คำนวณสมดุลลมเติมให้ระบบดูดอากาศทำงานได้จริง

ระบบดูดอากาศเฉพาะที่อาจออกแบบฮูดและพัดลมถูกต้อง แต่เมื่อเดินจริงกลับดูดไม่ถึงค่าที่ต้องการ ประตูเปิดยาก ลมหวีดผ่านรอยต่อ หรือกลิ่นถูกดึงจากห้องหนึ่งไปอีกห้อง สาเหตุสำคัญคืออากาศที่ถูกดูดออกไม่มีเส้นทางกลับเข้ามาทดแทนอย่างเพียงพอ พัดลมจึงทำให้ความดันลดลงจนการไหลจริงเปลี่ยนจากฐานออกแบบ

ลมเติมหรือ make-up air คืออากาศที่จัดให้กลับเข้าพื้นที่เพื่อทดแทนอากาศที่ระบบระบายออก อาจเป็นอากาศภายนอกที่ผ่านการปรับสภาพ ลมถ่ายเทจากพื้นที่สะอาดกว่า หรือส่วนผสมที่ระบบออกแบบไว้ ลมเติมจึงไม่เท่ากับอากาศสดทั้งหมดเสมอ และการคำนวณต้องเห็นทุกเส้นทางเข้าออก ไม่ใช่เปรียบเทียบพัดลมจ่ายหนึ่งตัวกับพัดลมดูดหนึ่งตัว

เริ่มจากเป้าหมายทางกฎหมายและเป้าหมายทางวิศวกรรม

กฎกระทรวงสารเคมีอันตราย พ.ศ. 2556 ข้อ 10 กำหนดให้บริเวณทำงานมีระบบระบายอากาศทั่วไป แบบเจือจาง หรือแบบดูดเฉพาะที่ที่เหมาะกับสาร มีออกซิเจนไม่ต่ำกว่าร้อยละ 19.5 และมีระบบป้องกันกับกำจัดอากาศเสียไม่ให้เป็นอันตรายต่อคนอื่น ตัวบทกำหนดผลและลักษณะระบบ แต่ไม่ได้กำหนดว่าลมเติมต้องเป็นกี่เปอร์เซ็นต์ของลมดูดหรือห้องต้องมีความดันต่างเท่าใด

เป้าหมายทางวิศวกรรมต้องมาจากอันตรายและการใช้งาน เช่น รักษาความเร็วลมจับสารที่ฮูด ให้อากาศไหลจากพื้นที่สะอาดไปพื้นที่ปนเปื้อน รักษาอุณหภูมิและความสบาย ป้องกันประตูเปิดยาก และไม่ดึงควันไอเสียจากปล่องกลับเข้าอาคาร เป้าหมายเหล่านี้อาจขัดกัน จึงต้องจัดลำดับและทดสอบพร้อมกัน

ข้อ 28 กำหนดให้นายจ้างมีระบบป้องกันและควบคุมไม่ให้ความเข้มข้นสารในบรรยากาศเกินขีดจำกัด สมดุลลมจึงไม่ใช่ผลสุดท้าย หากทิศทางดูดีแต่ความเข้มข้นในเขตหายใจยังสูง ต้องกลับไปปรับการจับสาร การกักครอบ หรือกระบวนการ

ทำบัญชีอากาศทุกเส้นทาง

วาดขอบเขตควบคุมรอบห้องหรือกลุ่มห้อง แล้วใส่ลูกศรทุกทางที่อากาศผ่าน ด้านออกประกอบด้วยฮูดดูดเฉพาะที่ พัดลมระบายทั่วไป ปล่องกระบวนการ เครื่องอบ ระบบดูดฝุ่น และลมที่รั่วออก ด้านเข้าประกอบด้วยระบบจ่ายอากาศ ลมจากพื้นที่ข้างเคียง ประตู ช่องเกล็ด และรอยรั่ว

ใช้ค่าอัตราการไหลที่วัดหรือคำนวณในสภาวะทำงานเดียวกัน ระบุว่าพัดลมใดเดิน ฮูดใดเปิด ประตูอยู่สถานะใด ฟิลเตอร์สะอาดหรือใกล้ตัน และระบบปรับอากาศอยู่โหมดใด ค่าพิกัดชื่อพัดลมเป็นความสามารถที่เงื่อนไขหนึ่ง ไม่ยืนยันอัตราที่จุดทำงานหลังรวมท่อและความต้านทาน

แยกอากาศหมุนเวียนภายในห้องออกจากสมดุลขอบเขต ลมที่เครื่องปรับอากาศดูดกลับจากห้องแล้วจ่ายคืนเท่าเดิมไม่ได้เพิ่มมวลอากาศสุทธิเข้าห้อง แต่มีผลต่อการกระจายและอุณหภูมิ ส่วนอากาศภายนอกที่ระบบผสมเข้ามาเป็นลมเข้าและลมระบายทิ้งเป็นลมออก

รวมหน่วยให้เหมือนกันก่อนบวก ค่า CFM, ลูกบาศก์เมตรต่อนาที และลูกบาศก์เมตรต่อชั่วโมงใช้ร่วมกันทันทีไม่ได้ การแปลงที่ใช้บ่อยคือ 1 ลูกบาศก์เมตรต่อนาทีเท่ากับ 60 ลูกบาศก์เมตรต่อชั่วโมง และ 1 CFM มีค่าประมาณ 1.699 ลูกบาศก์เมตรต่อชั่วโมง ระบุค่าปัดเศษและรักษาหน่วยในทุกบรรทัด

ใช้สมการสมดุลมวลอากาศ

ในสภาวะคงตัว อากาศรวมที่ไหลเข้าขอบเขตต้องเท่ากับอากาศรวมที่ไหลออก เขียนได้ว่า

ลมจ่าย รวมกับ ลมถ่ายเทเข้า รวมกับ ลมรั่วเข้า = ลมดูดออก รวมกับ ลมถ่ายเทออก รวมกับ ลมรั่วออก

หากกำหนดให้ค่าบวกคืออากาศที่ระบบกลจ่ายเข้าห้อง และค่าลบคืออากาศที่ระบบกลดูดออก ส่วนต่างของระบบกลคำนวณได้ว่า

ส่วนต่างลม = ลมจ่ายรวม - ลมดูดรวม

เมื่อส่วนต่างติดลบ ห้องต้องรับอากาศปริมาณเท่ากับขนาดส่วนต่างผ่านช่องถ่ายเทและรอยรั่วในสภาวะคงตัว เมื่อส่วนต่างเป็นบวก อากาศจะออกจากห้องสุทธิ อย่างไรก็ตาม ทิศทางในแต่ละช่องขึ้นกับการกระจายความดัน ลมภายนอก อุณหภูมิ และระบบห้องข้างเคียง จึงใช้ผลรวมทำนายทุกประตูไม่ได้

หากต้องการให้พื้นที่ปนเปื้อนรับลมถ่ายเทเข้าจากโถงสะอาดตามปริมาณที่ออกแบบ ลมเติมเชิงกลเป้าหมายหาได้จาก

ลมเติมเชิงกล = ลมดูดรวม - ลมถ่ายเทเข้าที่ต้องการ

สูตรนี้สมมติว่าลมรั่วอื่นถูกรวมหรือมีค่าน้อยและระบบอยู่ในสภาวะคงตัว งานออกแบบจริงต้องทำ balance หลายห้องพร้อมกัน เพราะลมที่ออกจากห้องสะอาดคือภาระของระบบจ่ายห้องนั้นด้วย

ตัวอย่างคำนวณห้องผสมสาร

สมมติห้องผสมมีฮูดดูดสามจุด อัตราจริง 6,000, 4,500 และ 3,500 ลูกบาศก์เมตรต่อชั่วโมง มีพัดลมระบายทั่วไป 2,000 ลูกบาศก์เมตรต่อชั่วโมง ดังนั้นลมดูดรวมเท่ากับ

6,000 รวมกับ 4,500 รวมกับ 3,500 รวมกับ 2,000 = 16,000 ลูกบาศก์เมตรต่อชั่วโมง

ผู้ออกแบบต้องการให้ลมสะอาดถ่ายเทจากโถงเข้าห้อง 2,500 ลูกบาศก์เมตรต่อชั่วโมง เพื่อรักษาทิศทางเข้าหาพื้นที่ปนเปื้อน ลมเติมเชิงกลในห้องควรเริ่มออกแบบที่

16,000 ลบ 2,500 = 13,500 ลูกบาศก์เมตรต่อชั่วโมง

ตรวจสมดุลได้ว่า 13,500 จากระบบจ่ายบวก 2,500 จากโถงเท่ากับ 16,000 ที่ดูดออก ค่า 13,500 เป็นค่าที่จุดทำงาน ไม่ใช่พิกัดพัดลมที่ลอยตัว ผู้เลือกอุปกรณ์ต้องเผื่อความต้านทานฟิลเตอร์ คอยล์ ท่อ และอุปกรณ์ปรับลมตามวิธีออกแบบ พร้อมมีวิธีปรับ balancing damper

หากวัดจริงพบลมจ่ายเพียง 11,800 ขณะที่ลมดูด 15,600 ส่วนต่างเท่ากับลบ 3,800 ลูกบาศก์เมตรต่อชั่วโมง ห้องจะพยายามดึงลมจากโถงและรอยรั่วรวม 3,800 ไม่ได้แปลว่าทั้งหมดผ่านช่องถ่ายเทที่ออกแบบ ส่วนหนึ่งอาจมาจากห้องข้างเคียงที่ปนเปื้อน ช่องฝ้า หรือประตูภายนอก จึงต้องวัดทิศทางและปรับระบบ

ตรวจความเร็วผ่านช่องถ่ายเทอย่างระมัดระวัง

เมื่อรู้ลมถ่ายเทและพื้นที่เปิดอิสระ สามารถประมาณความเร็วเฉลี่ยได้จาก

ความเร็ว = อัตราการไหลเชิงปริมาตร หารด้วย พื้นที่เปิด

ในตัวอย่าง ลมถ่ายเท 2,500 ลูกบาศก์เมตรต่อชั่วโมงเท่ากับประมาณ 0.694 ลูกบาศก์เมตรต่อวินาที หากช่องเกล็ดมีพื้นที่เปิดอิสระรวม 1.4 ตารางเมตร ความเร็วเฉลี่ยประมาณ 0.50 เมตรต่อวินาที ควรใช้พื้นที่เปิดอิสระจากผู้ผลิต ไม่ใช้ขนาดกรอบ เพราะใบเกล็ดและตะแกรงลดพื้นที่

ค่าความเร็วนี้ช่วยตรวจขนาดช่อง เสียง และลมปะทะ แต่ไม่ใช่ค่ากฎหมายไทยหรือค่ารับรองการกักสารโดยอัตโนมัติ ช่องหลายจุดแบ่งลมตามความต้านทานและความดันจริง ประตูที่เปิดเพิ่มอาจทำให้ความเร็วช่องเดิมลดลงและลัดวงจรจากหัวจ่ายไปพัดลมดูด

ตรวจทิศทางด้วยควันทดสอบที่ปลอดภัย ริบบิ้น หรือเครื่องวัดความเร็วตามความเหมาะสม โดยไม่ปล่อยสารเพิ่มและไม่รบกวนงาน ดูทั้งประตูปิด เปิด และแง้ม รวมสถานะระบบห้องข้างเคียงที่เป็นไปได้

วางหัวจ่ายไม่ให้ทำลายการจับสาร

ลมเติมปริมาณถูกต้องอาจทำให้ฮูดล้มเหลวหากหัวจ่ายเป่าข้ามหน้าผู้ปฏิบัติงานหรือผลักสารออกจากปากฮูด จัดลมให้เข้าพื้นที่ด้วยความเร็วและทิศที่ไม่รบกวนสนามดูด อากาศควรพาสารจากเขตหายใจไปสู่ฮูด ไม่พาสารผ่านใบหน้าก่อนถูกจับ

หลีกเลี่ยงการจ่ายใกล้ฮูดจนลมไหลตรงเข้าปากโดยไม่กวาดพื้นที่ การลัดวงจรทำให้ตัวเลขลมดูดีแต่สารค้างในบริเวณทำงาน ใช้การทดสอบควันและวัดความเร็วจับสารเมื่อระบบจ่ายกับดูดเดินพร้อมกัน ไม่ทดสอบฮูดโดยปิดระบบปรับอากาศถ้างานจริงเปิด

อากาศเติมภายนอกต้องเลือกจุดรับที่ไม่ดึงอากาศเสียจากปล่อง รถ หอระบายความร้อน หรือจุดสูบบุหรี่กลับเข้า พิจารณาทิศลม ระยะ ความสูง และผลจากอาคาร ช่องรับอากาศที่อยู่ห่างในแบบอาจยังอยู่ในกระแสวนจริง

อุณหภูมิลมเติมมีผลต่อการยอมรับและการลอยตัว ลมเย็นจัดตกลงเร็วและสร้างลมโกรก ลมร้อนลอยขึ้นโดยไม่กวาดเขตทำงาน ระบบอาจต้องกรอง ทำความร้อน ลดความชื้น หรือปรับอุณหภูมิตามกระบวนการ ไม่ควรแก้ข้อร้องเรียนด้วยการปิดหัวจ่ายจนสมดุลเสีย

ทำสมดุลหลายห้องเป็นเครือข่าย

อาคารที่มีห้องสะอาด โถง ห้องผสม ห้องล้าง และคลังต้องวางลำดับความดันเป็นเครือข่าย อากาศควรไหลจากพื้นที่ที่ต้องปกป้องไปพื้นที่ที่มีแหล่งปนเปื้อน แล้วออกผ่านระบบบำบัด ไม่ให้ห้องหนึ่งดูดลมจากอีกห้องที่อันตรายกว่า

ทำตารางหนึ่งแถวต่อห้อง มีลมจ่าย ลมดูด ส่วนต่าง ช่องถ่ายเท และทิศที่ต้องการ ตรวจผลรวมทั้งอาคาร เพราะอากาศภายนอกสุทธิที่จ่ายต้องสัมพันธ์กับอากาศทิ้งสุทธิ ลมถ่ายเทระหว่างห้องหักล้างกันเมื่อมองขอบเขตอาคาร แต่สำคัญต่อทิศทางภายใน

ประตูสองชั้น ประตูม้วน และช่องส่งของเปลี่ยนความต้านทานตามการใช้งาน ทดสอบเหตุที่เชื่อได้ เช่น ประตูเปิดระหว่างรถผ่าน ระบบดูดบางชุดหยุด หรือห้องข้างเคียงเปิดพัดลมพร้อมกัน หากทิศทางกลับในเหตุปกติที่เกิดบ่อย ต้องแก้การออกแบบหรือทำ interlock

ห้องที่ต้องควบคุมทั้งความสะอาดและสารอันตรายต้องกำหนดลำดับความสำคัญร่วมกัน เช่น ห้องชั่งสารอาจต้องป้องกันผลิตภัณฑ์จากฝุ่นภายนอกพร้อมกักสารไม่ให้ออกสู่โถง ใช้ตู้หรือบูธกักเฉพาะจุดและ airlock แทนการหวังให้ความดันห้องค่าเดียวตอบทุกทิศ

แยกอัตราลมออกจากค่าความดัน

อัตราลมบอกปริมาตรต่อเวลา ส่วนความดันต่างเป็นแรงขับผ่านความต้านทาน ห้องสองห้องที่มีส่วนต่างลมเท่ากันอาจมีความดันต่างไม่เท่ากัน เพราะความแน่นของผนัง ประตู และช่องเปิดต่างกัน จึงแปลงลูกบาศก์เมตรต่อชั่วโมงเป็นปาสคาลด้วยอัตราส่วนคงที่ไม่ได้

กำหนดค่าความดันเป้าหมายจากมาตรฐานการออกแบบ กระบวนการ การเปิดประตู และความสามารถอาคาร ไม่อ้างเป็นตัวเลขกฎหมายข้อ 10 ติดตั้งจุดวัดในตำแหน่งที่แทนห้องและมีด้านอ้างอิงชัด ท่อวัดอุดหรืออยู่ในลมพุ่งทำให้ค่าเพี้ยน

ใช้ความดันต่างติดตามทิศทางและความผิดปกติ แต่ต้องสอบเทียบกับการวัดอัตราลมและควัน ค่าความดันอยู่ในช่วงไม่ได้ยืนยันว่าฮูดทุกจุดมีลมพอ ฟิลเตอร์ฮูดหนึ่งอาจตันขณะที่พัดลมส่วนกลางยังรักษาความดันห้องได้

สัญญาณเตือนควรมีช่วงหน่วงที่หลีกเลี่ยงการเตือนจากประตูเปิดชั่วคราว แต่ต้องไม่หน่วงจนกลบความล้มเหลวจริง กำหนดผู้รับสัญญาณ วิธีตอบ และเงื่อนไขหยุดกระบวนการ ไม่ติดจอเพียงเพื่อแสดงค่า

ตรวจรับระบบจากค่าจริง

ทำรายการสถานะอุปกรณ์ก่อนวัด ได้แก่ พัดลม ฮูด แดมเปอร์ ประตู ฟิลเตอร์ และกระบวนการ ใช้เครื่องมือเหมาะกับช่วงวัดและมีการสอบกลับ วัด traverse ในท่อตามวิธี หรือใช้หัววัด/ฮูดวัดลมที่ปลายจ่ายและดูดตามเงื่อนไข ไม่วัดจุดเดียวหน้าช่องแล้วคูณพื้นที่เมื่อความเร็วไม่สม่ำเสมอ

รวมค่าจริงใหม่และคำนวณส่วนต่าง เปรียบเทียบลมถ่ายเทที่อนุมานกับค่าที่วัดช่องและความดันต่าง ความคลาดเคลื่อนมากอาจมาจากช่องที่ตกหล่น การรั่ว การวัดหน่วยผิด หรือสถานะไม่ตรงกัน แก้บัญชีก่อนปรับแดมเปอร์แบบลองผิดลองถูก

ตรวจประสิทธิผลที่แหล่งกำเนิดด้วยความเร็วลมจับสาร รูปแบบควัน และการสัมผัสของคน ข้อ 29 กำหนดให้ตรวจวัดและวิเคราะห์ความเข้มข้นสารในบรรยากาศตามหลักเกณฑ์และส่งรายงานภายในเวลาที่กำหนด การทดสอบ ventilation กับการตรวจการรับสัมผัสตอบคำถามต่างกันและควรเชื่อมกัน

หากผลเกินขีดจำกัด ข้อ 30 ให้ใช้มาตรการกำจัดหรือควบคุมทางวิศวกรรมและการบริหารเพื่อลดระดับ พร้อมมาตรการส่วนบุคคลที่เหมาะ ปรับลมเติมอาจเป็นส่วนหนึ่ง แต่ต้องตรวจว่าต้นเหตุคือการจับสาร อัตราดูด การลัดวงจร หรือการปล่อยเกินฐานออกแบบ

เฝ้าระบบหลังใช้งาน

ทำค่าฐานของอัตราลม ความดันต่าง กระแสพัดลม ตำแหน่งแดมเปอร์ และความดันตกคร่อมฟิลเตอร์หลัง balance แล้ว กำหนดช่วงเตือนและวิธีตอบจากผลต่อการควบคุม ไม่ใช้ค่ากระแสมอเตอร์เพียงอย่างเดียว เพราะกระแสเปลี่ยนได้หลายเหตุ

ตรวจหัวจ่าย ฮูด สายพาน ท่อ ฟิลเตอร์ และช่องรับอากาศตามรอบ ฝุ่นเกาะใบพัดและฟิลเตอร์ตันทำให้ลมลด แดมเปอร์ที่ไม่มีตัวล็อกอาจถูกปรับเพื่อแก้ลมโกรกแล้วทำให้ห้องอื่นเสียสมดุล ติดตำแหน่งอ้างอิงและควบคุมการเปลี่ยน

ทบทวนเมื่อเพิ่มฮูด เปลี่ยนผลิตภัณฑ์ ย้ายผนัง ปิดช่องประตู เปลี่ยนฟิลเตอร์หรือความเร็วพัดลม รวมถึงเมื่อข้อร้องเรียน กลิ่น หรือผลตรวจเปลี่ยน การเพิ่มพัดลมดูดโดยไม่เพิ่มลมเติมอาจแย่งความสามารถจากฮูดเดิมและดึงอากาศจากที่ไม่ต้องการ

เก็บแบบ as-built ตาราง balance วิธีวัด ผลเครื่องมือ และสถานะระบบไว้ให้สอบกลับ ผู้ปฏิบัติงานควรรู้สัญญาณง่าย เช่น มาตรวัดนอกช่วง ลมไม่เข้าช่อง หรือประตูเปลี่ยนแรง พร้อมช่องทางแจ้งและอำนาจหยุดงานที่พึ่งระบบดูด

รายการตรวจการคำนวณและทดสอบ

• ขอบเขตห้องและสภาวะเดินระบบตรงกับงานจริง
• บัญชีรวมฮูด พัดลม ลมกระบวนการ ลมจ่าย ลมถ่ายเท และลมรั่ว
• ทุกค่าใช้หน่วยเดียวกันและระบุว่าเป็นพิกัด คำนวณ หรือวัดจริง
• แยกลมหมุนเวียนภายในออกจากอากาศสุทธิเข้าหรือออก
• ส่วนต่างลมสัมพันธ์กับทิศทางจากพื้นที่สะอาดไปพื้นที่ปนเปื้อน
• ช่องถ่ายเทใช้พื้นที่เปิดอิสระและไม่สร้างเสียงหรือแรงเปิดประตูเกินควร
• หัวจ่ายไม่เป่าผ่านเขตหายใจหรือรบกวนการจับสารของฮูด
• จุดรับอากาศเติมอยู่พ้นอากาศเสียและแหล่งปนเปื้อน
• เครือข่ายหลายห้องผ่านการทดสอบในสถานะประตูและระบบที่เชื่อได้
• อัตราลม ความดันต่าง ทิศควัน และความเข้มข้นได้รับการตรวจแยกตามหน้าที่
• มีค่าฐาน สัญญาณเตือน ผู้ตอบ และแผนบำรุงรักษา
• ทุกการเปลี่ยนฮูด ผัง กระบวนการ หรือระบบลมเข้าสู่การทบทวน balance

สมดุลลมเติมเริ่มจากหลักง่ายว่าอากาศที่ออกต้องมีอากาศเข้ามาแทน แต่การทำให้ปลอดภัยต้องรู้ว่าเข้าจากไหน ผ่านใคร และพาสารไปทางใด การรวมตัวเลขช่วยกำหนดขนาดระบบ ส่วนการวัดอัตราลม ความดัน ทิศทาง และความเข้มข้นช่วยพิสูจน์ผล เมื่อใช้ทั้งสองส่วนร่วมกัน ระบบดูดจะรักษาการจับสารได้โดยไม่สร้างการไหลย้อน ประตูมีปัญหา หรือย้ายการปนเปื้อนไปให้พื้นที่ข้างเคียง