พลังงาน ระบบปรับอากาศ #2 hvac #2vjatuwat/hvac2.pdf · 1...

1

ดร. จตุวัฒน วโรดมพันธ, LEED AP คณะสถาปตยฯ มหาวทิยาวยัธรรมศาสตร

ระบบปรับอากาศ #2HVAC #2

โดย

ดร. จตุวัฒน วโรดมพันธ, LEED AP.


พลังงานพื้นฐานของการทํางานของระบบปรบัอากาศ

IAQ

Thermal Comfort

ControlledEnvironment

Energy

50-75% ของพลังงานในบานพักอาศัยในไทย ถูกใชไปกับการปรับอากาศ


Compressor

Expansion Valve

Condensing Coil

Evaporator Coil

Pressure Reducing Valve, Expansion valve

Low pressure GAS withlow temperature

Low pressure LIQUID with high temperature

High pressure LIQUID with high temperature

High pressure GAS with Low temperature

90F 75F 45 F140 F

EVAPORATORCONDENSOR

พื้นฐานของการทํางานของระบบปรับอากาศดร. จตุวัฒน วโรดมพันธ, LEED AP คณะสถาปตยฯ มหาวทิยาวยัธรรมศาสตร

องคประกอบการใชพลังงานของเครื่องปรับอากาศ

Site and Climate

Building Occupancy

http://www.doe2.com/equest/

eQUEST is the DOE-2 energy simulation tools that combines all these components.

ภาระการทําความเย็น กําลัง พลังงาน

2


SI systemEnergy (Wh)= Power (W) x Time (h)

Imperial systemEnergy (Btu) = Power (Btu/h) x Time (h)

Conversion1 Wh = 3.412 Btu, 1 kWh =3,412 Btu

Example • หลอดไฟ 1 หลอด มีกําลัง 60 W ถูกเปดทิ้งไว 3 ชั่วโมง

จะใชพลังงานไปเทาไหร และคิดเปนคาไฟเทาไหร• 60x3 = 180 Wh = 180x3.412 Btu = 614.16 Btu• 1000 Wh = 1kWh = 3.5 baht • 180 Wh = 0.63 baht

ภาระการทําความเย็น กําลัง พลังงานดร. จตุวัฒน วโรดมพันธ, LEED AP คณะสถาปตยฯ มหาวทิยาวยัธรรมศาสตร

ภาระการทาํความเยน็ (Cooling Load)การคํานวณขนาดเครื่องปรับอากาศ

การใชพลงังาน

2,5006010.618,000

Hr/Yearการใชงาน%เฉลี่ยการทํางานBtu/WhEERBtu/hขนาด

18000 x1/10.6 x 0.6 x 2500 = 2,550,000 Wh

= 2,550 kWh = 9,000 บาทตอป


หัวขอ• ระบบเครื่องปรับอากาศขนาดกลาง/ใหญ• ระบบจายอากาศภายในหอง• ระบบกระจายอากาศ• ระบบเครื่องทําความเย็น• ระบบระบายความรอน• ระบบตอบสนองความตองการที่แตกตาง• ความปลอดภัย• ตัวอยางการปรับอากาศในอาคารขนาดใหญ• สรุป


ขอแตกตางกับระบบของอาคารเล็กระบบของอาคารขนาดกลาง/ใหญควรมี• ระบบอากาศภายนอก• ประสิทธิภาพท่ีสูงขึ้น• ระบบควบคุมท่ีตอบสนองความตองการท่ีแตกตาง• มีประเด็นเรื่องความปลอดภัยมาเกี่ยวของ

ระบบเครื่องปรับอากาศขนาดกลาง/ใหญ

3


ขอแตกตางกับระบบของอาคารเล็กระบบของอาคารขนาดกลาง/ใหญควรมี• ระบบอากาศภายนอก

ระบบเครื่องปรับอากาศขนาดกลาง/ใหญดร. จตุวัฒน วโรดมพันธ, LEED AP คณะสถาปตยฯ มหาวทิยาวยัธรรมศาสตร






ทัว่ไปโรงพยาบาล หรอื สาํนกังานเกรด A

Ref: AR441 (2008) คุณ จักรพันธ ภวังคะรัตน




4


ขอแตกตางกับระบบของอาคารเล็กระบบของอาคารขนาดกลาง/ใหญควรมี• ประสิทธิภาพท่ีสูงขึ้น

ระบบเครื่องปรับอากาศขนาดกลาง/ใหญดร. จตุวัฒน วโรดมพันธ, LEED AP คณะสถาปตยฯ มหาวทิยาวยัธรรมศาสตร



= 3.01 COP




น้ํา 1 ลบ. ฟุต หนัก 13 lbs มีความจุความรอน 1 Btu/lbs F

อากาศ 1 ลบ. ฟุต หนัก 0.7 lbs มีความจุความรอน 0.25 Btu/lbs F

น้ํา 1 ลบ. ฟุต มี Thermal Mass = 13 Btu/h

อากาศ 1 ลบ. ฟุต หนัก 0.7 lbs มีความจุความรอน 0.25 Btu/lbs F = 0.175 Btu/h

ที่ปริมาตรเทากัน น้ํา กักเก็บความเย็นไดมากกวา อากาศ 80 เทา


ระบบเครื่องปรับอากาศขนาดกลาง/ใหญ•ขอแตกตางกับระบบของอาคารเล็ก•ระบบของอาคารขนาดกลาง/ใหญควรมี• ระบบควบคุมท่ีตอบสนองความตองการท่ีแตกตาง

Core Zone VS Parameter Zone

5


ระบบเครื่องปรับอากาศขนาดกลาง/ใหญ•ขอแตกตางกับระบบของอาคารเล็ก•ระบบของอาคารขนาดกลาง/ใหญควรมี• มีประเด็นเรื่องความปลอดภัยมาเกี่ยวของ

ทอลมที่ไมมีระบบกันไฟอาจเปนส่ือใหไฟลามขามช้ัน



ระบบเครื่องปรับอากาศขนาดเล็ก

สวนระบายความรอน สวนทําความเย็น สวนจายอากาศในหอง

Air Cool Compressor

Evaporator Room

Split type


ระบบเครื่องปรับอากาศขนาดกลาง

สวนระบายความรอน สวนทําความเย็น สวนกระจายอากาศ สวนจายอากาศในหอง

Air Cool Compressor

Package Unit Room

Air-Cooled Package (3-140 Tons)


ระบบเครื่องปรับอากาศขนาดกลาง


Air Cool Compressor

ChillerRoom

Air-Cooled Chiller (10-500 Tons)

AHU

6


ระบบเครื่องปรับอากาศขนาดใหญ


Cooling Tower

Chiller

AHURoom

Water-Cooled Chiller 30-2700 Tons


ระบบจายอากาศภายในหอง

Return AirSupply Air


Return GrillSupply Diffuser

ระบบจายอากาศภายในหองดร. จตุวัฒน วโรดมพันธ, LEED AP คณะสถาปตยฯ มหาวทิยาวยัธรรมศาสตร

Mixing Jet Ventilation (MJV) Local Exhaust Ventilation (LEV) Piston Ventilation

Displacement Ventilation (DV) Impinging Jet Ventilation (IJV)


7


ระบบการกระจายอากาศ

Displacement Ventilation at SuwannabhumiAirport, Bangkok, Thailand

Local Exhaust in industrial applications recommended by Health and Safety Executive (HSE) of UK

Mixing system of Angel Hall, The University of Michigan


Mixing Jet Ventilation [Temperature] at 47 W/sq.m.


ดร. จตุวัฒน วโรดมพันธ, LEED AP คณะสถาปตยฯ มหาวทิยาวยัธรรมศาสตรBack to main

Displacement Ventilation [Temperature] at 47 W/sq.m.


Schlieren & Shadowgraph techniques

Settles, G.S. The Penn State Full-Scale Schlieren System. in The 11th International Symposium on Flow Visualization. 2004. Notre Dame University.Settles, G.S., Schlieren and shadowgraph techniques : visualizing phenomena in transparent media. c2001, Berlin ; New York: Springer. 376.


8


Chilled Beam• Save Space?• Save Energy?• Problem?


ระบบการกระจายอากาศCooling Load Pre-estimation

High Cooling Load1,200-1,500หองจัดงานเลี้ยงในโรงแรม1,200-2,000หองคอมพิวเตอร

Mid Cooling Load600-800สํานักงาน600-800หางสรรพสินคา

Btu/h ตอ ตร.ม.Functions

600-800หองพักโรงแรม

400-500ทางเดินLow Cooling Load

800-1,200รานอาหาร600-800ที่พักอาศัย




Cooling Tower

Chiller

AHURoom


ระบบกระจายอากาศ

AIR HANDLING UNIT (AHU)• แลกเปลี่ยนความรอนจากนาเย็นสูอากาศ

• นําอากาศภายนอกมากกรองเพื่อจายผูใชอาคาร

• ระบายอากาศที่ใชแลวออกสูภายนอกหรือ zone อื่น

9


Thermal Zone• Solar Heat Gain• Comfort Requirement

ระบบกระจายอากาศดร. จตุวัฒน วโรดมพันธ, LEED AP คณะสถาปตยฯ มหาวทิยาวยัธรรมศาสตร

ระบบกระจายอากาศ• หอง AHU ควรมีพ้ืนท่ีประมาณ 4-5% ของพื้นท่ีปรับอากาศ• พ้ืนท่ีปรับอากาศเกิน 100 ตร.ม ควรมีหอง AHU• AHU 1 หองรองรับพ้ืนท่ีไดประมาณ 400 ตร.ม.• หอง AHU ควรมีผนัง 2 ดานติดกับพ้ืนท่ีปรับอากาศ เพื่อใหทอเขาออกได 2 ดาน

• สัดสวนของหองไมควรยาวกวา 2:1• หอง AHU ควรตรงกัน หากอาคารมีหลายชั้น








Space (mm)AHU Capacity (ton)4001050020

800-1,200>40700-80040600-70030

Structure 0.20-0.30Fire 0.20

Air Duct 0.40-0.60Lighting 0.15-0.25

10



ในประเทศไทย Damper แทบจะอยูใน Position เดียว เนื่องจากอากาศภายนอกรอนช้ืนมาก



Chiller จะจายน้าํมาที ่AHU โดย Chilled Water Pump โดยจะรกัษาแรงดนัในเสนทอใหคงที่

45F55F



การออกแบบเพือ่รกัษาสมดลุความดนัในเสนทอ

Direct Return Direct Return + Balance Valve

Reverse Return




Cooling Tower

Chiller

AHURoom

11


ระบบทําความเย็น

หลักการทาํงานของ Chiller ก็เหมอืนระบบทาํความเยน็ขนาดเล็ก เพยีงแต Compressor จะมีความหลากหลายและประสิทธภิาพสงู



ชนดิของ Chillers

Reciprocating Unit : ทํางานเหมือลูกสูบรถยนต

Positive Displacement (Rotary Screw and Scroll):ใชการหมุนบทอัดสารทําความเย็น

Centrifugal Compressor ใชการหมุนใบพัดความเร็วสูงท่ีปรับเปลี่ยนความเร็วได ในการบทอัดสารทําความเย็น

Absorption Chiller ใชความรอนมาเรงการละเลยของลิเทียมโบรไม เพื่อทําความเย็น

ไฟฟา

ความรอน



100-5,00090-1,00020-2,0003-100Appropriate Size (Ton)

LowerMediumLowerHighMaintenance Cost

Large, Low noise and vibration

Small, high pitched noise, no vibration

Small, quiet, no vibration

Larger, High noise and vibration

Space Requirement, noise, vibration

$1,000-1,400$500-700$500-800$450-600Initial Cost/TonAbsorptoinCentrifugalRotaryReciprocating

เวลาออกแบบควรเวนอยางนอยระยะ 1.2 เมตร รอบเครื่อง อีกทั้งควรมีระยะสําหรับการดึงแกนทอออกมา เทากับความยาวเครื่อง



การพวง (Decoupled) Chiller เพื่อใหแตละเครือ่งสนับสนนุการทาํงานซึง่กนัและกนัได เมือ่ Chiller 1 กําลังไมพอ Chiller 2 จะทาํงาน

12


ระบบทําความเย็นตัวอยางการคาํนวนพื้นที่

สมมตวิาภาระการทาํความเยน็ทัง้ระบบ เทากบั 1,000 ตัน

ควรเลือก Chiller Centrifugal

McQUAY WPV 350 (3 ตัว) ขนาด

W= 1.52 M L=4.3 M ตองเวนระยะ 2 เมตรโดยรอบ

พื้นทีเ่ครือ่ง W = 1.52+2+2 = 5.52

L = 4.3+2+2 = 8.3

WxL = 45.83 M2

ทั้งหมด 3 เครือ่ง = 132 M2

คิดพื้นที่ Pump (Chilled Water + Condensed Water) อีก 25% = 132+33 = 165 M2 (10x16.5M)




Cooling Tower

Chiller

AHURoom


ระบบระบายความรอน

95oF

85oF



HEAD (Pipe Friction) and STATIC LIFT

13



นํ้าจาก Chiller (Condensed Water) เขาสู Cooling Tower โดยตรง

มีประสิทธิภาพตั้งตนสูง

แตตองการการบํารุงรักษาเน่ืองจากมีปญหาเรื่องคุณภาพนํ้า

ราคาอุปกรณถูกNatural-Draft Open Cooling Tower



Induced-Draft Close Circuit Cooling Tower

นํ้าหรือสารทําความเย็นจาก Chiller (Condensed Water) แยกกับระบบนํ้าท่ีใชระเหย

ราคาอุปกรณแพง

ประสิทธิภาพขั้นตนนอยกวา Open loop แตเน่ืองจากไมมีปญหาคุณภาพนํ้า ระยะยาวประสิทธิอาจจะดีกวา

ยืดอายุ chiller


ระบบระบายความรอนCross-Flow Counter-Flow

•To minimize pump head.•To minimize pumping and piping first costs.•To minimize operating costs.•When condenser water flow variance is expected.•When ease of maintenance is a concern.

•When space (footprint) is restricted.•When icing is of extreme concern.•When pumping is designed for additional pressure drop.


ระบบระบายความรอนตัวอยางการคาํนวณพื้นที่

สมมตวิาภาระการทาํความเยน็ทัง้ระบบ เทากบั 1,000 ตัน

ควรเลือก Cooling Tower ประเภท Water Cooled

Trane Quite Series TQ8304H-1 370 (3 ตัว) ขนาด

W= 5.18 M L=2.71 M (A=2.8)

พื้นทีเ่ครือ่ง WxL = 14.03 M2

ทั้งหมด 3 เครือ่ง = 42.11 M2 (5.81x8.34M)

14


ระบบระบายความรอนดร. จตุวัฒน วโรดมพันธ, LEED AP คณะสถาปตยฯ มหาวทิยาวยัธรรมศาสตร


ระบบตอบสนองความตองการที่แตกตาง

“ทํายังไงถึงจะรองรับความตองการที่แตกตางดวย AHU ตัวเดียว”


ระบบควบคุมสภาพแวดลอม

เมื่อเรารูสึกรอนหรือหนาวไปเราปรับไดทั้ง

• ความเร็วลม

• อุณหภูมิ

VAV

CAV

VAV= Variable Air Volume

CAV= Constant Air Volume


ระบบควบคุมสภาพแวดลอม

CAV

VAV

ระบบ dual duct และ multi-zone ที่จะไมกลาวถึงในที่นี้

15


CAVขอดี

คุณภาพอากาศภายในอาคารดี

ไมคอยมีปญหาในการใชงาน

ขอเสยี

เปลืองพลังงาน

อาจมีปญหานํ้ารั่ว

อาคาร

Lab โรงพยาบาล สถานพยาบาล พื้นที่สาธารณะที่ IAQ เปนประเด็น

ระบบตอบสนองความตองการที่แตกตางดร. จตุวัฒน วโรดมพันธ, LEED AP คณะสถาปตยฯ มหาวทิยาวยัธรรมศาสตร

ขอดี

ประสิทธิภาพดานพลังงานดีขึ้น

ไมมีปญหานํ้ารั่ว

ขอเสยี

ดูแลรักษายาก

ออกแบบไมดีอาจมีปญหาเรื่องคุณภาพอากาศ

อาคาร

สํานักงาน พื้นที่สาธารณะที่ IAQ ไมไดเปนประเด็นมาก

VAV




Cooling Tower

Chiller

AHURoom

Room

Room

ระบบตอบสนองความตองการที่แตกตางดร. จตุวัฒน วโรดมพันธ, LEED AP คณะสถาปตยฯ มหาวทิยาวยัธรรมศาสตร



“ถาความตองการแตกตางกันมาก AHU อาจจะไมเหมาะ”

16




“AHU ขนาดเล็ก (ไมมี Fresh Air) ถูกเรียกวา Fan Coil Unit (FCU)”



ขอดี

ประหยัดพลังงาน

ตอบสนองคามตองการที่หลากหลาย

ขอเสยี

คุณภาพอากาศ

อาจมีปญหานํ้ารั่วอาคาร

คอนโด Service Apartment โรงแรม

Fan coil system



Cooling Tower

Chiller

FCU

Room

Room

Room


FCU

FCU



ขอดี

ประหยัดพลังงาน

คุณภาพอากาศดี

ขอเสยี

ราคาแพงกวา Fan coil

อาจมีปญหานํ้ารั่วอาคาร

คอนโด Service Apartment โรงแรม ชั้นดี

Induction Fan coil system/

Pre-cool Fan Coil

17




“ถาตองการคุณภาพอากาศที่ดีภายใตความตองการที่หลากหลาย”



Cooling Tower

Chiller

FCU

Room

Room

Room


FCU

FCU

AHU

Pre-Cool Unit




“ในกรณีอาคารขนาดกลาง การมี Chiller อาจไมคุม”

Typical AC



ขอดี

ประหยัดพลังงานกวาระบบ Split ทั่วไป

ขอเสยี

ราคาแพงกวา Split type

ปญหาเรื่องคุณภาพอากาศและเสียงอาคาร

คอนโด Service Apartment โรงแรม ขนาดเล็ก

WLHP

Water Loop Heat Pump

18



Cooling Tower

AC

Room

Room

Room


AC

AC


ความปลอดภัย

Zantika PubFire Retarded Insulation


ความปลอดภัยการเจาะทะลุ-ปองกันชองเปด

• ทอลมทะลุผานผนังทนไฟตั้งแต 2 ช่ัวโมงขึ้นไปตองติดตั้งลิ้นกันไฟ

• ทอลมทะผานพื้นทนไฟตองติดตั้งลิ้นกันไฟหรือตองหุม (Enclose) ตามที่กําหนด

การปองกันชองเปดแนวดิ่ง

• ทอลมทะลุผานพื้นของอาคารตองปดลอมดวยผนังที่สรางดวยวัสดุทนไฟ

• ผนังปดลอมชองเปดแนวดิ่งตองทนไฟไดไมนอยกวา 1 ช่ัวโมง สําหรับชองเปดแนวด่ิงที่อยูในอาคารสูงนอยกวา 4 ช้ัน

• ผนังปดลอมชองเปดแนวดิ่งตองทนไฟไดไมนอยกวา 2 ช่ัวโมง สําหรับชองเปดแนวด่ิงที่อยูในอาคารสูงตั้งแต 4 ช้ัน

• ในกรณีทอลมทะลุผานพื้นอาคารเพียงช้ันเดียว สามารถใชลิ้นกันไฟแทนผนังปดลอมได



ความปลอดภัยหอง AHU ที่เชื่อมกับชองเปดที่ทีทอลมแนวด่ิงตองมีการกั้นดวยผนังทนไฟระหวางหองกับชองเปดน้ัน


19


ความปลอดภัย


ขอบัญญัติ กทม. เรื่องควบคุมอาคารป 2544

ขอ81 อาคารขนาดใหญตองจัดใหมีวัสดุทนไฟปดกั้นชองทอตางๆ ระหวางชั้นทุกชั้นของอาคาร


ตัวอยางการปรับอากาศในอาคารขนาดใหญ

Shinawatra Universityมหาลัยชินวตัร โดย ศ.ดร. สุนทร บุญญาธิการ



มหาลัยชินวตัร โดย ศ.ดร. สุนทร บุญญาธิการ




20







Day time useMaintain Cooling




Night time useMaintain Cooling


Air Conditioning Cost Decrease

- 75 Million Baht

Building Envelope Cost Increase

+ 25 Million Baht

Invesment Reduction

50 Million Baht

Investment Reduction


21


References[1.] McDowall, R. (2006). Fundamentals of HVAC Systems. (1 ed).

ASHRAE e-Learning: Elsevier.[2.] Stein, B., J. Reynolds, and W.J. McGuinness. (1992).

Mechanical and Electrical Equipment for Buildings. New York: J. Wiley & Sons.

[3.] ASHRAE. (2005). ASHRAE Handbook. Fundamentals. Atlanta, Ga: American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers, Inc.

[4.] Olgyay, V. and A. Olgyay. (1963). Design with Climate: Bioclimatic Approach to Architectural Regionalism. Some Chapters based on Cooperative Research with Aladar Olgyay. Princeton, NJ.: Princeton University Press.

[5.] Boonyatikarn, S. (2002). Integrative Design of ShinawatraUniversity (การออกแบบประสานระบบมหาวิทยาลัยชินวัตร).Bangkok: GM Max Media.


สรุป• ระบบเครื่องปรับอากาศขนาดกลาง/ใหญ• ระบบจายอากาศภายในหอง• ระบบกระจายอากาศ• ระบบเครื่องทําความเย็น• ระบบระบายความรอน• ระบบตอบสนองความตองการที่แตกตาง• ความปลอดภัย• ตัวอยางการปรับอากาศในอาคารขนาดใหญ

พลังงาน ระบบปรับอากาศ #2 hvac #2vjatuwat/hvac2.pdf · 1...

Documents