หอทำความเย็น (Cooling Tower) โรงงาน: เลือกชนิด + คำนวณ Range/Approach + ระบบบำบัดน้ำกัน Scaling/Legionella ตาม CTI/ASHRAE 188 สำหรับโรงงานไทย

หอทำความเย็น (cooling tower) ที่สร้างเสร็จแล้วแต่น้ำขาออกไม่เย็นถึงเป้า — chiller กินไฟสูงผิดปกติ — หัวฉีดและ fill อุดตันภายใน 1 ปี — พบตะกอนขาวในระบบ — หรือเคยมีเหตุ Legionella outbreak ในโรงงานใกล้เคียง เหล่านี้ไม่ใช่แค่ "หอไม่ดี" แต่เกือบทุกกรณีเกิดจาก spec และระบบบำบัดน้ำที่ผิดตั้งแต่ต้น: เลือก type ผิด คำนวณ thermal duty ที่ wet-bulb ผิด ไม่มีโปรแกรม water treatment จริงจัง หรือไม่มีแผน Legionella management เป็นลายลักษณ์อักษร

การลงทุน cooling tower ในโรงงานคือ utility หลักที่กระทบโดยตรงกับ COP ของระบบ chiller และสุขภาพพนักงาน บทความนี้เขียนสำหรับผู้ที่ต้องตัดสินใจเลือก สั่งซื้อ หรืออัพเกรด cooling tower: เลือก type ให้ถูก → คำนวณ Range/Approach จาก wet-bulb จริงของไทย → วางโปรแกรม water treatment ตั้งแต่ Scaling/Corrosion ถึง Legionella ตาม CTI/ASHRAE 188

บทความนี้เน้น cooling tower (open/closed) สำหรับระบบ chiller และ process cooling สำหรับการเลือกระบบทำความเย็นห้องเย็นโดยตรงดูที่ ห้องเย็น Chiller vs Freezer vs Blast Freezer และสำหรับการเลือก Glycol Chiller vs DX อ่านที่ Glycol Chiller vs DX System สำหรับโรงงานอาหาร

1. Cooling Tower 3 ประเภทหลัก — เลือกผิดตั้งแต่ต้นกระทบทั้งโครงการ

Open-Circuit vs Closed-Circuit

Counterflow vs Crossflow

• Counterflow: น้ำไหลลงจากด้านบน อากาศไหลขึ้นสวนกัน ประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อนสูงสุด ติดตั้งแนวตั้งสูงกว่า เข้าถึงซ่อมบำรุงยากกว่าเล็กน้อย แต่ footprint เล็กกว่า
• Crossflow: น้ำไหลลงจากด้านบน อากาศไหลแนวนอนตัดผ่าน ด้านข้าง เหมาะกับพื้นที่จำกัดความสูง ติดตั้งง่ายกว่า แต่ที่ประสิทธิภาพเท่ากันจะใช้พื้นที่มากกว่า

Induced-Draft vs Forced-Draft

• Induced-Draft (พัดลมบน): พัดลมดูดอากาศออกด้านบน อากาศแจกจ่ายสม่ำเสมอกว่า hot-air recirculation น้อยกว่า เป็น type มาตรฐานในตลาดไทย
• Forced-Draft (พัดลมล่าง): พัดลมเป่าอากาศเข้าด้านล่าง motor อยู่ที่แห้ง ซ่อมง่าย แต่เสี่ยง hot-air recirculation มากกว่าและการแจกจ่ายอากาศไม่สม่ำเสมอเท่า
• Natural Draft: ไม่มีพัดลม อาศัยความต่างระหว่างอากาศร้อนข้างในกับเย็นข้างนอก ใช้เฉพาะโรงไฟฟ้าขนาดใหญ่ (hyperboloid tower) ไม่เหมาะกับโรงงานทั่วไปในไทย

2. คำนวณ Range และ Approach — หัวใจของการ spec หอ

ก่อนจะเลือกขนาดและ type ต้องเข้าใจ 2 parameter นี้ให้ชัด เพราะมันกำหนดทุกอย่างที่ตามมาในการออกแบบ

Range (°C) = T_hot_in − T_cold_out

Approach (°C) = T_cold_out − WBT_design

โดยที่ WBT_design = Design Wet-Bulb Temperature ณ สถานที่ติดตั้ง

กฎสำคัญเรื่อง Approach:

• ยิ่ง Approach เล็ก → หอต้องระบายความร้อนออกจากน้ำให้ใกล้ wet-bulb มาก → ต้องใช้หอใหญ่ขึ้น พัดลมแรงขึ้น หรือ fill มากขึ้น → แพงขึ้นมาก
• Approach ต่ำกว่า ~2.8°C มักไม่คุ้มค่าทางเศรษฐศาสตร์ เนื่องจาก tower size พุ่งขึ้นเร็วมากเมื่อ Approach ลดลงถึงระดับนั้น
• Range กว้างขึ้น (ลดน้ำได้มากขึ้น) ช่วยลดขนาดหอที่ Approach เท่ากัน แต่อาจต้องเพิ่ม fill depth

ข้อผิดพลาดที่พบบ่อยที่สุด: ใช้ catalog จากยุโรปที่ WBT 20–22°C แทน 27–28°C ของไทย

หอที่ rated ให้ทำ Approach 4°C ที่ WBT 22°C จะทำได้แค่ Approach 8–10°C ที่ WBT 28°C ส่งผลให้น้ำขาออกร้อนกว่าเป้า 4–6°C COP ของ chiller ที่ต่อท้ายตกลงชัดเจน และค่าไฟพุ่งสูง

ตัวอย่างตัวเลขเพื่อเปรียบเทียบ:

สมมติต้องการน้ำเย็นออก 32°C ที่ WBT 28°C → Approach ต้องการ = 32 − 28 = 4°C

ถ้าใช้หอที่ spec ที่ WBT 22°C สำหรับ Approach 4°C จริง หอนั้นจะทำได้แค่ Approach ~4°C ที่ WBT 22°C แต่ที่ WBT 28°C ค่าน้ำออกจะสูงขึ้นจริง → ต้องขอ thermal curve จากผู้ขายที่ WBT 28°C ทุกครั้ง

3. แผนผังตัดสินใจ: เลือก Type + ตรวจ Water Quality

flowchart TD
    A["กำหนด Heat Duty (kW)
+ T_hot_in / T_cold_out เป้าหมาย
+ WBT design 28°C (ไทย)"] --> B{"น้ำหล่อเย็นต้องสะอาด
ปราศจากการปนเปื้อน?"}
    B -->|"ใช่ — น้ำมันไฮดรอลิก
ของเหลวไวไฟ
กระบวนการพิเศษ"| C["Closed-Circuit
Fluid Cooler
coil แยกน้ำหล่อเย็นจากอากาศ"]
    B -->|"ไม่ — chiller condenser
HVAC / process ทั่วไป"| D["Open-Circuit
Evaporative Tower"]
    D --> E{"พื้นที่ติดตั้ง
จำกัดความสูงไหม?"}
    E -->|"ความสูงไม่เป็นปัญหา"| F["Counterflow Induced-Draft
— ประสิทธิภาพสูง footprint เล็ก
มาตรฐานอุตสาหกรรมไทย"]
    E -->|"จำกัดความสูง"| G["Crossflow Induced-Draft
— ต้องการพื้นที่ข้างมากกว่า
แต่ความสูงต่ำกว่า"]
    F --> H{"คุณภาพน้ำ makeup
มีตะกอน/ชีวภาพสูง?"}
    G --> H
    H -->|"น้ำ makeup ดี
TDS ต่ำ"| I["Film Fill
ประสิทธิภาพสูงสุด
แต่ต้อง WTP ควบคุม LSI"]
    H -->|"น้ำมีตะกอน
หรือ SS สูง"| J["Splash Fill
ทน fouling ได้ดีกว่า
ง่ายต่อการทำความสะอาด"]
    I --> K["วาง Water Management Plan
ตาม ASHRAE 188
+ CTI ATC-105 verify"]
    J --> K
    C --> K

4. Evaporation, Makeup, Blowdown — คำนวณปริมาณน้ำที่ต้องเติม

การคำนวณน้ำที่สูญเสียไปจาก cooling tower เป็นพื้นฐานสำคัญทั้งสำหรับการวางแผน water supply และการออกแบบ water treatment

สูตรหลัก:

Evaporation (E) ≈ 1% ของ flow rate หมุนเวียน ต่อทุก ~5.5–7°C ของ Range

Drift (D) ≈ 0.001–0.005% ของ flow rate (modern drift eliminator)

Blowdown (B) = E ÷ (COC − 1)

Makeup (M) = E + D + B

COC (Cycles of Concentration) ≈ conductivity น้ำหมุนเวียน ÷ conductivity makeup = M ÷ B

ตัวอย่างตัวเลขจริง:

สมมติ cooling tower ขนาด 1,000 kW heat rejection, อุณหภูมิน้ำหมุนเวียน 37°C→32°C (Range = 5°C), flow rate น้ำหมุนเวียน ≈ 172 m³/hr

• Evaporation: ≈ 1% × 172 m³/hr × (5 ÷ 5.5) ≈ ~1.6 m³/hr
• Drift: ≈ 0.002% × 172 ≈ ~0.003 m³/hr (เล็กน้อยมากกับ drift eliminator ทันสมัย)
• สมมติ COC = 4: Blowdown = 1.6 ÷ (4−1) ≈ 0.53 m³/hr
• Makeup = E + D + B ≈ 1.6 + 0.003 + 0.53 ≈ 2.13 m³/hr (≈ 51 m³/วัน ที่เดิน 24 ชม.)

ตัวเลขนี้เป็น ประมาณการเพื่อให้เห็นภาพ — การคำนวณจริงต้องใช้ psychrometric data ของสถานที่ ชม. การทำงาน และค่า COC ที่กำหนดจาก water analysis ของน้ำ makeup

ผลของ COC ต่อปริมาณน้ำและความเสี่ยง Scaling:

5. Water Treatment — ป้องกัน 3 กลไกทำลายหอ

flowchart LR
    A["น้ำหมุนเวียนใน Cooling Tower"] --> B["Scaling
ตะกอน CaCO3/MgSO4
อุดตัน fill / ท่อ"]
    A --> C["Corrosion
กัดกร่อน basin / fill / ท่อ
ทำให้รั่วและอายุสั้น"]
    A --> D["Biofouling & Legionella
แบคทีเรีย algae
fouling + ความเสี่ยงสุขภาพ"]
    B --> E["ควบคุมด้วย:
LSI monitoring
Acid dosing / Antiscalant
Blowdown / COC control"]
    C --> F["ควบคุมด้วย:
pH ที่เหมาะสม (7.0–8.5)
Corrosion inhibitor
เลือกวัสดุทนกัดกร่อน"]
    D --> G["ควบคุมด้วย:
Oxidizing biocide (Cl/Br)
Non-oxidizing biocide
Drift eliminator
ASHRAE 188 WMP"]

5.1 Scaling — Langelier Saturation Index (LSI)

LSI คือตัวชี้วัดแนวโน้ม scale หรือกัดกร่อนของน้ำ:

LSI = pH − pHs

ค่า pHs คำนวณจาก TDS, ความกระด้าง (Ca²⁺), alkalinity, และอุณหภูมิ

การบำบัด Scaling:

• Blowdown: วิธีพื้นฐานสุด — ระบาย bleeder น้ำหมุนเวียนออก เติม makeup ใหม่ ลด COC
• Acid dosing: H₂SO₄ หรือ HCl ลด pH และ alkalinity ลด pHs → LSI ลดลง ต้องมี dosing pump พร้อม pH controller อัตโนมัติ
• Antiscalant: polymer สังเคราะห์ (phosphonate, polyacrylate) ป้องกันการตกผลึก CaCO3 บน fill และ heat exchange surface ทำให้รันที่ COC สูงขึ้นได้โดยไม่ scale

5.2 Corrosion — รักษาสมดุล pH และ Inhibitor

• รักษา pH น้ำหมุนเวียนที่ 7.0–8.5 (เหมาะสมที่สุดสำหรับทั้ง scale และ corrosion)
• ใช้ corrosion inhibitor ที่เหมาะกับวัสดุในระบบ: molybdate, silicate, zinc-based หรือ azole สำหรับทองแดง
• หลีกเลี่ยงให้ chloride ion สะสมสูง (กัดเหล็กและ stainless) — คุม COC และ blowdown ให้เหมาะสม
• ตรวจ corrosion coupon ทุก 3 เดือน เพื่อ monitor อัตราการกัดกร่อนจริง

5.3 Biofouling และ Legionella — ASHRAE Standard 188

นี่คือประเด็นความปลอดภัยชีวิต ไม่ใช่แค่ประสิทธิภาพหอ

ทำไม Legionella ถึงอันตรายในหอทำความเย็น:

• น้ำในหอมีอุณหภูมิ 25–45°C ซึ่งเป็นช่วงที่ Legionella pneumophila เติบโตได้ดีที่สุด
• Drift ซึ่งเป็นละออง (aerosol) ขนาดเล็กสามารถลอยในอากาศได้ไกลหลายร้อยเมตรและถูกสูดเข้าปอด
• โรค Legionnaires' disease (ปอดบวมรุนแรง) มีอัตราเสียชีวิต 5–30% ในกลุ่มเสี่ยง
• ปัจจัยเสี่ยงในระบบ: stagnation/dead-legs ในท่อ biofilm สะสม fill fouled สารอินทรีย์ และอุณหภูมิที่เหมาะสม

มาตรฐาน ASHRAE Standard 188 กำหนดให้:

Biocide ที่ใช้ป้องกัน Legionella:

กลยุทธ์ biocide ที่มีประสิทธิภาพ: สลับใช้ oxidizing + non-oxidizing เพื่อป้องกัน resistance และ ทำลาย biofilm ร่วมกัน monitor residual Cl อย่างสม่ำเสมอ และทำ shock disinfection (hyperchlorination) ก่อนเริ่มระบบหลังหยุดยาว หรือหลังพบ Legionella counts สูง

6. Fill Media — เลือกตามคุณภาพน้ำ ไม่ใช่แค่ประสิทธิภาพ

Fill คือ media ที่ให้น้ำสร้างพื้นที่ผิวสัมผัสกับอากาศ เป็นหัวใจของ thermal performance แต่ก็เป็นจุดเสี่ยง fouling และ Legionella colonization

สำหรับโรงงานในไทยที่ใช้น้ำประปาหรือน้ำบาดาล: Film fill ทำงานได้ดีหากมีโปรแกรม water treatment ที่เหมาะสม แต่ต้องตรวจสอบ fill ทุก 6–12 เดือนสำหรับ biofilm และ scale buildup ถ้าน้ำ makeup มี Total Suspended Solids (TSS) > 25 mg/L ควร pre-filter หรือใช้ splash fill

7. Materials — เลือกตามสภาพแวดล้อม

8. การตรวจรับและ Certification ตาม CTI

CTI (Cooling Technology Institute) เป็นองค์กรมาตรฐานอ้างอิงระดับโลกสำหรับ cooling tower:

• CTI ATC-105: Acceptance Test Code สำหรับทดสอบ thermal performance จริง ณ สถานที่ติดตั้ง — กำหนดวิธีวัด inlet/outlet temperature, WBT, flow rate, heat rejection ที่เป็นมาตรฐาน
• CTI STD-201: Standard สำหรับ certification ของ thermal performance ก่อนส่งมอบ ผู้ผลิตที่ผ่าน CTI certification มีข้อมูลที่น่าเชื่อถือและสามารถยืนยัน performance ณ condition ที่กำหนดได้

แนวปฏิบัติที่ดี:

• ในสัญญาระบุ thermal performance test ตาม CTI ATC-105 ณ สถานที่จริงภายใน 30–90 วันหลัง commissioning
• ขอ CTI certified performance curve จากผู้ขายที่แสดง range/approach ที่ WBT 28°C (ไม่ใช่แค่ rated condition ยุโรป)
• กำหนดเงื่อนไขปรับลดค่าหากหอไม่ผ่าน performance ตามที่ระบุ

9. Checklist ถามผู้รับเหมา / ซัพพลายเออร์ ก่อนเซ็นสัญญา

10. สิ่งที่ผู้ซื้อมักมองข้าม

การทดสอบ WBT ณ สถานที่จริง: อย่า assume ค่า WBT จาก ASHRAE ASHRAE climatic data หรือค่า regional average โดยไม่ตรวจสอบ จุดติดตั้งบางแห่งในโรงงาน (เช่น ใกล้ evaporative source อื่น หรือในลานที่ล้อมรั่วอากาศ) อาจมี WBT สูงกว่า ambient standard ได้

Drift Eliminator คือการลงทุนในความปลอดภัย: อย่าตัด cost ด้วยการเลือก drift eliminator คุณภาพต่ำ ละออง drift ที่พา Legionella ไปสู่ผู้คนในรัศมี มีผลกระทบทั้งด้านสาธารณสุขและความรับผิดชอบของโรงงาน drift eliminator ดี (≤ 0.002%) คุ้มค่ามากเมื่อเทียบกับความเสี่ยง

Water Treatment ไม่ใช่ต้นทุน ต้องเป็นการลงทุน: ค่าใช้จ่ายสารเคมี water treatment ประมาณ 0.5–2% ของต้นทุนหอต่อปี แต่ถ้าไม่มีโปรแกรมที่ดี fill fouled ใน 2–3 ปี basin กัดกร่อนก่อนอายุ และอาจต้องเปลี่ยนหอก่อนเวลา ซึ่งแพงกว่ามาก

การเชื่อมโยงกับ Cathodic Protection สำหรับ Metallic Components: หอทำความเย็นที่ใช้เหล็กชุบสังกะสีในพื้นที่ที่น้ำ aggressive หรือ คลอไรด์สูงควรพิจารณา cathodic protection สำหรับ basin และ structure โลหะ อ่านเพิ่มที่ Cathodic Protection สำหรับ Cooling Tower และ Data Center

Legionella testing ต้องทำก่อนและหลัง commissioning: อย่ารอจน outbreak เกิดแล้วถึงจะตรวจ กำหนด baseline Legionella test ก่อนเดินระบบ และ monitor เป็นระยะตาม WMP ASHRAE 188 ช่วง startup และหลังหยุดยาวเป็นช่วงเสี่ยงสูงสุด

Basin ต้องออกแบบให้ drain ง่าย: basin ที่มี dead zone หรือ drain ได้ไม่หมดทำให้ตะกอนสะสมและเป็นแหล่ง Legionella colonization การออกแบบ basin slope และ drain location ที่ดีช่วยลดความเสี่ยงได้มาก

Performance degradation เมื่อ fill fouled: performance ลดลงชัดเจนเมื่อ fill อุดตันเพียง 20–30% COP ของ chiller จะตกตามลำดับ ตรวจสอบ fill ทุก 6 เดือน และทำความสะอาด / เปลี่ยน fill เมื่อจำเป็น

ปรึกษาทีมวิศวกร

การ spec cooling tower ที่ถูกต้องเริ่มจาก heat duty จริงและ wet-bulb ของสถานที่จริงในไทย ไม่ใช่ catalog ยุโรป พร้อมโปรแกรม water treatment ที่ครอบคลุมตั้งแต่ scaling ถึง Legionella management — ส่งข้อมูล heat duty (kW), T_hot_in / T_cold_out เป้าหมาย, ผล water analysis ของ makeup water, และข้อกำหนด compliance มาให้ทีมวิศวกรช่วยเลือก type และ size หอ วางโปรแกรม water treatment และตรวจ spec ผู้รับเหมาก่อนเซ็นสัญญา

• ฟอร์มขอคำปรึกษา/ใบเสนอราคา: กดที่นี่
• อีเมล: info@sahawatthanakit1988.com
• LINE OA: @406rrgvm