AFT085 หัววัดความร้อนใต้พิภพแบบใช้หลักการท่อความร้อน (Heat Pipe) — อุปกรณ์ห้องปฏิบัติการความร้อนและสื่อการเรียนการสอน1 คำอธิบาย
ในการผลิตพลังงานความร้อนใต้พิภพแบบตื้น (Shallow Geothermal Energy) นั้น จะมีการนำพลังงานความร้อนที่สะสมอยู่ใต้พื้นผิวโลกมาใช้ประโยชน์เพื่อวัตถุประสงค์ในการทำความร้อน
ชุดอุปกรณ์นี้สาธิตหลักการทำงานของหัวเจาะเก็บความร้อนใต้พิภพ (Geothermal Probe) โดยอาศัยหลักการของท่อความร้อน (Heat Pipe) ด้วยการออกแบบชุดทดลองให้มีความโปร่งใส ผู้ใช้งานจึงสามารถมองเห็นวงจรปิดของการถ่ายเทความร้อนได้อย่างชัดเจน โดยสามารถสังเกตเห็นกระบวนการระเหยภายในท่อความร้อน การควบแน่นที่ส่วนหัวของหัวเจาะ และการไหลย้อนกลับของสารตัวกลางถ่ายเทความร้อนไปตามผนังด้านในของท่อความร้อน นอกจากนี้ ชุดอุปกรณ์ยังช่วยให้สามารถศึกษาเจาะลึกถึงวิธีการพื้นฐานต่างๆ ที่ใช้ในการหาค่าสภาพนำความร้อนของดินที่อยู่ล้อมรอบหัวเจาะเก็บความร้อนใต้พิภพได้อีกด้วย
ท่อความร้อน ซึ่งเป็นชิ้นส่วนหลักที่ถูกนำมาศึกษาพฤติกรรมการทำงานนั้น ถือเป็นองค์ประกอบสำคัญของชุดฝึกอบรมนี้ ภายในท่อความร้อนบรรจุสารตัวกลางถ่ายเทความร้อนที่มีจุดเดือดต่ำไว้ โดยการป้อนความร้อนจากดินจะถูกจำลองขึ้นผ่านปลอกควบคุมอุณหภูมิที่มีวงจรทำความร้อนติดตั้งอยู่ ความร้อนจากสารตัวกลางถ่ายเทความร้อนจะถูกส่งต่อไปยังสารตัวกลางทำงาน (Working Medium) ที่อยู่ภายในส่วนหัวของหัวเจาะ จากนั้นเซนเซอร์จะทำหน้าที่ตรวจวัดอุณหภูมิและอัตราการไหลของสารตัวกลางทำงานดังกล่าวภายในอุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อน ค่าที่วัดได้เหล่านี้จะถูกนำไปใช้ในการคำนวณหาค่ากำลังความร้อนที่มีการถ่ายเทเกิดขึ้น นอกจากนี้ ซอฟต์แวร์ยังจะนำค่าที่วัดได้ไปใช้ในการจำลองสมดุลพลังงานของปั๊มความร้อน (Heat Pump) ที่เชื่อมต่ออยู่กับระบบอีกด้วย
หนึ่งในวิธีการที่ใช้ในการหาค่าสภาพนำความร้อนของดินที่อยู่ล้อมรอบหัวเจาะ คือวิธีการที่เรียกว่า "การทดสอบการตอบสนองทางความร้อน" (Thermal Response Test) ซึ่งจะใช้ปั๊มในการหมุนเวียนน้ำร้อนอย่างต่อเนื่องผ่านหัวเจาะเก็บความร้อนใต้พิภพแบบท่อรูปตัว U (U-tube) ที่ถูกฝังจมอยู่ในชั้นทราย
ในระหว่างกระบวนการนี้ ระบบจะทำการบันทึกค่าอุณหภูมิขาเข้าและขาออก อัตราการไหล และกำลังความร้อนของหัวเจาะเก็บความร้อนใต้พิภพไว้ โดยค่าที่วัดได้เหล่านี้จะถูกนำไปใช้ในการคำนวณหาค่าสภาพนำความร้อนของดิน
ในการทดลองอีกรูปแบบหนึ่ง จะมีการนำแท่งทรงกระบอกที่บรรจุทรายไว้ภายในมาทำการให้ความร้อนโดยใช้แหล่งกำเนิดความร้อนทรงกระบอกเช่นเดียวกัน จากนั้นระบบจะทำการตรวจวัดโปรไฟล์การกระจายตัวของอุณหภูมิในแนวรัศมีภายในตัวอย่างทราย เพื่อนำค่าที่ได้ไปใช้ในการคำนวณหาค่าสภาพนำความร้อนของทรายตัวอย่างนั้นๆ ในขั้นตอนสุดท้าย ผลลัพธ์ที่ได้จากทั้งสองวิธีการทดสอบจะถูกนำมาเปรียบเทียบกัน โดยค่าที่วัดได้ทั้งหมดจะถูกส่งข้อมูลโดยตรงไปยังเครื่องคอมพิวเตอร์ (PC) ผ่านทางพอร์ต USB เพื่อให้ผู้ใช้งานสามารถนำข้อมูลเหล่านั้นไปวิเคราะห์ต่อยอดได้โดยใช้ซอฟต์แวร์ที่มาพร้อมกับชุดอุปกรณ์
2 ข้อมูลจำเพาะ
การสาธิตการทำงานของหัวเจาะสำรวจความร้อนใต้พิภพ (Geothermal probe) โดยใช้หลักการของท่อความร้อน (Heat pipe) ซึ่งตัวท่อทำจากแก้วและมีปลอกควบคุมอุณหภูมิแบบโปร่งใส ใช้น้ำเป็นตัวกลางในการระบายความร้อนภายในเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน โดยสามารถจ่ายตัวกลางนี้ผ่านระบบเครือข่ายน้ำของห้องปฏิบัติการ หรือผ่านเครื่องทำน้ำเย็น (Water chiller) รุ่น WL 110.20 เพื่อรักษาระดับอุณหภูมิน้ำสูงสุดไว้ที่ 16°C มีระบบจำลองสมดุลพลังงานของปั๊มความร้อนผ่านทางซอฟต์แวร์ โดยใช้สารทำความเย็นชนิด R1233zd (ค่า GWP: 1) พร้อมซอฟต์แวร์สำหรับบันทึกและเก็บรวบรวมข้อมูลผ่านพอร์ต USB บนระบบปฏิบัติการ Windows 8.1 และ 10
3 ข้อมูลทางเทคนิค
ความยาวท่อความร้อน: ประมาณ 1000 มม. เส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกของท่อความร้อน: ประมาณ 56 มม. เส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกของปลอกควบคุมอุณหภูมิ: ประมาณ 80 มม. เครื่องทำความร้อนในวงจรทำความร้อน (Heating circuit) กำลังขับ: 2kW ปั๊มในวงจรทำความร้อน อัตราการไหลสูงสุด: 1.9 ลบ.ม./ชม. อัตราการใช้พลังงาน: 58W หัวเจาะสำรวจความร้อนใต้พิภพแบบท่อรูปตัว U (U-tube) ทำจากทองแดง ความยาว: ประมาณ 1000 มม. ปั๊มสำหรับทดสอบการตอบสนองทางความร้อน (Thermal response test) อัตราการไหล: 4.8–28.2 ลิตร/ชม. อัตราการใช้พลังงาน: สูงสุด 60W ตัวทำความร้อนในถังเก็บน้ำ กำลังขับ: 100W ตัวทำความร้อนในภาชนะบรรจุทราย กำลังขับ: 50W สารทำความเย็น: R1233zd, GWP: 1
ปริมาณบรรจุ: 2.3 กก. ค่าเทียบเท่าคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2-equivalent): 0 ตัน ช่วงการวัด อุณหภูมิของตัวทำความร้อนในตัวอย่างทราย: 0–250°C อัตราการไหล: 0.4–6 ลิตร/นาที ระบบไฟฟ้า: 230V, 50Hz, 1 เฟส; 230V, 60Hz, 1 เฟส; 120V, 60Hz, 1 เฟส (มีมาตรฐาน UL/CSA ให้เลือกเป็นอุปกรณ์เสริม)
