ณ ระดับความสูงที่อากาศยานพาณิชย์ในปัจจุบันบินอยู่นั้น มนุษย์ไม่สามารถมีชีวิตอยู่รอดได้หากปราศจากระบบพยุงชีพซึ่งมีหน้าที่ช่วยให้ลูกเรือและผู้โดยสารสามารถมีชีวิตอยู่ได้ที่ความสูงที่อากาศเบาบางจนมนุษย์ไม่สามารถหายใจได้อย่างปกติ ทั้งยังมีอุณหภูมิต่ำมากจนมนุษย์ไม่สามารถอยู่รอดได้

Environmental Control System หรือ ECS คือระบบที่อากาศยานพาณิชย์หลายลำต่างใช้กันอยู่เพื่อทำให้เรามีชีวิตอยู่รอดที่ความสูงกว่าหลายพันเมตรได้โดยที่ไม่หมดสติ

ระบบควบคุม Bleed Air ในห้องนักบินของเครื่องบิน Boeing 737-800

หน้าที่หลักของระบบ ECS คือการควบคุมแรงดันอากาศและอุณหภูมิภายในห้องโดยสารรวมทั้งกรองสิ่งไม่พึงประสงค์ในอากาศออกไปเพื่อให้ผู้โดยสารและนักบินสามารถหายใจได้อย่างปกติ อากาศบนเครื่องบินนั้นมาจากอากาศที่เรียกว่า “Bleed Air” ซึ่งเป็นอากาศร้อนจัดที่นำมาจากห้องเผาไหม้ของเครื่องยนต์เจ็ตบนอากาศยาน เนื่องจากว่า Bleed Air นั้นมีความดันสูงทำให้อากาศเหล่านี้สามารถไหลไปทั้งระบบได้โดยที่ไม่ต้องมีเครื่องดูดอากาศ ทั้งยังปรับปริมาณของ Bleed Air ได้ตามความต้องการด้วยวาล์ว

แผนผังการทำงานของระบบ ECS บนเครื่องบิน Boeing 737-300

อากาศยานจะใช้ Bleed Air จากเครื่องยนต์อย่างน้อยหนึ่งเครื่อง หรืออาจจะใช้ Bleed Air จากทั้งสองเครื่องก็ได้ การใช้ Bleed Air นั้นหมายถึงการนำอากาศที่เดิมจะนำไปใช้เป็นพลังงานขับเคลื่อนมาเป็นอากาศสำหรับการหมุนเวียนระบบปรับอากาศในเครื่องบิน นั่นแปลว่า การใช้ Bleed Air นั้นจะลดประสิทธิภาพและแรงขับเคลื่อนของเครื่องยนต์

สังเกตว่าเวลาเครื่องบินจะ Take-off ระบบปรับอากาศของเครื่องบินจะเงียบลงหรือถูกปิด นี่เป็นเพราะว่านักบินได้ปิดระบบ Bleed Air (PACK/Air Conditioning Kit) เพื่อให้มั่นใจว่าเครื่องยนต์มีพลังงานขับเคลื่อนสูงที่สุดด้วยการเอาอากาศที่เครื่องยนต์ดูดได้ทั้งหมดไปเป็นพลังงานขับเคลื่อน และเมื่อเครื่องบินบินขึ้นแล้วจึงจะเปิดระบบ Bleed Air กลับมาเพื่อปรับอากาศภายในห้องโดยสารอีกครั้ง

ระบบ Air Cycle Machine หรือระบบ Cold Air Unit สำหรับการหมุนเวียนอากาศและการควบคุมอุณหภูมิของอากาศ

อย่างที่ได้กล่าวไป Bleed Air เป็นอากาศที่มีความร้อนและแรงดันสูง จึงไม่สามารถนำมาเป็นอากาศหายใจในห้องโดยสารได้โดยตรง เพื่อที่จะทำให้ Bleed Air มีอุณหภูมิที่เหมาะสม มวลอากาศจะถูกพาไปผ่าน Heat Exchanger หรือ Pre-cooler ซึ่งมักจะเป็นท่อภายในโครงสร้างของเครื่องยนต์ที่ให้อากาศสามารถแผ่ความร้อนออกไปให้อากาศนอกเครื่องบินหรือเป็นโครงสร้างของเครื่องบินที่ดูดซับความร้อนได้

นอกจากนี้ยังมีสิ่งที่เรียกว่า “Air Cycle Machine” หรือ ACM ซึ่งเป็นเครื่องสำหรับหมุนเวียนอากาศในเครื่องบิน นอกจากหน้าที่ในการหมุนเวียนแล้ว ระบบ ACM ยังทำหน้าที่เป็น Cold Air Unit (CAU) เพื่อลดอุณหภูมิและความชื้นของอากาศให้ต่ำเพื่อผลิตอากาศเย็น จากนั้น อากาศจาก ACM/CAU ที่เย็นจัดจะถูกนำไปผสมกับ Bleed Air ที่ร้อนจัดอีกทีเพื่อผสมอากาศที่มีอุณหภูมิที่เหมาะสม ดังนั้นหมายความว่านักบินจะควบคุมอุณหภูมิภายในห้องโดยสารได้โดยผ่านการปรับอัตราส่วนระหว่างอากาศจาก CAU และ Bleed Air

Outflow Valve สำหรับการควบคุมแรงดันภายในห้องโดยสารด้วยการปล่อยอากาศภายในห้องโดยสารออกส่วนหนึ่ง

การหมุนเวียนอากาศในเครื่องบินนั้นคือหน้าที่ของ “AC PACK” ซึ่งควบคุมการหมุนเวียนของอากาศในห้องโดยสาร ระบบ AC PACK มักจะหมุนเวียนอากาศด้วยระบบพัดลม Recirculation ในขณะที่อากาศอีกส่วนหนึ่งนั้นเป็นอากาศใหม่จากระบบ Bleed Air ในเครื่องบินเกือบทุกรุ่นนั้น AC PACK จะใช้อากาศ 50% จากระบบ Bleed Air และอากาศอีก 50% ที่เป็นอากาศหมุนเวียนที่ผ่านการกรองแล้ว

เนื่องจากมีอากาศใหม่ถูกนำเข้ามาในห้องโดยสารตลอดเวลา หมายความว่าจะต้องมีอากาศส่วนหนึ่งที่ถูกปล่อยทิ้งจากเครื่องบินเพื่อควบคุมแรงดันภายในห้องโดยสาร ระบบระบายอากาศส่วนเกินนี้ถูกควบคุมโดย “Out-flow Valve” หรือ “OFV” ซึ่งมักจะอยู่ในส่วนท้ายของเครื่องบิน OFV นั้นมักจะถูกเปิดไว้เล็กน้อยตลอดเวลาเพื่อระบายอากาศส่วนเกินและอาจเปิดปิดมากน้อยขึ้นอยู่กับความต้องการของระบบ ECS ในการรักษาความดันภายในห้องโดยสาร

ความดันในห้องโดยสารของเครื่องบิน (Cabin Altitude) นั้นมักจะถูกรักษาไว้อยู่ที่ประมาณ 8,000 ฟุต เหนือระดับน้ำทะเล ใกล้เคียงกับความดันที่ยอดดอยอินทนนท์ซึ่งอยู่สูงจากระดับน้ำทะเล 8,415 ฟุต ทั้งนี้ที่ไม่รักษาความดันไว้ที่ระดับน้ำทะเลปานกลางนั้น เป็นเพราะว่าข้อจำกัดของระบบและความเสี่ยงจากการเพิ่มความต่างของความดัน (Pressure Gradient) ที่อาจทำให้เกิดความเครียดต่อโครงสร้างของเครื่องบินได้มากขึ้น

อย่างไรก็ตาม ในเครื่องบินยุคใหม่ เช่น Airbus A350 และ Boeing 787 นั้น มักจะมีความดันอากาศภายในเครื่องที่ใกล้เคียงกับระดับน้ำทะเลมากกว่าเดิม ทั้งนี้เพื่อลดความล้าของผู้โดยสารจากการหายใจอากาศที่มีความดันต่ำ

เรียบเรียงโดย : โชติทิวัตถ์ จิตต์ประสงค์

🎧 อัปเดตข้อมูลแวดวงวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี รู้ทันโลกไอที และโซเชียลฯ ในรูปแบบ Audio จาก AI เสียงผู้ประกาศของไทยพีบีเอส ได้ที่ Thai PBS

“รอบรู้ ดูกระแส ก้าวทันโลก” ไปกับ Thai PBS Sci & Tech

สรุปประเด็นให้โดย Generative AI

Environmental Control System ระบบที่ทำให้ลูกเรือและผู้โดยสาร “หายใจ” ได้อย่างปกติบนอากาศยาน