The Study of Energy Indicator in Hot-Humid Climate Office Building

การศึกษาเกณฑ์ชี้วัดการใช้พลังงานในอาคารสำนักงานเขตร้อนชื้นการศึกษาเกณฑ์ชี้วัดการใช้พลังงานในอาคารสำนักงานเขตร้อนชื้น The Study of Energy Indicator in Hot-Humid Climate Office Building โดย : นายการุณย์ ศุภมิตรโยธิน อาจาย์ที่ปรึกษา รศ.ดร.วรสัณฑ์ บูรณากาญจน์ อาจาย์ที่ปรึกษา(ร่วม) ศ.ดร.สุนทร บุญญาธิการ

วัตถุประสงค์ของการศึกษาวัตถุประสงค์ของการศึกษา • ศึกษาและรวบรวมตัวแปรด้านการออกแบบเปลือกอาคารที่ส่งผลต่อการใช้พลังงานในอาคาร 2. วิเคราะห์ความสัมพันธ์ระหว่างตัวแปร 3. ศึกษาเกณฑ์ที่เหมาะสมพร้อมเสนอแนะแนวทางการ ออกแบบอาคารสำนักงานประหยัดพลังงาน

ประโยชน์ที่คาดว่าจะได้รับประโยชน์ที่คาดว่าจะได้รับ เป็นแนวทางในการออกแบบอาคารสำนักงาน เพื่อการประหยัดพลังงานและพัฒนาเป็นกฎระเบียบ ข้อบังคับในการการก่อสร้างอาคารในอนาคต • ขอบเขตของการศึกษา ศึกษาเฉพาะตัวแปรส่วนเปลือกอาคารที่ส่งผลต่อภาระการทำความเย็นของอาคารสำนักงานปรับอากาศที่ใช้งาน ทุกวันจันทร์ถึงศุกร์ 8.00-16.00 น. ใช้ข้อมูลอากาศกรุงเทพมหานคร

ระเบียบวิธีวิจัย 1. ศึกษาทฤษฎีและเกณฑ์การออกแบบอาคารสำนักงานเพื่อ การประหยัดพลังงาน 2. รวบรวม จัดหมวดหมู่และวิเคราะห์ความสัมพันธ์ของ ตัวแปรส่วนเปลือกอาคารที่ส่งผลต่อการใช้พลังงานในอาคาร 3. สรุปเกณฑ์และแนวทางในการออกแบบอาคารสำนักงาน เพื่อการประหยัดพลังงาน

ตัวแปรส่วนเปลือกอาคารที่ศึกษาตัวแปรส่วนเปลือกอาคารที่ศึกษา 1) อัตราส่วนพื้นที่ผิวอาคารภายนอกต่อพื้นที่ใช้สอย 2) คุณสมบัติวัสดุเปลือกอาคารทึบแสง (opaque envelope) 3) อัตราส่วนปริมาณพลังงานรวมที่เพิ่มขึ้นจากช่องแสงต่อ พลังงานรวมที่ประหยัดได้

การศึกษารูปทรงอาคารที่เหมาะสมต่อการประหยัดพลังงานการศึกษารูปทรงอาคารที่เหมาะสมต่อการประหยัดพลังงาน 9,000 21,400 11,900 พื้นที่ผิวภายนอก =0.09 =2.14 =1.19 10,000 10,000 10,000 พื้นที่ใช้สอย 1 ชั้น 2 ชั้น 3 ชั้น ภาพที่ 1 แสดงการคำนวณอัตราส่วนพื้นที่ผิวอาคารภายนอกต่อพื้นที่ใช้สอยภายในที่เท่ากัน

3 สี่เหลี่ยมจัตุรัส สัดส่วน 1:1 สี่เหลี่ยมผืนผ้า สัดส่วน 1:2 สี่เหลี่ยมผืนผ้า สัดส่วน 1:4 ทรงกระบอก สี่เหลี่ยมผืนผ้ามีคอร์ดกลาง รูปตัวแอล (L) ภาพที่ 2 แสดงรายละเอียดรูปทรงอาคารที่ศึกษากรณีพื้นที่ใช้สอยเท่ากัน

อัตราส่วนพื้นที่ผิวอาคารภายนอกต่อพื้นที่ใช้สอยอัตราส่วนพื้นที่ผิวอาคารภายนอกต่อพื้นที่ใช้สอย รูปทรงสี่เหลี่ยมผืนผ้ามีคอร์ดกลาง รูปทรงตัวแอล(L) รูปทรงสี่เหลี่ยมผืนผ้าสัดส่วน 1:4 รูปทรงสี่เหลี่ยมผืนผ้าสัดส่วน 1:2 รูปทรงสี่เหลี่ยมจัตุรัส รูปทรงกระบอก ชั้น แผนภูมิที่1 เปรียบเทียบอัตราส่วนพื้นที่ผิวอาคารภายนอกต่อพื้นที่ใช้สอยกับจำนวนชั้นของอาคาร รูปทรงต่างๆ กรณีอาคารขนาดพื้นที่ใช้สอย 10,000 ตร.ม.ที่มีความสูงระหว่างชั้นเท่ากัน

อัตราส่วนพื้นที่ผิวอาคารภายนอกต่อพื้นที่ใช้สอยอัตราส่วนพื้นที่ผิวอาคารภายนอกต่อพื้นที่ใช้สอย อาคารทรงสี่เหลี่ยมจัตุรัส สัดส่วน 1:1 5.0 ม. 4.5 ม. 4.0 ม. 3.5 ม. 3.0 ม. ชั้น ชั้น แผนภูมิที่ 2 แสดงอัตราส่วนพื้นที่ผิวอาคารภายนอกต่อพื้นที่ใช้สอยของอาคารที่มีความสูงระหว่าง ชั้นต่างกัน กรณีอาคารรูปทรงสี่เหลี่ยมจัตุรัส ขนาดพื้นที่ใช้สอย 10,000 ตร.ม.

การวิเคราะห์คุณสมบัติวัสดุเปลือกอาคารทึบแสงการวิเคราะห์คุณสมบัติวัสดุเปลือกอาคารทึบแสง • - ขนาด กว้างxยาว 40 x 40 ม. • สูง 12 ชั้น (42 ม.) • ความสูงระหว่างชั้น 3.5 ม. • - Window to Wall Ratio 50 % • - วางอาคารแนวเหนือ-ใต้ • - ใช้งาน 8:00 – 16:00 น. • - ควบคุมปัจจัยภายในทั้งหมด • - คำนวณด้วยโปรแกรม DOE-2 • - จัดกลุ่มโดยพิจารณาค่า U-Value • ประกอบกับภาระการทำความเย็น ภาพที่ 3 แสดงอาคารจำลองที่ใช้ในการคำนวณภาระการทำความเย็นส่วนเปลือกอาคารทึบแสง

25% 45% 65% 85% ( ภาระการทำความเย็นลดลงจาก E ) แผนภูมิที่ 3แสดงการแบ่งกลุ่ม วัสดุผนังตามค่า U-Value และ ภาระการทำความเย็น

35% 70% 83% 90% ( ภาระการทำความเย็นลดลงจาก E ) แผนภูมิที่ 4 แสดงการแบ่งกลุ่ม วัสดุหลังคาตามค่า U-Value และ ภาระการทำความเย็น

60% 76% 83% 87% ( ภาระการทำความเย็นลดลงจาก E ) แผนภูมิที่ 5 แสดงการแบ่งกลุ่ม วัสดุพื้นตามค่า U-Value และ ภาระการทำความเย็น

lux ไฟฟ้าแสงสว่าง 1500 1000 ส่วนที่ต้องเพิ่มแสงสว่าง 500 พลังงานไฟฟ้าแสงสว่างที่ประหยัดได้ 3 0 1 2 4 5 6 7 8 9 10 ระยะความกว้างของห้อง (เมตร) การศึกษาการนำแสงธรรมชาติมาใช้ในอาคารสำนักงาน อย่างมีประสิทธิภาพ ภาพที่ 4ภาพประกอบการคำนวณพลังงาน กรณีเปิดช่องแสง

ค่าตัวคูณ >1 เป็นระดับที่มีประสิทธิภาพในการประหยัดพลังงานต่ำ กรณีเปิดช่องแสงที่มีปริมาณพลังงานรวมที่เพิ่มขึ้นจาก ช่องแสง มากกว่าพลังงานรวมที่ประหยัดลงได้ ( >1 - 1.2 ) ค่าตัวคูณ <1เป็นระดับที่มีประสิทธิภาพในการประหยัดพลังงานสูง กรณีเปิดช่องแสงที่มีปริมาณพลังงานรวมที่เพิ่มขึ้นจาก ช่องแสงน้อยกว่าพลังงานรวมที่ประหยัดได้ ( <1 - 0.8 ) ค่าตัวคูณ =1กรณีไม่เปิดช่องแสง กำหนดให้เป็นกรณีมาตรฐาน หมายเหตุ ค่าดังกล่าวเกิดจากการตั้งสมมติฐาน

หน่วย KWh/m2.yr - พื้นที่ใช้สอย 10,000 m2 ขนาด 25*25*56 ม. - อาคารสูง 16 ชั้น ความสูงระหว่างชั้น 3.5 ม. - หลังคาคสล.15 ซม.+ ฝ้าเพดาน (1.84 W/m2.K) - ผนังก่ออิฐฉาบปูน (3.4 W/m2.K) - พื้น คสล. 10 ซม. (4.3 W/m2.K) - กระจกใส (6.2 W/m2.K) - Window to Wall Ratio 50% - ใช้งาน 8.00-16.00 น. 2,000 ชม. ต่อปี ภาพที่ 5 รายละเอียดและภาพอาคารจำลอง การสร้างสมการคำนวณพลังงาน 1. จำลองอาคารในโปรแกรม DOE-2 คำนวณพลังงานตลอดปี

พลังงานที่ใช้ส่วนเปลือกอาคาร = [ ∑(UA) * Δt ] *Hr ………. (2) (KWh/m2.yr) COP*1,000 2. คำนวณพลังงานที่ใช้ตลอดทั้งปีด้วยสมการ U สัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนของเปลือกอาคารแต่ละส่วน (W/m2.K) A อัตราส่วนพื้นที่ผิวอาคารภายนอกต่อพื้นที่ใช้สอย Δt ค่าความแตกต่างของอุณหภูมิอากาศภายนอกกับภายในอาคาร Hr ชั่วโมงการใช้งานต่อปี COP ประสิทธิภาพของเครื่องปรับอากาศ

12.24 kWh/m2.yr ผลการคำนวณจาก DOE-2 3. = 0.6 = ผลการคำนวณสมการ (2) 20.40 kWh/m2.yr U สัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนของเปลือกอาคารทึบแสงแต่ละชนิด (W/m2.K) A อัตราส่วนพื้นที่ผิวอาคารภายนอกต่อพื้นที่ใช้สอย UF Daylight อัตราส่วนพลังงานรวมที่เพิ่มขึ้นต่อพลังงานรวมที่ประหยัดได้จากการเปิดช่องแสง Hr จำนวนชั่วโมงการใช้งานต่อปี COP ประสิทธิภาพเครื่องปรับอากาศ (Coefficient of Performance) 4. สร้างสมการความสัมพันธ์ พลังงานที่ใช้ = ∑ ( U*A* UF Daylight )*Hr * 0.6 ..…(3) ส่วนเปลือกอาคาร COP*1,000 (KWh/m2.yr)

การทดสอบสมการความสัมพันธ์การทดสอบสมการความสัมพันธ์ 0.1 kWh/m2.yr 4.1 kWh/m2.yr หมายเหตุ*รายละเอียดของอาคารทั่วไปที่นำมาเปรียบเทียบเป็นค่าสูงสุด

รูปทรงของอาคาร minimum maximum ระยะความสูงระหว่างชั้น บทสรุป การออกแบบอาคารเพื่อประหยัดพลังงานขึ้นกับปัจจัยหลัก 3 ประการ 1. การออกแบบรูปทรงอาคารเพื่อการประหยัดพลังงาน มีอัตราส่วนพื้นที่ผิวอาคารภายนอกต่อพื้นที่ใช้สอย น้อยที่สุด

คุณสมบัติของวัสดุกระจก U-Value LT SC การใช้เทคนิคพิเศษเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการส่องสว่าง บทสรุป (ต่อ) 2. การเลือกวัสดุเปลือกอาคารที่มีค่า U-Value ต่ำ 3. การนำแสงธรรมชาติมาใช้ในอาคารอย่างมีประสิทธิภาพ และเหมาะสม มีอัตราส่วนพลังงานที่เพิ่มขึ้นต่อพลังงานที่ประหยัดได้ จากการเปิดช่องแสง ต่ำที่สุด

ข้อเสนอแนะ 1. พิจารณาตัวแปรส่วนเปลือกอาคารอื่น 2. ศึกษาการนำแสงธรรมชาติมาใช้ในอาคารเพิ่มขึ้น 3. ศึกษาและเก็บข้อมูลอาคารกรณีศึกษา เพิ่มเติม

งานวิจัยนี้ได้รับการสนับสนุนจากงานวิจัยนี้ได้รับการสนับสนุนจาก สำนักนโยบายและแผนพลังงาน (สนพ.) สถาบันวิจัยพลังงาน จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย อาจาย์ที่ปรึกษา รศ.ดร.วรสัณฑ์ บูรณากาญจน์ อาจาย์ที่ปรึกษา(ร่วม) ศ.ดร.สุนทร บุญญาธิการ ขอขอบคุณ ผู้ที่ให้การสนับสนุนทุกท่าน

รายการอ้างอิง

The Study of Energy Indicator in Hot-Humid Climate Office Building