Heat Pumps

ปั๊มความร้อน

ปั๊มความร้อนทำงานโดยอ้างอิงตามหลักการของระบบทำความเย็น (Refrigeration) โดยอาศัยคุณสมบัติทางอุณหพลศาสตร์ของสารทำความเย็น (Refrigerant) ซึ่งสามารถดูดซับความร้อนที่อุณหภูมิต่ำ และปล่อยความร้อนที่อุณหภูมิสูงได้

ระบบปั๊มความร้อน (Heat Pump Systems)

ปั๊มความร้อนเป็นทางเลือกที่มีประสิทธิภาพด้านพลังงานเมื่อเทียบกับเตาเผาและเครื่องปรับอากาศ ซึ่งสามารถใช้ได้ในทุกสภาพภูมิอากาศ เช่นเดียวกับตู้เย็น ปั๊มความร้อนใช้ไฟฟ้าในการถ่ายเทความร้อนจากบริเวณที่เย็นกว่าไปยังบริเวณที่อุ่นกว่า ทำให้บริเวณที่เย็นยิ่งเย็นลง และบริเวณที่อุ่นยิ่งอุ่นขึ้น

ในช่วงฤดูร้อน ปั๊มความร้อนจะถ่ายเทความร้อนจากภายในบ้านออกไปยังภายนอก ส่วนในช่วงฤดูหนาว ปั๊มความร้อนจะดึงความร้อนจากภายนอก (ซึ่งเย็นกว่า) เข้ามายังภายในบ้านที่อุ่นกว่า เนื่องจากระบบนี้ทำงานโดยการถ่ายเทความร้อน ไม่ใช่การสร้างความร้อน จึงสามารถให้ความอบอุ่นอย่างมีประสิทธิภาพและประหยัดพลังงานภายในบ้าน

ปั๊มความร้อนที่พบมากที่สุดคือแบบใช้แหล่งอากาศ (Air-source heat pump) ซึ่งถ่ายเทความร้อนระหว่างภายในบ้านของคุณกับอากาศภายนอก
ปั๊มความร้อนรุ่นใหม่สามารถลดการใช้ไฟฟ้าเพื่อให้ความร้อนลงได้ถึง 75% เมื่อเทียบกับระบบทำความร้อนด้วยไฟฟ้าแบบต้านทาน เช่น เตาเผาหรือฮีตเตอร์แบบติดผนัง

นอกจากนี้ ปั๊มความร้อนที่มีประสิทธิภาพสูงยังสามารถลดความชื้นในอากาศได้ดีกว่าเครื่องปรับอากาศแบบรวมศูนย์ทั่วไป ส่งผลให้ใช้พลังงานน้อยลงและเพิ่มความสบายในช่วงฤดูร้อน

แม้ว่าในอดีตปั๊มความร้อนแบบนี้จะไม่นิยมใช้ในพื้นที่ที่มีอากาศหนาวจัด แต่ด้วยเทคโนโลยีที่พัฒนาแล้ว ปั๊มความร้อนแบบใช้แหล่งอากาศสามารถใช้งานแทนระบบให้ความร้อนในภูมิภาคหนาวได้จริง

ปั๊มความร้อนไม่ได้สร้างความร้อน แต่ย้ายความร้อน

ปั๊มความร้อนไม่ได้ผลิตความร้อนขึ้นมาเอง แต่ทำหน้าที่ถ่ายเท (หรือย้าย) ความร้อน จากอากาศหรือพื้นดิน โดยใช้สารทำความเย็น (Refrigerant) ที่หมุนเวียนระหว่าง

• ยูนิตพัดลมภายในบ้าน (Fan Coil / Air Handler)
• และ คอมเพรสเซอร์ภายนอก (Outdoor Compressor)

ชิ้นส่วนสำคัญของระบบ

1. Evaporator (เครื่องระเหย): ดูดซับความร้อนจากสิ่งแวดล้อม (อากาศ ดิน หรือแหล่งน้ำ)
2. Compressor (คอมเพรสเซอร์): เพิ่มแรงดันและอุณหภูมิของสารทำความเย็น
3. Condenser (เครื่องควบแน่น): ปล่อยความร้อนที่ดูดซับไว้เข้าสู่พื้นที่ที่ต้องการ
4. Expansion Valve (วาล์วขยายตัว): ลดแรงดันของสารทำความเย็น ทำให้เย็นลงและพร้อมสำหรับการดูดซับความร้อนรอบถัดไป

ลักษณะการให้ความร้อน (Heating Mode)

1. การระเหย: สารทำความเย็นดูดซับความร้อนจากภายนอกผ่านเครื่องระเหย
2. การอัด: คอมเพรสเซอร์จะอัดสารทำความเย็น ทำให้อุณหภูมิสูงขึ้น
3. การควบแน่น: สารทำความเย็นที่มีความร้อนสูงจะผ่านเครื่องควบแน่นและปล่อยความร้อนเข้าสู่ภายในอาคาร
4. การขยายตัว: สารทำความเย็นผ่านวาล์วขยายตัว ทำให้เย็นลงและกลับไปเริ่มดูดซับความร้อนใหม่

ลักษณะการทำความเย็น (Cooling Mode)

1. การระเหย: สารทำความเย็นดูดซับความร้อนจากภายในอาคารผ่านเครื่องระเหย
2. การอัด: สารทำความเย็นถูกอัด ทำให้อุณหภูมิสูงขึ้น
3. การควบแน่น: สารทำความเย็นปล่อยความร้อนออกสู่ภายนอกผ่านเครื่องควบแน่น
4. การขยายตัว: สารทำความเย็นเย็นตัวลงผ่านวาล์วขยายตัว พร้อมดูดซับความร้อนภายในอีกครั้ง

เมื่อการไหลของสารทำความเย็นกลับทิศ:

• อากาศภายนอกกลายเป็นแหล่งความร้อน (แม้อุณหภูมิจะต่ำ)
  • ความร้อนถูกถ่ายเทเข้ามาภายในบ้าน
  • คอยล์ด้านนอกจะทำหน้าที่เป็นคอยล์เย็น (Evaporator)
  • คอยล์ด้านในจะกลายเป็นคอยล์ร้อน (Condenser)

ลำดับขั้นการทำงาน (เหมือนกับโหมดทำความเย็น แต่กลับทิศ)

1. การดูดซับความร้อน:
   1. สารทำความเย็นในสถานะของเหลวที่เย็นมาก ดูดซับพลังงานความร้อนจากอากาศภายนอก
   1. ทำให้มันระเหยกลายเป็น ไอเย็น
2. การบีบอัด:
   1. ไอเย็นถูกส่งเข้าสู่ คอมเพรสเซอร์ ซึ่งจะ บีบอัดจนกลายเป็นไอร้อน
3. การถ่ายเทความร้อนภายในบ้าน:
   1. ไอร้อนไหลเข้าสู่ยูนิตภายในบ้าน
   1. อากาศในบ้านถูกเป่าผ่านคอยล์ร้อน ทำให้รับความร้อนจากไอ
   1. ระหว่างนั้น สารทำความเย็นจะ ควบแน่นกลายเป็นของเหลวที่อุ่น
4. การลดแรงดัน:
   1. ของเหลวที่อุ่นถูกส่งกลับไปยังยูนิตภายนอก
   1. ผ่านวาล์วลดแรงดัน ทำให้กลายเป็น ของเหลวเย็น อีกครั้ง
5. เริ่มต้นวงจรใหม่:
   1. วงจรนี้จะ หมุนเวียนซ้ำไปเรื่อย ๆ เพื่อให้ความร้อนแก่ตัวบ้านอย่างต่อเนื่อง

ประเภทของปั๊มความร้อน (Types of Heat Pumps)

1. ปั๊มความร้อนแบบดูดซับจากอากาศ (Air Source Heat Pumps – ASHP)

• คำอธิบาย: ดูดซับความร้อนจากอากาศภายนอก
• ข้อดี: ติดตั้งง่าย ราคาไม่สูง
• ข้อจำกัด: ประสิทธิภาพลดลงเมื่ออุณหภูมิภายนอกต่ำมาก

2. ปั๊มความร้อนแบบดูดซับจากพื้นดิน (Ground Source Heat Pumps – GSHP)

• คำอธิบาย: ดูดซับความร้อนจากใต้ดิน
• ข้อดี: ประสิทธิภาพสูง อุณหภูมิคงที่ตลอดปี
• ข้อจำกัด: ต้นทุนติดตั้งสูง ต้องมีพื้นที่มากพอ

3. ปั๊มความร้อนแบบดูดซับจากน้ำ (Water Source Heat Pumps – WSHP)

• คำอธิบาย: ดูดซับความร้อนจากแหล่งน้ำ เช่น ทะเลสาบหรือแม่น้ำ
• ข้อดี: มีประสิทธิภาพดีหากอยู่ใกล้แหล่งน้ำ
• ข้อจำกัด: จำกัดการใช้งานตามตำแหน่งของแหล่งน้ำ

ประสิทธิภาพและผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม

• ผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม: ลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกเมื่อเทียบกับระบบทำความร้อนแบบดั้งเดิม โดยเฉพาะเมื่อใช้พลังงานหมุนเวียน

ประสิทธิภาพ: ปั๊มความร้อนสามารถให้ประสิทธิภาพได้ถึง 300–400% ซึ่งหมายถึงผลิตความร้อนได้ 3–4 หน่วยต่อไฟฟ้าที่ใช้ 1 หน่วย

การใช้งาน (Applications)

• บ้านพักอาศัย: ใช้ทำความร้อนในฤดูหนาว และทำความเย็นในฤดูร้อน
• อาคารพาณิชย์: ระบบขนาดใหญ่สามารถควบคุมอุณหภูมิในสำนักงาน โรงเรียน ฯลฯ
• การใช้งานในอุตสาหกรรม: ใช้สำหรับกระบวนการให้ความร้อนและทำความเย็นในโรงงาน

ปั๊มความร้อนแบบวงจรย้อนกลับ (Reverse Cycle Chillers)
เป็นปั๊มความร้อนแบบพิเศษที่ผลิต น้ำร้อนหรือน้ำเย็น แทนอากาศ เหมาะสำหรับระบบทำความร้อนพื้น (Radiant floor heating)
ปั๊มความร้อนใต้พิภพ (Geothermal หรือ Ground-Source Heat Pumps)
• ถ่ายเทความร้อนระหว่างบ้านกับพื้นดิน ซึ่งให้ประสิทธิภาพสูงกว่าแบบใช้แหล่งอากาศ
• ราคาติดตั้งสูงกว่าหลายเท่า แต่สามารถคืนทุนได้ภายใน 5-10 ปี (ขึ้นอยู่กับราคาพลังงานและสิทธิประโยชน์ที่มีในพื้นที่นั้นๆ)
• อายุการใช้งาน: 24 ปี (สำหรับอุปกรณ์ภายใน) และ 50+ ปี (สำหรับท่อใต้ดิน)
ข้อดี:
• ประหยัดพลังงานถึง 61% เมื่อเทียบกับระบบมาตรฐาน
• ควบคุมความชื้นได้ดี ทนทาน และเชื่อถือได้
ปั๊มความร้อนแบบดูดซับ (Absorption Heat Pumps)
หรือที่เรียกว่า ปั๊มความร้อนแบบใช้ก๊าซ (Gas-fired)
• ใช้พลังงานความร้อนเป็นแหล่งพลังงาน เช่น ก๊าซธรรมชาติ, ไอน้ำ, น้ำร้อนจากแสงอาทิตย์ หรือพลังงานใต้พิภพ
• ซับซ้อนและมีขนาดใหญ่กว่าปั๊มความร้อนแบบคอมเพรสเซอร์
• ข้อดีคือใช้ไฟฟ้าน้อยมาก (เฉพาะในการปั๊มน้ำ)
เทคโนโลยีใหม่ในปั๊มความร้อน

1. คอมเพรสเซอร์แบบหลายสปีดหรือแบบปรับความเร็วได้ (Staged/Multi-Speed/Inverter):
   o ปรับกำลังตามความต้องการ
   o ลดการเปิด-ปิดบ่อยครั้ง
   o ประหยัดพลังงานและเพิ่มความสบาย
2. มอเตอร์พัดลมแบบความเร็วแปรผัน (Variable-Speed Motors):
   o รักษาความเร็วลมให้สม่ำเสมอ
   o ลดเสียงและเพิ่มความสบาย
3. ดีซูเปอร์ฮีตเตอร์ (Desuperheater):
   o ใช้ความร้อนส่วนเกินจากโหมดทำความเย็นไปผลิตน้ำร้อน
   o ให้ประสิทธิภาพสูงกว่าฮีตเตอร์น้ำแบบไฟฟ้าทั่วไป 2-3 เท่า
4. ระบบลูกผสม (Dual-Fuel หรือ Hybrid):
   o ผสมผสานข้อดีของปั๊มความร้อนกับเตาเผาก๊าซ
   o ปั๊มความร้อนจะทำงานเมื่ออากาศอุ่น และสลับไปใช้เตาเผาเมื่ออากาศหนาว
   o ใช้ท่อส่งลมร่วมกัน ทำให้ติดตั้งง่ายสำหรับบ้านที่มีระบบเดิมอยู่แล้ว
   ปั๊มความร้อนสำหรับภูมิอากาศหนาว (Cold Climate Heat Pumps)
   • ออกแบบมาให้ทำงานในอุณหภูมิต่ำถึง 5°F (-15°C)

ปั๊มความร้อนสำหรับอุตสาหกรรมของยุโรป

    ปั๊มความร้อนสำหรับอุตสาหกรรม เป็นอุปกรณ์ขนาดใหญ่ที่ใช้สำหรับเก็บความร้อนจากแหล่งต่าง ๆ เช่น น้ำเสีย และนำกลับมาใช้ใหม่เพื่อให้ความร้อนหรือความเย็นในอาคารต่าง ๆ นอกจากนี้ยังสามารถใช้พลังงานหมุนเวียน เช่น พลังงานแสงอาทิตย์หรือพลังงานความร้อนใต้พิภพ เปลี่ยนเป็นพลังงานความร้อนหรือความเย็น และสามารถกักเก็บพลังงานไว้ใช้ในภายหลังได้

การลดการปล่อยคาร์บอน

ปั๊มความร้อนในภาคอุตสาหกรรมมีศักยภาพสูงในการช่วยลดการปล่อยคาร์บอนของภาคอุตสาหกรรม โดย European Heat Pump Association (EHPA) ประเมินว่า ปั๊มความร้อนสามารถตอบสนองความต้องการพลังงานสุดท้ายของภาคอุตสาหกรรมได้ประมาณ 10% หรือ 2,000 เทราวัตต์-ชั่วโมง (TWh)

ในปี 2021 ปั๊มความร้อนตอบสนองความต้องการความร้อนในพื้นที่ทั่วโลกประมาณ 10% และอัตราการติดตั้งก็เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ตัวอย่างเช่น:

• นอร์เวย์: 60% ของอาคารใช้ปั๊มความร้อน
• สวีเดนและฟินแลนด์: มากกว่า 40% ของอาคารใช้ปั๊มความร้อน

ประเภทของปั๊มความร้อนในภาคอุตสาหกรรม

1. ปั๊มความร้อนแบบอัดไอ (Vapor Compression Heat Pumps – VC)

• ลดความต้องการไอน้ำในกระบวนการให้ความร้อน
• ต่างจากปั๊มความร้อนทั่วไปที่ใช้สารทำความเย็นเคมี VC heat pump ใช้การอัดไอจากไอเสียหรือไอน้ำในกระบวนการผลิตโดยตรง
• เนื่องจากสารทำความเย็นมีศักยภาพทำให้โลกร้อน (GWP) สูง จึงมีการวิจัยพัฒนา VC heat pump ที่มี GWP ต่ำ เพื่อช่วยลดคาร์บอนในอุตสาหกรรม

2. ปั๊มความร้อนแบบดูดซับ (Absorption Heat Pumps)

• ใช้พลังงานความร้อนแทนการใช้ไฟฟ้า เหมาะสำหรับอุตสาหกรรมที่มีพลังงานความร้อนส่วนเกิน เช่น อุตสาหกรรมอาหาร
• แหล่งพลังงาน ได้แก่ โพรเพน ก๊าซธรรมชาติ น้ำร้อนจากแสงอาทิตย์ หรือน้ำร้อนจากใต้พิภพ
• ใช้ระบบ ดูดซับแอมโมเนีย-น้ำ (Ammonia-Water Cycle) ซึ่งแอมโมเนียทำหน้าที่เป็นสารทำความเย็น

3. ปั๊มความร้อนแบบลูกผสม (Hybrid Heat Pumps)

• ใช้ปั๊มความร้อนร่วมกับแหล่งพลังงานฟอสซิล เช่น หม้อไอน้ำที่ใช้ก๊าซ น้ำมัน หรือก๊าซเหลว (LPG)
• เมื่ออุณหภูมิต่ำมากจนปั๊มความร้อนทำงานได้ไม่มีประสิทธิภาพ ระบบจะสลับไปใช้หม้อไอน้ำทันที
• ช่วยให้สามารถรักษาอุณหภูมิได้คงที่ แม้ในสภาพอากาศหนาวเย็นมาก

การใช้งานในภาคอุตสาหกรรมต่าง ๆ

กรณีศึกษา:

บริษัท Compagnie des Fromages & Riches Monts (CF&R) ติดตั้งปั๊มความร้อนอุณหภูมิสูงที่โรงงานใน Montauban-de-Bretagne

• ประหยัดก๊าซได้ 12 GWh คิดเป็น 20-25%
• ลดการปล่อย CO₂ ได้ 2,000 ตันต่อปี
• คาดว่าภายในปี 2024 จะประหยัดพลังงานได้ถึง 50%

การใช้งานอื่น ๆ:

• ระบบ District Heating ในเมือง ใช้ปั๊มความร้อนเพื่อจ่ายน้ำร้อนหรือทำความร้อนให้ทั้งย่าน

บทบาทของปั๊มความร้อนอุตสาหกรรมต่อการลดคาร์บอน

• การใช้พลังงานความร้อนเหลือทิ้งช่วยลดความจำเป็นในการผลิตพลังงานใหม่
• ประสิทธิภาพพลังงานสูงขึ้นได้ถึง 4 เท่า เมื่อเทียบกับระบบเผาไหม้แบบดั้งเดิม
• เมื่อใช้ร่วมกับพลังงานหมุนเวียน จะช่วยลด Carbon Footprint ได้อย่างมาก

ข้อได้เปรียบเพิ่มเติม:

• ประสิทธิภาพทางความร้อนสูงกว่า 100%
• ต้นทุนการดำเนินงานต่ำ
• คืนทุนได้เร็ว บางระบบใช้เวลาเพียง 2-5 ปี
• ช่วยสนับสนุนเป้าหมายการเป็นกลางทางคาร์บอนของยุโรปภายในปี 2050

ข้อมูลจาก EHPA:

• ณ ปี 2024 ปั๊มความร้อนที่ติดตั้งในยุโรปช่วยลดการปล่อยคาร์บอนได้ 58.4 ล้านตัน CO₂ ภายใน 20 ปีที่ผ่านมา

ประโยชน์จากการลดคาร์บอนในอุตสาหกรรม:

• สิ่งแวดล้อมสะอาดและสุขภาพดีขึ้น
• ความมั่นคงด้านพลังงาน
• การลงทุนในโครงสร้างพื้นฐาน
• การจ้างงานเพิ่มขึ้นในภาคพลังงานสะอาด
  
  

Heat Pumps สำหรับการประหยัดพลังงานของสหรัฐอเมริกา

    ข้อมูลจัดทำโดย U.S. Department of Energy (DOE) เพื่ออธิบายหลักการทำงาน การประยุกต์ใช้งาน และแนวทางการประเมินความคุ้มค่าของ ระบบ Heat Pump อุตสาหกรรม (Industrial Heat Pumps) ที่ใช้ในการประหยัดพลังงานไอน้ำและเชื้อเพลิงในกระบวนการผลิต

    Heat Pump อุตสาหกรรม เป็นเทคโนโลยีที่ช่วยประหยัดพลังงานไอน้ำและเชื้อเพลิงได้อย่างมีประสิทธิภาพ โดยเฉพาะในกระบวนการที่มีความร้อนเหลือทิ้งระดับกลาง การเลือกชนิดของระบบ การประเมินความคุ้มค่า และการออกแบบให้เหมาะกับสภาพโรงงาน เป็นกุญแจสำคัญในการลงทุนให้ได้ผลตอบแทนสูงสุด

• Heat Pump คืออุปกรณ์ที่เพิ่มอุณหภูมิของความร้อนเหลือทิ้ง (Waste heat) ให้อยู่ในระดับที่สามารถนำกลับมาใช้ประโยชน์ได้
• การเพิ่มอุณหภูมินี้ต้องใช้พลังงานขับเคลื่อน เช่น พลังงานกลหรือพลังงานความร้อน
• เป้าหมายคือให้พลังงานที่ประหยัดได้จากการนำความร้อนกลับมาใช้ มากกว่าพลังงานที่ต้องใช้ในการขับเคลื่อนระบบ

Heat Pump ช่วยประหยัดพลังงาน

• ใช้ประโยชน์จากความร้อนที่ปกติจะถูกปล่อยทิ้งสู่สิ่งแวดล้อม
• ให้ความร้อนกลับมาที่ระดับอุณหภูมิที่สามารถแทนที่พลังงานจากเชื้อเพลิงหรือไอน้ำที่ต้องซื้อ
• ใช้หลักเทอร์โมไดนามิกส์ Carnot Cycle ในการเปรียบเทียบกับระบบเทอร์ไบน์ไอน้ำแบบ Rankine Cycle

Heat Pump ทำหน้าที่ 3 ขั้นตอนหลัก:

1. รับความร้อนจากแหล่งความร้อนเหลือทิ้ง (Evaporator)
2. เพิ่มอุณหภูมิของความร้อนด้วยการอัด (Compression)
3. ส่งต่อความร้อนที่อุณหภูมิสูงออกไปใช้งาน (Condenser)

ตัวแปรสำคัญคือ Temperature Lift หรือส่วนต่างอุณหภูมิระหว่าง Evaporator และ Condenser
หาก Temperature Lift มาก → ต้องใช้พลังงานขับเคลื่อนมากขึ้น

หากต้นทุนไฟฟ้าต่ำกว่าเชื้อเพลิง ระบบ Heat Pump จะมีความคุ้มค่าสูง

ประเภทของ Heat Pump ในอุตสาหกรรม

1. Closed-Cycle Mechanical Heat Pump
   ใช้การอัดกลของสารทำงาน (เช่น refrigerant) ด้วยมอเตอร์หรือเทอร์ไบน์
2. Open-Cycle Mechanical Vapor Compression (MVC)
   ใช้การอัดไอจากกระบวนการ (เช่น ไอน้ำ) โดยตรง มักใช้ในระบบ Evaporator
3. Open-Cycle Thermo-compression Heat Pump
   ใช้พลังงานจากไอน้ำแรงดันสูง เพื่อเพิ่มแรงดันของไอแรงดันต่ำผ่าน Jet Ejector
4. Closed-Cycle Absorption Heat Pump
   ใช้หลักการดูดซึมและเดือดจุดต่าง (เช่น สารละลาย Lithium Bromide/น้ำ) มีข้อดีคือสามารถยกอุณหภูมิได้สูง (200–300°F) และใช้งานร่วมกับระบบทำความเย็นได้

ตารางในเอกสารแสดงตัวอย่างหลากหลาย เช่น:

อุตสาหกรรม	การใช้งาน	ประเภท Heat Pump
โรงกลั่นน้ำมัน	แยกก๊าซ Propane/Butane	MVC, Open Cycle
เคมีภัณฑ์	เข้มข้นของสารละลาย	MVC
กระดาษ	กู้คืน Flash Steam	Thermocompression
ไม้	อบแห้งไม้	Closed-Cycle Mechanical
อาหาร/นม/น้ำผลไม้	ระเหยน้ำออกจากผลิตภัณฑ์	MVC หรือ Thermocompression
โรงไฟฟ้า/น้ำทะเล	ระเหยน้ำเค็ม	MVC
สิ่งทอ	น้ำร้อนกระบวนการ/ซักล้าง	Closed-Cycle Mechanical

ตัวอย่างการใช้งานจริง

(1) Lumber Drying (การอบไม้)

• เดิมใช้ไอน้ำร้อนโดยตรง
• Heat Pump แบบวงจรปิดนำอากาศชื้นจากเตาอบมาผ่าน Evaporator แล้วให้ความร้อนกลับสู่เตาอบ
• ช่วยลดการใช้ไอน้ำและพลังงานได้มาก

(2) Evaporation in Sugar Refining

• ใช้ MVC เพื่ออัดไอระเหยจากน้ำตาลเข้มข้นให้ควบแน่นกลับเป็นพลังงานในการระเหยอีกครั้ง
• ใช้พลังงานไฟฟ้าน้อยกว่าการใช้ไอน้ำหลายขั้น (Multi-Effect Evaporation)

(3) Paper-Dryer Flash-Steam Recovery

• ใช้ Thermo – compressor เพื่อเพิ่มแรงดันของ Flash Steam จากถังระบายกลับไปใช้ในเครื่องอบกระดาษ
• ประหยัดพลังงานไอน้ำได้มาก

การประเมินความเหมาะสมและความคุ้มค่า

ขั้นตอนการประเมิน 4 ขั้น

1. ตรวจสอบว่า Heat Pump เหมาะกับกระบวนการหรือไม่
2. เลือกประเภทของ Heat Pump ที่เหมาะสม
3. วิเคราะห์ต้นทุน–ผลประโยชน์เบื้องต้น
4. ศึกษาความเป็นไปได้เชิงลึก (Feasibility Study)

ปัจจัยเอื้อต่อการติดตั้ง

• มีแหล่งความร้อนเหลือทิ้งในช่วง 160–220°F
• กระบวนการทำงานต่อเนื่องหลายชั่วโมง
• ราคาพลังงานไฟฟ้าต่ำกว่าเชื้อเพลิง
• ไม่มีผลกระทบต่อระบบผลิตไฟฟ้าในโรงงาน

ปัจจัยไม่เหมาะสม

• ต้องยกอุณหภูมิสูงกว่า 50°F
• แหล่งความร้อนมีขนาดเล็กหรือไม่สม่ำเสมอ
• ค่าไฟสูงมากเมื่อเทียบกับเชื้อเพลิง
• เพิ่มภาระบำรุงรักษาอุปกรณ์หมุน

การคำนวณและตัวอย่างประหยัดพลังงาน

ใช้สมการ Coefficient of Performance (COPHP)
COP = \frac{Q_{out}}{W_{in}} = \frac{T_{out}}{T_{out} – T_{in}}

เช่น ถ้า:

ความร้อนที่ต้องใช้ 180°F → 210°F
→ COP จริง ≈ 4.4
จะประหยัดพลังงานความร้อน ~12.9 MMBtu/h โดยใช้ไฟฟ้าเพียง 862 kW
= ประหยัดค่าใช้จ่ายประมาณ $218,000/ปี (เมื่อทำงาน 8,500 ชม./ปี)
แหล่งความร้อน 170°F → 140°F

ต้นทุนและการคืนทุน

• ระบบ Heat Pump ขนาดอุตสาหกรรมมีต้นทุนประมาณ $50,000–200,000 ต่อ MMBtu ของความร้อนที่ส่งออกได้
• ระยะเวลาคืนทุนโดยทั่วไป 2–5 ปี
• ควรออกแบบให้เครื่องทำงานเต็มภาระ (Base load) เพื่อคุ้มค่าที่สุด

แนวทางออกแบบโครงการ

• ออกแบบขนาดให้เหมาะกับการทำงานต่อเนื่อง
• ต้องมีระบบสำรอง (Backup) หาก Heat Pump หยุดทำงาน
• เปรียบเทียบกับทางเลือกอื่น เช่น ระบบ Heat Recovery แบบธรรมดา
• ใช้เทคนิคการวิเคราะห์ Pinch Technology เพื่อระบุจุดที่สามารถใช้ Heat Pump ได้ดีที่สุด