บทที่2

2.1 การทำงานของเครื่องปรับอากาศ

การนำเอาความร้อนจากที่ที่ต้องการทำความเย็น (โดยทั่วไปคือภายในอาคาร) ถ่ายเทไปสู่ที่ที่ไม่ต้องการทำความเย็น (นอกอาคาร) โดยผ่านตัวกลางคือ สารทำความเย็นหรือที่เรียกกันว่าน้ำยา

ส่วนประกอบที่สำคัญของระบบการทำการความเย็น (Refrigeration Cycle) มีอะไรบ้าง ซึ่งกระบวนการทำความเย็นนั้นมีองค์ประกอบหลักๆอยู่ (หัวใจหลัก) 4 ส่วนได้แก่

2.1.1คอมเพรสเซอร์ (Compressor) ทำหน้าที่ขับเคลื่อนสารทำความเย็น หรือน้ำยา (Refrigerant) ในระบบ โดยทำให้สารทำความเย็นมีอุณหภูมิ และความดันสูงขึ้น

2.1.2คอยล์ร้อน (Condenser) ทำหน้าที่ระบายความร้อนของสารทำความเย็น

2.1.3คอยล์เย็น (Evaporator) ทำหน้าที่ดูดซับความร้อนภายในห้องมาสู่สารทำความเย็น

2.1.4อุปกรณ์ลดความดัน (Throttling Device) ทำหน้าที่ลดความดันและอุณหภูมิของสารทำความเย็น โดยทั่วไปจะใช้เป็น แค็ปพิลลารี่ทิ้วบ์ (Capillary tube) หรือ เอ็กสแปนชั่นวาล์ว (Expansion Valve)

เมื่อทำการเปิดเครื่องปรับอากาศสารทำความเย็นซึ่งเป็นของเหลวในปริมาณที่พอเหมาะจะไหลผ่านอุปกรณ์ป้อนสารทำความเย็นเข้าไปยังแผงท่อทำความเย็นซึ่งติดตั้งอยู่ภายในห้องพัดลมส่งลมเย็นจะดูดอากาศร้อนและชื้นภายในห้องผ่านแผ่นกรองอากาศซึ่งติดตั้งอยู่ด้านหน้าของแผงท่อทำความเย็น เพื่อกรองเอาฝุ่นละอองขนาดใหญ่ออกไป

จากนั้นอากาศร้อนชื้นจะคายความร้อนให้แก่สารทำความเย็นภายในแผงท่อทำความเย็น ทำให้มีอุณหภูมิและความชื้นลดลงและถูกพัดลมส่งลมเย็นกลับเข้ามาสู่ห้องอีกครั้งหนึ่งโดยผ่านแผ่นเกล็ดกระจายลม เพื่อให้ลมเย็นแพร่ไปสู่ส่วนต่างๆ ของห้องอย่างทั่วถึง

สำหรับสารทำความเย็นเหลวภายในแผงท่อทำความเย็นเมื่อได้รับความร้อนจากอากาศภายในห้องจะระเหยกลายเป็นไอและไหลเข้าสู่คอมเพรสเซอร์ซึ่งไอที่ได้นี้จะถูกส่งต่อไปยังแผงท่อระบายความร้อนซึ่งติดตั้งอยู่นอกอาคาร พัดลมระบายความร้อนจะดูดอากาศ ภายนอกมาระบายความร้อนออกจากสารทำความเย็นทำให้ไอสารทำความเย็นกลั่นตัวกลับเป็นของเหลวอีกครั้งหนึ่ง และไหลออกจากแผงท่อระบายความร้อนไปสู่อุปกรณ์ป้อนสารทำความเย็นวนเวียนเป็น วัฏจักรเช่นนี้ตลอดเวลาจนกว่าอุณหภูมิในห้องจะถึงระดับที่ตั้งไว้

อุปกรณ์ควบคุมอุณหภูมิก็จะส่งสัญญาณให้เครื่องคอมเพรสเซอร์หยุดทำงานชั่วขณะหนึ่ง จึงประหยัดไฟฟ้าส่วนที่ป้อนให้คอมเพรสเซอร์ทำงานได้ แต่พัดลมส่งลมเย็นยังคงทำหน้าที่ส่งลมให้ภายในห้อง จนเมื่ออุณหภูมิในห้องให้คอมเพรสเซอร์ทำงานโดยอัดสารทำความเย็นป้อนเข้าไปในแผงท่อทาความเย็นใหม่ ดังนั้นถ้าเพิ่มสูงกว่าระดับที่ตั้งไว้อุปกรณ์ควบคุมก็จะส่งสัญญาณ ไม่ให้เย็นจนเกินไป ก็จะช่วยประหยัดค่าไฟได้ ซึ่งตามปกติควรตั้งไว้ที่ 25'C

2.2 ประเภทของเครื่องปรับอากาศ

2.2.1 แบบติดผนัง ( Wall type)

เป็นเครื่องปรับอากาศที่มีรูปแบบเล็กกะทัดรัด เหมาะสำหรับห้องที่มีพื้นที่น้อย เช่น ห้องนอน ห้องรับแขกขนาดเล็ก

2.2.2 แบบตั้ง/แขวน ( Ceiling/floor type)

เป็นเครื่องปรับอากาศที่เหมาะสำหรับห้องที่มีพื้นที่ตั้งแต่เล็ก เช่น ห้องนอน ไปจนถึงห้องที่มีพื้นที่ขนาดใหญ่ เช่น สำนักงาน ร้านอาหาร ห้องประชุม

2.2.3 แบบตู้ตั้ง ( Package type)

เป็นเครื่องปรับอากาศ ที่มีลักษณะคล้ายตู้ มีขนาดสูง และมีกำลังลมที่แรง เหมาะกับบริเวณที่มีคนเข้าออกอยู่ตลอดเวลา เช่น ร้านค้า ร้านอาหาร

2.2.4 แบบฝังเพดาน ( Built-in type)

เป็นเครื่องปรับอากาศที่เน้นความสวยงามโดยการซ่อน หรือฝังอยู่ใต้ฝ้าหรือเพดานห้อง เหมาะกับห้องที่ต้องการเน้นความสวยงาม โดยที่ต้องการให้เห็นเครื่องปรับอากาศน้อยที่สุด

2.2.5 แบบหน้าต่าง (Window type)

เป็นเครื่องปรับอากาศที่รวมทั้ง คอนเดนซิ่ง ยูนิต และ แฟนคอยล์ ยูนิต อยู่ในเครื่องเดียว ซึ่งสามารถติดตั้งโดยการฝังที่กำแพงห้องได้เลย โดยที่ไม่ต้องเดินท่อน้ำยา ดังนั้นการติดตั้งจึงต้องติดตั้งบริเวณช่องหน้าต่างหรือเจาะช่องที่ผนังแข็งแรง

2.2.6 แบบเคลื่อนที่ ( Movable type)

เป็นเครื่องปรับอากาศที่ไม่ต้องทำการติดตั้ง และสามารถเข็นไปใช้ได้ทุกพื้นที่ พูดง่ายๆก็คือสามารถเสียบปลั๊กใช้ได้เลย

2.3 การกรองฝุ่น

2.3.1 แผ่นกรองอากาศจากใยสังเคราะห์ธรรมชาติ

การทำโครงงานนี้ มีจุดประสงค์เพื่อศึกษาชนิดของเส้นใยธรรมชาติที่เหมาะสมมาใช้ทำแผ่นกรองอากาศของหน้ากากปิดจมูกแทนเส้นใยสังเคราะห์ โดยนำกาบกล้วย ผักตบชวา กาบพลับพลึงมาปั่นให้ละเอียด ทำเป็นแผ่น ตากแดดให้แห้ง แล้วนำไปทดสอบประสิทธิภาพในการกรองฝุ่น ในการทดลองครั้งแรกพบว่า ผักตบชวามีประสิทธิภาพเหมาะสมในการกรองฝุ่นมากที่สุด จึงใช้ผักตบชวาเป็นหลักในการปรับอัตราส่วนผสมของกาบกล้วยและผักตบชวา กาบพลับพลึงและผักตบชวา ในอัตราส่วนต่าง ๆ กัน พบว่า อัตราส่วนและชนิดของส่วนผสมที่มีประสิทธิภาพในการกรองฝุ่นดีที่สุด คือ ส่วนผสมของกาบพลับพลึงและผักตบชวา ในอัตราส่วน 1:1 ซึ่งมีปริมาณฝุ่นผ่านน้อยที่สุด จึงเหมาะสมสำหรับการนำมาทำแผ่นกรองอากาศแทนการใช้เส้นใยสังเคราะห์

2.3.2 แผ่นกรองอากาศจากวัสดุธรรมชาติ

จุดประสงค์

เพื่อนำแผ่นกรองอากาศอันเก่ามาเปลี่ยนโดยไม่ล้าง และนำอันเก่ามาเป็นปุ๋ย

เพื่อศึกษาแผ่นกรองอากาศจากวัสดุธรรมชาติ ที่หาได้โดยจากตามพื้นบ้าน

เพื่อศึกษาหาความรู้เรื่องตะไคร้

ผลการดำเนินงาน

การทำงานครั้งนี้ได้เรียนรู้อะไรหลายๆอย่างเราได้ความรู้ประโยชน์ของตะไคร้และได้รู้วิธีการทำงานของแผ่นกรองอากาศจากวัสดุธรรมชาติออกมาสำเร็จด้วยดี

2.3.3 เครื่องฟอกอากาศ

เครื่องฟอกอากาศโดยใช้ถ่านไม้และกลิ่นสมุนไพรโดยนักเรียน ม.3 โรงเรียนวัดตะพงนอก -ด.ญ.นภัสกร วะทันติ และ ด.ช.พันกร แกมทอง ได้ทำเครื่องฟอกอากาศโดยใช้ถ่านไม้มาเป็นตัวดูดกลิ่นและใช้สมุนไพรที่มีกลิ่นหอม เช่น มะกรูด ตะไคร้ มาใส่เพื่อเพิ่มความหอมสดชื่นแถมสามารถช่วยลดหรือบรรเทาผลกระทบสิ่งแวดล้อมที่อาจส่งผลต่อสุขภาพ เช่น กลิ่น ควัน และทำให้อากาศบริสุทธิ์และสดชื่นเหมาะสำหรับผู้ที่มีปัญหาในระบบทางเดินหายใจ ภูมิแพ้ มีอาการไอ จาม น้ำมูกไหล เคืองตา

2.3.4 เครื่องฟอกอากาศชีวภาพ

ผู้ทำโครงงานได้ประดิษฐ์เครื่องฟอกอากาศชีวภาพโดยทำการทดลอง 2 ตอน ตอนที่ 1 ทดลองนำเนื้อเยื่อของผักตบชวา นุ่น และกาบมะพร้าว มาหั่นและฉีกให้เป็นชิ้นเล็ก ๆ จากนั้นนำไปปั่นโดยแบ่งเนื้อเยื่อออกเป็น 3 กลุ่ม คือ กลุ่มที่ 1 กาบมะพร้าวล้วน กลุ่มที่ 2 กาบมะพร้าวผสมนุ่น และกลุ่มที่ 3 ผักตบชวาผสมนุ่น แล้วนำไปต้มกับน้ำอุณหภูมิปกติในเวลาที่ต่างกัน คือ 35,45,55 นาที ผลปรากฏว่าเนื้อเยื่อกระดาษที่ได้จากกาบมะพร้าวมีคุณภาพดีสามารถกรองฝุ่นควันในอากาศได้ดีที่สุด โดยต้มในเวลา 45 นาที และคุณภาพรองลงมาคือ 35 และ 55 นาที ส่วนเนื้อเยื่อจากกาบมะพร้าวผสมนุ่นและผักตบชวาผสมนุ่นมีคุณภาพรองลงมา ในการใช้งานจะนำเนื้อเยื่อแต่ละแผ่นมาวางซ้อนกันให้มีความหนาประมาณ 5 เซนติเมตร เพื่อประสิทธิภาพในการกรองที่ดีขึ้น ตอนที่ 2 การประดิษฐ์ตัวเครื่องเพื่อดูดอากาศโดยใช้พัดลมดูดอากาศขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 12 เซนติเมตรและตัวเครื่องทำจากแผ่นพลาสติกใสและไม้อัด โดยวางเครื่องฟอกอากาศนี้ไว้ในที่ที่เต็มไปด้วยควันสกปรก เมื่อเปิดเครื่อง พัดลมจะดูดอากาศเข้าไป และอากาศจะเดินทางผ่านเยื่อกรองอากาศที่ประดิษฐ์ขึ้น ทำให้สิ่งสกปรกต่าง ๆ ติดอยู่กับเยื่อกรองอากาศ แล้วต่อท่อจากทางออกของอากาศที่ผ่านการกรองแล้วเข้าไปสู่น้ำปูนใส เพื่อให้ตรวจสอบว่ามีก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์หรือไม่และสังเกตเปรียบเทียบกับอากาศที่ยังใช้ได้ กรองกับอากาศที่กรองแล้ว เมื่อนำกระป๋องที่บรรจุน้ำปูนใสออก ก็จะได้อากาศที่สะอาด เครื่องฟอกอากาศชีวภาพที่มีหลักการและทฤษฎีแบบง่าย ๆ นี้ จึงสามารถนำไปประยุกต์ใช้ให้เกิดประโยชน์ต่อตนเองและสังคมได้

2.3.5 แผ่นกรองอากาศจากเส้นใยธรรมชาติ โรงเรียนบุรีรัมย์พิทยาคม

โครงงานนี้ทำขึ้นเพื่อศึกษาชนิดของเส้นใยธรรมชาติที่เหมาะสมมาใช้ทำแผ่นกรองอากาศของหน้ากากปิดจมูกแทนเส้นใยสังเคราะห์ โดยใช้กาบกล้วย ผักตบชวา

2.3.6 ไส้กรองอากาศรังผึ้งเซรามิกสามารถลดมลพิษในเมือง

เราปรับและพัฒนาแนวคิดตัวกรองซึ่งเริ่มแรกที่ Corning สำหรับการปล่อยมือถือ ความท้าทายหลักที่นี่และหนึ่งในเหตุผลที่เราไม่สามารถติดมันออกไปข้างนอกได้คือความหลากหลายของอนุภาคขนาดใหญ่สำหรับการใช้งานกลางแจ้ง ฝุ่นเถ้าลอยควันละอองลอยควันหมอกและไอระเหยควบแน่น กับสิ่งที่อยู่บนมือถือ การปล่อย เขม่าจากการเผาไหม้เครื่องยนต์สันดาปภายใน

2.3.7 แผ่นกรองอากาศจาก "ถั่วเหลือง" ช่วยสกัดฝุ่นพิษ

อ้างอิงผลการศึกษาของคณะนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีปักกิ่ง และมหาวิทยาลัยวอชิงตัน ระบุว่าแผ่นกรองอากาศที่มีความเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมนี้สามารถกรองฝุ่นพิษพีเอ็ม 2.5 (PM2.5) ซึ่งเป็นเม็ดฝุ่นขนาดเล็กกว่า 2.5 ไมครอน และเป็นอันตรายต่อสุขภาพอย่างยิ่งได้มากกว่าร้อยละ 99.94 จง เว่ยหง อาจารย์ด้านวิศวกรรมวัสดุภัณฑ์ของมหาวิทยาลัยวอชิงตัน ซึ่งเป็นหนึ่งในทีมวิจัยกล่าวว่า แผ่นกรองสามารถดักกรองมลพิษทางเคมีในอากาศ เช่น คาร์บอนมอนอกไซด์และซัลเฟอร์ไดออกไซด์ ได้ดีกว่าแผ่นกรองอากาศที่มีในปัจจุบัน วัสดุของแผ่นกรองผลิตจากโปรตีนถั่วเหลืองธรรมชาติ ซึ่งประกอบด้วยหมู่ฟังก์ชั่นทางเคมีที่สามารถดักจับฝุ่นพิษในระดับโมเลกุล และเซลลูโลสแบคทีเรีย (bacterial cellulose) ซึ่งเป็นสารประกอบเคมีอินทรีย์บริสุทธิ์ การศึกษาระบุว่า วัสดุที่ใช้ทำแผ่นกรองสามารถจัดหาได้ในราคาถูก เนื่องจากถั่วเหลืองและเซลลูโลส แบคทีเรีย ถูกใช้อย่างกว้างขวางในข้าวของเครื่องใช้ในบ้าน อาทิ กาว ผลิตภัณฑ์พลาสติก และแผ่นปิดบาดแผล นอกจากนั้นวัสดุเหล่านี้ยังสามารถย่อยสลายได้ตามธรรมชาติ เพราะทำมาจากถั่วเหลืองซึ่งจัดเป็นพันธุ์พืชที่มีปริมาณมหาศาลมากที่สุดชนิดหนึ่งของโลก

2.3.8 “นาโนฟิลเตอร์” กรองอากาศลดแบคทีเรีย

สภาพอากาศในเมืองใหญ่ทุกวันไม่ต้องมีงานวิจัยออกมายืนยันก็ฟันธงได้ว่า “ย่ำแย่” แต่ก็มีข้อมูลบ่งชี้ให้น่าตกใจไม่ว่าจะเป็นปริมาณฝุ่นและสารไนโตรเจนไดออกไซด์ที่เพิ่มสูงขึ้น อันเป็นสาเหตุของสารพัดโรคทางเดินหายใจ ทั้งโรคหลอดลม หอบหืด ปอดอุดตันเรื้อรัง หรือการพบปริมาณแร่ธาตุในอากาศที่เพิ่มมากขึ้นถึง 200 เท่า

ด้วยเหตุนี้ นายภาคภูมิ นวกิจบำรุง เยาวชนในโครงการพัฒนาอัจฉริยภาพทางวิทยาศาสตร์สำหรับเด็กและเยาวชน(JSTP) ของสำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติ(สวทช.) จึงได้ทดลองทำโครงงานวิทยาศาสตร์เรื่อง “นาโนฟิลเตอร์” เพื่อพัฒนาเป็นแผ่นกรองอากาศที่สามารถกำจัดแบคทีเรียได้ พร้อมแนวคิดที่จะผสม “ใบบัวบก” เพื่อเสริมประสิทธิภาพยิ่งขึ้น

ทั้งนี้ได้เริ่มต้นโดยใช้ “โพลีสไตรีน” (Polystyrene) ซึ่งเป็นสารสำหรับผลิตโฟมมาขึ้นรูปเป็นเส้นใยสังเคราะห์ด้วยเทคนิค Electrospinning ซึ่งเป็นกระบวนการปั่นเส้นใยด้วยไฟฟ้าสถิตให้ได้เส้นใยขนาดเล็กในระดับ “นาโน” โดยตั้งใจจะผลิตแผ่นกรองที่ที่กรองแบคทีเรีย Streptococus pyogens ที่เป็นสาเหตุของโรคทางเดินหายใจหลายชนิด แต่เนื่องจากแบคทีเรียดังกล่าวค่อนข้างอันตรายมาก จึงได้เริ่มต้นด้วยการทดสอบกับแบคทีเรีย Lactococus lactis ที่มีขนาดใกล้เคียงแทน ซึ่งในการทดลองนี้ได้เลี้ยงเชื้อแบคทีเรียเองด้วย

ส่วนขั้นตอนทดสอบการกรองของแผ่นนาโนฟิลเตอร์นั้นน้องตั้มเลือกทดสอบการกรองเปรียบเทียบกับสำลี โดยนำแผ่นกรองและสำลีในน้ำหนักที่เท่ากันแยกใส่หลอดทดลอง 2 หลอด แล้วเทสารละลายที่มีเชื้อแบคทีเรียในปริมาตรที่เท่ากัน โดยผลจากการวัดค่าดูดกลืนแสงความยาวคลื่น 580 นาโนเมตรซึ่งแบคทีเรีย Lactococus lactis จะดูดกลืนแสงช่วง 580-620 นาโนเมตรได้ดีพบว่าสารละลายทั้งก่อนและหลังการกรองนั้นดูดกลืนแสงในค่าที่ใกล้เคียงกัน ซึ่งแสดงว่าแบคทีเรียยังคงเจริญเติบโตได้ดี ทั้งนี้คาดว่าเป็นเพราะแผ่นกรองยังมีขนาดรูพรุนใหญ่กว่าขนาดของแบคทีเรีย

2.3.9 เครื่องเปลี่ยนฝุ่น PM 2.5 เป็นออกซิเจนในบ้าน

หากเครื่องดูดควันบุหรี่ หรือ ฝุ่นขนาดเล็กขนาด 2.5 ไมครอน หรือ PM 2.5 เข้าไป มอสจะเป็นตัวกรองและคอยดูดฝุ่นเอาฝุ่นละอองขนาดเล็กเข้าไป ก่อนจะคายออกซิเจนออกมาแทน ลักษณะการทำงานเหมือนกับเครื่องกรองอากาศ หากนำไปไว้ในห้องนอนก็จะทำหน้าที่กรองฝุ่นให้คุณภาพอากาศดีขึ้นโดยนำมอสมาทำเป็นแผ่นกรองฟิลเตอร์หลายชั้น นำไปใส่ในตู้กระจกและติดตั้งที่ดูดอากาศ จากนั้นทดลองจุดธูปให้ควันธูปลอยเข้าไปในตู้กระจกทิ้งไว้และเปิดใช้เครื่อง ทำการวัดค่า PM 2.5 ซึ่งในตอนแรกค่าจะขึ้นสูงถึงกว่า 600 ไมโครกรัมต่อลูกบาศก์เมตร จากนั้นใช้เครื่องวัดเป็นระยะ พบว่า มอสจะทำหน้าที่ดูดกินฝุ่นละเอียดขนาดเล็ก ภายใน 15 นาที ค่า PM 2.5 ลดค่าลงมาอยู่ในเกณฑ์ปกติ

2.3.10 เครื่องฟอกอากาศที่ช่วยลด pm 2.5

สำหรับอุปกรณ์ที่ใช้ในการประดิษฐ์นั้น สามารถหาได้ง่ายและราคาไม่สูง ได้แก่ พัดลม , แผ่นกรองอากาศHEPA และเทปกาว ซึ่งวิธีการทำนั้นเพียงนำแผ่นกรองอากาศจำนวน 1 แผ่น ที่มีราคาแผ่นละประมาณ 30 บาท ตัดแต่งแล้วนำไปติดตั้งปิดไว้ที่ตะแกรงด้านหลังของพัดลมให้แน่นโดยใช้เทปกาว แต่เปิดช่องให้ลมสามารถผ่านได้ส่วนหนึ่ง จากนั้นเปิดพัดลมใช้งานได้เลย ซึ่งจากการทดสอบใช้งานในช่วงที่ผ่านมาพบว่าได้ผลเป็นอย่างดี

จากการทดสอบใช้งานพัดลมที่ติดแผ่นกรองอากาศจำนวน 1 ตัว ในห้องขนาดกว้าง 4 เมตร ยาว 4 เมตร พบว่าก่อนการใช้งานในห้องมีค่าฝุ่นละอองขนาดเล็กPM2.5 อยู่ที่ 100 ไมโครกรัม/ลูกบาศก์เมตร และหลังจากที่เปิดใช้งานแล้วประมาณ 1 ชั่วโมง ตรวจวัดพบค่าฝุ่นละอองขนาดเล็กPM2.5 ลดลงเหลือเพียง 20 ไมโครกรัม/ลูกบาศก์เมตร ซึ่งถือว่าช่วยกรองฝุ่นได้ประมาณ 80% ทั้งนี้หากห้องมีพื้นที่ขนาดใหญ่กว่านี้ต้องใช้จำนวนพัดลมมากขึ้นไปตามสัดส่วน

ขณะเดียวกันศาสตราจารย์นายแพทย์ขวัญชัย บอกว่า การใช้งานเครื่องฟอกอากาศราคาประหยัดที่ทำเองนี้ให้ได้ผลดีที่สุดจะต้องใช้ในห้องที่ปิดประตูหน้าต่างและเปิดใช้งานเครื่องตลอด ส่วนอายุการใช้งานของแผ่นกรองอากาศ 1 แผ่นนั้น จากที่ทดสอบในช่วงที่ผ่านมาสามารถใช้งานได้ประมาณ 4 สัปดาห์ แล้วจึงเปลี่ยนแผ่นใหม่ แต่หากคุณภาพอากาศแย่มากจะมีอายุการใช้งานลดน้อยลงไป ซึ่งอาจจะเป็น 2 สัปดาห์ อย่างไรก็ตามถือเป็นการลงทุนที่ค่อนข้างต่ำและแนะนำว่าหากเป็นไปได้ประชาชนควรนำแนวคิดนี้ไปทดลองทำใช้