การคำนวนความต้องการการระบายอากาศ Ventilation ในระหว่างการศึกษา Hazardous Area Classification (HAC) ตามมาตราฐาน IEC 60079-10-1 มีวัตถุประสงค์หลักเพื่อประเมินหาความต้องการของอากาศภายนอกเพื่อเจือจางไอสารไวไฟให้อยู่ในระดับที่ปลอดภัย (ต่ำกว่า LFL/LEL)
โดยข้อดีของการออกแบบ Ventilation System ตามมาตราฐาน IEC 60079-10-1 ในระหว่างการศึกษา Hazardous Area Classification (HAC) นั้นเพราะในมาตราฐานนี้มีการคำนวนเชิงปริมาณ (Quantitative Approach) โดยมีนำตัวแปรต่างๆที่เกี่ยวข้องมาใช้ในการพิจารณา เช่น จำนวนรอบการแลกเปลี่ยนอากาศต่อชั่วโมง Air Changes per hour – ACPH, LFL, อัตราการรั่วไหล, ปริมาตรจำลอง, Molecular Weight และ อื่นๆ
Minimum Volumetric Flow Rate อัตราการไหลของอากาศขั้นต่ำเพื่อเจือจางไอสารไวไฟ
การหาอัตราความต้องการอากาศขั้นต่ำเพื่อเจือจางไอสารไวไฟ ถือเป็นขั้นตอนแรกในการคำนวน เพื่อหาปริมาณอากาศบริสุทธิ์ที่ต้องป้อนเข้าสู่พื้นที่ เพื่อควบคุมความเข้มข้นของแก๊ซหรือไอระเหยที่รั่วไหลให้อยู่ในเกณฑ์ปลอดภัยตลอดเวลา
โดยที่
- Qmin = อัตราการไหลของอากาศขั้นต่ำที่ต้องการเพื่อเจือจางสาร (m3/s)
- dM/dt = อัตราการรั่วไหลของสาร โดยในการพิจารณาควรจะพิจารณาอัตราการไหลสูงสุด Maximum Mass Release Rate (kg/s)
- k = Safety margin
- k = 0.25 สำหรับแหล่งรั่วไหลต่อเนื่อง Continuous Grade และ Primary Grade
- k = 0.5 สำหรับแหล่งรั่วไหลทุติยภูมิ Secondary Grade
- T = อุณหภูมิในพื้นที่ทำงาน (Kelvin)
- LFLmass = ขีดจำกัดล่างการระเบิดของไอสาร แต่ต้องเปลี่ยนหน่วยเป็น kg/m3 จาก Vol% จากสูตร
โดยที่
- MW = มวลโมเลกุลของสาร
- Vm = ปริมาตรโมลาร์ของก๊าซในสภาวะมาตราฐาน = 24.05E-03 m3/mol ที่อุณหภูมิ 20oC ความดันบรรยากาศ
แต่อย่าลืมว่าในความเป็นจริง เราอาจจะเผชิญอยู่กับสารผสม ดังนั้นค่า LFLmass กับค่า MW ก็ควรจะต้องหาค่า average จากสูตรสมการ Le Chatelier’s Equation
โดยที่
- LFLmix = ค่า LFL ของสารผสม (% Vol)
- yi = เปอร์เซ็นต์สัดส่วนโดยปริมาตรของก๊าซไวไฟชนิดที่ i
- LFLi = ค่า LFL ของก๊าซไวไฟบริสุทธิ์ชนิดที่ i
หรือจะใช้สำหรับการทราบค่า Volume/ Mole fraction ก็ได้ เพราะสูตรเดียวกัน
- xi = เศษส่วนโดยโมลหรือปริมาตรของก๊าซไวไฟชนิดที่ i
อีกหนึ่งตัวแปรที่จำเป็นต้องหาค่าเฉลี่ยคือ ค่า Molecular Weight (MW) สำหรับแก๊ซผสม
โดยสำหรับก๊าซอุดมคติ (Ideal Gas) สัดส่วนโดยโมล (yi) จะเท่ากับสัดส่วนโดยปริมาตร (vol fraction) ซึ่งเป็นรูปแบบที่พบบ่อยที่สุด
- รูปแบบเศษส่วน mole fraction หรือ vol fraction
- ถ้าสัดส่วนองค์ประกอบถูกระบุมาเป็นสัดส่วนโดยมวล mass fraction
โดยที่
- yi = สัดส่วนโดยโมลหรือสัดส่วนโดยปริมาตรของแก๊สชนิดที่ i
- wi = สัดส่วนโดยมวลของแก๊สชนิดที่ i
- MWi = มวลโมเลกุลของแก๊สบริสุทธิ์ชนิดที่ i (g/mol)
ปริมาตรจำลองของพื้นที่อันตราย (Hypothetical Volume)
ปริมาตรจำลอง (Hypothetical Volume) เป็นดัชนีชีวัดทางทฤษฎีเพื่อตรวจสอบ ปริมาณลมไหลเวียนภาพรวมของห้อง สามารถควบคุมเจือจางแก๊สรั่วเฉพาะจุดได้ดีเพียงใด โดยคำนวนได้จากสมการ
โดยที่
- Vz = ปริมาตรจำลองของกลุ่มแก๊ซอันตรายที่มีความเข้มข้นเกินเกณฑ์ที่ปลอดภัย (m3)
- f = Ventilation quality factor หรือปัจจัยประสิทธิภาพการระบายอากาศ โดยแบ่งเป็น
- f = 1 สำหรับพื้นที่ที่ไม่มีสิ่งกีดขวางเลย
- f = 2 – 3 สำหรับพื้นที่ทั่วไปมีสิ่งกีดขวางระดับปกติ มีลมกระจายตัวปานกลาง
- f = 5 สำหรับพื้นที่อับอากาศ ลมระบายไม่ดี
- C = อัตราการระบายอากาศบริสุทธิ์ Fresh air exchange rate (cycle/s) คำนวนมาจาก
โดยที่
- Qactual = อัตราลมระบายจริงจากพัดลมหรือช่องลมในอาคาร (m3/s)
- V0 = ปริมาตรรวมของห้อง (m3)
Ventilation Velocity หรือความเร็วจากการระบายอากาศ
การคำนวนหา Ventilation Velocity ขึ้นอยู่กับกายภาพของสถานที่ โดยจะแบ่งออกเป็น 2 ประเภท
- กรณีพื้นที่กลางแจ้ง (Outdoor – Natural Ventilation)
- กรณีภายในอาคาร (Indoor – Artificial / Mechanical Ventilation)
โดยถ้าเป็นกรณีพื้นที่กลางแจ้ง (Outdoor – Natural Ventilation) มาตรฐานจะให้ใช้ ค่าสถิติความเร็วลมในพื้นที่จริง (Meteorological Wind Data
แต่ถ้าเป็นกรณีภายในอาคาร (Indoor – Artificial / Mechanical Ventilation) จำเป็นต้องประเมินความเร็วลมเฉลี่ยทั้งห้อง (Cross-sectional Velocity)
โดยที่
- Qactual = อัตราลมระบายจริงจากพัดลมหรือช่องลมในอาคาร (m3/s)
- A = พื้นที่หน้าตัดของห้องที่ตั้งฉากกับทิศทางการไหลของลม (m2)
Degree of Ventilation
การทำความเข้าใจ Degree of Ventilation ในระหว่างการศึกษา Hazardous Area Classification (HAC) ถือเป็นจุดเด่นของมาตราฐาน IEC 60079-10-1 เพราะมีการแบ่งเกณฑ์ชัดเจนระหว่าง (High, Medium, Low) และความพร้อมใช้งาน (Availability: Good, Fair, Poor) ไว้อย่างเป็นระบบ
โดยการทำความเข้าเรื่อง Degree of Ventilation จะส่งผลต่อ HAC Zone เช่น HAZ Zone สามารถเล็กลงจนกลายเป็น Zone of Negligible Extent (NE) หรืออาจถือเป็นพื้นที่ปลอดภัย (Non-hazardous) ถ้าอยู่ในกรณี High Ventilation
ตามมาตรฐานสากล (เช่น IEC 60079-10-1 และ EI 15) ได้แบ่งระดับการถ่ายเทอากาศออกเป็น 3 ระดับ ตามประสิทธิภาพในการเจือจางไอสาร
- High Ventilation (VH / High Dilution – การถ่ายเทอากาศระดับสูง)
- Medium Ventilation (VM / Medium Dilution – การถ่ายเทอากาศระดับปานกลาง)
- Low Ventilation (VL / Low Dilution / Inadequate – การถ่ายเทอากาศระดับต่ำ