บทความและข่าวสาร

ทำไม เปลี่ยนชิลเลอร์ ถึงยังไม่พอ ?

Chiller Plant คือ โรงผลิตความเย็นส่วนกลางขนาดใหญ่ ที่ทำหน้าที่ไหลเวียนความสบายและความเสถียรในการผลิต และส่งจ่ายไปยังอุปกรณ์แลกเปลี่นนความร้อนตามพื้นที่ต่างๆ ของอาคาร โรงแรม หรือ โรงงานอุตสาหกรรม

โดยมี ชิลเลอร์ (Chiller) เป็นตัวหลักในการทำน้ำเย็น โดยน้ำเย็นจะถูกสูบจ่ายผ่านเครือข่ายท่อไปยังขดลวดทำความเย็นของเครื่องปรับอากาศ เช่น AHU/FCU หรือโหลดในกระบวนการผลิต เพื่อดูดซับความร้อนและรักษาอุณหภูมิพื้นที่ให้ตามต้องการ จากนั้นน้ำที่ได้รับความร้อนจะวนกลับเข้าสู่ชิลเลอร์เพื่อระบายความร้อนออกสู่วงจรภายนอก เป็นการทำความเย็นแบบวนรอบ (recycling) อย่างต่อเนื่อง 

สิ่งที่ทำให้ Chiller Plant มีความหมายมากกว่าเป็นแค่ระบบทำความเย็น คือ มันเป็นตัวกำหนดคุณภาพการควบคุมอุณหภูมิ และความชื้น ตลอดส่งผลต่อทั้งความสบายของผ้ใช้อาคาร และเสถียรภาพของกระบวนการผลิตในโรงงาน และเมื่อระบบมีประสิทธิภาพ ก็ลดการใช้พลังงานส่วนปรับอากาศลงระยะยาวได้จริง

องค์ประกอบสำคัญของระบบ Chiller Plant

ชิลเลอร์ดี = ประหยัดไฟ ?
ระบบนี้ไม่ได้เก่งเพราะมี เครื่องชิลเลอร์ดี เพียงอย่างเดียว แต่เก่งเพราะ ทุกชิ้นส่วนของ Chiller Plant ทำงานเป็นจังหวะผสานกัน เหมือนวงออเคสตร้า หากมีเครื่องใดที่เล่นคีย์เพี้ยน ทั้งระบบจะสิ้นเปลืองทันที อุปกรณ์ทุกชิ้นทำงานร่วมกันเป็นวงจร และแต่ละชิ้นมีบทบาทเฉพาะที่ขาดไม่ได้


• ชิลเลอร์ (Chiller Unit):
เป็นเครื่องทำความเย็นขนาดใหญ่ ทำงานด้วยหลักการของเครื่องอัดสารทำความเย็น (vapor-compression cycle) โดยมีคอมเพรสเซอร์, คอนเดนเซอร์, วาล์วลดความดัน และอีวาโปเรเตอร์เป็นองค์ประกอบย่อย ขณะชิลเลอร์ทำงาน สารทำความเย็นจะดูดซับความร้อนจากน้ำที่ต้องการทำความเย็นในอีวาโปเรเตอร์ ทำให้น้ำมีอุณหภูมิลดลง แล้วระบายความร้อนของสารทำความเย็นออกที่คอนเดนเซอร์ อาคารโรงแรมขนาดใหญ่ หรือโรงงานอุตสาหกรรม มักเลือกใช้ชิลเลอร์แบบระบายความร้อนด้วยน้ำ (Water-Cooled) ที่จำเป็นต้องหอหล่อเย็น (Cooling Tower) ระบายความร้อนออกสู่บรรยากาศ


• หอหล่อเย็น (Cooling Tower):
อุปกรณ์ถ่ายเทความร้อนออกสู่ภายนอกสำหรับระบบที่ใช้ชิลเลอร์ชนิดระบายความร้อนด้วยน้ำ น้ำหล่อเย็นที่รับความร้อนจากคอนเดนเซอร์ของชิลเลอร์จะถูกส่งขึ้นไปที่คลูลิ่ง ทาวเวอร์ เพื่อลดอุณหภูมิของน้ำผ่านการสัมผัสกับอากาศ และการระเหยของน้ำบางส่วน ก่อนที่น้ำหล่อเย็นที่เย็นลงจะหมุนกลับไปเข้าเครื่องชิลเลอร์อีกครั้ง ทำให้วงจรการระบายความร้อนสมบูรณ์

• เครื่องสูบน้ำและระบบท่อ (Pumps & Piping):
ระบบปั๊มน้ำทำหน้าที่สูบจ่าย น้ำเย็น ไปยังขดลวดทำความเย็นหรือโหลดความเย็นอื่น ๆ ทั่วอาคาร และสูบ น้ำหล่อเย็นร้อน จากชิลเลอร์ขึ้นไปยังหอระบายความร้อน รวมถึงหมุนเวียนน้ำกลับเข้าสู่ชิลเลอร์อย่างต่อเนื่อง ปั๊มเหล่านี้เชื่อมต่อกันด้วยเครือข่ายท่อส่งน้ำเย็นและน้ำร้อนที่ออกแบบให้มีขนาดและเส้นทางเหมาะสม เพื่อให้การไหลเวียนน้ำในระบบเกิดขึ้นอย่างมีประสิทธิภาพทั่วทั้งอาคาร

• ระบบควบคุม (Control System):
ระบบควบคุมอัจฉริยะที่ทำหน้าที่ประสานการทำงานของอุปกรณ์ทั้งหมดใน Chiller Plant ให้สอดคล้องกัน ตั้งแต่การเปิด/ปิดชิลเลอร์ตามภาระการใช้งาน การปรับความเร็วรอบของคอมเพรสเซอร์ ปั๊ม และพัดลมระบายความร้อน ตลอดจนการควบคุมอุณหภูมิและแรงดันของน้ำเย็นให้อยู่ในเกณฑ์ที่ต้องการ ระบบควบคุมที่ดีจะช่วยให้ทุกองค์ประกอบทำงานในจังหวะที่เหมาะสม ไม่มากหรือน้อยเกินไป ลดการใช้พลังงานส่วนเกินและรักษาประสิทธิภาพการทำความเย็นอย่างต่อเนื่อง

บทบาทของ Chiller Plant ต่อระบบพลังงาน
ในสภาพอากาศร้อนชื้นตลอดปีเช่นประเทศไทย ความเย็นไม่ใช่แค่เรื่องของความสบาย แต่คือ ต้นทุน ที่กินสัดส่วนค่าไฟรายใหญ่ที่สุดของอาคาร โดยคิดเป็นประมาณ 30–50% ของค่าไฟฟ้ารวม ดังนั้นการออกแบบ Chiller Plant ที่มีประสิทธิภาพ ไม่เพียงช่วยรักษาความเย็นสบายหรือควบคุมสภาพแวดล้อมการผลิตได้ตามมาตรฐานเท่านั้น แต่ยังมีศักยภาพในการลดค่าใช้จ่ายพลังงานอย่างมีนัยสำคัญให้แก่ผู้ประกอบการอีกด้วย

โครงการปรับปรุงระบบน้ำเย็นหลายแห่งสามารถประหยัดพลังงานได้ถึง 40–70% เมื่อเทียบกับระบบเดิม ซึ่งสูงกว่าที่หลายคนคาดคิดมาก เหตุนี้ ทำให้ผู้บริหารอาคารและโรงงานจำเป็นต้อง คิดใหม่ และให้ความสำคัญกับการออกแบบ เดินเครื่อง และบำรุงรักษา Chiller Plant มากขึ้น เพื่อให้มั่นใจว่าระบบทำงานอย่างเต็มประสิทธิภาพและใช้พลังงานอย่างคุ้มค่าที่สุดตลอดอายุการใช้งาน

เหตุใดการประหยัดพลังงานจึงต้องปรับปรุงทั้งระบบ Chiller Plant
ข้อมูลจากกรมพัฒนาพลังงานทดแทนและอนุรักษ์พลังงาน (พพ.) ระบุว่าเครื่องชิลเลอร์รุ่นเก่าที่ผ่านการใช้งานมานานกว่า 15–20 ปี เมื่อรวมกับปัจจัยเสื่อมสภาพต่าง ๆ จะมีค่า Coefficient of Performance (COP) ลดต่ำลงมาก (จาก ~3.5–4.0 เหลือ ~2.0–2.5) ส่งผลให้กินไฟเพิ่มขึ้น 30–50% เพื่อผลิตความเย็นเท่าเดิม

จริงอยู่ ที่ชิลเลอร์เป็นอุปกรณ์ที่แบกโหลดความเย็นสูงสุด แต่ในสภาพการใช้งานจริงตลอดทั้งปี อุปกรณ์อื่น ๆ และวิธีการควบคุมการทำงานของระบบกลับเป็นปัจจัยที่ส่งผลต่อการใช้พลังงานรวมมากพอ ๆ กับตัวชิลเลอร์เอง ดังนั้น การเปลี่ยนไปใช้ชิลเลอร์ที่มีประสิทธิภาพสูงขึ้น เพียงอย่างเดียว อาจไม่เพียงพอที่จะสร้างศักยภาพการประหยัดพลังงานสูงสุด หากยังมีคอขวดเดิม เช่น ตะกรันหินปูนที่สะสมใน Cooling Tower ที่ทำให้การระบายความร้อนด้อยลงจนชิลเลอร์ต้องทำงานหนักขึ้น และกินไฟมากขึ้นถึง 10-20% หรือ ฉนวนท่อเสื่อมคุณภาพ ทำให้สูญเสียความเย็นระหว่างทาง ตลอดจนการ รั่วซึมของสารทำความเย็น ในระบบเก่าที่ทำให้ประสิทธิภาพการทำความเย็นลดลง

โครงการที่ได้รับการปรับปรุง Chiller Plant ใหม่จะตั้งเป้าค่าใช้พลังงานรวมของระบบ Chiller Plant ต่ำกว่า 0.6 kW/ตันความเย็น (หรือ COP รวม ~5.8 ขึ้นไป) ซึ่งเป็นระดับที่ เป็นไปไม่ได้เลย หากไม่ได้ปรับทั้งชิลเลอร์ ปั๊ม และหอหล่อเย็นพร้อมๆ กัน เพราะท้ายที่สุด ประสิทธิภาพรวม (Plant COP หรือ kW/RT) จะดีขึ้นได้จริง เมื่ออุปกรณ์ทุกชิ้นทำงานในจุดที่มีประสิทธิภาพสูงสุดพร้อมกัน

การปรับปรุง Chiller Plant ที่ลดค่าไฟได้จริง

1. ปรับปรุงอุปกรณ์อื่นๆ:
ปั๊มน้ำและพัดลมของหอหล่อเย็น (Cooling Tower) ก็เป็นอีกหนึ่งภาระสำหรับค่าไฟที่สำคัญ หากยังคงใช้ปั๊มน้ำและพัดลมชนิดเดิม เช่น Fixed-speed ที่ต้องทำงานเต็มกำลังตลอดเวลา ระบบจะสูญเสียพลังงานจำนวนมากในช่วง Part load แม้ตัวชิลเลอร์เองจะมีประสิทธิภาพสูงขึ้นก็ตาม

• แนวทางปรับปรุง Chiller Plant:
เปลี่ยนไปใช้มอเตอร์ปรับความเร็วรอบ (VSD) สำหรับปั๊มและพัดลมหอหล่อเย็น รวมถึงการปรับผังท่อให้เหมาะกับการไหลแบบแปรผัน ระบบจะลดอัตราการไหลของน้ำตามภาระความเย็นที่ต้องการจริง แทนการเดินเต็มสปีดตลอดเวลา ลดการสูญเสียโดยไม่กระทบอุณหภูมิจ่ายให้พื้นที่

2. ปรับปรุงยุทธศาสตร์การควบคุม:
เพราะสมองเก่า ไม่ได้ทำให้เครื่องใหม่ฉลาด ระบบควบคุมการทำงานของ Chiller Plant เปรียบเสมือนสมอง หากยังใช้การควบคุมแบบแมนนวล หรือ Fixed Setpoints จะไม่สามารถดึงศักยภาพของอุปกรณ์ใหม่ ๆ ได้เต็มที่

กลยุทธ์การควบคุมแบบอัตโนมัติและปรับตามโหลด เช่น การติดตั้ง Chiller Plant Manager หรือ Building Automation System (BAS) จะช่วยให้แต่ละส่วนของระบบทำงานประสานกัน เช่น การเปิด-ปิดหรือสลับลำดับการเดินเครื่องชิลเลอร์หลายเครื่อง เพื่อให้แต่ละเครื่องทำงานที่ช่วงโหลดที่มีประสิทธิภาพสูง หรือ ปรับความเร็วปั๊มและพัดลมโดยอัตโนมัติ เพื่อรักษาคุณภาพน้ำเย็นและน้ำหล่อเย็นตามที่ต้องการโดยใช้พลังงานต่ำที่สุด ต่างจากระบบเก่าที่ ควบคุมแบบคงที่ (Fixed Setpoints) ทำให้อุปกรณ์ทำงานเกินจำเป็นโดยไม่รู้ตัว

แค่การปรับ ยุทธศาสตร์การควบคุม (Optimized Control Setpoints) สามารถลดพลังงานในระบบ Chiller Plant ได้เฉลี่ยถึง 8.5% โดยไม่ต้องเปลี่ยนอุปกรณ์ใด ๆ เลย สะท้อนให้เห็นว่า สมองที่ดีหาจุดสมดุลพลังงานต่ำสุดได้จริง ในทุกช่วงภาระ

3. ออกเบบ Chiller Plant ให้สอดคล้องกับ Load Profile
อาคารแต่ละแห่งมีรูปแบบการใช้งานความเย็นที่แตกต่างกันไปตามเวลา (annual load profile) การเลือกขนาดและจำนวนของชิลเลอร์รวมถึงวิธีเดินเครื่อง ไม่ควรดูแค่โหลดสูงสุด (peak load) เพียงจุดเดียว

ในอดีตมักนิยมติดตั้งชิลเลอร์ขนาดใหญ่เพียงเครื่องเดียวให้ครอบคลุม peak แต่การใช้งานจริงกลับเดินที่โหลดต่ำกว่ากำลังส่วนใหญ่ ทำให้ชิลเลอร์อยู่ในโซนประสิทธิภาพต่ำ เช่น เดินเครื่องที่ 20–30% ของโหลด ซึ่งมีค่า kW/ตัน สูงกว่าการเดินที่ 60–80% จึงสิ้นเปลืองพลังงานโดยใช่เหตุ แนวทางที่ดีกว่าคือใช้ชิลเลอร์หลายเครื่องที่ขนาดเหมาะสมและการควบคุมตามลำดับ (sequencing)เพื่อให้ยืดหยุ่นได้ตามโหลดที่เปลี่ยน และทำการประเมิน ประสิทธิภาพในช่วงภาระส่วนใหญ่ (Part-load Efficiency) ที่มีความสำคัญในการเลือกอุปกรณ์แทนที่จะดูแค่ประสิทธิภาพ 100% Load

ควรใช้ค่าชี้วัดอย่าง IPLV หรือ NPLV ที่สะท้อนการทำงานหลายจุดของโหลดตลอดปี มาตรฐาน AHRI กำหนดการคำนวณ IPLV โดยสมมติการเดินเครื่องที่ 100%, 75%, 50%, และ 25% พร้อมอุณหภูมิน้ำหล่อเย็นที่ต่างกัน เพื่อสะท้อนภาพรวมการทำงานจริง หากออกแบบโดยเน้นค่า IPLV ที่ดีและเดินเครื่องให้ตรงตามโหลดโปรไฟล์อย่างถูกต้อง จะประหยัดพลังงานทั้งปีได้มากกว่าการเปลี่ยนเครื่องใหม่ที่ดี แต่ไม่ตรงการใช้งานของคุณ

ตัวอย่างผลของการปรับปรุงทั้งระบบ Plant
โครงการปรับปรุง Chiller Plant สำหรับโรงแรมและโรงงานอุตสาหกรรม ผลลัพธ์เชิงระบบสะท้อนให้เห็นชัดว่าการยกระดับทั้ง Plant ให้ประสิทธิภาพสูงกว่าการเปลี่ยนเครื่องเพียงอย่างเดียวอย่างมีนัยสำคัญ ตัวอย่างจากโครงการที่ส่งมอบแล้ว (Delivered Projects) ของ Advance Cool Technology แสดงให้เห็นถึงการลดอัตราการใช้พลังงานของระบบ (kW/RT) ลงมากกว่า 40–60% เมื่อเทียบกับค่า Baseline เดิม

• MIDA Grande Hotel (จังหวัดนครปฐม)
ระบบเดิมมีประสิทธิภาพเฉลี่ยอยู่ที่ 1.40 kW/RT หลังจากดำเนินการปรับปรุงทั้ง Chiller, ระบบปั๊มน้ำ, หอหล่อเย็น และระบบควบคุมส่วนกลาง ทำให้ค่าประสิทธิภาพของระบบลดลงเหลือ 0.69 kW/RT ส่งผลให้สามารถสร้างมูลค่าการประหยัดพลังงานรวมกว่า 6 ล้านบาท ภายในระยะเวลาเพียง 10 เดือน

• โครงการในภาคอุตสาหกรรม โรงงาน Fuji Seal
ค่าประสิทธิภาพของระบบก่อนการปรับปรุงอยู่ที่ 1.67 kW/RT และสามารถยกระดับลงมาอยู่ที่ 0.70 kW/RT หลังการปรับปรุงทั้งระบบ Plant ครอบคลุมตั้งแต่ Chiller, ปั๊มน้ำ, ระบบท่อ, หอหล่อเย็น และการควบคุมโหลดตามภาระจริง ส่งผลให้เกิดมูลค่าการประหยัดสะสมสูงถึง 16.8 ล้านบาท ภายในระยะเวลา 2 ปี

• โรงงานขนาดใหญ่ AJE Group
ระบบเดิมมีค่าการใช้พลังงานสูงถึง 2.95 kW/RT ซึ่งสะท้อนถึงความสูญเสียพลังงานในระดับโครงสร้างของระบบ เมื่อดำเนินการปรับปรุงทั้ง Chiller Plant แบบบูรณาการ ค่าประสิทธิภาพของระบบสามารถลดลงเหลือ 0.73 kW/RT คิดเป็นมูลค่าการประหยัดรวมกว่า 18 ล้านบาท (คำนวณจาก Tonnage Consumption รายปี)

ตัวอย่างกราฟแสดงผลประหยัดพลังงาน


กราฟด้านซ้ายจะแสดงการใช้พลังงานไฟฟ้ารายปีของระบบ Chiller Plant (แกนตั้งหน่วยเป็นกิโลวัตต์-ชั่วโมง) เปรียบเทียบก่อนและหลังปรับปรุง ก่อนปรับปรุง ใช้อุปกรณ์ขับเคลื่อนความเร็วคงที่ทุกส่วน (แท่งสีฟ้าอ่อนซ้าย แสดงพลังงานที่ใช้โดยชิลเลอร์; สีเขียวอ่อนและเข้มแสดงพลังงานที่ใช้โดยปั๊มน้ำเย็นและปั๊มน้ำหล่อเย็น; สีฟ้าเข้มคือพัดลมหอเย็น) รวมประมาณ 5,041 MWh ต่อปี.

หลังปรับปรุงเป็นระบบ (แท่งด้านขวา) พบว่าการใช้พลังงานรวมลดลงเหลือ ~3,488 MWh/ปี หรือ ลดลงประมาณ 30% หรือ 1,553 MWh) โดยสัดส่วนการใช้พลังงานของส่วนปั๊มและพัดลมลดลงอย่างชัดเจน ค่าไฟฟ้ารายปีลดลงได้ถึง ~30% (6.95 ล้านบาท) และการปล่อย CO₂ ลดลง ~30% เช่นกัน) สะท้อนความคุ้มค่าของการปรับปรุง Chiller Plant ทั้งระบบในระยะยาว

Link Source :
รายงานและสถิติปริมาณการใช้พลังงานในระบบปรับอากาศจากกรมพัฒนาพลังงานทดแทนและอนุรักษ์พลังงาน : https://www.dede.go.th
Chiller Plant Design (คู่มืออ้างอิงมาตรฐาน ASHRAE) : Energy-Models.com
บทความจาก Journal of Building Engineering (Volume 69, 15 June 2023) : https://www.sciencedirect.com/
ERIA Reserach Project Report “Technical Guidelines for Energy Efficiency in Commercial Buildings” (2020)

แม้ข้อมูลจาก LBNL และกรณีศึกษาจำนวนมากจะยืนยันแล้วว่า การปรับปรุง Chiller Plant ทั้งระบบ ให้ผลลัพธ์ด้านพลังงานและความคุ้มค่าทางการเงินสูงกว่าการเปลี่ยนเครื่องเพียงอย่างเดียว แต่อุปสรรคสำคัญของหลายองค์กรยังคงเป็น ต้นทุนการลงทุนเริ่มต้น (CAPEX) ที่สูง

นี่จึงเป็นจุดเปลี่ยนเชิงกลยุทธ์ที่ทำให้แนวคิด ESCO และ Performance-Based Contract เข้ามามีบทบาท จากการลงทุนล่วงหน้า สู่การจ่ายตาม ผลการประหยัดที่เกิดขึ้นจริง ในตอนถัดไป เราจะเจาะลึกว่า การเปลี่ยนจาก CAPEX ไปสู่ Performance Contract ทำให้องค์กรสามารถยกระดับ Chiller Plant ได้อย่างไร โดยไม่ต้องแบกรับภาระการลงทุนก้อนใหญ่ตั้งแต่วันแรก พร้อมทั้งลดความเสี่ยงและเร่งผลตอบแทนด้านพลังงานและความยั่งยืนให้เกิดขึ้นได้เร็วขึ้น

𝗔𝗱𝘃𝗮𝗻𝗰𝗲 𝗖𝗼𝗼𝗹 𝗧𝗲𝗰𝗵𝗻𝗼𝗹𝗼𝗴𝘆 พร้อมเคียงข้างและร่วมมือกับคุณ ในการเปลี่ยนระบบทำความเย็นให้ก้าวสู่ยุคใหม่ที่ประหยัดพลังงานและยั่งยืนกว่าเดิม ในฐานะบริษัท ESCO (Energy Service Company) อย่างเป็นทางการ และมีใบรับรอง PMVA (Performance Measurement & Verification Accreditation)

Line id : @advancecool 
Email : info@advance-cool.com

Powered by Froala Editor