พัดลมทํามาจากวัสดุอะไรบ้าง

บทความนี้จะอธิบายถึงหลักการทำงาน หลักการควบคุมและการปรับปรุงประสิทธิภาพของ พัดลม (Fan)และรวมถึงแนวทางในการอนุรักษ์พลังงานในระบบดังกล่าว เพื่อเป็นการลดต้นทุนในการผลิต ในที่นี้จะศึกษาถึง ประเภท หลักการทำงาน คุณลักษณะ และสมรรถภาพของพัดลม รวมทั้งวิธีการควบคุมที่ถูกต้อง และแนวทางการอนุรักษ์ในระบบต่างๆ ที่เกี่ยวข้อง

Show

1. ประเภทและหลักการทำงานของพัดลม(Type and principle of operation of fan)

มาตรฐาน JIS กำหนดไว้ว่า พัดลมที่มีแรงดันลมต่ำกว่า 1,000 (mm-น้ำ) เรียกว่า พัดลม (fan) ส่วนพัดลมที่มีแรงดันลมตั้งแต่ 1,000 (mm-น้ำ) ขึ้นไป แต่ไม่ถึง 10 (m-น้ำ) (0.1 MPa) เรียกว่า โบลเวอร์ (blower) ทั้งสองชนิดเรียกรวมๆ กันว่า พัดลม


พัดลมมีหลายชนิด ตามขนาดอัตราไหลและความดันของของไหลที่ลำเลียง และตามวัตถุประสงค์การใช้งานดังตาราง 1 แบ่งเป็นประเภทใหญ่ๆ ได้เป็นแบบ centrifugal ซึ่งทำงานด้วยการให้แรงหนีศูนย์กลางให้เกิดกระแสในทิศทางตั้งฉากกับแกน แบบ axial flow ซึ่งสร้างกระแสของไหล (อากาศ) ในทิศทางเดียวกับเพลา แบบ cross flow ซึ่งมีคุณสมบัติอยู่ระหว่างทั้งสองแบบข้างต้น และแบบอื่นๆ อย่างไรก็ตาม เพื่อสามารถติดตั้งและเชื่อมต่อกับท่อต่างๆ ได้สะดวก พัดลมแบบ centrifugal บางครั้งดูภายนอกแล้วจะมีลักษณะเหมือนกับแบบ axial flow โดยทั่วไปพัดลมแบบ axial flow จะเหมาะกับความดันต่ำ-อัตราไหลสูง ส่วนแบบ centrifugal จะเหมาะกับความดันสูง

ตารางที่ 1 ประเภทของพัดลม

พัดลมทํามาจากวัสดุอะไรบ้าง

อย่างไรก็ตาม พัดลมแบบ axial flow ที่สามารถรองรับความดันได้พอสมควร และแบบ centrifugal ที่รองรับอัตราไหลได้พอสมควรก็พอมีอยู่ พัดลมแบบ multi-blade บางครั้งก็เรียกว่าพัดลมแบบ sirocco นิยมใช้กันมากที่สุดกับการปรับอากาศและระบายอากาศ

การจำแนกพัดลมสามารถแบ่งได้เป็นประเภทใหญ่ๆ ตามลักษณะการเคลื่อนที่ของอากาศได้ 2 ลักษณะดังนี้

(1) พัดลมแบบหมุนแรงเหวี่ยง (Centrifugal flow or radial fans)

(2) พัดลมแบบไหลตามแนวแกน(Axial flow fans)

(1) พัดลมแบบหมุนแรงเหวี่ยง (Centrifugal flow or radial fans)

พัดลมแบบแรงเหวี่ยงหรือพัดลมซึ่งมีการไหลของอากาศในแนวรัศมี จะประกอบด้วยใบพัดหมุนอยู่ภายในตัวเรือนของพัดลม (Fan house) ชุดใบพัดจะประกอบด้วยแผ่นใบเล็กๆประกอบเข้าด้วยกันเป็นลักษณะกงล้อ ความดันของอากาศจะถูกทำให้มีค่าสูงขึ้นภายในตัวเรือนของพัดลม ซึ่งสามารถเพิ่มค่าให้สูงขึ้นได้ด้วยการเพิ่มขนาดความยาวของใบพัด ซึ่งจะทำให้แรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลางภายในระบบมีค่ามากขึ้น อากาศจะไหลผ่านเข้าไปในท่อทางเข้าโดยมีทิศทางขนานกับแกนของใบพัด และไหลออกในทิศทางตั้งฉากกับแกนของเพลาใบพัดในท่อทางออก พัดลมประเภทนี้จำแนกตามลักษณะรูปร่างของใบพัดเป็น 3 แบบ คือ

(1.1) แบบใบพัดตรง (Straight blade หรือ Radial fans)

พัดลมชนิดนี้มีจำนวนใบน้อยที่สุดประมาณ 6 ถึง 20 ใบ และใบพัดจะอยู่ในระนาบรัศมีจากเพลา ใบพัดหมุนด้วยความเร็วรอบอย่างต่ำประมาณ 500-3000 รอบ/นาที ดังนั้นจึงเหมาะกับงานที่ต้องการปริมาตรการไหลน้อยๆ และมีค่าความดันของอากาศสูงๆ

(1.2) แบบใบพัดโค้งไปข้างหน้า (Forward curved blade fans)

พัดลมชนิดนี้จะมีใบพัดโค้งไปข้างหน้า ในทิศทางเดียวกับการหมุนชุดใบพัดจะมีจำนวนแผ่นใบพัดประมาณ 20 – 60 ใบ ชุดใบพัดจะมีลักษณะคล้ายกับกรงกระรอก (Squirrel cage) เพลาใบพัดจะมีขนาดเล็กหมุนด้วยความเร็วรอบที่สูงกว่าพัดลมชนิดใบพัดตรง การทำงานของพัดลมชนิดนี้มีเสียงเบาที่สุด มีข้อเสียคือมีโอกาสที่มอเตอร์จะทำงานเกินกำลังและมีช่วงการทำงานของพัดลมที่ไม่เสถียร ดังนั้นจึงไม่ควรใช้กับงานหรือระบบที่มีอัตราการไหลของอากาศเปลี่ยนแปลงตลอดเวลา พัดลมชนิดนี้จะให้ค่าความดันลมและอัตราการไหลของอากาศสูงที่สุด

(1.3) แบบใบพัดโค้งไปข้างหลัง (Backward curved blade fans)

พัดลมชนิดนี้จะมีใบพัดเอียงไปข้างหลัง ในทิศทางตรงกันข้ามกับทิศทางการหมุนของใบพัด จะมีจำนวนใบพัดประมาณ 10 –50 ใบ และเป็นพัดลมที่มีความเร็วรอบสูง ไม่ก่อให้เกิดเสียงดังเกินควร ไม่มีลักษณะที่มอเตอร์จะทำงานเกินกำลัง และไม่มีช่วงการทำงานที่ไม่เสถียร เหมาะที่จะใช้งานระบายอากาศและอากาศที่ใช้ต้องสะอาดด้วย เนื่องจากสามารถที่จะควบคุมความดันและปริมาณลมได้ง่าย พัดลมชนิดนี้จะมีราคาสูงกว่าชนิดอื่นๆเมื่อเทียบขนาดเท่ากัน

พัดลมทํามาจากวัสดุอะไรบ้าง

รูปที่ 1 แสดงการไหลของอากาศผ่านตัวพัดลมแบบหมุนเหวี่ยง

พัดลมทํามาจากวัสดุอะไรบ้าง

รูปที่ 2 แสดงพัดลมแบบหมุนเหวี่ยงชนิดใบพัดโค้งไปข้างหน้า

พัดลมทํามาจากวัสดุอะไรบ้าง

รูปที่ 3 แสดงพัดลมแบบหมุนเหวี่ยงชนิดใบพัดโค้งไปข้างหลัง

(2) พัดลมแบบอากาศไหลตามแนวแกน (Axial flow fans)

พัดลมแบบนี้อากาศจะไหลขนานกับแกนของใบพัด และตั้งฉากกับระนาบการหมุนของใบพัด ชุดใบพัดจะถูกติดตั้งบนแกนเพลาขับของมอเตอร์ต้นกำลัง ซึ่งอยู่ภายในตัวพัดลม ทำให้มอเตอร์สามารถระบายความร้อนออกไปกับอากาศที่ถูกขับเคลื่อน พัดลมชนิดนี้มีราคาถูก การทำงานของพัดลมมีเสียงดังและมีช่วงการทำงานของพัดลมที่ไม่เสถียร จึงเหมาะกับงานระบายอากาศ มีขนาดเล็ก เคลื่อนย้ายง่าย สามารถแบ่งได้ 2 ลักษณะคือ

(2.1) พัดลมที่ให้ลมหมุนเป็นเกลียว (Tube axial fans)

(2.2) พัดลมที่ให้ลมไหลในแนวเส้นตรง (Vane axial fans)

(2.1) พัดลมที่ให้ลมหมุนเป็นเกลียว (Tube axial fans)

พัดลมแบบอากาศไหลตามแนวแกนชนิดนี้ มีโครงสร้างประกอบด้วยชุดใบพัดซึ่งหมุนอยู่ภายในท่อรูปทรงกระบอก ลมที่ถูกขับเคลื่อนให้ผ่านชุดใบพัดจะหมุนเป็นเกลียว มีลักษณะการไหลแบบปั่นป่วน พัดลมชนิดนี้ให้ค่าความดันลมปานกลาง

พัดลมทํามาจากวัสดุอะไรบ้าง

รูปที่ 4 แสดงพัดลมแบบอากาศไหลตามแนวแกนชนิด Tube axial fans

(2.2) พัดลมที่ให้ลมในแนวเส้นตรง (Vane axial fans)

พัดลมแบบอากาศไหลตามแนวแกนชนิดนี้ จะมีแผ่นครีบเพื่อใช้ในการบังคับการไหลของอากาศ ที่ถูกขับเคลื่อน ติดตั้งอยู่ภายในตัวเรือนของพัดลม บริเวณท่อทางออกบริเวณด้านหลังชุดใบพัด เพื่อช่วยให้การไหลของอากาศที่ถูกขับเคลื่อน มีทิศทางเป็นเส้นตรงมากที่สุด ซึ่งจะช่วยลดลักษณะการไหลของอากาศปั่นป่วนลดลง และลดพลังงานสูญเสียเนื่องจากการไหลของอากาศปั่นป่วนภายในระบบให้น้อยลง ทำให้ประสิทธิภาพการใช้งานและราคาสูงกว่าพัดลมชนิด Tube axial fans

พัดลมทํามาจากวัสดุอะไรบ้าง

รูปที่ 5 แสดงพัดลมแบบอากาศไหลตามแนวแกนชนิด Vane axial fans

2. คุณลักษณะและสมรรถนะการทำงานของพัดลม(Characteristics and performance of fan)

ขณะที่พัดลมทำงาน จะทำให้อากาศเกิดการเคลื่อนที่ได้ด้วยค่าความดันต่างที่เกิดขึ้น เมื่ออากาศเคลื่อนที่ออกไประยะทางที่เพิ่มมากขึ้น จะทำให้ความดันลดลง ถ้านำค่าความดันในช่วงต่างๆ มาเขียนกราฟเทียบกับอัตราการไหลของอากาศที่ได้ในช่วงความดันนั้นๆ ถ้าค่าความดันดังกล่าวเป็นค่าความดันรวมของระบบ เมื่อนำค่าความดันรวมที่ลดลงของระบบมาหักออกจากค่าความดันความเร็ว จะได้กราฟอีกเส้นซึ่งแสดงถึงความดันสถิตของระบบ เราสามารถนำกราฟดังกล่าวไปใช้ในการเลือกจุดทำงานที่เหมาะสมที่ของพัดลมชนิดนั้นได้


พัดลมทํามาจากวัสดุอะไรบ้าง

รูปที่ 6 แสดงการหาจุดทำงานของพัดลมที่เหมาะสมจากกราฟคุณลักษณะ
ของระบบพัดลมแบบหมุนเหวี่ยงชนิดใบพัดโค้งไปข้างหลัง ขนาด 27 นิ้ว ที่ 1,080 รอบต่อนาที

เนื่องจากปริมาณอากาศที่ได้จากพัดลมตามที่กำหนดจากผู้ผลิต ปกติแล้วได้จากการทดสอบ ณ สภาวะแวดล้อมมาตรฐาน เช่น ที่อุณหภูมิ 15 °C ความกดดันบรรยากาศแวดล้อมเท่ากับ 1 บาร์ และความสูงเทียบเท่ากับระดับน้ำทะเล ปานกลาง เป็นต้น ซึ่งสภาวะดังกล่าวอาจแตกต่างจากสภาวะจริงที่ติดตั้งใช้งาน จึงทำให้สภาวะการใช้งานไม่เป็นไปตามข้อกำหนด

เนื่องจากสมรรถนะของพัดลมจะแปรผันตามการเปลี่ยนแปลงของสภาวะแวดล้อมต่างๆ อาทิ อุณหภูมิ ความเร็วรอบ และความหนาแน่นของอากาศ ดังนั้น The Air Moving and Condition Association (AMCA) จึงได้พัฒนามาตรฐานการทดสอบพัดลมขึ้นและได้ทำการทดสอบเพื่อหากราฟสมรรถนะของพัดลมชนิดต่างๆ ดังนี้

    • พัดลมแบบหมุนเหวี่ยงชนิดใบพัดโค้งไปข้างหน้า (Forward curved blade fans)

พัดลมทํามาจากวัสดุอะไรบ้าง

รูปที่  7 แสดงสมรรถนะของพัดลมแบบหมุนเหวี่ยงชนิดใบพัดโค้งไปข้างหน้า

จากรูปที่ 7 แสดงให้เห็นว่า เมื่อเปอร์เซ็นต์ของปริมาตรที่เปิดกว้างมีค่าสูงขึ้นจะทำให้ค่ากำลังงานที่ป้อนให้เพลา ของพัดลมมีค่าสูงขึ้นตามไปด้วย ซึ่งมีผลทำให้มอเตอร์ของพัดลมทำงานเกินกำลังในขณะที่ความต้านทานของระบบมีค่าลดลง ดังนั้น จึงไม่ควรใช้พัดลมชนิดนี้กับระบบที่มีอัตราการไหลของอากาศเปลี่ยนแปลงตลอดเวลา ช่วงที่เหมาะสมสำหรับการทำงานของพัดลมชนิดนี้คือ ช่วงเปอร์เซ็นต์ของปริมาตรที่เปิดกว้างประมาณ 30 – 50 % ซึ่งจะทำให้การทำงานของพัดลมมีค่าประสิทธิภาพสูงสุด เส้นกราฟค่าความดันสถิตจะมีช่วงการทำงานของพัดลมที่ไม่มีความเสถียรภาพคือช่วงเปอร์เซ็นต์ของปริมาตรที่เปิดกว้างในช่วงไม่เกิน 40 % ดังนั้นจึงไม่ควรใช้ปริมาตรที่เปิดกว้างให้อากาศเข้าสู่ตัวเรือนของพัดลมในช่วงนี้

    • พัดลมแบบหมุนเหวี่ยงชนิดใบพัดโค้งไปข้างหลัง (Backward curved blade fans)

พัดลมทํามาจากวัสดุอะไรบ้าง

 รูปที่ 8 แสดงกราฟสมรรถนะของพัดลมแบบหมุนเหวี่ยงชนิดใบพัดโค้งไปข้างหลัง

จากรูปที่ 8 จะเห็นได้ว่าช่วงที่เหมาะสม สำหรับการทำงานของพัดลมชนิดนี้ คือ ช่วงเปอร์เซ็นต์ของปริมาตรที่เปิดกว้างให้อากาศเข้าสู่ตัวเรือนของพัดลม มีค่าประมาณ 50 – 65 % ซึ่งจะทำให้การทำงานของพัดลมชนิดนี้มีประสิทธิภาพสูงสุด ค่าประสิทธิภาพของพัดลมจะมีค่าสูงสุดเมื่อใช้กำลังงานในการขับเพลาของพัดลมสูงด้วยเช่นกัน พัดลมชนิดนี้จะไม่มีลักษณะที่มอเตอร์จะทำงานเกินกำลังและไม่มีช่วงการทำงานของพัดลมที่ไม่มีเสถียรภาพ

    • พัดลมแบบหมุนเหวี่ยงชนิดใบพัดตรง (Straight curved blade fans)

กราฟสมรรถนะของพัดลมชนิดนี้ จะเหมือนกับกราฟสมรรถนะของพัดลมชนิดใบพัดโค้งไปข้างหน้า กล่าวคือเส้นกราฟกำลังงานของพัดลมจะมีค่าสูงขึ้นเรื่อยๆ แม้ว่าค่าความดันของระบบจะลดลงก็ตาม แต่ความเร็วของอากาศที่ไหลผ่านตัวเรือนพัดลมชนิดนี้จะมีค่าต่ำกว่าพัดลมชนิดใบพัดโค้งไปข้างหน้า

    • พัดลมแบบอากาศไหลตามแนวแกน (Axial flow fans)

พัดลมทํามาจากวัสดุอะไรบ้าง

รูปที่ 9 แสดงกราฟสมรรถนะของพัดลมแบบอากาศไหลตามแนวแกน

จากรูปที่ 9 จะเห็นว่าเส้นกราฟของเฮดสถิตและเฮดรวมของพัดลมชนิดนี้จะลดลงและเพิ่มขึ้น ในช่วงเปอร์เซ็นต์ของปริมาตรเปิดให้อากาศเข้าสู่ตัวเรือนพัดลมมีค่าอยู่ประมาณ 30 – 50 % ถ้าพัดลมชนิดนี้ทำงานอยู่ในช่วงดังกล่าวจะก่อให้เกิดความไม่เสถียรภาพขึ้นภายในระบบ และช่วงที่เหมาะสมสำหรับการทำงานของพัดลมก็คือ ช่วงเปอร์เซ็นต์ของปริมาตรที่เปิดกว้างประมาณ 55 – 75 % ซึ่งจะทำให้การทำงานของพัดลมมีประสิทธิภาพสูงสุด สามารถขับเคลื่อนอากาศได้ปริมาณที่มาก และใช้กำลังงานในการขับเลื่อนไม่มากจนเกินไป เส้นกราฟการทำงานของพัดลมจะค่อนข้างแบนราบ โดยเฉพาะอย่างยิ่งภายในช่วงการทำงานที่มีค่าเปอร์เซ็นต์ของปริมาตรเปิดกว้างประมาณ 40 % นั่นคือกำลังงานที่ใช้ในการขับเคลื่อนพัดลมภายในช่วงดังกล่าวจะมีค่าค่อนข้างคงที่

กฎการแปรผันและกฎความคล้ายของพัดลมและปั๊ม

อัตราไหลของของไหลจะแปรผันตามความเร็วรอบของพัดลม ความดันสูญเสียในท่อลมและท่อน้ำที่ต่ออยู่กับพัดลม จะแปรผันตามกำลังสองของความเร็วของกระแส (ความเร็ว) นั่นคือ แปรผันตามอัตราไหลกำลังสองนั่นเอง ดังนั้น หากความเร็วรอบเปลี่ยนแปลง ความดันจะแปรผันตามกำลังสองของความเร็วรอบ และกำลังขับเพลาจะแปรผันตามกำลังสามของความเร็วรอบตาม ความสัมพันธ์นี้เรียกว่ากฎการแปรผัน ซึ่งแสดงได้ด้วยสูตรต่อไปนี้

พัดลมทํามาจากวัสดุอะไรบ้าง

ในสูตรข้างต้น V1, V2 แทนอัตราไหล n1, n2 แทนความเร็วรอบ P1, P2 แทนความดัน W1, W2 แทนกำลังขับเพลา

นอกจากนี้ เมื่อเดินเครื่องพัดลมที่มีลักษณะคล้ายกันภายใต้สภาวะที่คล้ายกัน (เช่น จุดที่มีประสิทธิภาพสูงสุด) และสมมติว่าประสิทธิภาพของพัดลมเท่าเดิมแล้ว การไหลภายในปั๊มทั้งหมดจะมีลักษณะคล้ายกัน โดยความสัมพันธ์ระหว่างเส้นผ่านศูนย์กลาง D ความเร็วรอบ n กับอัตราไหล ความดัน และกำลังขับเพลาจะคำนวณได้จากสูตรต่อไปนี้ซึ่ง เรียกว่า กฎความคล้ายของพัดลม

พัดลมทํามาจากวัสดุอะไรบ้าง

กฎการแปรผันและกฎความคล้ายบอกเราว่าหากเรามีพัดลมที่มีกำลังมากเกินไป (มีขนาดใหญ่เกินไป) ไม่เพียงแต่การลดขนาดท่อลมเพื่อให้เกิดแรงต้านมากขึ้นเท่านั้น แต่หากเราเปลี่ยนขนาดของพัดลม (ใบพัด) หรือความเร็วรอบ ก็สามารถลดการใช้พลังงานลงอย่างมีประสิทธิผลอีกด้วย วิธีการนี้เป็นกลวิธีอนุรักษ์พลังงานที่สำคัญอย่างหนึ่งในการเลือกใช้หรือดัดแปลงอุปกรณ์ที่ทำงานด้วยของไหล

3. การควบคุมการทำงานของพัดลม (Operation control of fan)

ระบบปรับอัตราการไหลของพัดลมให้เหมาะสมกับภาระการใช้งาน เรียกว่า ระบบปริมาตรอากาศแปรผัน (VAV : Variable Air Volume)
วิธีการควบคุมอัตราการไหลแปรผัน

1. การควบคุมแดมเปอร์ขาออก-วาล์วขาเข้า
2. การควบคุมความเร็วรอบ
3. การควบคุม rotor blade
4. การควบคุม stationary blade
5. การควบคุมจำนวนเครื่อง (กรณีที่เดินเครื่องขนานหรืออนุกรม)
6. การควบคุมบายพาส


พัดลมทํามาจากวัสดุอะไรบ้าง

รูปที่ 10 วิธีการควบคุมอัตราการไหลหลายๆ แบบ

(1) วิธีการเลือกระบบการขับเคลื่อนของพัดลม

ในกรณีที่ไม่จำเป็นต้องปรับปริมาณลม การเดินเครื่องด้วยความเร็วคงที่ก็เพียงพอแล้ว ซึ่งโดยทั่วไปแล้วจะใช้มอเตอร์เหนี่ยวนำ 3 เฟสแบบกรงกระรอก สำหรับพัดลมที่มีขนาดปานกลางและขนาดใหญ่ ก็จะใช้มอเตอร์ซิงโครนัสที่มีเพาเวอร์แฟกเตอร์และประสิทธิภาพสูงกว่ามอเตอร์เหนี่ยวนำ ในกรณีนี้จะมีปัญหาตอนสตาร์ทเครื่องเท่านั้น ในรูป 11 ได้แสดงให้เห็นถึงคุณลักษณะความเร็ว-แรงบิด ภายใต้เงื่อนไขที่ปิดวาล์วขาเข้า แต่เปิดวาล์วขาออกและวาล์วบายพาส แต่ในพัดลม axial flow จะใช้วิธีเปลี่ยนมุมใบพัดแปรผัน จากรูปนี้ จะเห็นว่าแรงบิดตอนสตาร์ทเครื่องจะไม่เป็นปัญหา

โดยทั่วไปแล้วพัดลมแบบเทอร์โบจะให้ปริมาณลมมาก และเส้นผ่านศูนย์กลางของใบพัดก็จะมีขนาดใหญ่ตามไปด้วย ดังนั้น เมื่อเทียบกับภาระอื่นๆ แล้ว โมเมนต์ความเฉื่อยจะมีค่าสูงกว่ามาก ซึ่งหากสตาร์ทมอเตอร์เหนี่ยวนำ 3 เฟสแบบกรงกระรอกด้วยวิธีจ่ายแรงดันไฟฟ้าเต็มที่ (full-voltage starting) สุดท้ายแล้ว ความร้อนที่เทียบเท่าพลังงานขับเคลื่อนที่สะสมในโมเมนต์ความเฉื่อยจะเกิดขึ้นที่ขดลวดโรเตอร์ ดังนั้น จึงจำเป็นที่จะต้องพิจารณาว่าการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิของขดลวดกรงกระรอกจะมีปัญหาหรือไม่
ในกรณีที่ไม่สามารถจ่ายกระแสไฟสตาร์ทเครื่องในปริมาณมากได้ หรือในกรณีต้องสตาร์ทเครื่องบ่อยๆ จะใช้มอเตอร์เหนี่ยวนำแบบโรเตอร์พันขดลวด แต่ถ้าหากเดินเครื่องมอเตอร์เหนี่ยวนำแบบกรงกระรอกด้วยความเร็วแปรผันโดยใช้อินเวอร์เตอร์ ก็จะทำให้ปัญหาในตอนสตาร์ทเครื่องหมดไป และยังมีประสิทธิภาพในการอนุรักษ์พลังงานอย่างมากอีกด้วย ดังนั้น ในระยะหลังนี้ จึงมีการนำการขับเคลื่อนด้วยความเร็วแปรผันโดยใช้อินเวอร์เตอร์มาใช้ในการสตาร์ทเครื่อง และในการเดินเครื่องปกตินั้น จะสลับเอาไฟฟ้าของการไฟฟ้ามาจ่ายใช้งานต่อไป

ในการปรับปริมาณลม ทำได้ด้วยกลไกเชิงกล เช่น ระบบ variable pitch airfoil และด้วยการควบคุมความเร็ว การใช้กลไกนั้นจะมีราคาถูกแต่หากใช้งานในช่วงกว้างจะทำให้ประสิทธิภาพการส่งลมลดลงในระยะหลัง จากที่มีเป้าหมายการประหยัดไฟฟ้า ทำให้มีการนำระบบควบคุมแบบที่ใช้อินเวอร์เตอร์ที่มีคุณภาพสูงมาใช้ในเครื่องระบายอากาศ ดักฝุ่น เครื่องส่งและระบายอากาศในอุโมงค์ชนิดต่างๆ
การขับพัดลมและโบลเวอร์ขนาดกลางและขนาดใหญ่ด้วยความเร็วไม่คงที่ด้วยกระแสสลับ ได้นำมาใช้เป็นผลดีในช่วงที่เกิดวิกฤตน้ำมันในยุคปี 1970 โดยริเริ่มการใช้ thyristor inverter ในปัจจุบัน อินเวอร์เตอร์ที่มีราคาต่ำ มีขนาดเล็ก แต่มีความสามารถสูงนั้น ได้ถูกผลิตขึ้นจากการพัฒนาด้าน power electronics และการเดินเครื่องด้วยความเร็วแปรผันที่ได้นำเอาข้อดีของมอเตอร์เหนี่ยวนำแบบกรงกระรอกมาใช้ ก็มีแนวโน้มว่าจะเป็นที่แพร่หลายได้อย่างรวดเร็ว โดยเริ่มจากพัดลมและโบลเวอร์ ขนาดกลางและขนาดใหญ่ซึ่งมีประสิทธิภาพในการอนุรักษ์พลังงาน สูงจนถึงที่มีขนาดเล็ก

พัดลมทํามาจากวัสดุอะไรบ้าง

รูปที่ 11 คุณลักษณะความเร็ว-แรงบิด ภายใต้เงื่อนไขที่ปิดวาล์วขาเข้า แล้วเปิดวาล์วขาออกและวาล์วบายพาส

4. แนวทางการอนุรักษ์พลังงานในพัดลม(Guideline for energy conservation in fan)

จุดที่ต้องมีการตรวจสอบในการอนุรักษ์พลังงานในระบบพัดลม มีดังต่อไปนี้

- พัดลมจ่ายลมออกไปในปริมาณที่มากกว่าที่จำเป็นต้องใช้หรือไม่
- พัดลมเดินเครื่องที่ประสิทธิภาพสูงหรือไม่
- กรณีที่มีการเปลี่ยนแปลงปริมาณลม พัดลมยังคงที่สมรรถนะที่ดีแม้ในช่วงปริมาณลมน้อยๆ หรือไม่
- วิธีควบคุมปริมาณลมมีประสิทธิภาพสูงสอดคล้องกับความต้องการของโรงงานหรือไม่
- ในเรื่องความต้านทานของท่อ ความเร็วลมสูงเกินไปหรือไม่ มีความต้านทานที่ไม่จำเป็น เช่น มีท่องอมากเกินไปหรือไม่

ประเด็นสำคัญในการอนุรักษ์พลังงานในพัดลม

1. การลดปริมาณลม – ความดันให้เหมาะสมกับที่ภาระต้องการ
2. การควบคุมการเดินเครื่องให้เหมาะสมกับการเปลี่ยนแปลงปริมาณที่ภาระต้องการ

ปัญหาเฉพาะตัวพัดลม ได้แก่

1. การเลือกใช้พัดลมที่มีประสิทธิภาพสูงและมีคุณลักษณะเหมาะกับการใช้งาน
2. ไม่มีฝุ่นละอองสะสมที่ตัวถังและใบพัดที่ทำให้การไหลของกระแสอากาศลดลง
3. ลดการรั่วไหลจาก Labyrinth seal ของ shaft seal และ balance disk


(1) การอนุรักษ์พลังงานโครงการใช้พัดลมให้สอดคล้องกับภาระ

(1.1) เมื่อปริมาณลมที่ต้องการลดลงและมีการเปลี่ยนแปลงน้อย

หากวางแผนเผื่อไว้มากไปและต้องการลดปริมาณลมเนื่องจากการลดกำลังการผลิต หากใช้วิธีปรับด้วยแดมเปอร์ขาออกจะทำให้การเดินเครื่องมีกำลังขับสูญเสียสูง วิธีการแก้ไขในกรณีนี้ คือ ลดขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของใบพัดเปลี่ยนไปใช้ใบพัดที่มีขนากเล็กลง ลดจำนวนชั้นของโบลเวอร์แบบหลายชั้น ปรับมุมใบพัดของพัดลมแบบ axial flow

(1.2) เมื่อปริมาณลมที่ต้องการมีการเปลี่ยนแปลง

- หรี่แดมเปอร์ขาออก (กำลังขับจะเลื่อนไปตามเส้นกราฟกำลังขับเพลาเท่านั้น)
- การควบคุม vane ขาเข้า (ความสิ้นเปลืองกำลังขับจะต่ำกว่าการควบคุมแดมเปอร์)
- ควบคุมจำนวนเครื่อง (กรณีที่เดินเครื่องพัดลมขนานกันหลายตัว หากลดจำนวนเครื่องที่เดินให้สอดคล้องกับปริมาณลม จะทำให้พัดลมแต่ละเครื่องมีประสิทธิภาพต่ำลงไม่มาก)
- ควบคุม variable pitch ของ moving blade ของพัดลม axial flow (สามารถควบคุมได้อย่างมีประสิทธิภาพสูงในการช่วงปริมาณลมกว้าง)
- ควบคุมความเร็วรอบ

(2) วิธีตรวจวิเคราะห์เพื่ออนุรักษ์พลังงาน

(2.1) ตรวจสอบเส้นกราฟสมรรถนะ – กรณีที่เป็นพัดลมรุ่นเก่าให้สำรวจว่ามีพัดลมที่มีสมรรถนะสูงกว่าหรือไม่
(2.2) กรณีที่พัดลมมีความสามารถสูงเกินไป มีการหรี่แดมเปอร์หรือวาล์วในท่อหรือไม่
(2.3) ก่อนและหลังพัดลมมีท่อโค้งที่ทำให้มีความดันสูญเสียเพิ่มขึ้นหรือไม่
(2.4) ความเร็วลมในท่อมีค่าสูงเกินไปทำให้ความต้านทานของท่อมีค่าสูงหรือไม่
(2.5) มีอากาศรั่วออกมาจากท่อหรือ flange หรือไม่
(2.6) ไส้กรองอากาศอุดตัน มีฝุ่นละอองเกาะอยู่ในท่อลม ในตัวถัง และในใบพัดหรือไม่
(2.7) มีความสูญเปล่าหรือไม่ เช่น จ่ายลมในขณะที่ไม่จำเป็น เดินเครื่องขณะที่ปิดปากทางออกอยู่ เป็นต้น

(3) การประหยัดพลังงานโดยการควบคุมความเร็วของพัดลม

ในการปรับเปลี่ยนปริมาณลมและกำลังอัดที่ต้องการนั้น เดิมที ใช่วิธีการปรับแดมเปอร์ แต่ในปัจจุบันมักใช้วิธีการควบคุมความเร็วแทนแดมเปอร์ ในการควบคุมปริมาณลมและความดัน ซึ่งจะทำให้สามารถอนุรักษ์พลังงานได้อย่างมาก รูป 12 เป็นรูปที่แสดงถึงหลักการข้างต้น ในกรณีที่ใช้วิธีปรับแดมเปอร์ให้แคบขึ้น จะมีผลต่อเส้นกราฟความต้านทานการส่งลม จุดการทำงานของพัดลม จะเลื่อนไปที่จุดตัดจุดไหน ในขณะที่ เมื่อใช้วิธีเปลี่ยนแปลงความเร็ว เส้นกราฟความต้านทานการส่งลมจะไม่เปลี่ยนแปลง จุดทำงานของพัดลมจะเลื่อนไปอยู่ที่จุดตัดระหว่างค่าอัตราไหลที่ต้องการกับเส้นกราฟความต้านทาน หลักการเหล่านี้ จะเหมือนกับกรณีของปั๊ม แต่สำหรับปั๊มนั้น เนื่องจากเป็นเฮดจริง จึงมีจุดความเร็วต่ำสุด แต่ในพัดลมนั้นจะไม่มีจุดความเร็วต่ำสุด ทำให้มีประสิทธิภาพในการอนุรักษ์พลังงานสูง

พัดลมทํามาจากวัสดุอะไรบ้าง

รูปที่ 12 เปรียบเทียบการควบคุมแดมเปอร์กับการควบคุมความเร็วในการปรับเปลี่ยนอัตราการไหล

Bibliography

กรมพัฒนาพลังงานทดแทนและอนุรักษ์พลังงาน กระทรวงพลังงาน. (2004). ตอนที่ 4 บทที่ 1 ระบบอัดอากาศ ปั๊มน้ำ และพัดลม. In ตำราฝึกอบรมผู้รับผิดชอบด้านพลังงานอาวุโส (ผอส.) ด้านความร้อน (pp. 1-1 - 1-72).

พัดลมทํามาจากวัสดุอะไรบ้าง

2 replies

  1. Santi says:

    กรกฎาคม 13, 2016 at 8:58 pm

    ในกรณีที่เป็นการสตาร์ท มอเตอร์ที่มีโหลดเป็น centrifugal fan ถ้าเกิดว่า ปิดท่อลมด้านดูด เเต่เปิดท่อลมด้านจ่าย จะส่งผลต่อกระเเสมอเตอร์อย่างไร ขอคำอธิบายด้วยครับ

    พัดลมทำมาจากวัสดุชนิดใด

    โครงสร้างของพัดลมมีอะไรบ้าง -ตะแกรงหน้าและหลัง เป็นส่วนป้องกันเพื่อป้องกันไม่ให้มือหรืออวัยวะต่างของผู้ใช้ไปโดนใบพัดลม ลักษณะ ทำจาก เหล็ก ดัดให้เป็นตะแกรง -ใบพัดลม ทำหน้าที่ให้กำลังลม ลักษณะเป็นใบพัด ส่วนมากนิยมทำจากพลาสติก -สวิตซ์ควบคุมความเร็ว ทำหน้าที่ตัดต่อกระแสไฟฟ้าเพื่อ เพิ่ม – ลด ระดับความเร็ว

    ส่วนประกอบของพัดลมทำมาจากอะไรบ้าง

    ส่วนประกอบของพัดลม.
    ตัวเครื่อง (มอเตอร์ไฟฟ้า).
    กลไกที่ทำให้พัดลมหยุดกับที่หรือหมุนส่ายไปมา.
    ใบพัดและตะแกรงคลุมใบพัด.
    สวิตช์ควบคุมการทำงาน (เปิด/ปิด).
    เต้าเสียบ(ปลั๊กตัวผู้)ไฟฟ้า.

    พัดลมมีอุปกรณ์อะไรบ้าง

    1. มอเตอร์ 2. โครงพัดลม 3. ตะแกรงพัดลม 4. ใบพัดลม 5. แกนพัดลม 6. สวิตช์ควบคุมการท างาน มีส่วนที่อยู่กับที่เรียกว่า สเตเตอร์ (Stator) มีขดลวดพันรอบอยู่ตรง ส่วนกลางของมอเตอร์ ประกอบด้วยเปลือกและมอเตอร์ มีรูส าหรับขันสกรูเพื่อยึดใบพัด

    พัดลมทำมาเพื่ออะไร

    อย่างที่ทราบกันดีครับว่าพัดลมหน้าที่หลักคือ “ส่งลม หรือก๊าซ” เข้าไปยังระบบที่ต้องการ เพื่อไปทำหน้าที่ต่างๆ เช่น ระบายความร้อน, ช่วยระบบถ่ายเทอากาศ, ใช้ในระบบทำความเย็น หรือ ช่วยในการสันดาปการเผาไหม้ในเตาเผาต่างๆ