หลักการทำงานของเครื่องปรับอากาศที่หลายคนยังไม่รู้

สำหรับประเทศไทยคงเป็นกลุ่มประเทศลูกค้าหลักของผู้ผลิตเครื่องปรับอากาศเพราะเป็นประเทศที่มีอุณหภูมิที่ค่อนข้างสูงแถมบางพื้นที่ก็มีความชื้นที่สูงอีกด้วยซึ่งทำให้มนุษย์รู้สึกไม่สบายตัวเป็นอย่างยิ่ง ทั้งนี้เป็นสาเหตุมาจากการที่ประเทศไทยนั้นอยู่ใกล้กับเส้นศูนย์สูตรของโลก (เส้นที่ลากรอบโลกจากฝั่งตะวันตกไปยังฝั่งตะวันออกที่มีระยะห่างของขั้วโลกเหนือกับขั้วโลกใต้เท่ากัน) จึงทำให้ประเทศไทยเป็นประเทศที่อยู่ในพื้นที่เขตร้อน (มาก) ดังนั้นแทบจะทุกครัวเรือนจึงต้องมีเครื่องปรับอากาศอย่างน้อยครัวเรือนละ 1 เครื่อง โดยตลาดเครื่องปรับอากาศภายในบ้านแบบติดผนัง (Split Wall Type) ของประเทศไทยในช่วงปี 2018 ที่ผ่านมา มีมูลค่าโดยรวม 18,000 ล้านบาท และคาดการณ์ว่าปี 2019 จะขยายตัวเพิ่มขึ้น 15% หรือมีมูลค่า 20,700 ล้านบาท (The Standard, 2019)

จะเป็นไปได้มั้ยถ้าเราจะเปิดประตูตู้เย็นค้างไว้เพื่อทำให้ห้องเย็นขึ้น (แทนที่การเปิดเครื่องปรับอากาศ) ก็ในเมื่อตู้เย็นสามารถทำความเย็นได้อยู่แล้วทำไมเราไม่เปิดประตูตู้เย็นเพื่อให้ห้องเราเย็นขึ้นเหมือนข้างในตู้เย็น... จริง ๆ แล้วการเปิดประตูตู้เย็นเพื่อทำความเย็นให้ภายในห้องไม่ใช่ไอเดียที่แย่เสียทีเดียวเพียงแต่ต้องมีการดัดแปลงกันสักหน่อยเพราะตู้เย็นนั้นจะมี ครีบระบายความร้อน (Fin) อยู่ด้านหลังตู้ ดังนั้นถ้าเราเปิดประตูตู้เย็นค้างไว้แทนที่มันจะทำให้ห้องเราเย็นขึ้น (อุณหภูมิลดต่ำลง) มันกลับส่งผลตรงกันข้ามเพราะตู้เย็นจะทำงานหนักเสียจนเกิดความร้อนขึ้นสูงภายในห้องแทน

จากกฎพื้นฐานทางฟิสิกส์อย่าง “กฎการอนุรักษ์พลังงาน = พลังงานนั้นเป็นสิ่งที่เราไม่สามารถสร้างขึ้นได้เอง ไม่สามารถทำให้สูญสลายไปได้ เพียงแต่พลังงานสามารถเปลี่ยนรูปไปเป็นพลังงานรูปแบบอื่น ๆ ตามกฎการอนุรักษ์พลังงาน” ซึ่งในกรณีของเรา ความร้อนภายในห้องก็คือพลังงานนั่นเอง ดังนั้นในเมื่อเราไม่สามารถที่จะทำลายความร้อนได้ สิ่งที่เราพอจะทำได้ก็เพียงแค่ย้ายพลังงานความร้อนในรูปเดิมไปยังที่อื่นหรือเปลี่ยนรูปพลังงานความร้อนไปเป็นพลังงานในรูปแบบอื่น ๆ (พลังงานกล พลังงานจลน์ พลังงานไฟฟ้า) ซึ่งตู้เย็นมีความสามารถคือย้ายพลังงานความร้อนไปยังที่อื่น แต่ทั้งนี้ที่ที่ตู้เย็นนำความร้อนจากห้องไป มันกลับไปเพียงแค่หลังตู้เย็น ซึ่งสุดท้ายแล้วความร้อนนี้ก็ยังอยู่ในห้องของเราไม่ได้ไปไหน แต่ถ้าเราสามารถเอาความร้อนที่ว่านี้ออกไปจากห้องเราได้ล่ะ!

เครื่องปรับอากาศ คือ เทคโนโลยีการเคลื่อนย้ายพลังงาน (ความร้อน) จากในห้องไปนอกห้อง ถ้ามีเครื่องจักรเครื่องหนึ่งที่ครึ่งหนึ่งนั้นอยู่ภายในห้องเพื่อดึงความร้อนเข้าสู่ตัวมัน และอีกครึ่งหนึ่งนั้นอยู่ภายนอกห้องเพื่อเอาความร้อนที่ดึงจากในห้องปล่อยออกไปสู่นอกห้อง หลักการที่เรียบง่ายนี้ คือหลักการทำงานของเครื่องปรับอากาศ โดยมีสารที่คอยรับเอาความร้อนซึ่งเราเรียกกันโดยทั่วไปว่า น้ำยาแอร์ (Refrigerant) เป็นตัวกลางในการเคลื่อนย้ายความร้อน และมีพัดลมอยู่ทั้งสองฝั่งเพื่อเป็นการเร่งการเคลื่อนย้ายพลังงานความร้อน โดยมีอุปกรณ์สำคัญ ๆ ที่อยู่ภายในระบบ เช่น

Compressor มีหน้าที่คือ ขับเคลื่อนน้ำยาแอร์ในระบบ และเพิ่มความดัน เพิ่มอุณหภูมิของน้ำยาแอร์จนระเหยเป็นไอ

Condenser มีหน้าที่คือ ลดอุณหภูมิ และลดความดันของน้ำยาแอร์ให้ต่ำลงจนควบแน่นเป็นของเหลวก่อนที่จะเข้าสู่ภายในห้องเพื่อไปรับความร้อนออกมา

Throttling Device มีหน้าที่คือ ลดความดันและอุณหภูมิของสารทำความเย็นอีกครั้งเพื่อให้พร้อมระเหยตัวที่อุณหภูมิต่ำก่อนจะไปที่ Evaporator

Evaporator มีหน้าที่คือ ใช้เพื่อให้สารทำความเย็นเปลี่ยนสถานะจากของเหลวกลายเป็นไอ โดยดูดความร้อนแฝงของการกลายเป็นไอจากสิ่งแวดล้อมทำให้อุณหภูมิภายในห้องลดลง (ดูดซับความร้อนจากภายในห้องมาสู่สารทำความเย็น)

รู้หรือไม่

Willis Carrier (1876–1950) คือชื่อของผู้ประดิษฐ์เครื่องปรับอากาศคนแรกของโลกและเป็นชื่อยี่ห้อเครื่องปรับอากาศยี่ห้อหนึ่ง

แหล่งที่มา https://www.scimath.org/article-physics/item/11655-2020-06-30-06-11-33