A Technical and Economic Feasibility Study of Chilled Water Storage

การศึกษาความเป็นไปได้ทางเทคนิคและทางเศรษฐศาสตร์ ของระบบสะสมความเย็นด้วยน้ำเย็นสำหรับการปรับอากาศ ในอาคารธุรกิจขนาดเล็ก A Technical and Economic Feasibility Study of Chilled Water Storage for Air Conditioning Systems in a Small Commercial Building โดย นายอนันต์ เงินประเสริฐ

บทนำ ….ความสำคัญและที่มา การใช้พลังงานไฟฟ้าของประเทศมีแนวโน้มเพิ่มสูงขึ้น • โรงจักรผลิตไฟฟ้าทุกแห่งจะต้องมีกำลังการผลิตกระแสไฟฟ้าให้ครอบคลุมกับความต้องการพลังไฟฟ้าสูงสุดที่อาจเกิดขึ้น ณ ช่วงเวลาใดๆของวันได้โดยไม่ให้เกิดสภาวะไฟตกหรือดับอันจะมีผลกระทบต่อภาคเศรษฐกิจอย่างมหาศาล รัฐบาลต้องจัดหาแหล่งผลิตพลังไฟฟ้าให้เพียงพอกับความต้องการ • จัดหางบประมาณและแหล่งก่อสร้างโรงไฟฟ้า • ก่อให้เกิดปัญหามลภาวะสิ่งแวดล้อมและการต่อต้านการก่อสร้างโรงไฟฟ้าจากชุมชน

บทนำ ….ความสำคัญและที่มา แนวทางหนึ่งในการแก้ปัญหาและชะลอการลงทุนก่อสร้างโรงไฟฟ้า คือการหาแนวทางกระจายความต้องการในการใช้ไฟฟ้าออกไปให้มี ความสม่ำเสมอตลอดทั้งวันโดยไม่มีช่วงเวลาหนึ่งเวลาใดที่เกิดความ ต้องการพลังไฟฟ้าสูงสุดของระบบ • Peak cut • ใช้มาตรการสิ่งจูงใจทางด้านราคาค่าไฟฟ้าเช่นอัตราค่า ไฟฟ้าแบบเปลี่ยนแปลงตามช่วงเวลาการใช้ (TOU rate )

บทนำ …. วัตถุประสงค์ของงานวิจัย 1. เพื่อศึกษาลักษณะและรูปแบบการทำงานของระบบปรับอากาศแบบสะสมความเย็นด้วยน้ำเย็น รวมทั้งศึกษาความเป็นไปได้ในการนำมาใช้แทนระบบปรับอากาศแบบเดิมสำหรับการปรับอากาศในอาคารธุรกิจขนาดเล็ก 2. เพื่อวิเคราะห์ตรวจวัดหาอัตราการประหยัดจากอาคารตัวอย่างที่ศึกษา 3. เพื่อศึกษาความเป็นไปได้ทางเศรษฐศาสตร์ในการลงทุน 4. ประเมินผลกระทบทางเศรษฐกิจในการจัดหาแหล่งพลังงานทั้งจากภายและภายนอกประเทศ

บทนำ …. ขอบเขตการศึกษาวิจัย 1. การศึกษาสภาพทั่วไปของอาคารตัวอย่างที่ศึกษา 2. ตรวจวัดและเก็บข้อมูลการใช้พลังงานของระบบ 3. ประเมินศักยภาพการประหยัดพลังงานของระบบ 4. ศึกษาความเป็นไปได้ทางเศรษฐศาสตร์ในการลงทุนติดตั้งระบบสะสมความเย็นด้วยน้ำเย็น 5. ประเมินผลกระทบทางเศรษฐกิจจากการใช้ระบบสะสมความเย็นด้วยน้ำเย็นที่มีต่อการจัดหาแหล่งพลังงานไฟฟ้าเพื่อรองรับการขยายตัวของความต้องการพลังไฟฟ้าสูงสุดเพียงช่วงขณะและชะลอการลงทุนก่อสร้างโรงไฟฟ้า

บทนำ …. ประโยชน์ที่คาดว่าจะได้รับจากการทำวิจัย 1. สามารถใช้เป็นข้อมูลผลตอบแทนทางด้านเศรษฐศาสตร์ในการติดตั้งใช้งานระบบปรับอากาศแบบสะสมความเย็นด้วยน้ำเย็นในอาคารธุรกิจขนาดเล็กในประเทศไทยได้ 2. สามารถนำข้อมูลที่ได้จากการศึกษาวิจัยไปพิจารณาตัดสินใจในการลงทุนเพื่อดำเนินการจัดการใช้พลังงาน เพื่อให้ได้รับประโยชน์สูงสุดได้ 3. ผลที่ได้จากการศึกษาวิจัยอาคารธุรกิจขนาดเล็กอื่นสามารถนำไปจัดรูปแบบแนวทางและวิธีการที่ดีในการใช้งานของระบบปรับอากาศแบบสะสมความเย็นด้วยน้ำเย็นได้

ทฤษฎี …. ระบบสะสมความเย็น คืออะไร? ระบบเก็บความเย็น คือ อุปกรณ์ที่ใช้เก็บความเย็นไว้ชั่วคราวในรูปน้ำเย็นหรือแข็ง เพื่อนำออกมาใช้ภายหลังในเวลาที่ต้องการความเย็น ดังนั้นจึงสามารถทำความเย็นในช่วงที่อัตราค่าไฟฟ้าถูก แล้วนำความเย็นมาใช้ในช่วงที่อัตราค่าไฟฟ้าแพงได้

ทฤษฎี …. รูปแบบของระบบสะสมความเย็น รูปแบบของระบบสะสมความเย็น ระบบสะสมความเย็นสามารถแบ่งได้ 2 แบบตามชนิดของสารที่ใช้เก็บความเย็นคือ 1. ระบบสะสมความเย็นด้วยน้ำเย็น (chilled water storage system) 2. ระบบสะสมความเย็นด้วยน้ำแข็ง (ice storage sysytem)

ทฤษฎี …. ระบบสะสมความเย็นด้วยน้ำเย็น

ทฤษฎี …. ประเภทของระบบเก็บความเย็น Full storage system

ทฤษฎี …. ประเภทของระบบเก็บความเย็น Demand limited storage

วิธีการทดลอง … ขั้นตอนและวิธีการดำเนินการวิจัยมีดังต่อไปนี้ 1. ศึกษาสภาพทั่วไปของอาคารสำนักงานกรณีศึกษา 2. ศึกษาสภาพทั่วไปของอาคารธุรกิจขนาดเล็กกรณีศึกษา 3. ตรวจวัดและเก็บข้อมูลการใช้พลังงานในส่วนระบบปรับอากาศกรณีที่ใช้ระบบปรับอากาศแบบเดิมและกรณีที่ใช้ระบบปรับอากาศแบบสะสม ความเย็นด้วยน้ำเย็น

วิธีการทดลอง … ขั้นตอนและวิธีการดำเนินการวิจัย(ต่อ) 4. ประเมินศักยภาพการประหยัดค่าพลังงานไฟฟ้าของระบบปรับอากาศกรณีที่ใช้ระบบปรับอากาศแบบเดิมและกรณีที่ใช้ระบบปรับอากาศแบบสะสมความเย็นด้วยน้ำเย็น 5. ศึกษาความเป็นไปได้ทางเศรษฐศาสตร์ในการลงทุนติดตั้งระบบทำ ความเย็นด้วยน้ำเย็นในอาคารธุรกิจที่ศึกษา

การตรวจวัดและเก็บข้อมูล… อาคารสำนักงาน • สภาพทั่วไปและลักษณะการใช้งานของอาคาร - เป็นอาคารคอนกรีตเสริมเหล็กขนาด 15 ชั้นมีพื้นที่ใช้งานรวม 41,500 m2โดยแบ่งเป็นพื้นที่ปรับอากาศ 35,500 m2 - การใช้งานของอาคารคือช่วงเวลา 6.00 – 16.30 น. รวมระยะเวลาการ ใช้งาน 10.5 ชั่วโมงต่อวัน ทำงานวันจันทร์-วันศุกร์ยกเว้นวันนักขัตฤกษ์

การตรวจวัดและเก็บข้อมูล… อาคารสำนักงาน • ศึกษาระบบปรับอากาศของอาคาร - ระบบปรับอากาศแบบส่วนกลางแบบเดิม - ระบบทำความเย็นด้วยน้ำเย็น โดยมีรายละเอียดดังรูป

การตรวจวัดและเก็บข้อมูล… อาคารสำนักงาน

การตรวจวัดและเก็บข้อมูล… อาคารสำนักงาน • การศึกษาการใช้พลังงานไฟฟ้าภายในอาคารสำนักงานที่ศึกษา -การใช้พลังงานไฟฟ้ารวมทั้งระบบตลอดปีพ.ศ. 2547 เป็นจำนวน 6,411,997 kWh โดยมีรายละเอียดการใช้ไฟฟ้าแยกตามระบบดังรูป

การตรวจวัดและเก็บข้อมูล… อาคารสำนักงาน ระบบอื่นๆ 12.28% ระบบเครื่องจักรและอุปกรณ์ขนาดเกิน 20 kW 3.33% ระบบแสงสว่าง 31.44% ระบบเครื่องสูบน้ำขนาดเกิน 20 kW 0.73% ระบบปรับอากาศ 52.22%

การตรวจวัดและเก็บข้อมูล… อาคารสำนักงาน • ศึกษาการใช้พลังงานไฟฟ้าในส่วนของการปรับอากาศในกรณีใช้ระบบปรับอากาศแบบส่วนกลางแบบเดิมและในกรณีใช้ระบบปรับอากาศแบบส่วนกลางร่วมกับระบบทำความเย็นด้วยน้ำเย็น (1) การใช้พลังงานไฟฟ้าของระบบปรับอากาศแบบส่วนกลางแบบเดิม (2) การใช้พลังงานไฟฟ้าเฉลี่ยของระบบปรับอากาศแบบส่วนกลางแบบเดิมร่วมกับระบบทำความเย็นด้วยน้ำเย็น(CO-SYSTEMS)

(1)การใช้พลังงานไฟฟ้าเฉลี่ยของระบบปรับอากาศแบบส่วนกลางแบบเดิม (1)การใช้พลังงานไฟฟ้าเฉลี่ยของระบบปรับอากาศแบบส่วนกลางแบบเดิม 9,333.83 kW.h

(2) CO-SYSTEMS 3,378.5 kW.h + 6,022 kW.h = 9,400.5 kW.h

วิธีการทดลอง … ศึกษาสภาพทั่วไปของอาคารธุรกิจขนาดเล็ก ศึกษาสภาพทั่วไปของอาคารธุรกิจขนาดเล็ก ดังนี้ 1. ศึกษาสภาพทั่วไปของอาคารและลักษณะการใช้งาน 2. ศึกษาระบบปรับอากาศของอาคารที่ใช้อยู่ปัจจุบัน 3. คำนวณภาระความเย็นที่ต้องการของอาคารธุรกิจ 4. ศึกษาการใช้พลังงานไฟฟ้าของระบบปรับอากาศของอาคารในส่วนระบบที่ใช้อยู่ปัจจุบันและกรณีจำลองใช้ระบบปรับอากาศแบบสะสมความเย็นด้วยน้ำเย็น

การตรวจวัดและเก็บข้อมูล…อาคารธุรกิจขนาดเล็กการตรวจวัดและเก็บข้อมูล…อาคารธุรกิจขนาดเล็ก • สภาพทั่วไปและลักษณะการใช้งานของอาคาร เป็นอาคารชั้นเดียวมีขนาดกว้าง 38 m ลึก 12 m และสูง 6.5 m พื้นที่ใช้งานรวม 456 m3ซึ่งเป็นพื้นที่ปรับอากาศทั้งหมด การใช้งานของอาคารเป็นลักษณะของร้านค้าสะดวกซื้อในสถานีบริการน้ำมันซึ่งเปิดตลอด 24 ชั่วโมงทุกวันตลอดทั้งปี

การตรวจวัดและเก็บข้อมูล…การตรวจวัดและเก็บข้อมูล… N

การตรวจวัดและเก็บข้อมูล…อาคารธุรกิจขนาดเล็กการตรวจวัดและเก็บข้อมูล…อาคารธุรกิจขนาดเล็ก • คำนวณภาระความเย็นที่ต้องการของอาคารธุรกิจขนาดเล็ก ภาระการทำความเย็นสามารถแบ่งออกได้เป็น 4 อย่างดังนี้ 1. ภาระที่ผ่านผนังเข้ามา (Wall gain load) 2. ภาระจากอากาศใหม่ (Air change load) 3. ภาระจากผู้ใช้อาคาร(Occupants load) 4. ภาระจากอุปกรณ์ต่างๆ (Miscellaneous load) .

การคำนวณค่า OTTV และ RTTV ของอาคารธุรกิจขนาดเล็ก

การคำนวณค่า OTTV และ RTTV ของอาคารธุรกิจขนาดเล็ก • จากข้อมูลสามารถคำนวณค่า OTTV และ RTTV ได้ • ค่า OTTV ของอาคาร= 50.296 W/m2 • ค่า RTTV ของอาคาร= 11.5 W/m2 • ดังนั้นค่าภาระที่ผ่านผนังเข้ามาทั้งหมด = 50,800.21 x 3.413 =173,381.11 btu/hr

การตรวจวัดและเก็บข้อมูล…การตรวจวัดและเก็บข้อมูล… 2. ภาระจากอากาศใหม่ (Air change load) ภาระจากอากาศใหม่(W)= m(h0-hi) = 1500 x 0.0056(304.49-299.47) x 3.413 3.6 = 39.98 btu/hr

การตรวจวัดและเก็บข้อมูล…การตรวจวัดและเก็บข้อมูล… 3. ภาระจากผู้ใช้อาคาร(Occupants load) กำหนดให้มีจำนวนผู้เข้ามาใช้งาน 100 คน/ชั่วโมง ภาระจากผู้ใช้อาคาร(W) =Average adjusted metabolic ratex จำนวนคน = 450 x 100 = 45,000 btu/hr

การตรวจวัดและเก็บข้อมูล…การตรวจวัดและเก็บข้อมูล… 4. ภาระจากอุปกรณ์ต่างๆ (Miscellaneous load) อาคารธุรกิจที่ศึกษาเป็นอาคารที่มีการใช้อุปกรณ์ไฟฟ้าหลายประเภท เช่น หม้อต้มน้ำ ไมโครเวฟ หม้อนึ่ง เป็นต้น ภาระจากอุปกรณ์ต่างๆ(W) = 92,900.95 btu/hr

การตรวจวัดและเก็บข้อมูล…อาคารธุรกิจขนาดเล็กการตรวจวัดและเก็บข้อมูล…อาคารธุรกิจขนาดเล็ก ดังนั้นภาระความเย็นที่อาคารธุรกิจขนาดเล็กต้องการ =173,381.11 + 143.92 + 45,000 + 92,900.95 = 311,425.98 btu/hr

การตรวจวัดและเก็บข้อมูล… อาคารธุรกิจขนาดเล็ก • ศึกษาระบบปรับอากาศและพลังงานที่ใช้ในส่วนของระบบปรับอากาศของอาคาร เครื่องปรับอากาศที่ใช้อยู่ของอาคารเป็นแบบท่อส่งลมไกลชนิดแยกส่วนขนาด 98,000 btu/hr จำนวน 5 เครื่องมีอัตราการใช้พลังงาน10.65 kW/เครื่องเมื่อใช้งานจะเปิดครั้งละ 4 เครื่องสลับกัน ดังนั้นถ้ากรณีที่ใช้เครื่องปรับอากาศ 4 เครื่องตลอด 24 ชั่วโมงภายในหนึ่งเดือนจะมีการใช้พลังงานเท่ากับ การใช้พลังงานของเครื่องปรับอากาศ = 4 x 10.65 x 24 x 30 = 30,672 หน่วย/เดือน

การวิเคราะห์ข้อมูล …. การวิเคราะห์ทางด้านค่าไฟฟ้า การคำนวณค่าไฟฟ้าของอาคารสำนักงานต่อเดือน 43,770.82 บาท

การวิเคราะห์ข้อมูล …. การวิเคราะห์ทางด้านค่าไฟฟ้า การคำนวณค่าไฟฟ้าของอาคารธุรกิจขนาดเล็กต่อเดือน 91,855.22 – 53,083.81 = 38,771.68 บาท

การวิเคราะห์ข้อมูล….การวิเคราะห์ทางด้านเศรษฐศาสตร์การวิเคราะห์ข้อมูล….การวิเคราะห์ทางด้านเศรษฐศาสตร์ 1. ต้นทุนและค่าใช้จ่ายของโครงการ - ค่าลงทุนประมาณ 5,000,000 บาท - ค่าใช้จ่ายในการดำเนินงานและบำรุงรักษาปีละ 150,000 บาท แบ่งออกเป็น -เงินเดือนสำหรับผู้ดูแลระบบประมาณปีละ120,000 บาท - ค่าบำรุงรักษาประมาณปีละ 30,000 บาท 2. ผลตอบแทนสุทธิต่อปี ผลตอบแทนสุทธิต่อปี = ผลตอบแทนของโครงการ – ค่าใช่จ่าย = (38,771.41 x 12) – 150,000 = 315,256.92

การวิเคราะห์ข้อมูล….การวิเคราะห์ทางด้านเศรษฐศาสตร์การวิเคราะห์ข้อมูล….การวิเคราะห์ทางด้านเศรษฐศาสตร์ ระยะเวลาคืนทุน (Payback period : PBP) ระยะเวลาคืนทุน = เงินลงทุน ผลตอบแทนสุทธิต่อปี = 5,000,000 315,256.92 ระยะเวลาคืนทุน = 15.86 ปี

กรณีเงินลงทุนลดลง % เงินลงทุน ผลตอบแทนสุทธิต่อปี ระยะเวลาคืนทุน(ปี) 5 4,750,000 315,256.92 15.07 10 4,500,000 315,256.92 14.27 15 4,250,000 315,256.92 13.48 20 4,000,000 315,256.92 12.69 25 3,750,000 315,256.92 11.90 การวิเคราะห์ข้อมูล…. การวิเคราะห์ความไว (Sensitivity analysis)

สรุปผลการศึกษา …. กรณีศึกษาอาคารสำนักงาน จากผลการวิเคราะห์การใช้พลังงานไฟฟ้าและค่าไฟฟ้าที่เกิดขึ้นเมื่อใช้ระบบปรับอากาศแบบส่วนกลางแบบเดิมเปรียบเทียบกับการใช้ระบบปรับอากาศแบบส่วนกลางแบบเดิมร่วมกับระบบสะสมความเย็นด้วยน้ำเย็นพบว่า - การใช้ระบบ CO-SYSTEMS จะมีการใช้พลังงานไฟฟ้าเฉลี่ยมากกว่า 1,467 หน่วยต่อเดือน

สรุปผลการศึกษา …. กรณีศึกษาอาคารสำนักงาน - การใช้ระบบ CO-SYSTEMS ถึงแม้จะมีการใช้พลังงานไฟฟ้ามากกว่าแต่เมื่อนำมาคำนวณค่าไฟฟ้าแบบอาคารธุรกิจขนาดใหญ่ประเภท 4.2 ภายใต้การคิดค่าไฟฟ้าแบบตามช่วงเวลาการใช้งาน(TOU rate) พบว่าสามารถประหยัดเงินค่าไฟฟ้าได้ถึง 43,770.82 บาทต่อเดือนคิดเป็น 5.58% ของค่าไฟฟ้าในระบบปรับอากาศแบบเดิม

สรุปผลการศึกษา …. กรณีศึกษาอาคารธุรกิจขนาดเล็ก จากผลการวิเคราะห์การใช้พลังงานไฟฟ้าและค่าไฟฟ้าที่เกิดขึ้นเมื่อใช้ระบบปรับอากาศแบบปัจจุบันเปรียบเทียบกับการจำลองการใช้ระบบปรับอากาศแบบสะสมความเย็นด้วยน้ำเย็น พบว่า การใช้ระบบปรับอากาศแบบสะสมความเย็นด้วยน้ำเย็นจะมีการใช้พลังงานไฟฟ้าเพิ่มขึ้น 4,842 หน่วยต่อเดือน หรือคิดเป็น 15.79% ของการใช้พลังงานไฟฟ้าในระบบปรับอากาศที่ใช้อยู่ปัจจุบัน

สรุปผลการศึกษา …. กรณีศึกษาอาคารธุรกิจขนาดเล็ก การใช้ระบบปรับอากาศแบบทำความเย็นด้วยน้ำเย็นถึงแม้ว่าจะมีการใช้พลังงานไฟฟ้ามากกว่าแต่เมื่อนำมาคำนวณค่าไฟฟ้าแบบอาคารธุรกิจขนาดเล็กแบบอัตราตามช่วงเวลาการใช้ (TOU rate) สามารถลดค่าไฟฟ้าถึง 38,771.41 บาท/เดือนหรือลดลงคิดเป็น 42.21% ของค่าไฟฟ้าในระบบปรับอากาศที่ใช้อยู่ปัจจุบัน

สรุปผลการศึกษา …. กรณีศึกษาอาคารธุรกิจขนาดเล็ก กรณีถ้าอาคารธุรกิจที่ศึกษาในลักษณะดังกล่าวมีการลงทุนใช้ระบบปรับอากาศแบบทำความเย็นด้วยน้ำเย็นจะใช้เงินลงทุนประมาณ 5,000,000 บาทและมีผลตอบแทนสุทธิต่อปีเท่ากับ 315,256.92 บาทจากการวิเคราะห์ทางเศรษฐศาสตร์ในด้านระยะเวลาคืนทุน (Payback period : PBP) พบว่าโครงการดังกล่าวมีระยะเวลาคืนทุน 15.86 ปี -

สรุปผลการศึกษา …. กรณีศึกษาอาคารธุรกิจขนาดเล็ก จากการวิเคราะห์ความไวถ้าภาครัฐให้การสนับสนุนและช่วยเหลือด้านเงินลงทุนโดยให้เงินลงทุนลดลง 5% ถึง 25% จะทำให้ระยะเวลาคืนทุนลดลงประมาณ 1 ถึง 5 ปีตามลำดับ

ข้อเสนอแนะ …. ถ้าภาครัฐมีนโยบายที่สนับสนุนในด้านต่างๆ เช่นมีการสนับสนุนให้อุปกรณ์ระบบกักเก็บความเย็นด้วยน้ำเย็น มีราคาถูกลง โดยอาจใช้มาตรการปรับลดภาษีนำเข้าอุปกรณ์เครื่องจักรดังกล่าว หรือให้การช่วยเหลือในด้าน เงินกู้ยืมสำหรับการลงทุนในอัตราดอกเบี้ยต่ำ หรือปลอดดอกเบี้ย เป็นต้น ก็สามารถทำให้โครงการดังกล่าวมีระยะเวลาคืนทุนที่เร็วขึ้น ซึ่งจะทำให้ผู้ประกอบการมีความสนใจที่จะติดตั้งระบบดังกล่าว

ขอขอบพระคุณ สำนักงานนโยบายและแผนพลังงาน กระทรวงพลังงาน อ.ดร.จันทนา กุญชรรัตน์ (เมธีวิจัย) อ.ดร.อัมพร กุญชรรัตน์

A Technical and Economic Feasibility Study of Chilled Water Storage