สมรรถนะด้านพลังงานของหลังคาที่ติดตั้งมวลอุณหภาพและฉนวนชนิดเปิดปิดได้

Abstract

ปรากฏการณ์เกาะความร้อนส่งผลต่อการใช้พลังงานที่มากขึ้นในการปรับอากาศของอาคาร Givoni ได้เสนอแนวทางการลดการใช้พลังงานด้วยการออกแบบการทำความเย็นให้กับอาคารด้วยวิธีทางธรรมชาติ แนวคิดหนึ่งที่น่าสนใจคือการใช้ฉนวนกันความร้อนและใช้มวลอุณหภาพในการแผ่รังสีความเย็นให้กับอาคาร เพื่อศึกษาสมรรถนะในการลดการใช้พลังงาน ผู้วิจัยได้ออกแบบการทดลองเป็นสองช่วงคือการทดลองด้วยกล่องทดลองเพื่อศึกษาสมรรถนะการลดอุณหภูมิและการทดลองด้วยโปรแกรมจำลองการใช้พลังงาน Visual DOE 4.1 เพื่อศึกษาสมรรถนะการประหยัดพลังงาน ในการออกแบบกล่องทดลองได้แบ่งกรณีศึกษาเป็น 5 กรณีคือ กรณีศึกษาที่ 1 กรณีควบคุมใช้หลังคาคอนกรีตไม่มีฉนวนหุ้ม กรณีศึกษาที่ 2 ไม่มีมวลอุณหภาพ กรณีศึกษาที่ 3 ใช้น้ำเป็นมวลอุณหภาพ กรณีศึกษาที่ 4 ใช้คอนกรีตเป็นมวลอุณหภาพ กรณีศึกษาที่ 5 ใช้ไฟเบอร์ซีเมนต์เป็นมวลอุณหภาพ ซึ่งในกรณีศึกษาที่ 2-5 จะมีฉนวนหุ้มหลังคาโดยปิดในเวลากลางวันและเปิดในเวลากลางคืน ผลที่ได้จากการทดลองด้วยกล่องทดลองนำมาคำนวณหาค่าการถ่ายเทความร้อน และนำมาป้อนใส่โปรแกรมคอมพิวเตอร์เพื่อใช้ในการจำลองการถ่ายเทความร้อนและการใช้พลังงานของอาคาร 2 ประเภทได้แก่ อาคารสำนักงานและอาคารพักอาศัย ข้อมูลของกล่องทดลองถูกเก็บในช่วงวันที่ 28 ถึง 31 ธันวาคม 2556 จากการเก็บข้อมูลพบว่าอาคารสำนักงาน ช่วงเวลากลางวันกรณีศึกษาที่ 4 มีอุณหภูมิต่ำสุดจากกรณีศึกษาทั้งหมดคือ 20.9 C ในช่วงเวลากลางคืนกรณีศึกษาที่ 2 มีอุณหภูมิต่ำสุดจากกรณีศึกษาทั้งหมดคือ 18.3 C ส่วนการใช้งานอาคารพักอาศัย ช่วงเวลากลางวันกรณีศึกษาที่ 4 มีอุณหภูมิต่ำสุดจากกรณีศึกษาทั้งหมดอยู่ที่ 20.7 C ในช่วงเวลากลางคืนกรณีศึกษาที่ 2 มีอุณหภูมิต่ำสุดจากกรณีศึกษาทั้งหมดคือ 19.6 C ในส่วนของผลการดลองการจำลองการใช้พลังงานพบว่าอาคารที่มีการประหยัดพลังงานมากที่สุดคืออาคารที่ใช้มวลอุณหภาพด้วยไฟเบอร์ซีเมนต์สำหรับการใช้งานอาคารพักอาศัยอยู่ที่ 12.97 % และสำหรับการใช้งานอาคารสำนักงานอยู่ที่ 14.14 % จากการศึกษาทั้งหมดสรุปได้ว่าการออกแบบหลังคามวลอุณหภาพสำหรับพื้นที่ไม่ปรับอากาศ หลังคาควรเปิดฉนวนในช่วงเวลากลางคืน และการเลือกใช้มวลอุณหภาพควรเป็นไปตามนี้คือ ในช่วงเวลากลางวันมวลอุณหภาพควรมีค่าผลคูณของความหนาแน่นและความร้อนจำเพาะสูง และค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนต่ำ ส่วนช่วงเวลากลางคืนมวลอุณหภาพควรมีค่าผลคูณของความหนาแน่นและความร้อนจำเพาะต่ำ และค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนสูง จะสามารถลดอุณหภูมิได้ดีที่สุด ในขณะที่การออกแบบหลังคามวลอุณหภาพสำหรับพื้นที่ปรับอากาศ หลังคาควรปิดฉนวนในช่วงเวลากลางคืนของฤดูร้อนและฤดูฝนเพื่อลดการใช้พลังงาน แต่ช่วงฤดูหนาวการเปิดฉนวนหลังคาเวลากลางคืนจะช่วยลดการใช้พลังงานได้ ซึ่งจากผลการวิจัยพบว่าค่าเฉลี่ยของพลังงานความร้อนที่สามารถถ่ายเทออกเมื่อเปิดฉนวนเวลากลางคืนจะมีค่าสูงสุดเมื่อใช้หลังคาที่มีมวลอุณหภาพน้อยที่สุด คือกรณีศึกษาที่ 2 อยู่ที่ 27.93 W/m^2 และมีจำนวนวันที่พลังงานความร้อนถ่ายเทออกสู่ภายนอกเมื่อเปิดฉนวนเวลากลางคืนสูงสุดที่ 165 วัน