การศึกษาเชิงตัวเลขของการระบายอากาศแบบธรรมชาติภายในอาคารด้วยระบบหลังคาแสงอาทิตย์แบบหนึ่งช่องทางไหล

บทคัดย่อ

งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาผลกระทบจากความเข้มของแสงอาทิตย์และตัวแปรเชิงเรขาคณิต ของหลังคาแสงอาทิตย์แบบหนึ่งช่องทางไหลต่อการระบายอากาศแบบธรรมชาติด้วยวิธีเชิงตัวเลข ตัวแปรบ่งชี้ค่าการระบายอากาศในที่นี้ คืออัตราการไหลเชิงมวลของอากาศ ทำการสอบเทียบโปรแกรม SolidWorks Flow Simulation ด้วยการจำลองปัญหาการไหลผ่านแผ่นร้อนในแนวดิ่งเปรียบเทียบกับผลเฉลยแม่นตรง จากนั้นจำลองปัญหาการไหลผ่านอาคารใน 3 มิติ โดยให้การไหลของอากาศในตัวอาคารเป็นการไหลแบบธรรมชาติที่เกิดจากแรงลอยตัว กำหนดขนาดของอาคารจำลองเป็น กว้าง 1 เมตร ยาว 1 เมตร สูง 1 เมตร ผนัง พื้น และเพดานถูกกำหนดให้เป็นฉนวนสมบูรณ์ ทำการศึกษาอิทธิพลของตัวแปรต่าง ๆ ได้แก่ ความเข้มของแสงอาทิตย์ ความกว้างของช่องทางเข้า ความกว้างของช่องทางไหลอากาศใต้ห้องหลังคา มุมเอียงของหลังคา ความสูงของปล่อง และมุมบานตัวของช่องทางไหลของอากาศใต้หลังคา ผลลัพธ์จากการจำลองพบว่าทุกตัวแปรส่งผลให้เกิดการเพิ่มขึ้นของอัตราการไหลเชิงมวลของอากาศอย่างมีนัยสำคัญดังนี้ กรณีมีปล่องด้านบนของหลังคาที่ความสูง 25 เซนติเมตร สามารถเพิ่มอัตราการไหลของอากาศได้ถึง 62 เปอร์เซ็นต์ เทียบกับกรณีไม่มีปล่อง กรณีหลังคาคาเอียง 30 องศา สามารถเพิ่มอัตราการไหลของอากาศได้ถึง 90 เปอร์เซ็นต์ เทียบกับกรณีหลังคาเอียง 15 องศา กรณีความกว้างของช่องทางไหลของอากาศ 15 เซนติเมตร มีค่าอัตราการไหลของอากาศสูงกว่ากรณี 5 เซนติเมตรถึง 47 เปอร์เซ็นต์ และกรณีมุมบานตัวของหลังคา 9 องศา สามารถเพิ่มอัตราการไหลได้ 29 เปอร์เซ็นต์ นอกจากนี้ยังพบว่าความเข้มของแสงอาทิตย์ที่สูงขึ้นส่งผลให้อัตราการไหลเชิงมวลของอากาศสูงขึ้นตามไปด้วย การยืนยันความถูกต้องของผลลัพธ์ที่ได้จากการจำลองนี้นอกจากที่ได้ทำการสอบเทียบโปรแกรมกับปัญหาการไหลผ่านร้อนในแนวดิ่งแล้ว ทีมผู้วิจัยยังทำการเปรียบเทียบผลลัพธ์ที่ได้จากการจำลองด้วยโปรแกรมคอมพิวเตอร์กับผลลัพธ์ที่ได้จากการทดลองที่เคยทำไว้ในอดีต โดยเลือกผลลัพธ์จากกรณีศึกษาที่ความสูงปล่องและความกว้างของช่องทางเข้าของอากาศต่าง ๆ ซึ่งพบว่าผลลัพธ์ที่ได้จากการจำลองด้วยโปรแกรมคอมพิวเตอร์และจากการทดลองมีแนวโน้มไปในทิศทางเดียวกัน จึงทำให้มั่นใจในความถูกต้องของผลลัพธ์สำหรับการวิจัยในครั้งนี้