การศึกษาการลดภาระความร้อน จากอุปกรณ์กันแดดภายนอกอาคารในพื้นที่หน้าต่างกระจกเพื่อการประหยัดพลังงานไฟฟ้าในเครื่องปรับอากาศ: กรณีศึกษาห้องสมุด ชั้นสอง อาคารสันทนาการ สถาบันมะเร็งแห่งชาติ

Abstract

 บทคัดย่อ

     งานวิจัยนี้เป็นผลสืบเนื่องจากนโยบายปรับปรุงสภาพแวดล้อมทางกายภาพของสถาบันมะเร็งแห่งชาติที่เริ่มมาตั้งแต่เดือนกุมภาพันธ์ พ.ศ. 2550 เพื่อสร้างสภาพแวดล้อมที่เหมาะสมในการทำงานภายใต้ความร่วมมือกับคณะสถาปัตยกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเกษมบัณฑิต ซึ่งเกี่ยวเนื่องกับการประหยัดพลังงานในอาคาร โดยใช้ห้องสมุดของสถาบันฯ ซึ่งอยู่ ณ ชั้นสองของอาคารสันทนาการ เป็นกรณีศึกษา มีขนาดความกว้าง 8.70 เมตร ยาว 32 เมตร และสูง เท่ากับ 3 เมตร คิดเป็นพื้นที่ใช้สอยทั้งหมด 278.4 ตารางเมตร

     วัตถุประสงค์เพื่อการส่งเสริมความรู้ในเรื่องการประหยัดพลังงานในอาคารราชการ รวมทั้งการศึกษาอิทธิพลของช่องเปิดกระจกที่มีพื้นที่มากกว่า ร้อยละ 50 ของกรอบอาคาร และอยู่ในตำแหน่งที่รับความร้อนวิกฤติ

     ขั้นตอนในการดำเนินงาน เริ่มต้นจากการเก็บข้อมูลอุณหภูมิรายชั่วโมง ก่อนและหลังติดตั้งอุปกรณ์กันแดด ณ ตำแหน่งภายใน และภายนอกของพื้นที่กรณีศึกษา อุณหภูมิปรับอากาศ อุณหภูมิอากาศภายนอก รวมทั้งอุณหภูมิของอุปกรณ์กันแดดด้านทิศตะวันตกเฉียงใต้ และตะวันออกเฉียงใต้ และนำมาวิเคราะห์ประกอบกับทฤษฎีภาระความร้อน และกฎหมายอนุรักษ์พลังงาน พ.ศ. 2535 และกฎกระทรวง พ.ศ. 2552 ซึ่งเกี่ยวกับการกำหนดประเภท ขนาดของอาคาร หลักเกณฑ์ และวิธีการในการออกแบบเพื่อการอนุรักษ์พลังงาน

     1. เปรียบเทียบค่าสัดส่วนพื้นที่ปรับอากาศต่อตันความเย็น ตามมาตรฐานทั่วไปกำหนดที่ 27 ตารางเมตรต่อตันความเย็น ในขณะที่พื้นที่ปรับอากาศของกรณีศึกษาอยู่ที่ 10.31 ตารางเมตรต่อตันความเย็น ทำให้สามารถสรุปได้ว่า พื้นที่กรณีศึกษามีการใช้ระบบการทำความเย็นที่สูงกว่ามาตรฐาน ถึง 2.62 เท่า

     2. ศึกษาค่าช่วงของระดับอุณหภูมิสูงสุด และต่ำสุดของพื้นที่ยกเป็นกรณีศึกษา ก่อนการติดตั้งอุปกรณ์กันแดดเท่ากับ 24.9-26.2^oC มีค่าช่วงที่กว้างกว่า ค่าช่วงหลังการติดตั้งอุปกรณ์บังแดด ซึ่งเท่ากับ 24.2-24.9^oC โดยเฉพาะเวลาตอนบ่าย ซึ่งสาเหตุมาจากอิทธิพลความร้อนจากดวงอาทิตย์ที่สามารถส่งผ่านช่องกระจกโดยตรง โดยปราศจากเครื่องปิดกั้น 

     ค่าช่วงอุณหภูมิที่แสดงข้างต้น ยังสามารถแสดงการทำงานของระบบเครื่องปรับอากาศที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น หลังการติดตั้งอุปกรณ์บังแดด จากการรักษาระดับอุณหภูมิคงที่ตลอดเวลาการใช้งาน

     3. การศึกษาค่าการถ่ายเทความร้อนรวมของกรอบรวมด้านนอก (OTTV) ที่แตกต่างกันระหว่างก่อนการติดตั้งอุปกรณ์กันแดด เท่ากับ 142.04 Watt/M² กับค่า OTTV หลังการติดตั้งอุปกรณ์กันแดด ซึ่งเท่ากับ 53.41 Watt/M² แสดงค่าที่ลดลงของการถ่ายเทความร้อนรวมของกรอบรวมด้านนอกเหลือ 88.63 Watt/M² หรือเท่ากับ 62.4% ถึงแม้ว่าจะมีการปรับปรุงกรอบรอบนอกอาคาร โดยการติดตั้งอุปกรณ์กันแดด แต่ก็ยังปรากฏว่าผลลัพธ์ของค่าการถ่ายเทความร้อนรวมของกรอบรวมด้านนอก OTTV มีค่าสูงกว่าเกณฑ์ที่กฎหมายอนุรักษ์พลังงาน พ.ศ. 2535 ที่กำหนดไว้ว่าต้องไม่เกิน 45 Watt/M² และกฎกระทรวง พ.ศ. 2552 กำหนดให้อาคารสำนักงาน ต้องไม่เกิน 50 Watt/M² ตามลำดับ

      4. ศึกษาทฤษฎีภาระความร้อนในเครื่องปรับอากาศ ที่เกิดจากปัจจัยที่มีอิทธิพลทั้งภายนอก และภายในอาคาร ที่สามารถนำไปสู่การสรุปผลได้สองประการ คือ การกำหนดขนาดกำลังตันความเย็นของเครื่องปรับอากาศที่จะติดตั้งและค่าใช้จ่ายพลังงานไฟฟ้าในแต่ละเดือน ผลที่เกิดขึ้นประการแรกจากการติดตั้งอุปกรณ์บังแดด ได้ช่วยลดขนาดตันความเย็นของเครื่องปรับอากาศ จาก 26.14 เป็น 17.84 ตันความเย็น หรือลดลง 31.73%ประการที่สอง ค่าใช้จ่ายพลังงานไฟฟ้าต่อเดือนที่ลดลงจาก 42,458.29 บาท เป็น 28,984.38 บาท ซึ่งช่วยประหยัด 13,473.91 บาท (กำหนดข้อมูลในการคำนวณ 22 วันทำงานต่อเดือน 7 ชั่วโมงการทำงานต่อวัน และราคาค่าไฟฟ้าต่อหน่วย เท่ากับ 3 บาท)

      ผลสรุปของงานวิจัยนี้ได้แสดงถึงความสำคัญของตำแหน่งของช่องเปิดหน้าต่างกระจกในงานสถาปัตยกรรมภายใต้ภูมิอากาศแบบร้อนชื้น ซึ่งเกี่ยวเนื่องกับข้อจำกัดของการใช้พื้นที่ของสถาบันมะเร็งแห่งชาติ ซึ่งจะต้องใช้การแก้ปัญหาดังกล่าวโดยการใช้อุปกรณ์กันแดด เพื่อช่วยต้านทานรังสีความร้อนจากดวงอาทิตย์ เมื่อกลับมาพิจารณามูลค่าของการลงทุนอุปกรณ์บังแดด 220,000 บาท จะได้ระยะเวลาที่คืนทุนเท่ากับ 16.33 เดือน หรือ 1.36 ปี 

     ถึงแม้ว่ารูปแบบของอุปกรณ์กันแดดอาจจะไม่เป็นที่น่าสนใจ และอาจไม่สอดคล้องกับความต้องการของผู้ใช้สอยอาคาร แต่ผลลัพธ์จากการใช้อุปกรณ์ดังกล่าว จะนำไปสู่การพัฒนารูปแบบใหม่ๆ ของอุปกรณ์กันแดดภายใต้หัวเรื่องใหญ่ของการนำไปสู่การเป็นอาคารที่มีสภาวะความสบาย รวมทั้งช่วยในการประหยัดพลังงานในอนาคตอันใกล้นี้

Abstract

     This research project, concerning with energy saving in building, had been originated since February 2007 from the National Cancer Institute (NCI), the policy on developing the proper physical surroundings environments, co-operated with the Faculty of Architecture, Kasem Bundit University.

      NCI-IT Library, as case study, on the second floor of Santhanakarn building, total area about 278.4 square-meters, 8.70 meters width, 32 meters length, and 3 meters in height.

     The Objectives, mainly, showed the energy saving knowledge in government building, including the study of influence of fenestrations which had more than 50% of envelope area, and also had been fixed on the critical heat position.

     The Processes began with collecting data, the hourly temperatures before and after installation the shading device at the case study area, also inside-outside temperature and shading devices’ temperatures on south-west, south-east, which conducted to analyze the Cooling Load Theory and 1992’s the Energy Conservation Regulation.

      1. Comparison the portion of air conditioning service area per ton refrigeration, between the general standard data of air conditioning as 27 M²/ Ton Refrigeration (TOR), and the present using of case study area as 10.3127 M²/ TOR, could be concluded that the case study area used 2.62 times more higher than standard data.

      2. Studies, the maximum and minimum ranges of case study area, before installation shading device as 24.9–26.2^oC, showed wider than the ranges after installation the shading device as 24.2–24.9^oC, especially in the afternoon, which caused from the solar radiation transfer to the facing fenestrations, directly, without obstructers. 

     The temperature ranges, have been shown above, could be shown the better in efficacious air conditioning system to maintain the required temperature level after installation the shading devices.

     3. By studies the Overall Thermal Transfer Value (OTTV) difference, between before and after installation the shading device, as 142.04 Watt/M² and 53.41 Watt/M² showed decreasingly 88.63 Watt/M² or 62.4 in percentage. In spite of the last Overall Thermal Transfer Value (OTTV) was improved, by installation the shading device, the result  still indicated value higher than the legally limited Overall Thermal Transfer Value (OTTV) from the 1992’s Energy Conservation Regulation, be noteworthy not over than 45 Watt/M², as shown.

     4. By studies about the cooling load theory, caused from external load and internal load, could be indicated 2 conclusions; the size setting of air-conditioning and monthly expense for electrical bill.

     Firstly result, after installation the shading device, the totally ton refrigeration (TOR) of air conditioning size setting reduced from 26.14 to 17.84 as 31.73% in average.

     Secondary, the reducing of the monthly energy expense had been shown from 42,458.29 baht to 28,984.38 baht, as 13,473.91 baht in saving. (Remark: 22 working days, 7 hours per day and the electrical unit price 3 baht.  

     The final conclusion indicated how significance of the fenestration orientation for tropical climate. However the limited of the site area, the National Cancer Institute solved the problems by using the shading devices, to resist the heat from the solar radiation. Consideration about the cost of shading device investment was about 220,000 baht, so the pay back period would be about 16.33 months or 1.36 years.

     In spite of the figuring of the shading device would not combine all consumer requirements, but the result of using these device may be approachable to develop new trends of the shading device, under the theme of comfort zone and energy saving in building, in the near future.