ท่อเป็นอุปกรณ์สำคัญในการขนถ่ายวัตถุจากที่หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่ง และมีใช้อยู่จำนวนมากในบางประเภทธุรกิจ เช่น อุตสาหกรรมที่มีการใช้ความร้อน จะใช้ขนถ่ายไอน้ำ, น้ำมันร้อน และน้ำร้อน เป็นต้น เนื่องจากการขนถ่ายวัตถุที่เป็นของร้อนจึงทำให้ผิวด้านนอกของท่อร้อนไปด้วย อาจก่อให้เกิดอันตรายหากได้สัมผัส ซึ่งโดยหลักแล้วจะทำการหุ้มฉนวนกันความร้อนท่อที่มีผิวร้อน เพื่อป้องกันอันตรายที่เกิดจากการสัมผัสกับผิวที่มีความร้อนและควบคุมคุณภาพในการผลิต แต่ก็มีประโยชน์ในการลดการใช้พลังงานที่ใช้ในการทำความร้อนด้วย เนื่องจากลดสูญเสียพลังงานความร้อนให้กับบรรยากาศโดยรอบ การหุ้มฉนวนกันความร้อนที่ผิวด้านนอกของท่อเป็นวิธีที่จะช่วยแก้ปัญหาที่กล่าวมาแล้วข้างต้น แต่การคำนวณผลประหยัดจากการหุ้มฉนวนท่อที่มีความร้อนนั้น มีความยุ่งยากพอสมควร เนื่องด้วยสมการที่ใช้คำนวณมีความซับซ้อน ซึ่งในบทความนี้จะนำเสนอวิธีการประเมินการสูญเสียความร้อนก่อนและหลังหุ้มฉนวนกันความร้อนในฉนวนบางประเภทอย่างง่าย รวมถึงวิเคราะห์เรื่องของการลดค่าใช้จ่ายด้านพลังงานและการลดการปล่อยมลพิษเทียบเป็นปริมาณคาร์บอนไดออกไซด์เทียบเท่าให้กับองค์กร
การคำนวณการสูญเสียความร้อนที่ผิวท่อร้อนก่อนและหลังการหุ้มฉนวนกันความร้อน จะใช้หลักการถ่ายเทความร้อน ด้วยการนำความร้อน (Conduction), การพาความร้อน (Convection) และการแผ่รังสีความร้อน (Radiation) จากผิวท่อสู่บรรยากาศโดยรอบ ซึ่งทางผู้เขียนจึงสรุปเป็นตารางและกราฟเพื่อนำไปใช้ประเมินความร้อนสูญเสียดังนี้
ตัวอย่าง 1
ในกระบวนการผลิตอาหารแห่งหนึ่ง มีท่อส่งจ่ายไอน้ำขนาด 1 นิ้ว ระยะที่ไม่ได้หุ้มฉนวนยาว 10 เมตร วัดอุณหภูมิผิวได้ 120 องศาเซลเซียส อุณหภูมิบรรยากาศโดยรอบ 35 องศาเซลเซียส จะสามารถหาความร้อนสูญเสียได้ดังนี้
| จากตารางจะได้ ความร้อนสูญเสีย | = 121.38 | Wthermal/m |
| ดังนั้น ความร้อนสูญเสียรวม | = 121.38 x 10 | |
| = 1,213.80 | Wthermal |
ตัวอย่าง 2
ในกระบวนการผลิตอาหารแห่งหนึ่ง มีท่อส่งจ่ายไอน้ำขนาด 1 นิ้ว ระยะที่ไม่ได้หุ้มฉนวนยาว 10 เมตร วัดอุณหภูมิผิวได้ 120 องศาเซลเซียส อุณหภูมิบรรยากาศโดยรอบ 35 องศาเซลเซียส เมื่อดำเนินการหุ้มฉนวนกันความร้อนหนา 1 นิ้ว และ 2 นิ้ว จะสามารถประเมินหาความร้อนสูญเสียที่ลดลงได้ดังนี้ (กำหนด หม้อไอน้ำประสิทธิภาพ 80% ใช้งาน 8,000 ชม./ปี ใช้น้ำมันเตา C เป็นเชื้อเพลิงที่มีค่าความร้อน 41.28 MJ/L)
ก่อนปรับปรุง
| ความร้อนสูญเสียรวม | = 1,213.80 | Wthermal |
หลังปรับปรุง
ดำเนินการหุ้มฉนวนกันความร้อนแบบใยแก้วที่มีค่าสัมประสิทธิ์การนำความร้อนเฉลี่ย 0.035 W/m.K และหุ้มด้านนอกด้วยอลูมิเนียมขัดมัน
| ความร้อนสูญเสียหลังหุ้มฉนวนกันความร้อน หนา 1 นิ้ว จากตารางจะได้ | ||
| ความร้อนสูญเสีย (ฉนวน 1 นิ้ว) | = 17.15 | Wthermal/m |
| ความร้อนสูญเสียรวม (ฉนวน 1 นิ้ว) | = 171.50 | Wthermal |
| อุณหภูมิผิวหลังหุ้มฉนวนประเมิน (ฉนวน 1 นิ้ว) 48.63 oC | ||
| ความร้อนสูญเสียลดลง | = 1,213.80 – 171.50 | |
| = 1,042.30 | Wthermal | |
| ปริมาณน้ำมันเตา C ที่ลดได้ | = (1,042.30 x 3.6 / 1,000)/(0.80 x 41.28) | |
| = 0.11 | L/hr | |
| สามารถลดการใช้เชื้อเพลิงได้ | = 0.11 x 8,000 | |
| = 880 | L/y | |
| สามารถลดค่าใช้จ่ายได้ (ราคาน้ำมันเตา C 18.00 บาท/ลิตร) | ||
| = 880.00 x 18.00 | ||
| = 15,840 | บาท/ปี | |
| ลงทุนหุ้มฉนวนกันความร้อน | = 20,000 | บาท |
| ระยะเวลาคืนทุน | = 1.26 | ปี |
| สามารถลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกคิดเป็นปริมาณ CO2 เทียบเท่า เท่ากับ | ||
| = 880.00 x 3.2457 | ||
| = 2,856.22 | kgCO2eq/ปี | |
| และหากความร้อนสูญเสียหลังหุ้มฉนวนกันความร้อน หนา 2 นิ้ว จากตารางจะได้ | ||
| ความร้อนสูญเสีย (ฉนวน 2 นิ้ว) | = 12.31 | Wthermal/m |
| ความร้อนสูญเสียรวม (ฉนวน 2 นิ้ว) | = 123.10 | Wthermal |
| อุณหภูมิผิวหลังหุ้มฉนวนประเมิน (ฉนวน 2 นิ้ว) 42.48 oC | ||
| ความร้อนสูญเสียลดลง | = 1,213.80 – 123.10 | |
| = 1,090.70 | Wthermal | |
| ปริมาณน้ำมันเตา C ที่ลดได้ | = (1,090.70 x 3.6 / 1,000)/(0.80 x 41.28) | |
| = 0.12 | L/hr | |
| สามารถลดการใช้เชื้อเพลิงได้ | = 0.12 x 8,000.00 | |
| = 960.00 | L/y | |
| สามารถลดค่าใช้จ่ายได้ (ราคาน้ำมันเตา C 18.00 บาท/ลิตร) | ||
| = 960.00 x 18.00 | ||
| = 17,280 | บาท/ปี | |
| ลงทุนหุ้มฉนวนกันความร้อน | = 25,000 | บาท |
| ระยะเวลาคืนทุน | = 1.45 | ปี |
| สามารถลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกคิดเป็นปริมาณ CO2 เทียบเท่า เท่ากับ | ||
| = 960.00 x 3.2457 | ||
| = 3,115.87 | kgCO2eq/ปี | |
สรุป
การหุ้มฉนวนกันความร้อนท่อที่มีผิวร้อน จะสามารถลดอันตรายที่จะเกิดขึ้น ควบคุมความร้อนในการผลิตได้ดีขึ้น และลดการสูญเสียความร้อนและค่าใช้จ่ายลงได้ ซึ่งชนิดและความหนาของฉนวนกันความร้อนมีผลต่อการป้องกันความร้อน สำหรับความเหมาะสมในการเลือกใช้ขึ้นอยู่กับปัจจัยหลายๆ อย่าง เช่น ข้อบังคับในการใช้วัสดุในพื้นที่ทำงาน (เช่น พื้นที่ทำงานในส่วนของอาหารจะไม่สามารถใช้วัสดุได้ในบางประเภท เป็นต้น), พื้นที่ติดตั้ง, งบประมาณและระยะเวลาคืนทุนที่เหมาะสม เป็นต้น
แปลและเรียบเรียงโดย นายปรีชา โขธนพงศ์ ทีมงาน iEnergyGuru
Reference:
- Fundamentals of Heat and Mass Transfer FRANK P. INCROPERA / DAVID P. DEWITT / THEODORE L. BERGMAN / ADRIENNE S. LAVINE.
- ค่า Emission Factor จาก http://thaicarbonlabel.tgo.or.th/
