V-Tech
 
เย็นๆ ร้อนๆ (1)
โดย V040
สวัสดีครับ วันนี้มีเรื่องมาคุยให้ฟังเรื่องหนึ่ง ซึ่งเป็นเรื่องที่ค่อนข้างถูกกล่าวถึงอย่างมาก และ มากยิ่งขึ้นในช่วงฤดูร้อน นับว่าเป็นเรื่องระดับต้นๆ เลยทีเดียว ครับเรื่องนั้นก็คือ ระบบปรับอากาศ (Air-conditioning systems) ภายในรถยนต์ (หลังอ่านจบแล้วอาจนำไปประยุกต์ กับระบบปรับอากาศในบ้านก็ได้นะครับ) เจ้าระบบนี้มักจะถูกกล่าวถึงบ่อยๆ โดยเฉพาะ ประเทศที่อยู่ในแถบเส้นศูนย์สูตร หรือ ในเขตที่มีสภาพอากาศร้อน-ชื้นเพราะเป็นเครื่องมือ อันหนึ่ง ที่ใช้ในการต่อสู้กับอากาศร้อนได้เป็นอย่างดี

ก่อนจะพูดถึงการทำงานของระบบปรับอากาศ ก็ควรจะมาทำความรู้จักกับอากาศรอบๆ ตัวเราเสียก่อน ว่ามันเป็นยังไง ถึงต้องไปปรับ และ มีผลต่อผู้คนอย่างไรบ้างนะครับ
โดยธรรมชาติของอากาศรอบๆ ตัวเรานั้น มีส่วนประกอบหลักอยู่ด้วยกัน 2 ส่วน คือ

  1. อากาศธาตุที่เราหายใจ จะประกอบไปด้วย Oxygen; O2 21 % Nitrogen; N2 78 % และ อื่นๆ เช่น Carbon-dioxide; CO2 Argon Ar อีกประมาณ 1 % ทั้งนี้ความหนาแน่นจะแปรเปลี่ยนไปตามสภาพภูมิประเทศ คือ ยิ่งสูงก็ยิ่งเบาบาง สังเกตจากที่เรามักจะเหนื่อยง่ายเมื่อเราไปอยู่ในที่สูงๆ เป็นต้น

2. ความชื้น หรือ ไอน้ำ นั่นเอง และ ก็เช่นเดียวกันครับ ความชื้นในอากาศนี้จะอยู่ภายใต้อิทธิพล 3 ประการ คือ ความใกล้-ไกลจากแหล่งน้ำ อันนี้ก็ตรงไป-ตรงมานะครับ อยู่ใกล้แหล่งน้ำมากความชื้นก็จะสูงมากเป็นเงาตามตัว ต่อมาก็ระดับความสูง (ใช้เกณฑ์จากระดับน้ำทะเล) ซึ่งมักจะแปรผกผันกัน คือ พื้นที่ใดที่อยู่สูงจากระดับน้ำทะเลมากๆ ความชื้นมักจะต่ำครับ และ ประการสุดท้ายเป็นเรื่องของแรงกดอากาศ หมายความว่า ที่ใดที่มีแรงกดอากาศสูง ที่นั่นจะมีความชื้นน้อย เช่น เรามักจะได้ยินที่กรมอุตุฯ รายงานสภาพอากาศว่า ในฤดูหนาวประเทศไทยจะถูกอิทธิพลของร่องความกดอากาศสูงจากประเทศจีนพัดผ่าน ซึ่งเราจะรู้สึกว่าผิวหนังแห้ง เนื่องจากน้ำเลี้ยงใต้ผิวหนังระเหยออกไป หรือ หายใจเข้าแล้วรู้สึกว่าอากาศมันแห้ง (แสบจมูกเล็กน้อยนั่นเองครับ) ก็ต้องหันไปพึ่งพาสารจำพวก Moisturizer Cream เพื่อป้องกันการสูญเสียความชื้นของร่างกายครับ หรือ ว่าในวันที่อากาศครึ้มฟ้า-ครึ้มฝน เราก็จะรู้สึกว่าเนื้อตัวเหนียวเหนอะหนะ นั่นก็คือความกดอากาศลดลงอย่างกระทันหัน ทำให้เกิดไอน้ำในปริมาณมากกว่าปกติ ปรากฏการณ์นี้ จะทำให้มีการ คลายความร้อนไปยังสิ่งแวดล้อม คือ อากาศ ดังนั้นจึงทำให้เรารู้สึกร้อน และ อบอ้าวนั่นเอง

 
  คราวนี้ก็มาทำความรู้จักกับสิ่งที่ระบบปรับอากาศต้องต่อสู้ด้วยว่ามีอะไรบ้าง ซึ่งจะมีชื่อเรียกว่า ภาระความร้อน หรือ Heat Load (สมัยก่อนเรียกภาระความเย็น หรือ Cooling Load) สามารถแบ่งได้เป็น 2 แหล่งคือ

1. เจ้าความชื้นตัวดีนี่ละครับ ที่เป็นปัญหาอันดับหนึ่งในระบบปรับอากาศ เพราะว่าคนเราจะรู้สึกสบายก็ต่อเมื่อบรรยากาศรอบๆ ตัวมีความชื้น และ อุณหภูมิเหมาะสม ซึ่งศัพท์ Technique เรียกว่า Comfort Zone หรือ สภาวะสบาย คือ ต้องมีอัตราส่วนความชื้นอยู่ในช่วง 45 - 55 % และ มีอุณหภูมิอากาศแห้งระหว่าง 24 - 27 °C แต่ในขณะที่สภาพอากาศในบ้านเมืองเรามีความชื้นเฉลี่ยประมาณ 75 % ที่อุณหภูมิอากาศแห้งเฉลี่ย 32 °C

แล้วเจ้าความชื้นนี้มันมีบทบาทอย่างไร? (บางท่านก็เริ่มสงสัยแล้วละซิครับ) คือ อย่างนี้ครับ ในการทำให้ความชื้นลดลง หรือ จะเรียกให้เก๋ๆ หน่อยก็คือ การกำจัดความชื้น (ศัพท์ Technique เรียกว่า Dehumidify) เพื่อให้อยู่ในช่วงความสบายนั้น มันจะต้องอาศัย กระบวนการควบแน่นของไอน้ำเข้าช่วย กระบวนการนี้ ก็มีตัวอย่างให้เห็นอยู่โดยทั่วไป เช่น เมื่อเรานำขวดน้ำอัดลมที่ได้รับการแช่เย็น ออกมาวางไว้บนโต๊ะ จากนั้นไม่นานนัก เราจะพบหยดน้ำเกาะอยู่ที่ขวด ครับ นี่ก็คือกระบวนการควบแน่น หรือ เรียกว่าเป็นกระบวนการ เปลี่ยนสถานะจากไอเป็นของเหลว ซึ่งก็ตรงกันข้ามกับการต้มน้ำให้เดือดนั่นเอง

ถ้าจะให้เข้าใจง่ายขึ้นไปอีกก็ต้องอธิบายว่า เพราะเนื่องจากน้ำในอากาศจะมีสถานะเป็นไอ และ เมื่ออุณหภูมิเริ่มต่ำลง (เช่นที่ขวดน้ำอัดลมที่แช่เย็น) มันก็จะเกิดกลไกของการกลั่นตัว (ควบแน่น) ขึ้น ถึงตรงนี้แล้วก็ขอฝากศัพท์ Technique ไว้อีกหนึ่งคำ ซึ่งเกี่ยวกับการเปลี่ยนสถานะ ที่กล่าวมานี้ ว่าเป็นกระบวนการความร้อนแฝง (Latent Heat) คือ กระบวนการที่วัตถุใดๆ สามารถเปลี่ยนสถานะได้โดยที่อุณหภูมิ และ แรงดันมีค่าคงที่

ความชื้น หรือ ไอน้ำในอากาศที่เราต้องการทำให้มันลดลงจนถึงระดับที่เรารู้สึกสบายนี้ จำเป็นต้องใช้กำลังการผลิตความเย็นสูงถึง 70 % ทีเดียว ที่มันต้องใช้มากมายขนาดนี้ก็เนื่องมาจากสภาพอากาศในบ้านเรามีความชื้นสูงนั่นเอง

 
2. ก็คือความร้อนจากดวงอาทิตย์ที่แผ่รังสีผ่านกระจก และ ผนังเข้ามาในห้องโดยสาร นั่นเองครับ รังสีดวงอาทิตย์นี้เป็นรังสีคลื่นสั้น ดังนั้นจึงมีอำนาจทะลุ-ทะลวงผ่านกระจก และ ผนังได้อย่างง่ายดาย (ขอละเว้นในการอธิบายชนิดต่างๆ ของรังสีไว้นะครับ เพราะมิฉะนั้น จะยืดยาวมาก) รังสีนี้จะทำให้อุณหภูมิอากาศแห้งสูงขึ้น ตามความเข้มที่ได้แผ่ลงมา นั่นคือ ถ้าแดดจ้ามากๆ รังสีความร้อนก็จะมากตามไปด้วย

การทำให้อากาศแห้งที่มีอุณหภูมิสูงเย็นตัวลงนั้นเป็นกลไกที่เรียกว่า กระบวนการ ความร้อนสัมผัส หรือ ศัพท์ Technique เรียกว่า Sensible Heat ซึ่งเป็นวิธีที่ ตรงไปตรงมา ไม่มีกระบวนการสลับซับซ้อนเหมือนกับแบบแรก ระบบปรับอากาศ เพียงแต่ ทำการลดอุณหภูมิรอบๆ ตัวให้ต่ำลงตามความต้องการ จะว่าไปแล้ว มันก็เป็นผลพลอยได้ จากกระบวนการความร้อนแฝงนั่นเองครับ ซึ่งมักจะใช้กำลังการผลิตความเย็นเพียง 30 % เท่านั้น และ มันจะลดต่ำลงไปอีกถ้ากระจกได้รับการติดแผ่นกันรังสีความร้อน หรือ Film กรองแสง โดยปกติแล้วถ้าจะเลือก Film กรองแสง ขอแนะนำให้เลือกชนิดที่สามารถสะท้อน รังสีออกจากกระจกได้ด้วย จะเป็นการช่วยลดภาระของระบบปรับอากาศได้ดีมาก ที่น่าสังเกตุ อย่างหนึ่งก็คือ Film ที่มี % กรองแสงสูงๆ ไม่ได้เป็นตัวชี้ว่า จะสามารถกันรังสีความร้อน จากดวงอาทิตย์ได้ดีกว่า Film ที่มี % กรองแสงต่ำกว่า มันเพียงแต่บอกว่าแสง (ความสว่าง) สามารถผ่านตัวมันได้มาก-น้อยเพียงใดเท่านั้นเองครับ

 
ครับที่ได้เกริ่นมายืดยาวอย่างนี้ ก็เพียงเพื่อให้ได้เข้าใจพื้นฐานของระบบปรับอากาศกันก่อน และ เมื่อเข้าใจตรงกันแล้ว จะได้เริ่มอธิบายระบบการทำงานของเครื่องปรับอากาศกันนะครับ ซึ่งเป็นกลไกที่อาศัยหลักการของความร้อนแฝง และ ความร้อนสัมผัสดังที่อธิบายไว้เมื่อตอนต้น โดยเริ่มที่หัวใจของระบบฯ ก่อนนะครับ คือ สารทำความเย็นนั่นเอง
 
   

 
   
อ่านหน้าต่อไป