การทดสอบการสร้างเครื่องฮีทปั๊มจากเหล็กฉาก
การทดสอบการสร้างเครื่องฮีทปั๊มจากเหล็กฉาก
ตัวเครื่องฮีทปั๊มสร้างจากเหล็กฉากขนาด 30 x 30 x 3.0 มม. และ 25 x 25 x 3.0 มม. เชื่อมเข้าด้วยกัน Siam Green Engineer แล้วนำแผ่นโฟมท่อลมสำเร็จรูป PID ซึ่งมีคุณสมบัติเป็นฉนวนความร้อนตัดทำเป็นแผ่นผนังของเครื่อง และเมื่อนำมาประกอบเข้าด้วยกันจะมีลักษณะเป็นกล่องขนาด 750 x 1200 x 1230 มม. อุปกรณ์ทั้งหมดจะถูกติดตั้งเข้ากับฐานและโครงสร้างของเครื่อง จากนั้นจึงทำการเดินและเชื่อมท่อทองแดงเข้ากับอุปกรณ์ตามแบบ หลังจากการทดสอบรอยรั่วด้วยก๊าซไนโตรเจน (N2) ที่ความดัน 28 bar จนแน่ใจว่าระบบไม่มีการรั่วซึม จึงนำฉนวนยางดำ (EPDM Closed Cell Foam Insulation) มาหุ้มท่อทองแดงเพื่อป้องกันการสูญเสียความร้อนและการกลั่นตัวของน้ำในอากาศที่ผิวท่อ จากนั้นจึงทำให้ระบบเป็นสุญญากาศด้วยปั๊มสุญญากาศ(Vacuum Pump) ก่อนเติมสารทำความเย็น R410A น้ำหนัก 2 kg. เข้าสู่ระบบ แล้วเดินสายไฟ เชื่อมต่อกับคอมเพรสเซอร์ พัดลม วาล์วปรับแรงดัน และอุปกรณ์ตรวจวัดเข้าไปที่ตู้ควบคุม เครื่องฮีทปั๊มชนิดปรับความเร็วรอบ เครื่องฮีทปั๊มชนิดปรับความเร็วรอบ แบบไดอะแกรมการทดสอบเครื่องฮีทปั๊มภายในห้องแคลอรี่มิเตอร์ การทดสอบหาสมรรถนะของเครื่องฮีทปั๊มที่สร้าง ได้จัดทำขึ้นในห้องแคลอรี่มิเตอร์ ชั้น 3 ตึกโคลัมโบ ภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกล คณะวิศวกรรมศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย โดยการติดตั้งเครื่องฮีทปั๊มในฝั่งร้อนของห้องแคลอรี่มิเตอร์ และใช้คอยล์น้ำเย็น (Chilled Water Coil) ภายในห้องเป็นตัวจำลอง ในการจ่ายอากาศเย็นจากเครื่องส่งลมเย็นให้กับเครื่องฮีทปั๊ม
วิธีการปรับอัตราการไหลของน้ำ
วิธีการปรับอัตราการไหลของน้ำที่จ่ายให้กับคอยล์น้ำเย็นที่ตั้งอยู่ภายในห้อง ส่วนการปรับรอบการทำงานของคอมเพรสเซอร์นั้น ซ่อม ขายและติดตั้ง Heat Pump จะควบคุมรอบการทำงานผ่านทางคอมพิวเตอร์โดยใช้โปรแกรม ModbusReader 1.6.0 ด้วยการป้อนความเร็วรอบที่ต้องการลงบนโปรแกรม เพื่อสั่งการทำงานของคอมเพรสเซอร์ วัตถุประสงค์ของการทดสอบก็เพื่อหาสมรรถนะของเครื่องฮีทปั๊มที่สร้างขึ้น ในแต่ละความเร็วรอบ และที่สภาวะอากาศขาเข้าต่างๆ โดยสมรรถนะที่ต้องการประกอบไปด้วย ความสามารถในการอุ่นอากาศของเครื่องฮีทปั๊ม ความสามารถในการลดอุณหภูมิจุดน้ำค้างของอากาศขาเข้าเครื่องฮีทปั๊ม การใช้พลังงานไฟฟ้าของเครื่อง ค่าสัมประสิทธิ์สมรรถนะของเครื่องฮีทปั๊ม (COP) ผลประหยัดของเครื่องเมื่อเปรียบเทียบกับการใช้ขดลวดต้านทานไฟฟ้า การทดสอบจะแบ่งออกเป็น 3 ชุดการทดลอง โดยในแต่ละชุด สภาวะของอากาศขาเข้าจะถูกควบคุมค่าให้มีค่าคงที่ตลอดช่วงการทดสอบ ในแต่ละช่วงการทดสอบ ความเร็วรอบของคอมเพรสเซอร์จะถูกปรับเปลี่ยนในช่วงตั้งแต่ 20 ถึง 90 rps โดยทำการปรับเพิ่มครั้งละ 5 ถึง 10 rps ตามความเหมาะสม แล้วทำการบันทึกค่าดังต่อไปนี้ อุณหภูมิกระเปาะแห้งและความชื้นสัมพัทธ์ของอากาศที่จุด 1 2 และ 3 ความเร็วลม ความเร็วรอบของคอมเพรสเซอร์ กำลังไฟฟ้าที่คอมเพรสเซอร์ใช้ แรงดันของระบบฮีทปั๊มทางด้านร้อนและเย็น อุณหภูมิทางด้านจ่ายของคอมเพรสเซอร์ (Discharge Temperature) อุณหภูมิทางด้านดูดของคอมเพรสเซอร์ (Suction Temperature) อุณหภูมิยิ่งยวด (Superheat Temperature) เปอร์เซ็นต์การเปิดของวาล์วปรับแรงดันแบบอิเล็กทรอนิกส์
ผลการทดสอบความสามารถในการอุ่นอากาศ
ผลการทดสอบที่สำคัญสามารถนำมาแสดงผลเป็นเส้นกราฟสมรรถนะต่างๆ จำหน่ายโซล่าไฮบริดฮีตปั๊ม สำหรับสระว่ายน้ำ ได้ดังนี้คือ ความสามารถในการอุ่นอากาศ ภาพกราฟความสัมพันธ์ระหว่างอุณหภูมิอากาศและความเร็วรอบ แสดงอุณหภูมิอากาศที่จุด 3 (จุด SA) ซึ่งเป็นสภาวะของอากาศจ่ายที่เครื่องฮีทปั๊มทำได้ จากกราฟเห็นได้ว่าเครื่องฮีทปั๊มสามารถอุ่นอากาศได้ตามที่ต้องการคือในช่วงอุณหภูมิ 16 ถึง 22°C ที่สภาวะ Part Load ของเครื่องฮีทปั๊ม ความเร็วรอบ 20 rps สามารถทำอุณหภูมิได้เท่ากับ 16.0°C และที่สภาวะ Full Load ความเร็วรอบ 60 rps สามารถทำอุณหภูมิได้เท่ากับ 22.4°C ของการทดสอบและสามารถทำอุณหภูมิได้สูงกว่าโดยไม่เกิดปัญหา กราฟความสัมพันธ์ผลต่างอุณหภูมิจุดน้ำค้างที่ลดลงและความเร็วรอบ ที่ลดลงและความเร็วรอบ จากภาพ กราฟความสัมพันธ์ผลต่างอุณหภูมิจุดน้ำค้างที่ลดลงและความเร็วรอบ แสดงผลต่างอุณหภูมิจุดน้ำค้างที่เครื่องฮีทปั๊มสามารถลดอุณหภูมิลงได้ จากกราฟจะเห็นได้ว่าที่สภาวะ Part Load ของเครื่องฮีทปั๊ม ความเร็วรอบ 20 rps สามารถลดอุณหภูมิจุดน้ำค้างได้เท่ากับ 0.1°C และที่สภาวะ Full Load ความเร็วรอบ 60 rps สามารถลดอุณหภูมิจุดน้ำค้างได้เท่ากับ 4.6°C ของการทดสอบ
การใช้พลังงานไฟฟ้าและค่าสัมประสิทธิ์สมรรถนะ (COP)
ความสัมพันธ์ระหว่างการใช้พลังงานไฟฟ้าของคอมเพรสเซอร์และความเร็วรอบ แสดงการใช้พลังงานไฟฟ้าของคอมเพรสเซอร์ที่ความเร็วรอบต่างๆ จำหน่ายโซล่าไฮบริดฮีตปั๊ม จากภาพกราฟจะเห็นได้ว่าการใช้พลังงานไฟฟ้าจะมีแนวโน้มที่สูงขึ้นเมื่อเพิ่มความเร็วรอบ กราฟความสัมพันธ์ระหว่างค่าสัมประสิทธิ์สมรรถนะและความเร็วรอบ แสดงค่า COP ในความเร็วรอบต่างๆ จากภาพกราฟจะเห็นได้ว่าแนวโน้มของค่า COP จะลดต่ำลงเมื่อเพิ่มความเร็วรอบให้กับคอมเพรสเซอร์ โดยค่า COP สามารถคำนวณได้จากสมการ สืบเนื่องจากในช่วงการทำงานจริงของระบบนั้น โดยส่วนมากจะทำงานในช่วงของ Part Load ดังนั้นสำหรับการวิเคราะห์ในเรื่องการใช้พลังงานจะพิจารณาจากค่า IPLV (Integrated Part Load Value) หรือ NPLV (Non-standard Part Load Value) ซึ่งเป็นการคำนวณโดยให้อัตราส่วนน้ำหนักเป็น % ของการทำงานในช่วง Part Load งานวิจัยนี้คือการออกแบบและสร้างเครื่องฮีทปั๊มชนิดปรับความเร็วรอบ พร้อมทดสอบสมรรถนะ จากการทดสอบสมรรถนะที่ความเร็วรอบตั้งแต่ 20 – 90 rps โดยเครื่องมีปริมาณลมจ่ายเท่ากับ 698 cfm นอกจากข้อมูลที่ได้ข้างต้นแล้ว จากการออกแบบสร้างและทดสอบสมรรถนะเครื่องฮีทปั๊ม ทำให้ทางคณะผู้วิจัยทราบถึงข้อดีและข้อเสียของเครื่องชนิดนี้ โดยมีข้อดีคือสามารถควบคุมปริมาณความร้อนสำหรับการอุ่นอากาศได้อย่างแม่นยำและมีผลประหยัดทางด้านพลังงานกว่าร้อยละ 80 เมื่อเปรียบเทียบกับการใช้ขดลวดต้านทานไฟฟ้า ส่วนข้อเสียนั้นคือการต้องใช้ชุดควบคุมแบบ BLDC Motor Drive ที่มีความซับซ้อนและมีต้นทุนในการผลิตที่สูง
