rOOt

การอนุรักษ์พลังงานในอาคาร

เกชา ธีระโกเมน
มกราคม 2542

คำนำ

การอนุรักษ์พลังงานในอาคารได้กลายเป็นหนึ่งใน ธุรกิจใหม่ ที่มีศักยภาพสูง โดยในปัจจุบัน  เฉพาะ บริษัทที่ขึ้นทะเบียน และ เป็นผู้จัดทำรายงาน การวิเคราะห์ การใช้พลังงาน มีจำนวนถึงกว่า 80 ราย ซึ่ง กฟผ. และ ศูนย์ อนุรักษ์พลังงาน ก็อยู่ในจำนวนนี้ด้วย มีการแข่งขัน ทางด้านราคาสูง โดยที่ การจัดทำรายงาน ยังไม่ได้มาตรฐาน มาตรการ เพื่อการ ปรับปรุงอาคาร ที่ระบุ รายงานก็มักจะเป็นเรื่อง การเปลี่ยน โมไฟฟ้า การเปลี่ยน เครื่องปรับอากาศ และ การติดฟิล์ม ที่กระจก
มาตรการ อนุรักษ์พลังงาน โดยใช้ ระบบกักเก็บความเย็น เมื่อวิเคราะห์ การลงทุนเพียงอย่างเดียว หลังจากที่การไฟฟ้า ได้ประกาศใช้ ระบบอัตรา ค่าไฟฟ้าแบบ Time of Use  (TOU) ก็พบว่าไม่มี ทางคุ้มทุน  เพราะ นอกจาก จะไม่สามารถลด Peak Demand Charge ได้แล้ว ค่าลงทุน ของระบบกักเก็บความเย็น โดยเฉพาะอย่างยิ่งในรูปของ น้ำแข็ง  ซึ่งอุปกรณ์ส่วนใหญ่ ต้องนำเข้า จากต่างประเทศ ภายหลังที่ ค่าเงินบาทอ่อนตัว ก็ยิ่งทำให้ค่าลงทุน ระบบสูงจนเกินไป
มาตรการ เปลี่ยนเครื่องทำน้ำเย็น แทนเครื่องเก่า ดูเหมือนจะเป็น มาตรการที่ง่าย และได้ผลถึง 2 ต่อ   คือ ต่อแรก ลดการใช้ไฟฟ้า เนื่องจากเครื่องเก่า มักจะกินไฟประมาณ 1 กิโลวัตต์/ ตันความเย็น ในขณะที่เครื่องใหม่ จะกินไฟประมาณ 0.65 กิโลวัตต์/ ตันความเย็น และ ในต่อที่สอง เครื่องรุ่นเก่า ใช้สารCFC   ซึ่งยังไงก็ต้องเปลี่ยนเป็น 134a   หรือ 123 อยู่แล้ว
มาตรการ ปรับปรุง อาคารเก่าที่มีค่า OTTV เกิน 55 วัตต์/ตร.เมตร ก็มักจะเสนอให้ ติดฟิล์ม ซึ่งง่าย แต่ ไม่ได้แก้ปัญหาทั้งหมด เนื่องจากการติดฟิล์ม จะทำให้อุณหภูมิ ที่ผิวกระจกสูงขึ้นมาก อาจจะมีผล ทำให้กระจก หลุดจากผนังอาคาร ได้ นอกจากนี้ ยังเพิ่มค่า Mean Radiant Temperature (MRT) ที่ผิวกระจก ทำให้คนที่อยู่ใกล้กระจก รู้สึกร้อน
มาตรการทำ ผนังฉนวนเสริมภายใน (Back Up Wall)   เป็นวิธีการที่น่าจะเหมาะสมที่สุด ในการปรับปรุงค่า OTTV   โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับ อาคารที่มีสัดส่วน ของพื้นที่กระจกกับผนัง (Window to Wall Ratio) มาก สามารถ ใช้การทำ ผนังเสริมหลังกระจก โดยเฉพาะอย่างยิ่ง กระจกที่อยู่ใกล้พื้น ซึ่งไม่สามารถ นำแสงธรรมชาติ มาใช้ให้เป็นประโยชน์ได้ และ กระจก ที่อยู่เหนือฝ้าเพดาน อย่างไรก็ตาม การ ทำผนังเสริมหลังกระจก จะต้องคำนึงถึง เรื่องอุณหภูมิ ของกระจก ที่อาจเพิ่มขึ้น และ จะสร้างปัญหา เช่นเดียวกับการติดฟิล์ม   รวมทั้งการเกิดหยดน้ำภายใน ระหว่างผนังเสริมและกระจก โดยจะต้องให้ค่าความเป็นฉนวนระหว่างห้องภายในและช่องว่างอากาศนี้มากพอ และอาจจะต้องเจาะให้มีรูระบายอากาศในช่องว่างอากาศนี้ไว้เล็กน้อย
ปัญหาของอาคาร หลายอาคารเป็นปัญหา ที่มาจากประตูที่ไม่กันลม เช่น ประตูที่มีบานพับชนิดฝังกับพื้น ประตูชนิดนี้ จะมีร่องประตูโดยรอบบานประตู จึงทำให้แอร์รั่วหรือมีลมภายนอกเข้ามาได้เป็นปริมาณมาก ประตูที่ไม่กันลมเหล่านี้ รวมทั้งประตูบานเกล็ดเปรียบเสมือนรูหรือช่องทางที่ทำให้พลังงานรั่วไหลออกไป
การอนุรักษ์พลังงาน ในอาคารเก่า บางครั้งยังเหมือนงานที่ทำครึ่งๆกลางๆ
สาเหตุที่กล่าวเช่นนี้ เพราะการเปลี่ยนโคมไฟฟ้ายังไม่สมบูรณ์หากสายไฟฟ้าเก่าและก็ถึงเวลาเปลี่ยนเช่นกัน หรือการปรับปรุงเครื่องปรับอากาศ การเสริมฉนวน โดยที่สภาพภายในอาคารก็ทรุดโทรมใกล้เวลาทำใหม่ ดังนั้น การปรับปรุงอาคารเพื่อการอนุรักษ์พลังงานก็ควรดำเนินการในจังหวะเวลาที่เหมาะสมด้วย การลงทุนจึงจะคุ้มค่าและสมบูรณ์
การเลือกใช้ฉนวนกันความร้อน ที่ผ่านมายังไม่ได้คำนึงถึงเรื่องอัคคีภัยและคุณภาพอากาศภายในอาคาร การใช้ฉนวนโฟมไม่สามารถใช้ภายในอาคารเนื่องจากโฟมทำให้เกิดแก็สพิษ และสร้างไอระเหยของไฮโดรคาร์บอน ที่ลุกติดไฟ และ มีจุดวาบไฟต่ำ โฟมที่ผสมน้ำยาเพื่อกันไฟลาม(Fire Retardant Type) เพียงแต่ช่วยไม่ให้ไฟลามเมื่อโฟมไม่ถูกเปลวไฟ (Self Extinguished) แต่ไม่ได้หมายความว่าโฟมนั้นจะไม่ติดไฟ ตราบใดที่ถูกเปลวไฟ โฟมนั้นก็ ยังคงติดไฟอยู่ ดังนั้น หากใช้ฉนวนโฟมไม่ว่าจะเป็นโพลีสไตลีนหรือโพลียูรีเทน จะต้องห้อหุ้มกันไฟด้วยวัสดุทนไฟอย่างสมบูรณ์ ไม่เว้นแม้กระทั่งรอยต่อ ฉนวนใยแก้วที่มักจะติดตั้งบนฝ้าเพดานโดยทั่วไป จะมีเศษใยแก้วหลุดออกมา ซึ่งสร้างปัญหากับอากาศภายในอาคาร
เมื่อเราพูดถึงฉนวน ก็มักจะมองแต่คุณสมบัติในการป้องกันความร้อนหรือค่าU แต่ฉนวนที่เราพูดถึงกันในปัจจุบัน จะต้องกันความร้อนและเป็นฉนวนความชื้นด้วย
หากมองกัน เพียงค่าการนำความร้อน หรือค่าU จะพบว่าผนังคอนกรีตหนา 20 ซม.มีค่าการนำความร้อนต่ำ และไม่จำเป็นต้องเสริมด้วยฉนวนอีก แต่เรามักจะลืมว่า คอนกรีตหนา 20 ซม.เป็นมวลสะสมความร้อน จริงอยู่ อัตราการนำความร้อน จะต่ำ ค่าความร้อนที่คำนวณเป็น บีทียู/ชม.ก็ต่ำ แต่จะพบว่า ปริมาณบีทียูที่คอนกรีตสะสมไว้แล้วค่อยๆคายออกมาก็ยังมากอยู่ ในหลายกรณี จึงยังคงต้องใช้ฉนวน เพื่อแยกคอนกรีตออกจากสภาวะอากาศภายนอก อาคารบางหลังที่ชั้นล่างเป็น ห้องปิด และ ไม่ปรับอากาศ แต่ชั้นบนปรับอากาศ ที่เพดานจะเกิดเชื้อรา เนื่องจากการกลั่นตัวของความชื้นที่ไปเกาะเพดาน
ห้องปรับอากาศที่เย็นแต่ชื้น มักจะทำให้รู้สึกคล้ายกับเป็นหวัด เนื่องจากการแพ้อากาศ และทำให้เกิดเชื้อรา วัณโรค ได้โดยง่าย
ห้องปรับอากาศจำนวนไม่น้อยที่ติดตั้งพัดลมระบายอากาศที่กระจกหรือผนังจำนวนมาก เนื่องจากต้องการให้มีอากาศบริสุทธิ์ที่เพียงพอ ซึ่งเป็นเรื่องที่เกินความจำเป็น และทำให้ห้องมีความดันอากาศเป็นลบ และ ทำให้อากาศภายนอกรั่ว เข้ามากตามประตูหน้าต่าง ไม่สามารถควบคุมอุณหภูมิและความชื้น รวมทั้งฝุ่นได้
การเจาะช่องอากาศ บริสุทธิ์เข้า เครื่องปรับอากาศ โดยไม่ต่อท่อเข้าเครื่องก็ไม่ได้ประโยชน์ เพราะอากาศจะไม่เข้าเครื่อง แต่จะกลายเป็นช่องที่เปิดทิ้งไว้ โดยที่ควบคุมอะไรไม่ได้
ม่านอากาศ (Air Curtain) ที่เข้าใจว่าใช้ป้องกันการรั่วไหลของแอร์ได้นั้น ก็ไม่เป็นความจริง ใช้ไล่แมลงวันได้เท่านั้น
สถาปนิกมักจะใส่ประตูที่ห้องน้ำ เนื่องจากต้องการให้ประตูกันกลิ่นจากห้องน้ำ ซึ่งก็กันไม่ได้ เนื่องจากประตูนั้นมีเกล็ดที่ประตู ซึ่งสถาปนิก น่าจะคิดให้ห้องน้ำมีการระบายอากาศตามธรรมชาติที่ดี ห้องน้ำก็จะไม่มีกลิ่น บางครั้งการใส่ประตูกลับขวางการระบายอากาศและเป็นสาเหตุที่ทำให้เกิดกลิ่นเสียเอง
เมื่อวิศวกรออกแบบระบบน้ำร้อน ก็มักจะออกแบบให้น้ำร้อน 50-55 ํ ซ แล้วให้ไปผสมกับน้ำเย็นที่ก๊อก โดยออกแบบตามฝรั่ง ทั้งๆที่ใช้น้ำอุ่น 40-45 ํซ แล้วไม่ต้องผสมให้ยุ่งยากอีกก็ได้ ท่อก็ไม่เป็นตะกรันด้วย ไม่ต้องใช้ท่อทองแดงหรือใส่ฉนวนหนาๆให้วุ่นวาย ไม่มีไอน้ำจากการอาบน้ำที่จะระเหยเข้าไปในห้องนอนที่ปรับอากาศ
ประตูห้องน้ำ ขนาดใหญ่เล็กต่างกันก็มีผลอีก ประตูห้องน้ำกว้าง 70 ซม.ก็พอแล้ว แต่เราก็มักจะใส่ประตูขนาด 80-90 ซม.ซึ่งกว้างเกินไป ทำให้ความชื้นจากห้องน้ำเข้ามามากขึ้น
เรื่องที่กล่าวมาข้างต้นนี้ เป็นเรื่องที่ไม่ค่อยมีใครพูดถึง แต่ก็เป็นสาเหตุที่สำคัญที่ทำให้มาตรการอนุรักษ์พลังงานไม่ได้ผลตามที่ตั้งเป้าหมายไว้
ในการออกแบบอาคารใหม่ให้เป็นอาคารอนุรักษ์พลังงานนั้น ง่ายกว่าการปรับปรุงอาคารเก่า แต่ก็ไม่ง่ายนัก หากมีข้อจำกัด

ข้อจำกัด มี 2 ส่วนคือ ส่วนภายนอกและส่วนภายใน
ส่วนภายนอกได้แก่ ข้อจำกัดเรื่องพื้นที่ ข้อจำกัดทางด้านงบประมาณ ข้อจำกัดเนื่องจากเจ้าของ
ส่วนภายใน ได้แก่ ข้อจำกัดทางด้านการออกแบบ
ทั้งหมดนี้ ข้อจำกัดทางด้านพื้นที่ เป็นข้อจำกัดเดียวที่เปลี่ยนไม่ได้ นอกนั้น ส่วนใหญ่เป็นเรื่องที่จัดการได้
จากจุดนี้ อยากให้พวกเรามาลองเอ็กเซอร์ไซซ์ สร้างแนวคิดการออกแบบอนุรักษ์พลังงาน โดยเน้นการออกแบบระบบPASSIVE เน้นเรื่องการสร้างสภาพแวดล้อมที่ดี เน้นเรื่องการแบ่งประเภทการใช้งาน(Zoning) เน้นเรื่องการระบายอากาศตามธรรมชาติ เน้นเรื่องการจัดทำระบบฉนวน เน้นเรื่องการใช้แสงธรรมชาติ

บ้าน

อาคารที่อยู่ใกล้ตัวเรามากที่สุดก็คือ”บ้าน”นี่เอง
นักออกแบบสามารถสร้างนวัตกรรมใหม่กับอาคารประเภทนี้ได้อีกหลายรูปแบบ
สมมติว่ามีคนให้ออกแบบบ้านสักหลังบนเนื้อที่ 200 ตร.วา เป็นบ้าน 3 ห้องนอน เดิมสถาปนิกก็มักจะสัมภาษณ์เพื่อให้รู้ถึงความต้องการและรสนิยม แล้วก็วางผัง ออกแบบให้มีรูปด้านภายนอกที่ดูดี และพื้นที่ภายในที่คาดว่าอยู่สบาย โดยเมื่อได้ผังแล้วก็จะคุยกับวิศวกรเพื่อออกแบบระบบโครงสร้างและงานระบบวิศวกรรมต่างๆ
การออกแบบผสมผสานจะมีจุดเริ่มต้นที่ต่างกัน คือหลังจากทราบความต้องการและรสนิยมของเจ้าของบ้านแล้ว จะต้องสร้างการยอมรับกับบ้านในแนวความคิดใหม่ด้วย หลังจากนั้นก็วางผัง และ ออกแบบ โดยนำความรู้ทั้งทางด้านสถาปัตยกรรมและวิศวกรรมมาประกอบเข้าด้วยกัน ต่อไปสถาปนิก ที่มีความชำนาญในการออกแบบในลักษณะนี้ก็จะมองภาพของการประกอบ งานสถาปัตยกรรมและวิศวกรรมเข้าด้วยกันกับความต้องการของเจ้าของบ้านได้ชัดด้วยตัวเองมากขึ้น สามารถประยุกต์ได้อย่างมีสมดุลย์
การออกแบบคงจะต้องเริ่มจากส่วนที่สำคัญที่สุด คือส่วนที่ใช้นอนซึ่งเป็นส่วนที่ใช้เวลาอยู่มากที่สุด และส่วนบริการหลัก เช่น ห้องน้ำ ห้องอาหารและห้องครัว
สมมติว่าเจ้าของบ้านยอมรับแนวความคิดใหม่ได้ ส่วนใหญ่การใช้เครื่องปรับอากาศจะใช้ที่ห้องนอน ห้องรับแขก ห้องนั่งเล่น ห้องทานอาหาร จะใช้เครื่องปรับอากาศเมื่อรับแขก และวันหยุดที่มีอากาศร้อน ก็จะต้องออกแบบส่วนห้องนอนให้เหมาะกับการใช้เครื่องปรับอากาศ และส่วนอื่นๆให้เหมาะกับการระบายอากาศ ในขณะที่สามารถใช้เครื่องปรับอากาศได้ด้วย
ห้องที่ใช้เครื่องปรับอากาศอยู่เสมอ ควรจะมีระบบการกันความร้อนที่ดี ไม่เป็นมวลสะสมความร้อนและมีหน้าต่างที่จำกัด ส่วนห้องที่ระบายอากาศได้ดีควรจะโปร่ง มีความสูงและก็ไม่เป็นมวลสะสมความร้อนเช่นเดียวกัน
การออกแบบบ้านยังมีรายละเอียดต่างๆอีกมากมายที่น่าจะนำมาศึกษา เช่นตัวอย่างดังต่อไปนี้ เพราะถึงบ้านจะเป็นอาคารขนาดเล็ก แต่ก็ต้องอาศัยประสบการณ์สูง สถาปนิกที่มีชื่อเสียงก็มักจะมีผลงานออกแบบบ้านอยู่ด้วยเสมอ

สำนักงาน

เมื่อก่อนนี้ การออกแบบสำนักงานก็จะเริ่มที่การคำนวณพื้นที่สำนักงานสูงสุดที่สามารถสร้างได้ เพื่อที่จะได้นำไปใช้ในการประมาณค่าก่อสร้างและคำนวณการลงทุน หลังจากนั้นสถาปนิกก็จะนำโจทย์นี้ไปใช้ในการออกแบบ โดยให้สอดคล้องกับเทศบัญญัติและแต่งเติมให้ดูสวยงาม หลังจากที่ได้รูปแบบที่ต้องการแล้วก็จะคุยกับวิศวกรเพื่อให้อาคารสามารถนำไปก่อสร้างให้เป็นจริงได้
ดูเหมือนว่า ลำดับขั้นการทำงานนี้จะเป็นสูตรสำเร็จ และไม่มีทางเลือกเป็นอย่างอื่น ในที่สุดก็ต้องยอมรับว่า รูปแบบอาคารถูกกำหนดจากขนาดที่ดินและข้อกำหนดระยะเว้น ระยะร่นตามกฎหมาย ไม่ได้เป็นไปตามหลักทางสถาปัตยกรรมและวิศวกรรมที่ถูกต้องแต่อย่างใด จึงมีเหตุผล หากจะกล่าวกันว่า เทศบัญญัติ และพรบ.ควบคุมอาคาร ควรจะได้รับการแก้ไข
อย่างไรก็ตาม ยังมีอีกหลายอย่างที่นักออกแบบจะทำได้ภายใต้ข้อจำกัดในปัจจุบัน โดยอาศัยหลักการออกแบบผสมผสาน ดังตัวอย่างต่อไปนี้

ตัวอย่างที่ 1

ธนาคารแห่งหนึ่งต้องการให้ออกแบบสำนักงานธนาคาร โดยต้องการให้มีพื้นที่ใช้งานของธนาคาร 5000 ตร.ม. และให้อาคารสูง 35 ชั้น (เพราะต้องการสูงกว่าอาคารข้างเคียง) โดยใช้พื้นที่สำนักงานที่เหลือเป็นสำนักงานให้เช่า ยูนิตละประมาณ 50 ตร.ม. ส่วนที่จอดรถให้อยู่ในชั้นใต้ดิน พื้นที่ดิน 2100 ตร.ม. และไม่มีข้อจำกัด FAR

ตัวอย่างที่ 2

ธนาคารแห่งหนึ่งต้องการให้ออกแบบสำนักงานธนาคาร โดยต้องการให้มีพื้นที่ธนาคาร 29,000 ตร.ม. พื้นที่ดิน 38 ไร่ เป็นพื้นที่สำนักงาน 14,400 ตร.ม.

โรงพยาบาล

อาคารประเภทโรงพยาบาลจัดอยู่ในประเภทของอาคารที่ออกแบบยากที่สุดประเภทหนึ่ง เนื่องจากข้อกำหนดความต้องการที่ซับซ้อน โดยเฉพาะอย่างยิ่งในส่วนของการป้องกันการติดต่อของเชื้อโรค
ที่ผ่านมา มีการนำแนวทางการออกแบบเพื่อให้โรงพยาบาลไม่เหมือนโรงพยาบาล ให้มีบรรยากาศเหมือนโรงแรม โดยหวังว่าจะมีผลที่ดีกับลูกค้าที่เป็นคนไข้ ทำให้คนกล้าที่จะมาโรงพยาบาลกันมากขึ้น เมื่อเศรษฐกิจตกต่ำ คนไข้ก็มาใช้บริการน้อยลง เมื่อรายได้ลดลง การบำรุงรักษาระบบปรับอากาศก็ถูกละเลย ผลก็คือการติดเชื้อที่เพิ่มสูงขึ้น
การติดเชื้อ มีสาเหตุมาจากการปรับอากาศ
ดังนั้น การป้องกันการติดเชื้อคือการใช้การปรับอากาศเท่าที่จำเป็น จัดแบ่งพื้นที่ปรับอากาศเป็นสัดส่วนแยกจากกัน(Zoning) และควบคุมให้พื้นที่ปรับอากาศมีการกรองอากาศที่ดี มีการควบคุมความดันอากาศให้เป็นบวก มีการควบคุมอุณหภูมิและความชื้น
เมื่อเป็นเช่นนี้ ก็จะสอดคล้องกับ Energy Environment Safety หรือ EES ตัวอย่างการจัดพื้นที่ให้เป็นสัดส่วนแยกกันเพื่อป้องกันการติดเชื้อเป็นดังนี้

บทสรุป

จากตัวอย่างดังกล่าวข้างต้น จะเห็นได้ว่า การออกแบบอาคารอนุรักษ์พลังงานจะต้องมีการผสานการออกแบบระหว่างงานวิศวกรรม สถาปัตยกรรมและงานโครงสร้างอาคารเสมอ ไม่สามารถมองแต่ละส่วนแยกกันได้ ในขั้นตอนของการวางหลักการอนุรักษ์พลังงานในระหว่างการออกแบบ หลักการทางด้านเทคนิคที่น่าสนใจคือ
1. การจัดประเภทพื้นที่อาคาร เพื่อให้รู้ว่า พื้นที่ไหนควรจะเป็น Control Zone หรือ Semi-Passive Zone หรือ Passive Zone
2. การสร้างสภาพแวดล้อมที่ดี เพื่อลดช่องว่างระหว่างAmbient Condition และIndoor Condition
3. การวางผัง เพื่อให้ประสานกัน และให้เกิดการใช้ประโยชน์ร่วมกัน
4. การวางระบบหลัก ให้อยู่ที่ศูนย์กลางของกิจกรรม
5. การระบายอากาศตามธรรมชาติ เป็นวิธีที่ใช้ได้ผลดีสำหรับประเทศไทย และพื้นที่Passive Zone
6. การให้แสงสว่าง โดยการให้ความสำคัญกับการใช้แสงธรรมชาติ และการใช้ระบบไฟฟ้าแสงสว่างที่ประหยัดพลังงาน
7. BUILDING ENVELOPE เพื่อให้ค่าOTTVต่ำกว่า 45 วัตต์/ตร.เมตร
8. DISTRICT COOLING เพื่อเป็นการลดขนาดเครื่องทำความเย็นโดยรวม
9. TRANSITION ZONE เพื่อใช้เป็นพื้นที่กันชนระหว่างControl Zoneและ Passive Zone
10. OUTDOOR AIR UNIT สำหรับควบคุมคุณภาพอากาศภายในอาคาร และความชื้น
11. LOW LOSS เพื่อให้ระบบมีการรั่วและมีแรงเสียดทานน้อย

ที่น่าเจ็บใจก็คือ คนไทยเชื่อฝรั่ง ยอมจ่ายแพง แต่ทีคนไทย กลับไม่เชื่อ และจ่ายถูกๆ

tOp^ rOOt