การออกแบบอาคารอนุรักษ์พลังงาน (อาคารประหยัดพลังงาน)

เป็นที่ทราบกันดีว่ามูลเหตุสำคัญที่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงทางสภาพภูมิอากาศ มาจากการใช้พลังงานฟอสซิล นอกจากจะทำให้ทรัพยากรเหล่านั้นลดน้อยลงไป ยังได้ก่อปัญหาสิ่งแวดล้อมต่างๆอีกมากมาย อาคารก็เป็นส่วนหนึ่งที่มีการใช้พลังงานมหาศาล ดังนั้นจึงมีความจำเป็นอย่างยิ่งที่เราควรออกแบบอาคารให้เป็นอาคารอนุรักษ์พลังงาน อย่างไรก็ตามไม่ใช่ทำเพียงเพื่อรักษาสิ่งแวดล้อม แต่ยังเป็นการประหยัดค่าใช้จ่ายทางพลังงานอีกด้วย สำหรับหลักการออกแบบอาคารอนุรักษ์พลังงาน มีดังนี้

  1. ด้านรูปทรงอาคารและการใช้พื้นที่
    • อาคารควรมีรูปทรงสี่เหลี่ยมพื้นผ้าโดยให้ด้านสั้นหันไปยังทิศตะวันออกและทิศตะวันตก เพื่อให้ความร้อนจากแสงแดดเข้าสู่อาคารน้อย
    • ควรจัดวางพื้นที่ใช้สอยที่มีการใช้ชั่วคราว เช่น บันได ทางหนีไฟ ไว้ทางด้านทิศตะวันออกและทิศตะวันตก ส่วนพื้นที่ใช้สอยหลักให้ใช้ฝั่งทิศเหนือ ส่วนทิศใต้ควรใช้เป็นระเบียงทางเดินแบบเปิดโล่ง

รูปที่ 1 รูปทรงอาคารและการใช้พื้นที่ของอาคารอนุรักษ์พลังงาน (โรงเรียน) [1]

  1. ด้านกรอบอาคาร

หลังคาเป็นกรอบอาคารที่ความร้อนเข้าสู่อาคารต่อเนื่องยาวนานที่สุด เนื่องจากได้รับความร้อนจากแสงอาทิตย์ตลอดทั้งวัน ดังนั้นควรป้องกันความร้อนที่เข้าหลังคาด้วยการออกแบบหลังคา 2 ชั้น ภายในหลังคาควรบุฉนวนป้องกันความร้อนอย่างดี ช่องว่างระหว่างชั้นให้มีการระบายอากาศ ถ้าบริเวณนั้นไม่มีลมธรรมชาติผ่าน ก็สามารถใช้พัดลมระบายอากาศใต้หลังคาได้

รูปที่ 2 รูปแบบหลังคาของอาคารอนุรักษ์พลังงาน [2]

ผนังแต่ละด้านจะได้รับความร้อนจากแสงอาทิตย์ประมาณ 6-8 ชั่วโมง จากนั้นจะได้รับความร้อนเฉพาะอุณหภูมิเท่านั้น เพราะดวงอาทิตย์มีการเคลื่อนที่เสมอ ดังนั้นควรใช้วัสดุผนังที่มีความจุความร้อนจำเพาะ(Cp)มาก เก็บความร้อนได้สูง เพื่อชะลอความร้อนไม่ให้เข้าอาคารจนกว่าดวงอาทิตย์จะเคลื่อนที่ผ่านไป วัสดุที่สามารถหน่วงความร้อนได้ดีเช่น อิฐบล็อก อิฐมอญ เป็นต้น

รูปที่ 3 ค่าความจุความร้อนจำเพาะ(Cp)ของวัสดุ [3]

กระจกเป็นกรอบอาคารที่รับความร้อนจากรังสีอาทิตย์โดยตรง แต่หากไม่มีกระจกก็ไม่สามารถเห็นทัศนียภาพภายนอกได้ หรือถ้ามีกระจกแล้วติดฟิล์มดำก็ทำให้สูญเสียการได้รับแสงธรรมชาติไป ดังนั้นควรเลือกกระจกที่มีคุณสมบัติให้คลื่นรังสีอาทิตย์ที่ตามนุษย์มองเห็น(Visible Light) ผ่านกระจกเข้ามาในพื้นที่ แต่ไม่ยอมให้คลื่นรังสีความร้อนเข้า กระจกดังกล่าวคือ กระจก Low-e (Low Emission Glass) อย่างไรก็ตามกระจกชนิดนี้มีราคาสูงกว่ากระจกใสทั่วไป (Clear Glass) ดังนั้นอาจเลือกพิจารณาติดตั้งเฉพาะฝั่งทิศตะวันออก ตะวันตก และทิศใต้ ส่วนทิศเหนือสามารถใช้กระจกทั่วไปร่วมกับอุปกรณ์บังแดด(Shading) เพื่อป้องกันรังสีตรง (Beam) จากดวงอาทิตย์ผ่านกระจก

 

รูปที่ 4 กระจก Low-E [4]

ช่องเปิดจะช่วยรับลมและแสงธรรมชาติ ดังนั้นควรเลือกตำแหน่งติดตั้งช่องเปิดไปตามทิศทางลมธรรมชาติ เพื่อให้ลมธรรมชาติช่วยระบายความร้อนของอาคารตลอดปี(Natural Ventilation) การออกแบบช่องเปิดควรออกแบบให้มีความสูงเต็มพื้นที่ผนังเพื่อให้เกิดการระบายอากาศจากความแตกต่างของอุณหภูมิในขณะลมนิ่ง

รูปที่ 5 ช่องเปิดที่ใช้ในอาคารอนุรักษ์พลังงาน [5]

 

  1. ด้านงานระบบวิศวกรรม

ระบบระบายอากาศมีหน้าที่ลดมลพิษ อากาศเสีย และอากาศที่ผ่านการใช้แล้วซึ่งมีก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์สูง ออกไปทิ้งข้างนอก แล้วรับอากาศที่มีคุณภาพดีเข้ามาแทน การออกแบบระบบระบายอากาศมี 2 รูปแบบ ได้แก่

  • ระบบระบายอากาศโดยธรรมชาติ(Natural Ventilation) การใช้ระบบนี้จำเป็นต้องมีขนาดช่องเปิดที่มากพอ เพื่อให้ลมธรรมชาติเข้ามาเพียงพอต่อความต้องการภายในอาคาร และต้องมีความสูงมากพอเพื่อให้เกิดการระบายอากาศจากความแตกต่างของอุณหภูมิในขณะลมนิ่ง ระบบแบบนี้มีข้อดีคือ ไม่ต้องใช้พลังงาน แต่มีข้อเสียคือควบคุมไม่ได้ และไม่สามารถใช้กับพื้นที่ปรับอากาศได้
  • ระบบระบายอากาศทางกล (Mechanical Ventilation) ระบบนี้จะต้องใช้พลังงานในการขับเคลื่อนพัดลม และยังเป็นการนำความร้อนจากภายนอกเข้าสู่อาคาร ดังนั้นการเลือกใช้ระบบนี้ควรออกแบบปริมาณอากาศระบายขั้นต่ำสุด(Minimum Ventilation)ตามมาตรฐาน ASHRAE เพื่อจำกัดความร้อนที่เข้ามาภายในอาคารและยังช่วยประหยัดพลังงานจากพัดลมระบายอากาศ

รูปที่ 6 ระบบระบายอากาศโดยธรรมชาติ [6]

รูปที่ 7 ระบบระบายอากาศทางกล [7,8]

ระบบปรับอากาศเป็นระบบที่มีการใช้พลังงานสูงที่สุดภายในอาคาร ดังนั้นเราจึงควรให้ความสำคัญกับระบบนี้มาก ในอาคารขนาดเล็กที่ใช้เครื่องปรับอากาศแบบ Spilt-type (แอร์ตามบ้าน) ควรเลือกใช้เครื่องปรับอากาศเบอร์ 5 ซึ่งผ่านการรับรองจากการไฟฟ้าฝ่ายผลิตแห่งประเทศไทย(กฟผ.)แล้วว่ามีประสิทธิภาพสูง แต่ในอาคารขนาดใหญ่ควรใช้ระบบปรับอากาศแบบรวมศูนย์แทนจะดีกว่า เพราะมีประสิทธิภาพพลังงานสูงกว่าเครื่องปรับอากาศขนาดเล็ก สามารถแบ่งภาระการทำความเย็น(Share Cooling Load) ตามแต่ละพื้นที่อาคารได้ อีกทั้งยังง่ายต่อการบำรุงรักษา โดยระบบปรับอากาศแบบรวมศูนย์ที่นิยมใช้ในปัจจุบัน คือ ระบบ VRF (Variable Refrigerant) และ ระบบน้ำเย็น (Chiller)

  • ระบบ VRF เป็นระบบปรับอากาศที่เดินท่อสารทำความเย็นไปยังคอยล์เย็นตามพื้นที่ต่างๆภายในอาคาร โดยมีคอมเพรสเซอร์อัดไอร่วมกัน
  • ระบบน้ำเย็น เป็นระบบปรับอากาศที่เดินท่อน้ำเย็นไปยังคอยล์เย็นตามพื้นที่ต่างๆภายในอาคาร โดยใช้เครื่องทำน้ำเย็น (Chiller) ทำน้ำเย็นที่ส่วนกลาง

การจะตัดสินใจเลือกใช้ระบบปรับอากาศแบบใด ขึ้นกับความเหมาะสมของอาคารเป็นรายกรณี(Case by Case) โดยต้องคำนึงถึง ค่าใช้จ่ายในการติดตั้ง ค่าใช้จ่ายพลังงาน และค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษาตลอดอายุการใช้งาน [สำหรับท่านที่มีความประสงค์ดำเนินมาตรการประหยัดพลังงานในระบบปรับอากาศ สามารถศึกษาข้อมูลได้ที่บทความ “การอนุรักษ์พลังงานในระบบปรับอากาศ” <Link เพจ 3.1>]

 

รูปที่ 8 เครื่องปรับอากาศแบบ Spilt-type เบอร์ 5 [9]

รูปที่ 9 ระบบปรับอากาศแบบรวมศูนย์ชนิด VRF [10]

รูปที่ 10 ระบบปรับอากาศแบบรวมศูนย์ชนิดน้ำเย็น (Chiller) : ชนิดระบายความร้อนด้วยอากาศ(บน)

ชนิดระบายความร้อนด้วยน้ำ(ล่าง)

ด้านระบบแสงสว่างควรใช้หลอดไฟประหยัดพลังงานในทุกพื้นที่ของอาคาร(หลอด LED) นอกจากใช้พลังงานน้อยแล้ว ยังปล่อยความร้อนสู่อาคารน้อยอีกด้วย ในปัจจุบันเทคโนโลยีหลอดไฟพัฒนาไปมาก ทำให้ค่าใช้จ่ายในการซื้อหลอด LED ไม่แพงเหมือนอดีต ระยะเวลาคืนทุนจึงสั้นลง สำหรับการทำมาตรการประหยัดพลังงานจากระบบแสงสว่างสามารถทำได้โดยการใช้แสงธรรมชาติเข้าช่วย พื้นที่ริมกรอบอาคารบางครั้งมีแสงธรรมชาติที่สว่างพอ ก็สามารถติดตั้งวงจรควบคุมหลอดไฟไว้ที่พื้นที่กรอบอาคารเพื่อให้ทำงานเฉพาะช่วงเวลาที่แสงธรรมชาติไม่เพียงพอ นอกจากนี้ยังสามารถนำแสงธรรมชาติผ่าน Light Tube เข้ามายังพื้นที่ส่วนลึกของอาคารได้ เช่น โรงจอดรถชั้นใต้ดิน เป็นต้น อย่างไรก็ตามการนำแสงธรรมชาติมาใช้ ควรใช้ในพื้นที่ไม่ปรับอากาศ เนื่องจากแสงธรรมชาติส่วนใหญ่มาพร้อมกับความร้อน อันส่งผลให้ระบบปรับอากาศทำงานหนักขึ้น

รูปที่ 11 หลอดไฟแต่ละประเภท [11,12,13]

รูปที่ 12 Light Tube [14,15]

สุดท้ายนี้ผู้เขียนขอฝากไว้ว่าการประหยัดพลังงานในอาคารต้องไม่กระทบกับความสบายของมนุษย์ (Thermal Comfort) ไม่ว่าจะเป็นการออกแบบอาคารใหม่หรือออกแบบปรับปรุงอาคารเดิมให้เป็นอาคารอนุรักษ์พลังงาน

อ้างอิงรูป 

[1] http://watdongchai.blogspot.com/2008_12_29_archive.html

[2] https://knoji.com/images/user/ventilation%20drawing300.jpg

[3] ประกาศกระทรวงพลังงาน เรื่อง หลักเกณฑ์และวิธีการคำนวณในการออกแบบอาคารแต่ละระบบ การใช้พลังงาน

โดยรวมของอาคาร และการใช้พลังงานหมุนเวียนในระบบต่างๆของอาคาร พ.ศ. 2552

[4] http://www.arch.ttu.edu/courses/2013/fall/5334/Students/King/images/low%20e%20glass.gif

[5] http://www.vent.co.uk/common/img/cat/systems-cross-ventilation.jpg

[6] http://www.lareineengineering.com/uploads/images/Natural_vent_apartment_block_600px.jpg

[7] https://www.ashrae.org/Image%20Library/Main%20Nav/Technical%20Resources/Bookstore/62-1-2016.jpg

[8] https://www.myglazing.com/be-informed/trickle-vents-and-types-of-ventilation

[9] http://mktsingerthai2.blogspot.com/2013/04/

[10] http://www.batecool.co.uk/user/images/twopipe_vrf.jpg

[11] https://www.boonthavorn.com/media/catalog/product/cache/2/image

[12] https://static.homepro.co.th/catalog/100000/447×447/138611.jpg

[13] https://www.thianthong.com/media/wysiwyg/product_images/Oct2017/philips_led_bulb_11w.jpg

[14] https://i.pinimg.com/originals/ab/31/26/ab312606228990c07f587afd7cb94937.jpg

[15] https://i.ytimg.com/vi/L9oeSVfbjRI/maxresdefault.jpg

****************************************************************************************************************

ทั้งนี้หากต้องการให้ Zero Energy เข้าไปสำรวจพื้นที่ของท่าน เพื่อออกแบบปรับปรุงอาคารเดิมให้เป็นอาคารอนุรักษ์พลังงาน สามารถดูรายละเอียดได้ที่เมนู “บริการของเรา” เลือกหัวข้อ “ออกแบบอาคารเดิมให้เป็นอาคารอนุรักษ์พลังงาน”