วิธีการ “ละลายน้ำแข็ง” ที่คอยล์เย็น เพื่อระบบทำความเย็นที่มีประสิทธิภาพ
การทำการละลายน้ำแข็งออกจากคอยล์เย็น เป็นส่วนสำคัญที่สุดในการควบคุมระบบทำความเย็น ซึ่งเป็นไปตามธรรมชาติที่น้ำแข็งจะสะสมในคอยล์เย็นทันที เมื่ออุณหภูมิที่ผิวคอยล์เย็น(Evaporating Temp.)ต่ำกว่า 0 องศาเซลเซียส โดยมีอากาศเป็นตัวพาความชื้นมาสัมผัสผิวคอยล์เย็น เป็นปรากฏการณ์เช่นเดียวกับการเกิดควบแน่นของน้ำบนแก้วน้ำที่ใส่น้ำเย็น ในกรณีที่เป็นระบบปรับอากาศ ก็จะเกิดการควบแน่นของหยดน้ำที่ผิวคอยล์เย็นโดยเกิดขึ้นตลอดเวลาเช่นกัน แต่จะเกิดขึ้นที่อุณหภูมิน้ำสูงกว่าจุดเยือกแข็ง ดังนั้นระบบปรับอากาศจึงไม่เป็นปัญหาของการสะสมของน้ำแข็งที่ผิวคอยล์เย็น ซึ่งเป็นอีกจุดหนึ่งที่ระบบปรับอากาศแตกต่างจากระบบทำความเย็น
ปัญหาการละลายที่คอยล์เย็นทำให้เกิดการสะสมของน้ำแข็ง
การสะสมของน้ำแข็ง เนื่องมาจากท่อน้ำทิ้งอุดตัน
สำหรับระบบทำความเย็นที่มีอุณหภูมิผิวคอยล์เย็นต่ำกว่าจุดเยือกแข็ง โดยเฉพาะห้องเย็นและตู้แช่แข็งทั้งหมด ต้องมีการใช้ระบบควบคุมเพื่อกำจัดน้ำแข็ง การพิจารณาที่สำคัญอีกประการหนึ่งคือ อุณหภูมิผิวคอยล์เย็น และความชื้นที่เข้ามาในห้องเย็น ความชื้นจะมาจากอากาศภายนอก จากผลิตภัณฑ์ รวมไปถึงกิจกรรมที่มีใช้น้ำภายในห้องก็ได้ ในกรณีที่ห้องเย็นไม่มีห้องดักความชื้น (Ante room) อยู่ด้านหน้าประตู หรือมีการใช้งานเปิดปิดประตูห้องเย็นบ่อยๆ หรืออยู่ในครัวที่ร้อนชื้นสูง และมีการระบายอากาศไม่ดี จะเกิดน้ำแข็งสะสมมากกว่า คอยล์แบบเดียวกัน แต่ที่มีห้องดักความชื้น (Ante room)อยู่ด้านหน้าประตู
มีหลายวิธีที่เราสามารถใช้กำจัดน้ำแข็งออกจากคอยล์เย็น โดยมีอยู่ 4 วิธี ที่นิยมใช้กันมาก ได้แก่
1. การละลายน้ำแข็งด้วยอากาศ
2. การละลายน้ำแข็งด้วยไฟฟ้า
3. การละลายน้ำแข็งด้วยแก๊สร้อน
4. การละลายน้ำแข็งด้วยน้ำ หรือไกลคอล
การละลายน้ำแข็งด้วยไกลคอลนั้นจะพบได้น้อย แต่ก็มีให้เห็นในการใช้งานเฉพาะบางประเภท โดยแบบใช้ไกลคอลนั้น จะนิยมใช้ร่วมกับแผ่นแลกเปลี่ยนความร้อน (Plate Heat Exchanger)
1. การละลายน้ำแข็งด้วยอากาศ
เป็นวิธีที่ง่ายที่สุดในการกำจัดน้ำแข็งที่สะสมอยู่คือ การละลายน้ำแข็งด้วยอากาศ วิธีการนี้เกี่ยวข้องกับการปล่อยให้อากาศจากช่องแช่เย็น หรือห้องเย็นผ่านคอยล์โดยการปิดเครื่องทำความเย็น แต่ต้องมั่นใจว่า “อากาศจะต้องมีอุณหภูมิสูงกว่าจุดเยือกแข็ง” จึงจะสามารถทำงานได้ ในช่วงเวลาที่เกิดการละลายน้ำแข็งจะไม่มีการทำความเย็น น้ำแข็งที่ละลายจะเพิ่มความเย็นให้กับห้องแทน
ในกรณีที่ระบบทำความเย็นเป็นระบบเดี่ยว แบบหนึ่งคอยล์เย็น หนึ่งคอมเพรสเซอร์ ห้องเย็นที่มีคอยล์เย็นอยู่เพียงหนึ่งชุด ในเวลาที่ละลายน้ำแข็งก็จะทำให้อุณหภูมิของห้องเย็นจะเพิ่มขึ้นด้วย การละลายน้ำแข็งด้วยอากาศอาจจะใช้เวลานานขึ้น เมื่อมีน้ำแข็งสะสมก่อตัวเป็นจำนวนมากไปที่พื้นห้อง มุมห้อง และเพดาน และยากต่อการกำจัดน้ำแข็งออก ตัวอย่างเช่น หากคุณเปิดประตูห้องเย็นทิ้งไว้ น้ำแข็งจะสะสมตัวบนคอยล์เย็นมากกว่าปกติ เนื่องจากความชื้นในอากาศที่แทรกซึมเข้ามา ยิ่งเปิดประตูทิ้งไว้นานคอยล์เย็นจะกลายเป็นก้อนน้ำแข็งสะสม จะเห็นได้ชัดว่าการพยายามใช้อากาศจากห้องเย็นเพื่อละลายก้อนน้ำแข็งจะใช้เวลานานมาก
**ดังนั้นการละลายน้ำแข็งด้วยอากาศ จะทำงานได้ดีสำหรับห้องทำความเย็นไม่ต่ำกว่า +2 องศาเซลเซียส
2. การละลายน้ำแข็งด้วยฮีตเตอร์ไฟฟ้า
เมื่อเราต้องการกำจัดน้ำแข็งออกจากคอยล์ที่มีอุณหภูมิห้องต่ำกว่า 0 องศาเซลเซียส เราจะต้องให้ความร้อนกับคอยล์ด้วยวิธีใดวิธีหนึ่ง โดยวิธีที่ง่ายที่สุด และมักมีค่าใช้จ่ายในการติดตั้งน้อยที่สุดคือ การฝังฮีตเตอร์ทำความร้อนไฟฟ้าไว้ในฟินของคอยล์เย็นแล้วเปิดละลายน้ำแข็งเป็นระยะๆ เข้าช่วย และต้องใช้เวลาสักครู่เพื่อให้คอยล์ร้อนขึ้น ความเสี่ยงของระบบละลายน้ำแข็งแบบฮีตเตอร์นี้คือ ความปลอดภัยในเรื่องการควบคุมความร้อนไม่ให้สูงจนเกิดไฟไหม้ได้ และมีค่าใช้จ่ายที่เกี่ยวกับการเดินสายไฟ และมีค่าไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นตามมา สำหรับระบบเชิงพาณิชย์ขนาดเล็กส่วนใหญ่ค่าใช้จ่ายในเรื่องฮีตเตอร์ไฟฟ้านี้ไม่มากนัก แต่เมื่อระบบมีขนาดใหญ่ขึ้น ก็อาจกลายเป็นค่าใช้จ่ายที่สำคัญได้
Heater
Fin
ลักษณะของการฝังฮีตเตอร์ทำความร้อนไฟฟ้าไว้ในฟินคอยล์
การละลายน้ำแข็งด้วยฮีตเตอร์ไฟฟ้าจะมีประสิทธิภาพมากขึ้น หากใช้กับคอยล์เย็นที่มีปลอกโลหะ (Defrost Tube) สำหรับใส่สายฮีตเตอร์ และปลอกโลหะสัมผัสกับฟินคอยล์ และพบว่าการใช้พลังความร้อน และอุณหภูมิน้อยกว่าคอยล์เย็นที่ไม่มีปลอกโลหะ(Defrost Tube) สัมผัสกับฟินคอยล์ จุดนี้เป็นอีกจุดหนึ่งที่จะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการละลายน้ำแข็งด้วยฮีตเตอร์ไฟฟ้า และประหยัดค่าไฟ
แบบไม่มี Defrost
แบบ มี Defrost
Lower Temperature <100°C
3. ละลายน้ำแข็งด้วยแก๊สร้อน
อีกทางเลือกหนึ่งในการละลายน้ำแข็งออกจากคอยล์เย็นคือ การใช้แก๊สร้อนของสารทำความเย็น ที่มีอยู่ในระบบทำความเย็น หลักการทั่วไปคือ การควบคุมปริมาณแก๊สร้อนและนำเข้าไปในคอยล์เย็นแทนที่ของสารทำความเย็น การควบคุมที่เหมาะสม จะเพิ่มความร้อนจำนวนมากให้กับคอยล์ได้อย่างรวดเร็ว โดนมีพื้นฐานการควบคุมอยู่ 2 วิธี
วิธีแรก จะนำแก๊สร้อนย้อนกลับเข้าท่อน้ำยาเหลวของคอยล์เย็น
วิธีที่สอง จะนำแก๊สร้อนย้อนกลับเข้าไปในท่อแรงดันต่ำหรือเข้าไปในท่อทางดูดของคอยล์เย็น การออกแบบระบบละลายน้ำแข็งด้วยแก๊สร้อนที่เหมาะสม “จะทำให้ประหยัดพลังงาน” มากกว่า และเร็วกว่าการละลายน้ำแข็งด้วยฮีตเตอร์ไฟฟ้ามาก
ข้อจำกัด และความท้าทายของการละลายน้ำแข็งด้วยแก๊สร้อนมักเกิดขึ้นกับระบบที่มีคอมเพรสเซอร์จำนวนน้อยตัว พลังงานที่ใช้สร้างก๊าซร้อนจะมาจากการอัดแก๊สร้อนของคอมเพรสเซอร์ เพื่อสร้างก๊าซร้อนสำหรับการละลายน้ำแข็ง ระบบทำความเย็นแบบใช้แก๊สร้อนจะมีความเสี่ยงสูงในระบบแบบเดี่ยว คือ 1คอยล์ต่อ 1คอมเพรสเซอร์ ที่อาจจะมีแก๊สร้อนไม่เพียงพอในการละลายน้ำแข็ง หรือในช่วงเวลาฤดูหนาวในบางพื้นที่ และยังมีท่อ อุปกรณ์วาล์วบางส่วน ที่เป็นต้นทุนเพิ่มขึ้นในระบบเครื่องทำความเย็นอีกด้วย
การละลายน้ำแข็งที่มีอุณหภูมิสูงมากเกินไป จะนำเอาไอความชื้นลอยออกจากคอยล์เย็น ไปเป็นปัญหาได้
4. การละลายน้ำแข็งด้วยระบบน้ำ หรือไกลคอล
การละลายน้ำแข็งด้วยน้ำ หรือไกลคอล โดยทั่วไปในคอยล์จะมีอ่างน้ำราด เป็นถาดเจาะรูอยู่ด้านบนคอยล์เย็น น้ำหรือไกลคอลที่อุ่นจะถูกปั๊มน้ำมาราด หรือผ่าน ฮีต เอ็กซ์เชนเจอร์ (Heat Exchanger) เพื่อเพิ่มความร้อนให้แก่น้ำ หรือไกลคอลในการละลายน้ำแข็ง ระบบนี้มีข้อดีเช่นเดียวกับแก๊สร้อนตรงที่ให้ความร้อนได้อย่างรวดเร็ว ส่งผลให้ละลายน้ำแข็งได้เร็วกว่าแบบฮีตเตอร์ไฟฟ้า เราสามารถใช้ความร้อนเหลือทิ้ง ทำเป็นชุด Heat recovery ทำน้ำ หรือไกลคอลให้อุ่นขึ้น ก็จะช่วยลดการใช้พลังงาน และประหยัดค่าไฟกว่า แบบฮีตเตอร์ไฟฟ้า แต่ยังคงใช้พลังงาน และค่าไฟฟ้าสูงกว่าการละลายน้ำแข็งด้วยแก๊สร้อน และการใช้ฮีต เอ็กซ์เชนเจอร์ (Heat Exchanger) ที่มีขนาดใหญ่ขึ้นก็จะมีต้นทุนที่เพิ่มขึ้นด้วย แต่อาจะลงทุนถูกกว่าแบบใช้แก๊สร้อนก็ได้ ทั้งนี้ผู้ออกแบบจึงควรพิจารณาเปรียบเทียบดูอีกครั้ง
แผนภาพระบบละลายน้ำแข็ง ด้วยน้ำราดผ่านคอยล์เย็น
รูป A : แสดงการใช้ระบบละลายน้ำแข็งด้วยน้ำด้วยมือ และ Drain น้ำค้างท่อแบบด้วยมือ
รูป B : แสดงการใช้ระบบละลายน้ำแข็งด้วยน้ำด้วยมือ และ Drain น้ำค้างท่อแบบ อัตโนมัติ
รูป C : แสดงการใช้ระบบละลายน้ำแข็งด้วยน้ำ และ Drain น้ำค้างท่อแบบ อัตโนมัติ
รูป D : แบบใช้ Three-way เป็นช่วงเวลาในการทำความเย็น
รูป E : แบบใช้ Three-way เป็นช่วงเวลาในการละลายน้ำแข็งด้วยน้ำ
รูป F : แบบใช้ Three-way เป็นช่วงเวลาในการหยุดละลายน้ำแข็งด้วยน้ำ เตรียมเข้าสู้รอบการทำความเย็น
การละลายน้ำแข็งแบบไกลคอลแบบใช้ Heat Recovery
สรุป
การทำการละลายน้ำแข็งออกจากคอยล์เย็น เป็นส่วนสำคัญที่สุดในการควบคุมระบบทำความเย็น ซึ่งการเลือกใช้วิธีการให้เหมาะสมกับเครื่องทำความเย็นจะช่วยให้ประหยัดพลังงานได้เป็นอย่างดี และควรทำการละลายน้ำแข็งอย่างสม่ำเสมอ หรือทำทันทีเมื่อมีน้ำแข็งเกาะคอยล์เย็น โดยไม่ต้องรอให้ถึงรอบของการละลายน้ำแข็ง เพื่อให้เครื่องทำความเย็นสามารถทำงานได้อย่างเต็มประสิทธิภาพ
อ่านเพิ่มเติมเกี่ยวกับ เคล็ดลับประหยัดไฟ ลดค่าใช้จ่ายห้องเย็นห้องแช่แข็ง
เอกสารอ้างอิง
https://www.ref-wiki.com/technical-information/158-industrial/32210-water-defrost-systems.html
https://www.colmaccoil.com/media/90662/interlaced-glycol-defrost.pdf