่อหน่วยเวลา สามารถแทนที่มวลด้วยอัตราการไหลของมวล เพื่อให้ได้ปริมาณความร้อนที่ถูก回收ต่อหน่วยเวลา

การคำนวณสำหรับสถานการณ์การนำความร้อนกลับมาใช้

เมื่อวัตถุที่นำกลับมาใช้เป็นลมร้อนระบายความร้อน สามารถประเมินได้โดยใช้อัตราการไหลของอากาศ ความหนาแน่นของอากาศ ความจุความร้อนจำเพาะภายใต้ความดันคงที่ และ差อุณหภูมิ:

Qair = ρ × L × cp × ΔT

• ρ: ความหนาแน่นของอากาศ ซึ่งขึ้นอยู่กับอุณหภูมิและความดัน
• L: อัตราการไหลเชิงปริมาตร
• cp: ความจุความร้อนจำเพาะที่ความดันคงที่ของอากาศ
• ΔT: ค่าความแตกต่างระหว่างอุณหภูมิลมระบายออกกับอุณหภูมิลมเข้า

การนำความร้อนกลับมาใช้ประโยชน์มักถูกนำมาใช้ในการระบายอากาศของห้องเครื่อง ระบบทำความร้อนในฤดูหนาว หรือการให้ความร้อนล่วงหน้าในกระบวนการผลิต โดยปริมาณความร้อนที่สามารถนำไปใช้ได้จริงนั้นจะได้รับผลกระทบจากความต้านทานของทางเดินลม การสูญเสียจากการผสม และประสิทธิภาพของการแลกเปลี่ยนความร้อน

วิธีการกำหนดพลังงานเข้า

พลังงานที่ป้อนเข้าควรยึดตามข้อมูลที่วัดได้จริง โดยวิธีการที่พบบ่อย ได้แก่ การอ่านค่าจากมิเตอร์วัดพลังงานไฟฟ้า เครื่องมือวัดกำลังไฟฟ้า หรือบันทึกการใช้พลังงานในระบบควบคุม หากต้องการประเมินเชิงทฤษฎีเพียงอย่างเดียว อาจพิจารณาจากกำลังไฟฟ้าที่ระบุบนป้ายกำกับของอุปกรณ์และสภาพโหลด แต่ควรหลีกเลี่ยงการใช้กำลังไฟฟ้าขณะโหลดเต็มที่มาแทนการใช้พลังงานจริงโดยตรง มิฉะนั้นอาจทำให้ผลลัพธ์คลาดเคลื่อนได้

ปัจจัยหลักที่มีผลต่ออัตราการเปลี่ยนแปลงความร้อน

• ประเภทของเครื่องอัดอากาศ อัตราการโหลด และสภาวะการทำงาน
• วิธีการระบายความร้อน เช่น การระบายความร้อนด้วยลม การระบายความร้อนด้วยน้ำมัน หรือการระบายความร้อนด้วยน้ำ
• ตำแหน่งการติดตั้งของอุปกรณ์รีไซเคิลความร้อนและเส้นทางการถ่ายเทความร้อน
• การหุ้มฉนวนท่อ การไหลของของไหล และความเสถียรของความแตกต่างอุณหภูมิ
• ความร้อนสามารถใช้งานได้อย่างต่อเนื่องหรือไม่ และปลายทางการใช้ความร้อนเหมาะสมกันหรือไม่

คำแนะนำการใช้งาน

ในการคำนวณการประหยัดพลังงาน ขอแนะนำให้แยกวิเคราะห์อัตราการแปลงความร้อนออกเป็นส่วนประกอบ ได้แก่ สัดส่วนการผลิตความร้อนตามทฤษฎี สัดส่วนที่สามารถ回收ได้ และสัดส่วนที่นำไปใช้จริง หากใช้สำหรับการตรวจรับโครงการหรือการประเมินการปรับปรุงประสิทธิภาพการใช้พลังงาน ควรบันทึกข้อมูลภาคสนาม เช่น เวลาการทำงาน ปริมาณการใช้ไฟฟ้า อัตราการไหล และอุณหภูมิขาเข้า–ขาออก พร้อมทั้งเก็บรักษากระบวนการคำนวณไว้เพื่อการตรวจสอบย้อนกลับ