เตาอั้งโล่มหาเศรษฐี ประหยัดพลังงานได้จริงหรือ?

ช่วงนี้มีเรื่องที่หลายๆ คนพูดถึงกันมากคือเรื่องเตาอั้งโล่แบบใหม่ หรือที่เรียกว่าเตาอั้งโล่มหาเศรษฐี ที่กระทรวงพลังงานสนับ สนุนให้ใช้กัน เพื่อให้ประหยัดการใช้ถ่านลง หลายคนตั้งคำถามว่ามันประหยัดได้จริงไหม ในฐานะนักวิชาการเลยอยากอธิบายหลักการการทำงานของเตาอั้งโล่มหาเศรษฐีว่า ดีกว่าเตาอั้งโล่แบบเดิมจริงหรือไม่อย่างไร

ลองเอาทฤษฎีที่เหล่านักศึกษาวิศวกรรมเคมี ต้องเรียนกันมาวิเคราะห์กันดู วิชาที่เกี่ยวข้อง 3 วิชา คือ Principle of Calculation, Fluid mechanics และ Heat and Mass transfer หลักการเผาไหม้เพื่อให้ได้ความร้อนทั่วไปคือการนำเอาเชื้อเพลิงในที่นี้คือเชื้อเพลิงแข็ง เช่น ถ่านไม้ เป็นต้น มาทำปฏิกิริยาสันดาปกับอากาศ

ถ้ามาดูขั้นตอนการเผาไหม้ในเตาอั้งโล่ จะเริ่มจากการที่อากาศเย็นไหลเข้าด้านล่างของเตาทางประตูลมผ่านรังผึ้งที่มีรูขนาดใหญ่แล้วค่อยเข้าสู่บริเวณห้องเผาไหม้ที่มีถ่านอยู่จากนั้น ก็จะทำการเผาไหม้กับถ่านเพื่อให้ความร้อนกับภาชนะด้านบน แต่การที่อากาศจะเผาไหม้กับตัวถ่านได้นั้น อากาศจะต้องมีอุณหภูมิที่สูงระดับหนึ่งก่อน (อันนี้เป็นส่วนหนึ่งที่มาของการจุดติดเตาที่หลายคนบอกว่าจุดเตาถ่านยาก เพราะการเผาไหม้จะเกิดขึ้นได้ดีต้องมีภาวะที่เหมาะสม)

หมายความว่าความร้อนที่เผาไหม้จะต้องถูกแบ่งไปส่วนหนึ่ง เพื่อทำให้อากาศที่เข้ามาร้อนและพร้อมที่จะทำปฏิกิริยาสันดาปกับถ่านนั้นเอง ซึ่งความร้อนส่วนนี้นับว่าไม่น้อยเลยทีเดียว ปกติแล้วอัตราส่วนในการเผาไหม้อากาศต่อถ่าน ให้สมบูรณ์จะอยู่ที่ 11.5 เท่า คืออากาศ 11.5 กิโลกรัมต่อถ่าน 1 กิโลกรัม ซึ่งนับว่าเป็นอัตราส่วนที่ค่อนข้างมากพอสมควร เนื่องจากส่วนที่ทำการเผาไหม้จริง ๆ มีแค่ออกซิเจน มีปริมาณแค่ 21% ของอากาศทั้งหมด แต่เราต้องให้ความร้อนกับอากาศทั้งหมดในครั้งเดียว เพราะฉะนั้นหัวใจสำคัญในการประหยัดพลังงานคือการควบคุมอากาศให้เข้าสู่เตาได้อย่างมีประสิทธิภาพที่สุด เพื่อลดการสูญเสียความร้อนไปในการเพิ่มอุณหภูมิของอากาศ ซึ่งเรื่องนี้จะยิ่งยากขึ้นถ้าเตามีขนาดใหญ่อย่างเตาในอุตสาหกรรมต่าง ๆ

ส่วนหัวใจสำคัญอีกส่วนในการประหยัดพลังงานคือ การที่จะเก็บรักษาความร้อนที่เกิดขึ้นในการเผาไหม้และส่งต่อความร้อนที่เกิดขึ้นไปสู่ภาชนะต่าง ๆ ที่เราต้องการให้ความร้อน เพื่อลดความสูญเสียที่เกิดขึ้น เมื่อมาดูกันที่หัวใจส่วนแรก คือการจำกัดการเข้าของอากาศ ถ้าเราเคยไปดูคุณยายทำอาหารจะพบว่าถ้าเขาจะเร่งความร้อนเตาถ่านจะใช้การพัด พัดเอาลมเข้าทางประตูลมแรง ๆ ยิ่งแรงเตายิ่งร้อนเร็ว อันนี้ถูกต้องในเชิงการเพิ่มความร้อน แต่ผิดพลาดในเชิงประหยัดพลังงานอย่างมาก เพราะสิ่งที่เกิดขึ้นคืออากาศจะไหลเข้าไปในเตามากเกินไป เกิดการสันดาปอย่างรวดเร็วและสูญเสียความร้อนไปกับอากาศส่วนเกิน ซึ่งทำให้สิ้นเปลืองถ่านอย่างมาก

ทีนี้เตาอั้งโล่มหาเศรษฐี ที่ส่งเสริมกันดียังไง สิ่งหนึ่งที่แตกต่างคือ ส่วนของรังผึ้งเป็นจุดสำคัญที่ต่อกับประตูลม รังผึ้งมีรูขนาดเล็ก ไม่ใช่หมายความว่าสามารถดูดอากาศได้อย่างรวดเร็ว การออกแบบรูขนาดเล็ก กลับเป็นการจำกัดการไหลของอากาศเข้าสู่บริเวณเผาไหม้ เพื่อลดความสูญเสียความร้อนจากการมีอากาศส่วนเกินในห้องเผาไหม้ ซึ่งทำให้ลดการใช้ถ่านลง ถ้าใครจำวิชา fluid mechanics ได้จะจำได้ว่าการไหลผ่านช่องขนาดเล็กจะเกิด pressure drop สูง ซึ่งจะทำให้การไหลไม่สะดวก และจำกัดการไหลของของไหล

ส่วนหัวใจที่สองคือ การพยายามเก็บรักษาความร้อนที่เกิดขึ้น และส่งความร้อนดังกล่าวให้กับภาชนะที่เราต้องการนำมาใช้ในการทำครัว ซึ่งส่วนนี้คือการออกแบบฉนวนกันความร้อน และการป้องกันการสูญเสียความร้อนจากอากาศร้อนที่อาจจะรั่วไหลจากรูห่างที่ขอบเตาที่เว้ามากเกินไปและออกไปก่อนที่จะถ่ายเทความร้อนให้กับภาชนะเสียก่อน ซึ่งเตาอั้งโล่มหาเศรษฐีก็นับว่าออกแบบได้เหมาะสมกับทฤษฎีระดับหนึ่งเลยทีเดียว และน่าจะประหยัดพลังงานได้เมื่อเทียบกับเตาอั้งโล่ทั่วไปจริง ๆ ซึ่งการใช้เตาอั้งโล่แบบประหยัดพลังงานนี้ นอกจากจะสบายกระเป๋าผู้ใช้แล้ว ยังถือเป็นการช่วยชาติ ใช้พลังงานหมุนเวียนภายในประเทศ และลดการนำเข้าพลังงานจากต่างประเทศลงได้อีกด้วย