เครื่องคำนวณการสูญเสียพลังงานในระบบส่งจ่ายสารทำงาน

Distribution System Energy Loss Calculator — Working Fluid Heat/Cool Loss Assessment
อ้างอิง: ASTM C680, ISO 12241, ASHRAE Handbook, US DOE MEASUR / กลไกการถ่ายเทความร้อน (Conduction–Convection–Radiation) · คุณสมบัติไอน้ำ IAPWS-IF97 (TE_STEAM)

📋 เลือกประเภทการสูญเสียพลังงานที่ต้องการประเมิน

เครื่องมือนี้แบ่งการประเมินออกเป็น 2 ประเภทหลัก ตามลักษณะทางฟิสิกส์ของการสูญเสีย เลือกหมวดที่ต้องการเพื่อเข้าสู่ระบบย่อย

🔥
1. การสูญเสียพลังงานความร้อน
Thermal / Heat Loss
การถ่ายเทความร้อนผ่านผนังท่อ/ดักท์ในแนวรัศมี (Conduction–Convection–Radiation) ทำให้ต้องเสียเชื้อเพลิง/ความเย็นชดเชย
9 ระบบย่อย: ลมเย็น • ลมระบาย • ไอสารเคมี • ไอน้ำอิ่มตัว • ซูเปอร์ฮีต • น้ำเย็น • น้ำร้อน • น้ำมันร้อน • ไอเสียเตา
💢
2. การสูญเสียความดัน/แรงเสียดทาน
Pressure & Friction Loss
การสูญเสียในแนวการไหลจากความหนืดและความขรุขระผิวท่อ (Darcy-Weisbach + K-factor) ทำให้ปั๊ม/พัดลมใช้พลังงานไฟฟ้าเพิ่ม
รองรับของเหลว (น้ำ/น้ำมัน) และก๊าซ/ลม (HVAC Duct) → แปลงเป็นพลังงานปั๊ม/พัดลม kWh/ปี
🕳️
3. การสูญเสียจากการรั่วไหล
Mass & Energy Leakage Loss
สารทำงานรั่วออกทางรู/รอยร้าว/เกลียว ทำให้สูญเสียทั้ง มวล และ พลังงาน (ไฟฟ้าอัดอากาศ / เชื้อเพลิงผลิตไอน้ำ / ความร้อนน้ำร้อน)
ก๊าซ/ก๊าซเชื้อเพลิง • ไอน้ำอิ่มตัว/ยวดยิ่ง • น้ำร้อน/น้ำเย็น/น้ำมันร้อน • สารทำความเย็น (GWP) → มวล → พลังงาน → ฿/ปี → tCO₂e/ปี
💧
4. Darcy Friction Factor & Moody
Pipe Friction · Moody Diagram
คำนวณ friction factor (Darcy) จาก Colebrook–White และสูตร explicit หลายตัว พร้อม Moody diagram, head loss และตารางเทียบวิธี (ใช้เอนจินเดียวกับหมวดความดัน)
Colebrook–White • Swamee–Jain • Haaland • Churchill • Serghides • Moody chart • fully-rough detection

🔥 การสูญเสียพลังงานความร้อน — เลือกระบบย่อย

เลือกระบบส่งจ่ายสารทำงานที่ต้องการประเมินการสูญเสียความร้อน แต่ละระบบใช้ Thermal Resistance Network (Conduction + Convection + Radiation) แสดงสูตรและการแทนค่าครบถ้วน

👆 เลือกระบบย่อยจาก dropdown ด้านบน — แต่ละระบบใช้ Thermal Resistance Network แสดงสูตร–การแทนค่าครบทุกขั้นตอน

ช่วงอุณหภูมิอ้างอิงของแต่ละระบบ: ❄️ ลมเย็น 8–14°C • 💨 ลมระบาย Supply/Exhaust • ⚗️ ไอสารเคมี 100–250°C • 🌫️ ไอน้ำอิ่มตัว (P→T_sat) • 🔥 ซูเปอร์ฮีต (T_sh>T_sat) • 💧 น้ำประปา/น้ำเย็น 20–30°C • ♨️ น้ำร้อน 60–95°C • 🛢️ น้ำมันร้อน 150–320°C • 🏭 ไอเสียเตา 400–1,200°C (Multi-layer)

❄️ การสูญเสียพลังงานในระบบส่งจ่ายลมเย็น (Chilled Air Duct Heat Gain)

ในระบบปรับอากาศ ลมเย็น (เช่น 12–14 °C) ไหลในดักท์ที่อยู่ในพื้นที่ที่อุณหภูมิสูงกว่า (เช่น ฝ้าเพดาน 28–35 °C) จึงเกิด Heat Gain ทำให้พลังงานความเย็นที่ส่งถึง Diffuser ลดลง การคำนวณใช้ 1D Steady-State Heat Transfer ผ่านผนังดักท์รูปสี่เหลี่ยม

💨 การสูญเสียพลังงานในระบบส่งจ่ายลมระบายอากาศ (Ventilation Duct)

ดักท์ระบายอากาศ (Supply/Exhaust/Return) ที่ส่งลมต่างจากอุณหภูมิห้องโดยรอบ จะมีพลังงาน ไหลผ่านผนัง การคำนวณคล้ายระบบลมเย็น แต่ ΔT มักน้อยกว่า (ลม Supply 22–28°C เทียบกับช่องว่างหลังคา 35–45°C)

⚗️ การสูญเสียพลังงานในระบบส่งจ่ายไอสารระเหย/สารเคมี

ท่อส่งไอสารระเหย (Solvent vapor, Process gas) ที่อุณหภูมิ 100–250 °C มักหุ้มฉนวนทั้งเพื่อประหยัดพลังงาน ป้องกัน Condensation และเพื่อความปลอดภัย

🌫️ การสูญเสียพลังงานในระบบส่งจ่ายไอน้ำอิ่มตัว (Saturated Steam)

ไอน้ำอิ่มตัวมีอุณหภูมิตามความดัน — เมื่อสูญเสียความร้อนผ่านผิวท่อ ไอน้ำจะกลั่นตัวเป็น Condensate ทำให้เกิดทั้ง Sensible Loss และ Latent Loss เครื่องมือนี้ประเมินอัตราการสูญเสียความร้อนต่อความยาวท่อ และคำนวณ Condensate Generation Rate

🔥 การสูญเสียพลังงานในระบบส่งจ่ายไอน้ำซูเปอร์ฮีต (Superheated Steam Distribution)

ไอน้ำซูเปอร์ฮีตที่ความดัน P มีอุณหภูมิ Tsh สูงกว่า Tsat เมื่อสูญเสียความร้อนผ่านผิวท่อ จะเกิด Sensible Loss (อุณหภูมิลดลง — Desuperheat) แต่ ไม่กลั่นตัว จนกว่าอุณหภูมิจะลดลงถึง Tsat เครื่องมือนี้คำนวณ Heat Loss, Degree of Superheat, อัตราอุณหภูมิลดลงตามความยาวท่อ (dT/dL) และเตือนหากท่อยาวเกินจนเริ่มเกิด Condensate

💧 การสูญเสียพลังงานในระบบส่งจ่ายน้ำประปา/น้ำเย็น

ท่อน้ำเย็น (Chilled Water 5–10°C) หรือน้ำประปา (20–28°C) อาจเกิด Heat Gain จากสภาพแวดล้อม ในระบบ Chiller มีผลต่อ COP โดยตรง การคำนวณเหมือนระบบน้ำร้อน แต่ทิศทาง q เป็นลบ (รับความร้อนเข้า)

♨️ การสูญเสียพลังงานในระบบส่งจ่ายน้ำร้อน (Hot Water Pipe)

น้ำร้อนสำหรับ DHW, Process Heating หรือ Boiler Feedwater ที่อุณหภูมิ 60–95 °C สูญเสียความร้อนต่อเนื่องตลอด 24 ชั่วโมงเมื่อระบบเดิน การหุ้มฉนวน 25–50 mm สามารถลดการสูญเสียได้ 70–85%

🛢️ การสูญเสียพลังงานในระบบส่งจ่ายน้ำมันร้อน (Thermal Oil)

น้ำมันร้อน (Therminol, Mobiltherm, Dowtherm) ใช้แทนไอน้ำเมื่อต้องการอุณหภูมิสูง 150–320 °C โดยไม่ต้องใช้ความดันสูง การหุ้มฉนวนสำคัญมากเพราะ ΔT กับอากาศแวดล้อมสูง

🏭 การสูญเสียพลังงานในระบบระบายไอเสียอุณหภูมิสูง (Furnace Flue Gas Exhaust)

ระบบระบายไอเสียจากเตาอุตสาหกรรม (เตาอบเหล็ก 600–1,100°C, เตาหลอมเหล็ก 1,400–1,650°C, เตาหลอมอลูมิเนียม 700–900°C, เตาเผาแก้ว 1,000–1,500°C) มีลักษณะเฉพาะ: (1) Radiation มีบทบาทสูง (T⁴ scaling) (2) ผนังเป็น Multi-layer: Refractory + Insulating Brick + Steel Shell + (Cladding) (3) h_in ของ flue gas มีนัยสำคัญ (ไม่เหมือนของเหลว) (4) Heat Loss ผ่านผนังนี้ลดได้ด้วยมาตรการฉนวน (ซ่อม/เพิ่มฉนวน) — ไม่ใช่ศักยภาพ WHR: Air Preheater/Recuperator/Waste Heat Boiler ดึงความร้อนจากเอนทาลปีของไอเสีย (ใช้ Tool_WHR_Calculator)

💢 การสูญเสียแรงดัน/แรงเสียดทาน (Pressure & Friction Loss)

การสูญเสียพลังงานในแนวการไหล (ตามยาวท่อ) จากความหนืดและความขรุขระของผิวท่อ — แตกต่างจาก Heat Loss โดยสิ้นเชิง การสูญเสียนี้ทำให้ ปั๊ม/พัดลมต้องใช้พลังงานไฟฟ้าเพิ่ม ประกอบด้วย Major Loss (ความเสียดทานตามยาวท่อ — Darcy-Weisbach) และ Minor Loss (จาก fitting/วาล์ว/ข้องอ — K-factor) ผลลัพธ์แปลงเป็นกำลังไฟฟ้าของปั๊ม/พัดลม (kWh/ปี, ฿/ปี)

🕳️ การสูญเสียจากการรั่วไหลเชิงมวลและพลังงาน (Mass & Energy Leakage Loss)

สารทำงานที่รั่วออกจากระบบสูญเสียทั้ง มวล และ พลังงานที่ใช้ผลิตสารนั้น โดยตรรกะพลังงานต่างกันตามชนิด: ก๊าซอัด→ไฟฟ้าอัด, ก๊าซอุตสาหกรรม→ค่าผลิต/ซื้อ, ก๊าซเชื้อเพลิง→พลังงาน+CH₄+ความปลอดภัย, ไอน้ำ/น้ำมันร้อน→เชื้อเพลิง, น้ำเย็น→ไฟฟ้า Chiller (COP), สารทำความเย็น→GWP (วิธี F-gas) ครอบคลุม 5 กลุ่ม / 21 สารทำงาน คำนวณด้วย Compressible Nozzle / Napier / Orifice / F-gas แล้วต่อยอดเป็น มวล → kW → ฿/ปี → tCO₂e/ปี พร้อมสมการ–การแทนค่าทุกขั้นตอน

💧 Darcy Friction Factor & Moody Diagram

Colebrook–White

คำนวณ friction factor (Darcy) และ head loss ด้วย Darcy–Weisbach — ใช้เอนจินเดียวกับหมวด “ความดัน/แรงเสียดทาน” (single source of truth)

⚙️ Calculator
📈 Moody Chart
🔬 เทียบสูตร
📚 Reference
1) ของไหล & อัตราการไหล
2) ท่อ (Pipe)
📖
เส้นโค้งแต่ละเส้น = ε/D (Colebrook–White) · เส้นแดง = laminar (64/Re) · แถบเทา = โซนวิกฤต · จุด ◆ = จุดทำงานจากแท็บ Calculator
เทียบสูตร explicit กับ Colebrook (อ้างอิง)
ReColebrookSwamee–JHaalandChurchillSerghides
ค่าเบี่ยงเบนจาก Colebrook (%)
✓
Serghides แม่นสุด (<0.1%) · Swamee–Jain/Haaland ~1–1.5% พอสำหรับสนาม · Churchill ครอบคลุมทุกโซน
สมการหลัก
Darcy–Weisbachh_f = f · (L/D) · V²/(2g) ; Δp = ρ·g·h_f
ReynoldsRe = ρVD/μ = VD/ν
Laminar (Re<2300)f = 64/Re
Colebrook–White (implicit)1/√f = −2·log₁₀( (ε/D)/3.7 + 2.51/(Re·√f) )
Swamee–Jainf = 0.25 / [ log₁₀( (ε/D)/3.7 + 5.74/Re⁰·⁹ ) ]²
Haaland1/√f = −1.8·log₁₀[ ((ε/D)/3.7)¹·¹¹ + 6.9/Re ]
Minor lossh_m = ΣK · V²/(2g)
ระวัง Fanning (f_F) vs Darcy (f): f = 4·f_F — เครื่องมือนี้ใช้ Darcy ทั้งหมด
ความขรุขระวัสดุ ε (mm)
วัสดุε (mm)
ท่อเรียบ/ทองแดง/แก้ว0.0015
PVC/HDPE/พลาสติก0.0015–0.007
สแตนเลส0.015
เหล็กพาณิชย์ใหม่0.045
เหล็กหล่อเคลือบยาง0.12
เหล็กชุบสังกะสี0.15
เหล็กหล่อไม่เคลือบ0.26
คอนกรีต0.3–3.0
เหล็กเก่า/สนิม1–3
อะลูมิเนียมโมดูลาร์ (ลมอัด)0.0015–0.005
ท่อไอน้ำมีสเกล (aged/scaled)0.15–0.5
ที่มา: Moody (1944) / Crane TP-410
ค่าสูญเสียย่อย K (โดยประมาณ)
FittingK
ข้องอ 90° ปกติ0.75–0.9
ข้องอ 90° รัศมียาว0.45
ข้องอ 45°0.35
Gate valve เปิดสุด0.17
Globe valve เปิดสุด6–10
Check valve (swing)2.0
ทางเข้า/ทางออกท่อ0.5 / 1.0
Tee (ตรง/แยก)0.4 / 1.0

📚 ตารางอ้างอิงคุณสมบัติทางความร้อน

1. ค่า k (Thermal Conductivity) ของวัสดุ — W/m·K
วัสดุค่า k (W/m·K)อุณหภูมิใช้งาน (°C)หมายเหตุ
เหล็กกล้าคาร์บอน (Carbon Steel)50–55−40 ถึง 425ท่อทั่วไป
สแตนเลส 304/31616–22−200 ถึง 800กระบวนการอาหาร/เคมี
ทองแดง385–401−200 ถึง 250HVAC, Refrigerant
อลูมิเนียม205–237−200 ถึง 200ดักท์, Cladding
เหล็กชุบสังกะสี (Galvanized)52−20 ถึง 200ดักท์ลม
Rockwool / Mineral Wool0.035–0.045up to 750ฉนวนหลัก
Calcium Silicate0.055–0.075up to 815อุณหภูมิสูง
Glass Wool / Fiberglass0.033–0.040up to 540HVAC, ท่อทั่วไป
PU Foam / Polyurethane0.022–0.028−50 ถึง 110ท่อเย็น, Cryogenic
Aerogel0.013–0.020−200 ถึง 650ฉนวนสมรรถนะสูง
Elastomeric (Armaflex)0.034–0.040−50 ถึง 110ป้องกัน Condensation
2. ค่า h (Convection Coefficient) — W/m²·K
สภาวะค่า h ทั่วไปหมายเหตุ
Natural Convection (อากาศนิ่ง, ท่อแนวนอน)5–10ใช้ 8–9 W/m²·K สำหรับท่อในห้อง
Natural Convection (อากาศนิ่ง, ท่อแนวตั้ง)4–8การไหลเร่งโดย Buoyancy
Forced Convection (ลมไหลผ่าน 1–3 m/s)10–35กลางแจ้ง, มีลมพัด
Forced Convection (ลมแรง 5–10 m/s)40–80ดาดฟ้า, ใกล้ Cooling Tower
Air inside Duct (Internal, 3–8 m/s)15–50Re-Pr correlation
Water inside Pipe (Forced, 1–3 m/s)2,500–10,000R_conv,in ≈ 0, ละได้
Steam inside Pipe (Condensing)5,000–15,000R_conv,in ≈ 0
3. ค่า ε (Emissivity) ของผิวท่อ/ดักท์ภายนอก
ผิวค่า εหมายเหตุ
เหล็กขัดเงา/ขัดมัน0.07–0.15ลด radiation มาก
เหล็กออกซิไดซ์เล็กน้อย0.20–0.35ใช้งานจริงทั่วไป
เหล็กออกซิไดซ์/ดำหนัก0.70–0.85ใช้งานนาน, ไม่ทาสี
อลูมิเนียมหรือสแตนเลส Cladding0.10–0.20นิยมหุ้มทับฉนวน
สี/ผิวด้าน (ทาสี)0.85–0.95ทาสีดำเพิ่ม radiation
ผิวขาวมัน0.85–0.90สะท้อนแสงแต่ ε ใน IR สูง
4. คุณสมบัติของสารทำงาน (ค่าทั่วไป)
สารทำงานρ (kg/m³)Cp (kJ/kg·K)อุณหภูมิทั่วไป
อากาศแห้ง (20°C, 1 atm)1.2041.005HVAC supply
อากาศแห้ง (60°C)1.0601.008Ventilation
น้ำ (20°C)9984.182น้ำประปา
น้ำ (80°C)9724.196น้ำร้อน
ไอน้ำอิ่มตัว 5 barg (159°C)3.172.55 (avg)h_fg = 2,090 kJ/kg
ไอน้ำอิ่มตัว 10 barg (184°C)5.812.71 (avg)h_fg = 2,008 kJ/kg
ไอน้ำอิ่มตัว 15 barg (201°C)8.432.81 (avg)h_fg = 1,946 kJ/kg
น้ำมันร้อน Therminol VP-1 (250°C)9022.34k≈0.106 W/m·K
5. ตารางไอน้ำอิ่มตัว (Saturated Steam — ย่อ)
P (barg)P (bar abs)T_sat (°C)h_f (kJ/kg)h_fg (kJ/kg)h_g (kJ/kg)
01.013100.0419.12257.02676.1
12.013120.2504.72201.92706.6
23.013133.5561.52163.82725.3
34.013143.6604.72133.82738.5
56.013158.8670.62086.12756.7
78.013170.4721.42046.72768.1
1011.013184.1781.61998.62780.2
1516.013201.4858.61934.92793.5
2021.013214.9918.21882.32800.5
3031.013235.71013.91793.02806.9
6. ค่า U-Factor มาตรฐานสำหรับท่อหุ้มฉนวน (อ้างอิงเร็ว)
ขนาดท่อ DNฉนวน 25 mm (W/m·K)ฉนวน 50 mmฉนวน 75 mmฉนวน 100 mm
DN25 (1")0.320.230.190.17
DN50 (2")0.500.340.270.23
DN80 (3")0.680.450.350.29
DN100 (4")0.830.540.420.34
DN150 (6")1.180.740.560.45
DN200 (8")1.500.930.690.55
ค่าประมาณการสำหรับฉนวน Rockwool k=0.04 W/m·K, T_fluid=150°C, T_amb=30°C, h_out=10 W/m²·K
7. มาตรฐานอ้างอิง