ใบพัดประหยัดพลังงานมีจริงไหม? ทำไมค่าไฟยังสูงอยู่?

ที่ผ่านมาเรามีเขียนไปหลายบทความมากเลยครับ ไม่ว่าจะเป็นเรื่องคูลลิ่งทาวเวอร์ เรื่อง Fill pack หรือเรื่อง Gear box บทความของเราได้รับการตอบรับเชิงบวกมากมาย หลายๆท่านส่งข้อความเข้ามาพูดคุยกับเราบางท่านก็ส่งคำถามเข้ามา มีประเด็นที่น่าสนใจมากมายเลยครับ เป็นเรื่องน่าตื่นเต้นมากที่ได้รับคำถามที่จุดประกายจากความอยากเรียนรู้สิ่งใหม่ๆของท่านผู้อ่าน บางคำถามกระตุ้นให้เกิดการศึกษาต่อเพื่อเจาะลึกลงไปในประเด็นดังกล่าวเพื่อให้ได้คำตอบที่ลึกซึ้งและละเอียดมากขึ้น

ใบพัดคูลลิ่งทาวเวอร์ ถูกเรียกด้วยหลายๆชื่อไม่ว่าจะเป็น ใบพัดลมเฉยๆ, ใบพัดลมคูลลิ่ง, Cooling Tower Fan, Cooling Tower Fan Blade โดยอุปกรณ์ชนิดนี้ถูกมองว่าเป็นอุปกรณ์ที่กินไฟมากที่สุดในคูลลิ่งทาวเวอร์ ไม่แปลกเลยที่ในปัจจุบันหลายๆผู้ผลิตและผู้ให้บริการคูลลิ่งทาวเวอร์ ถึงมีการมุ่งมั่นพัฒนาและมีการนำเอาสิ่งที่เรียกว่าใบพัดประหยัดพลังงาน ออกมานำเสนอกันมากมาย

การนำเอาสิ่งที่เรียกว่าใบพัดประหยัดพลังงาน ออกมานำเสนอกันมากมาย มีใบพัดประหยัดพลังงาน (Energy saving fan) ออกมาวางขายแล้ว แต่ทำไมค่าไฟของท่านผู้ประกอบการหลายๆโรงงานที่ใช้คูลลิ่งทาวเวอร์ยังอยู่ในเรทที่สูงอยู่ จึงนำมาสู่ประเด็นน่าสนใจที่เราจะมาพูดคุยกันในวันนี้ครับ ว่า ใบพัดประหยัดพลังงานมีจริงไหม

บทความในวันนี้อาจจะมีรายละเอียดทางเทคนิคเยอะนิดนึงนะครับ แต่ผมจะพยายามอธิบายให้ผู้อ่านทุกท่านเข้าใจง่ายที่สุดครับ

ก่อนจะเข้าเรื่อง เราขออนุญาตแนะนำตัวสักนิดนะครับ สำหรับท่านที่ยังไม่รู้จักเรา

เรา, อินโนเว็ค เอเซีย เป็นผู้ผลิตคูลลิ่งทาวเวอร์ที่ประสบความสำเร็จมากที่สุดในประเทศไทย ได้มาตรฐานระดับโลก ทีมงานของเรามีประสบการณ์และความเชี่ยวชาญด้านสินค้าและบริการมามากกว่า 15 ปี เราให้บริการที่ครบวงจรตั้งแต่การออกแบบไปจนถึงการติดตั้ง รวมถึงการตรวจสอบและการซ่อมบำรุงรักษาคูลลิ่งทาวเวอร์ การันตีด้วยผลงานของเรามีทั้งในประเทศและต่างประเทศ

เรารู้จักกันแล้วนะครับ กลับเข้าเรื่องกันต่อดีกว่า

เรื่องที่เราจะพูดถึงในวันนี้หลักๆแล้วจะเกี่ยวข้องกับ แอโรไดนามิก (Aerodynamics) หรือ หลักของอากาศพลศาสตร์ สำหรับผู้อ่านบางท่านที่ไม่คุ้นเคยกับคำๆนี้ มันคือทฤษฎีที่เกี่ยวข้องกับการวิเคราะห์ปฏิสัมพันธ์ระหว่างอากาศกับวัตถุที่กำลังเคลื่อนที่ เพื่อทำความเข้าใจว่าวัตถุเคลื่อนที่ผ่านอากาศได้อย่างไร ความเข้าใจเชิงลึกในด้านนี้สามารถนำไปประยุกต์ใช้ได้อย่างหลากหลายในเกือบทุกอุตสาหกรรมตั้งแต่การบินไปจนถึงการกีฬา โดยเริ่มแรกเลยนะครับ วิศวกรได้นำหลักการนี้มาใช้ในการออกแบบเกี่ยวกับเรื่องอากาศยานและเครื่องบินเพื่อทำให้เครื่องบินลอยได้อย่างปลอดภัย และต่อมาได้ถูกนำมาพัฒนาต่อในอุตสาหกรรมยานยนต์และอุตสาหกรรมอื่นๆตามมาครับ โดยในอุตสาหกรรมคูลลิ่งทาวเวอร์นั้น ได้นำหลักการนี้มาใช้กับการออกแบบการทำงานของใบพัดลมคูลลิ่ง (Cooling tower fan) ด้วยครับ

ภาพด้านบนเป็นภาพของใบพัดที่นำเข้าโปรแกรม CFD (Computerized fluid dynamic) โปรแกรมที่ใช้ในการทดสอบของไหล โดยวงรีสีเขียวเข้มกลางภาพคือใบพัด และลูกศรเล็กๆในภาพแสดงทิศทางของลม ภาพที่ 1 และ 2 คือการนำเอาใบพัดที่มีลักษณะแตกต่างกัน 2 แบบมาเข้าโปรแกรมเพื่อดูว่าการไหลของลมเป็นอย่างไรเมื่อลมเคลื่อนที่ปะทะใบพัดแต่ละแบบ

ให้สังเกตที่ปลายหางของใบพัดทั้งสองภาพ ในภาพที่ 1 จะเห็นว่าลูกศรบริเวณปลายใบพัดมีลักษณะโค้งเยอะมากๆ หมายความว่าใบพัดมี Turbulence (ลมไหลวน) เยอะ ในขณะเดียวกันใบพัดในภาพที่ 2 จะเห็นได้ว่ามี Turbulence เหมือนกันแต่เกิดน้อยกว่ามาก

ยิ่งมี Turbulence มาก จะยิ่งมีผลต่อการสิ้นเปลืองพลังงานครับ ในกรณีศึกษานี้ ใบพัดในภาพที่ 1 กินไฟมากกว่าใบพัดในภาพที่ 2 ครับ

ใบพัดรุ่นเก่า เมื่อหลายสิบปีที่ผ่านมา เรียกได้ว่า ใบพัดคูลลิ่งกินไฟ เลยก็ว่าได้ เนื่องจากรูปร่างของใบพัดส่งผลให้เกิด Turbulence หรือลมไหลวนมาก กินไฟเยอะ แต่ประสิทธิภาพที่ได้ไม่มากเท่าที่ควร ปัจจุบันผู้ผลิตหลายๆรายจึงได้พัฒนาและออกแบบใบพัดแบบใหม่ จุดประสงค์เพื่อให้มันกินไฟน้อยลง และประสิทธิภาพสูงขึ้น

หากเรานำเอา Data sheet ของใบพัดลมคูลลิ่งรุ่นเก่ามาศึกษาเปรียบเทียบดูกับใบพัดลมคูลลิ่งรุ่นใหม่ๆ จะเห็นได้ว่า ใบพัดรุ่นเก่าที่ถึงจะทำงานอย่างเต็มความสามารถแล้ว ประสิทธิภาพสูงสุดที่มันทำได้จะอยู่ที่ 70% ในขณะที่ใบพัดรุ่นใหม่ๆในปัจจุบัน หากถูกเลือกและติดตั้งอย่างถูกต้อง ประสิทธิภาพสูงสุดที่มันทำได้มากขึ้นตั้งแต่ 83% จนถึง 90% เลยครับ

หากท่านสงสัยว่าเราทราบได้อย่างไรว่าประสิทธิภาพสูงสุดของใบพัดคือเท่าไหร่

มันมีสูตรคำนวณประสิทธิภาพของพัดลมตามการใช้พลังงานอยู่ครับ ในอดีตสูตรนี้ต้องคำนวณด้วยมือโดยใช้สมการทางคณิตศาสตร์ชุดหนึ่ง แต่ในปัจจุบันการคำนวณนี้มักจะกระทำโดยการใช้ซอฟต์แวร์เฉพาะทาง แต่อยากให้ท่านทราบเอาไว้พอเป็นความรู้นะครับ เผื่อไว้ใช้ในโอกาสที่ไม่ได้มีเครื่องคำนวณอยู่ในมือและท่านต้องการคำนวณแบบแมนนวล

Efftotal = TP x ACFM ÷ (6356 x BHP)

โดยที่ TP = total pressure

ACFM = actual air flow in CFM

BHP = brake horse power หรือ ค่าพลังงานที่ใช้ในการขับเคลื่อนใบพัด

แล้วมีวิธีไหนบ้างที่จะทำให้ใบพัดมีประสิทธิภาพสูงขึ้น ?

1. ลดลมวนที่เกิดขึ้นบริเวณใบพัดลง

1.1 ลมวนที่เกิดขึ้นที่ปลายใบพัด

ลมวนที่ปลายใบพัด หรือ Tip Vortex หากลดลงได้จะทำให้ใบพัดมีประสิทธิภาพสูงขึ้น วิธีที่จะลด Tip vortex ได้ คือการใส่ตัวกั้นลมที่ปลายใบหรือเรียกว่า Tip cap การใส่ Tip cap สามารถลดการสูญเสียของลมจากการทำงานได้ ถึง 2-3% เลยนะครับ

เพื่อความเข้าใจที่ดีขึ้นว่า Tip cap มีลักษณะอย่างไร ดูตามภาพด้านล่างนะครับ ในภาพ ส่วนปลายของใบพัดที่เป็นชิ้นส่วนสีน้ำเงินคือ Tip cap ครับ

เราลองมาตรวจสอบการทำงานของใบพัดโดยดูจากภาพจำลองการทำงานของใบพัดที่ติดตั้ง Seal disc และ Tip cap เปรียบเทียบกับใบพัดที่ไม่ได้ติดตั้งทั้ง Seal disc และ Tip cap กันดูนะครับ ว่าประสิทธิภาพเปลี่ยนไปได้ขนาดไหน

ภาพที่ 5 : ภาพจำลองใบพัดที่ติดตั้ง Seal disc, Tip cap (ภาพซ้าย)และ ใบพัดที่ไม่ได้ติดตั้ง Seal disc, Tip cap (ภาพขวา) ขณะทำงาน

2. ใช้ใบพัดแบบ Energy Saving

ภาพที่ 6 : ภาพจำลองจากโปรแกรม CFD แสดงวิถีการไหลของลมเมื่อปะทะกับใบพัดแบบเก่า (ภาพบน) และ ใบพัดแบบใหม่ (ภาพล่าง)

จากภาพจะเห็นว่า ใบพัดแบบเก่าเกิด Turbulence หรือลมไหลวน มากที่ปลายใบพัด ผู้ผลิตใบพัดจึงพัฒนาใบพัดขึ้นอีกขั้นหนึ่ง โดยการทำให้ใบพัดเป็นสองชิ้นตามภาพที่ 6 ภาพล่าง เมื่อใบพัดแยกเป็นสองชิ้นแล้ว ทำให้มีลมด้านบนวิ่งผ่านลงมายังด้านล่างของใบพัด เกิดเป็น Venturi effect จะทำให้เกิดลมแปรปรวนน้อยกว่าใบพัดแบบปกติ การเกิดลมแปรปรวนที่น้อยลงมากทำให้การทำงานของใบพัดมีประสิทธิสูงขึ้น หลักการทำงานเดียวกับปีกเครื่องบินเลยครับ


อ่านมาจนถึงบรรทัดนี้แล้ว ท่านคงได้คำตอบของคำถามแล้วนะครับว่า ใบพัดประหยัดพลังงานนั้นมีอยู่จริง อย่างไรก็ตาม ในเรื่องที่ว่ามันจะประหยัดพลังงานได้มากหรือน้อยขนาดไหน ก็ขึ้นอยู่กับหลายๆปัจจัย เช่น ขึ้นอยู่กับรุ่นใบพัด ขึ้นอยู่กับผู้ให้บริการคูลลิ่งทาวเวอร์ของท่าน ความชำนาญในการวิเคราะห์คำนวณต่างๆ เป็นต้น

ก่อนจะจบบทความในวันนี้ มีอีกหนึ่งเรื่องที่ผมคิดว่าควรค่าแก่การกล่าวถึง เป็นเรื่องของการตรวจสอบคำกล่าวอ้างของผู้ให้บริการคูลลิ่งทาวเวอร์ ในกรณีที่ผู้ให้บริการแจ้งท่านว่าเปลี่ยนใบพัดแล้วจะประหยัดได้เท่านี้เปอร์เซ็น มีวิธีเช็คนะครับ ซึ่งผมขออนุญาตยกตัวอย่างเป็นกรณีศึกษาให้ท่านดู

ลองนึกภาพคุณเป็นเจ้าของธุรกิจที่ต้องใช้คูลลิ่งทาวเวอร์ และผู้ให้บริการคูลลิ่งทาวเวอร์ของท่านกำลังพยายามขายพัดลมประหยัดพลังงานตัวใหม่ให้ท่าน แจ้งท่านว่า ใบพัดรุ่นใหม่ที่หลังจากติดตั้งแล้วมีประสิทธิภาพสูงกว่า 80% จะสามารถช่วยท่านประหยัดพลังงานได้ 30% เปรียบเทียบกับใบพัดรุ่นเก่า

จากสมการเดิมที่เกริ่นไว้ส่วนบนของบทความ สมการ Efftotal = TP x ACFM ÷ (6356 x BHP) เราใช้หาค่าประสิทธิภาพการทำงานของใบพัด ซึ่งในกรณีนี้จะหาว่า ค่าพลังงานที่ใช้ในการขับเคลื่อนใบพัดที่มีประสิทธิภาพ 80% คือเท่าไหร่

ซึ่งเราจะหาค่าพลังงานที่ใช้ในการขับเคลื่อนใบพัด หรือค่า BHP โดยการใช้สูตรนี้ครับ BHP = TP x ACFM ÷ (Eff x 6356)

สมมุติตัวอย่างใบพัดของลูกค้าที่ใช้อยู่ประสิทธิภาพ 80% หรือก็คือค่า Eff = 0.8
ค่า ACFM หรือหมายถึง air flow = 1,200,000 CFM
มี Total Pressure หรือหมายถึงค่า TP ที่ 0.736 InchH2O
(air flow สามารถทำการวัดได้ที่ใบพัดหรือดูข้อมูลได้จาก Datasheet ของใบพัดนั้นๆ)
แทนค่าในสมการ
BHP = TP x ACFM ÷ (Eff x 6356)
BHP = 0.736 x 1,200,000 ÷ (0.8 x 6356)
BHP = 173.6

หลังจากวิเคราะห์ข้อมูลแล้ว สมมุติว่าใบพัดที่ลูกค้าใช้อยู่ ใช้พลังงาน 173.6 BHP ในการขับเคลื่อน ผู้ขายเคลมว่าลดพลังงาน 30% หมายถึง ค่า BHP ลดลง 30% ในกรณีนี้เราต้องลบเปอร์เซ็นนี้ออกจาก BHP ทั้งหมด จะเหลือ 173.6 x 0.7 = 121.58
(หมายเหตุ : 0.7 มาจากการนำค่าพลังงานที่เคลมว่าลดลง จากทั้งหมด 100% ลบด้วย 30%)

จากนั้นเราจะลองหาดูว่า ประสิทธิภาพของใบพัดจะต้องเป็นเท่าไหร่ถึงจะสามารถขับเคลื่อนใบพัดด้วยพลังงานเท่ากับ 121.58 BHP ได้ เราแทนค่ากลับในสูตรหาประสิทธิภาพของใบพัด

Efftotal = TP x ACFM ÷ (6356 x BHP)
Eff = 0.736 x 1,200,000 ÷ (6356 x 121.58)
Eff = 114%

สรุปว่าหากจะลดการใช้พลังงานลง 30% ใบพัดของท่านต้องมีประสิทธิภาพถึง 114% ดังนั้นโดยสรุปแล้ว ข้อมูลดังกล่าวไม่สนับสนุนคำกล่าวอ้างของผู้ขายที่ว่าพัดลมที่มีประสิทธิภาพ 80% สามารถช่วยให้ท่านประหยัดได้ถึง 30%

เรื่องเหล่านี้เป็นเรื่องละเอียดอ่อนที่ควรให้ความสำคัญ แม้ว่าจะเป็นเรื่องที่เข้าใจยากและซับซ้อนซักหน่อย แต่การหาข้อมูลต่างๆเสริมความรู้ไว้เสมอ ในอนาคตอาจจะเป็นประโยชน์ช่วยให้ท่านไม่ถูกหลอกผมเชื่อว่าการหยุดหาความรู้ก็คือการถอยหลัง และมันจะนำมาสู่การสูญเสียที่เราไม่รู้ตัวเลยครับ


หวังเป็นอย่างยิ่งว่าบทความนี้จะเป็นประโยชน์ต่อท่านผู้อ่าน หากท่านมีคำถามคูลลิ่งทาวเวอร์ หรือมีไอเดียสำหรับบทความถัดไปของเรา เสนอแนะและพูดคุยกันได้ที่อีเมล coolingexpert@innovek.co.th นะครับ เราให้คำปรึกษา/ตอบคำถาม ฟรี! ไม่มีค่าใช้จ่าย


เว็บไซต์ของเรายังไม่มีระบบให้กดรับข่าวสาร เพื่อให้ท่านไม่พลาดบทความใหม่ๆ หรือข่าวสารใดๆของทางบริษัทฯ ขอให้ท่าน >> คลิกที่นี่ << เพื่อกด Like และกด Follow เพจของเรา หากไม่สามารถคลิกได้ ท่านสามารถค้นหาคำว่า Innovek Asia ในช่องค้นหาของ Facebook ได้เลยครับ