การศึกษาเปรียบเทียบความคุ้มทุนในการใช้ฉนวนกันความร้อนที่หลังคาของบ้านพักอาศัยในกรุงเทพฯ และเชียงใหม่

Abstract

งานวิทยานิพนธ์ชิ้นนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาเปรียบเทียบผลของการติดตั้งฉนวนกันความร้อนที่บริเวณหลังคาและฝ้าเพดานของบ้านพักอาศัย โดยศึกษาในด้านอุณหภูมิภายในอาคาร สภาวะน่าสบาย การประหยัดการใช้พลังงานในการปรับอากาศ และระยะเวลาคืนทุน ใน 2 สภาพอากาศ คือ กรุงเทพฯ และ เชียงใหม่ อาคารที่นำมาศึกษาเป็นบ้านพักอาศัย 2 ชั้น ขนาดปานกลาง มีพื้นที่ใช้สอยประมาณ 150 ตารางเมตร โดยใช้โปรแกรมคอมพิวเตอร์ EnergyPlus จำลองการใช้ฉนวนกันความร้อนที่แตกต่างกัน 3 ชนิด ได้แก่ 1. แผ่นอลูมิเนียมฟอยส์ 2. ฉนวนใยแก้ว (ความหนา 1, 2, 3, 4, 5, และ 6 นิ้ว และ 3. ฉนวนโฟม PE (ความหนา 0.2, 0.5, 1.0, 1.5 และ 2 เซนติเมตร) สำหรับฉนวนใยแก้วและฉนวนโฟม PE มีทั้งแบบไม่หุ้มอลูมิเนียมฟอยส์ และแบบหุ้มอลูมเนียมฟอยส์ด้านบน ตลอดจนการศึกษาถึงการใช้ฉนวนใยแก้วและฉนวนโฟม PE วางบนฝ้าเพดานร่วมกับการใช้แผ่นอลูมิเนียมฟอยส์ใต้แป นำผลที่ได้จากการคำนวณของโปรแกรม EnergyPlus มาวิเคราะห์เพื่อหาฉนวนที่เหมาะสมกับสภาพอากาศของกรุงเทพฯและเชียงใหม่ ในสภาพอากาศกรุงเทพฯ กรณีที่ไม่ปรับอากาศ ในช่วงวันที่ 17-19 เมษายน, วันที่ 28-30 กรกฎาคม และ วันที่ 7-9 ธันวาคม ช่วงเวลากลางวัน การใช้ฉนวนทั้ง 3 ชนิด ทำให้อุณหภูมิในห้องนอนใหญ่ต่ำลง ประมาณ 2-4 องศาเซลเซียส แต่กลับทำให้อุณหภูมิสูงขึ้นในช่วงเวลากลางคืน ประมาณ 0.5-1.0 องศาเซลเซียส ในช่วงเวลา 19.00-07.00 น. การใช้แผ่นอลูมิเนียมฟอยส์ที่ใต้แปมีค่าผลรวมของอุณหภูมิในแต่ละชั่วโมงที่แตกต่างจากอุณหภูมิในช่วงสภาวะสบาย(23-26 C รวมตลอดระยะเวลา 1 ปี (T) สูงกว่าบ้านที่ไม่มีฉนวน 227 องศาเซลเซียส และมีผลรวมของค่า PMV ในแต่ละชั่วโมง ที่ออกห่างไปจากค่า PMV ที่ยอมรับได้ (-0.5-0.5) รวมตลอดระยะเวลา 1 ปี (PMV) สูงกว่าบ้านที่ไม่ฉนวน 20 หน่วย ในสภาพอากาศเชียงใหม่ กรณีที่ไม่ปรับอากาศ การใช้ฉนวนทั้ง 3 ชนิด ทำให้อุณหภูมิในห้องนอนใหญ่ต่ำกว่าบ้านที่ไม่มีฉนวนทั้งในเวลากลางวันและกลางคืน ประมาณ 1-6 องศาเซลเซียส และ 0.5-2.0 องศาเซลเซียส ตามลำดับ แต่เมื่อพิจารณาค่า T ในช่วงเวลา 19.00-17.00 น. การใช้ฉนวนทั้ง 3 ชนิดทำให้ค่า T สูงขึ้น การใช้แผ่นอลูมิเนียมฟอยส์ใต้แป มีค่า T สูงกว่าบ้านที่ไม่มีฉนวน 201 องศาเซลเซียส และการใช้ฉนวนใยแก้วหนา 6 นิ้ว หุ้มอลูมิเนียมฟอยส์ วงบนฝ้าเพดานร่วมกับการใช้แผ่นอลูมิเนียมฟอยส์ใต้แป PMV ลดลงมากที่สุด คือ 876 หน่วย กรณีที่ใช้เครื่องปรับอากาศในช่วงเวลากลางคืนเป็นส่วนใหญ่ (21.00-6.00 น.) ในสภาพอากาศกรุงเทพ ฉนวนกันความร้อนที่ช่วยลดค่าการใช้พลังงานในการปรับอากาศมากที่สุด และมีระยะเวลาคืนทุนสั้นที่สุด คือ แผ่นอลูมิเนียมฟอยส์ใต้แป ลดค่าการใช้พลังงานได้ 101 กิโลวัตต์ชั่วโมงต่อปี มีระยะเวลาคืนทุน 21 ปี ส่วนในสภาพอากาศเชียงใหม่ แผ่นอลูมิเนียมฟอยส์ใต้แป ลดค่าการใช้พลังงานได้ 48 กิโลวัตต์ชั่วโมงต่อปี มีระยะเวลาคืนทุน 40 ปี เมื่อเปรียบเทียบระหว่างกันหุ้มและไม่หุ้มอลูมิเนียมฟอยส์ที่ฉนวนใยแก้ว และฉนวนโฟม PE ในด้านอุณหภูมิ สภาวะน่าสบาย และการใช้พลังงาน มีค่าที่แตกต่างกันน้อย ในทั้งสองสภาพอากาศ อย่างไรก็ตามในกรณีที่ปรับอากาศในช่วงเวลากลางวัน (8.00-18.00 น.) การใช้ฉนวนกันความร้อนจะช่วยลดการใช้พลังงานของบ้านและมีระยะเวลาในการคืนทุนที่สั้นกว่าเมื่อเทียบกับกรณีที่ใช้เครื่องปรับอากาศในช่วงเวลากลางคืน

The objective of this research is to analyze the effectiveness of different types of roof insulation in a residential house and to accesses their performance on indoor air temperature, thermal comfort, energy savings, and payback period for Bangkok and Chiang Mai climates. The case study is medium-size, 150 m2 two-storey house. EnergyPlus, an energy simulation software, was used to simulate models of a case study house with different types of roof insulation materials. Three types of roof insulations were used in the study- 1) aluminum foil 2) fiberglass (1, 2, 3, 4, 5, and 6-inch thickness. With and without aluminum foil cover) 3) polyethylene (PE) foam (0.2, 0.5, 1.0, 1.5, and 2 cm, with and without aluminum foil cover). The combination of fiberglass or polyethylene foam placed over a ceiling and aluminum foil installed under roof purlins were also studies. Results from energy simulation were analyzed to find the optimum choice of roof insulations for Bangkok and Chiang Mai climates. For Bangkok climate, without air-condition, during the period of April 17-19, July 28-30, and December 7-9, the use of all types of insulation decreased indoor air in temperature in a bedroom during daytime around 2-4 C, but increased nighttime indoor air in temperature, 0.5-1.0 C. During 19.00-07.00, in case of using aluminum foil under roof purlins, the total hourly temperature difference from the comfort temperature (23-26 C) for one year (T) was 227 C higher than a house without any roof insulation (a base-case house). The total hourly PMV difference from the acceptable PMV value (-0.5-0.5) for one year (PMV) was also 20 units higher than a base-case house. For Chiang Mai climate, without air-condition, the use of all types of insulation decreased both daytime and nighttime indoor temperature around 1-6 C and 0.5-2.0 C respectively. However, during 19.00-07.00m the T were increased. For the use of aluminum foil installed under roof purlins, T was 201 C higher than a base-case house. The use of 6-inch fiberglass with aluminum foil cover and aluminum foil installed under roof purlins produced the highest reduction in PMV of 876 units. In case of using air-condition mainly at night (21.00-6.00). for Bangkok climate, the use of aluminum foil installed under roof purlins produced the highest energy-saving of 101 kWh/year and had the shortest payback period of 21 years. For Chiang Mai climate, the use of aluminum foil installed under roof purlins produced the highest energy saving of 48 kWh/year with 40-year payback. The effects of having aluminum foil cover on fiberglass or polyethylene upon indoor temperature, thermal comfort, and energy consumptions were not significant in both climates. However, in case of using air-condition during daytime (8.00-18.00), the use of insulations decreased energy consumption for air-condition and the payback period was shorter than that of using air-condition mainly at right.