ประสิทธิผลในการลดความร้อนที่เข้าสู่อาคารโดยใช้ระบบท่ออากาศฝังดิน กรณีศึกษา : หอสมุดสยามบรมราชกุมารี วัดจันเสน จังหวัดนครสวรรค์

Abstract

งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาประสิทธิผลในการลดความร้อนที่เข้าสู่อาคาร โดยการใช้ท่ออากาศฝังดินตามสภาพการใช้งานจริง เนื่องจากดินมีอุณหภูมิต่ำและเปลี่ยนแปลงตลอดปีน้อยซึ่งอยู่ในช่วง 27-29 C จึงมักพบทฤษฎีในการออกแบบโดยให้อากาศภายนอกไหลผ่านท่อฝังใต้ดิน เพื่อทำให้อากาศเย็นลงก่อนนำเข้าสู่อาคาร แนวคิดดังกล่าวนี้มีการนำมาใช้ในประเทศไทย แต่ยังขาดการประเมินผลกับอาคารที่ผ่านการใช้งานมาอย่างต่อเนื่องและเป็นระยะเวลายาวนาน สำหรับอาคารหอสมุดสยามบรมราชกุมารีที่วัดจันเสน ได้ถูกออกแบบโดยใช้ระบบท่ออากาศฝังดนมาตั้งแต่ พ.ศ.2541 มาจนกระทั้งปัจจุบัน ตัวอาคารมีขนาด 8.5x14 ม. มีท่ออากาศฝังดินทำด้วยซีเมนต์ขนาดหน้าตัด 80x80 ซม. ยาวท่อละ 8 ม. วางขนานทั้งหมด 5 ท่อ ลึกจากผิวดิน 1.8 ม. ต่อเข้ากับท่อพีวีซีเส้นผ่าศูนย์กลาง 6 นิ้วที่เป็นจุดลมเข้าและปล่อยลมออก โดยมีบ่อดักความชื้นขนาด 70x70 ซม. อยู่ในช่วงปลายท่อลมออกเพื่อกันความชื้นก่อนที่อากาศจะไหลเข้าสู่อาคาร งานวิจัยได้แบ่งการศึกษาออกเป็นสามช่วง ในช่วงแรกตามสภาพใช้งานจริงพบว่า ประสิทธิผลการลดความร้อนต่ำ จากปัญหาน้ำท่วมขังและการอุดตันภายใน ระดับปากท่อลมเข้าต่ำและมีต้นไม้ปิดบัง ทำให้อากาศในท่อไม่ไหลเวียนจึงไม่ส่งผลต่ออาคาร หลังการปรับปรุงระบบท่อในการศึกษาช่วงที่สองพบว่ามีประสิทธิผลที่ดีขึ้น จากการนำน้ำและถ่านออก ปรับปรุงสภาพแวดล้อมและปากท่อลมเข้า ติดตั้งพัดลมดูดอากาศทุกท่อ ทำให้อากาศในท่อมีอัตราการไหลมากขึ้น เมื่ออากาศผ่านท่อในช่วง 7.30-21.30 น. อุณหภูมิของแต่ละท่อจะลดลงเฉลี่ย 2.2-2.6 C ส่วนเวลา 21.30-7.30 น. อุณหภูมิอากาศที่ผ่านท่อจะสูงขึ้นเฉลี่ย 1 C ในช่วงที่สามทิ้งระยะหลังปรับปรุง 6 เดือน พบปัญหาน้ำท่วมขังเช่นเดิม ประสิทธิผลจึงกลับมาอยู่ในระดับที่ต่ำเช่นเดียวกับการศึกษาช่วงแรก จากการศึกษาสรุปว่าระบบท่อจำเป็นต้องใช้พัดลมดูดอากาศ จึงสามารถลดอุณหภูมิในช่วงกลางวันได้ แต่สิ่งที่ต้องคำนึงในการออกแบบคือการป้องกันปัญหาน้ำท่วมขังและการอุดตัน ดังนั้นจึงต้องมีการดูแลรักษาระบบท่ออย่างสม่ำเสมอ สามารถตรวจสอบและแก้ไขทำความสะอาดได้โดยง่าย ระบบท่ออากาศฝังดินจึงจะมีประสิทธิผลตามผู้ออกแบบต้องการและตลอดอายุใช้งาน

The purpose of this research is to study the efficiency in reducing heat gain by using earth tube system. The soil temperatures, at about 27-29 C, are lower than that of the air temperatures and soil temperatures vary slightly year round. This leads to the design concept in reducing heat gain by allowing the outside air to pass through the underground duct to lessen its temperature before entering the indoor space. In Thailand such a concept was introduced in building design for a long time. However, it was not evaluated how well it can reduce the outside air temperatures passing through the earth tube system. Sayamboromrajakumari Library in Wat Chansen is one of the project that has employed the earth tube system since 1998. The building size is of 8.5 x 14 m. The earth tube system consists of 5 concrete ducts of 80 x 80 cm. and each with 8 meters long, They were buried in parallel under the building 1.8 meters deep. A both end of each tube was connected with a PVC pipe of 6 inches diameter for inflow and outflow air. The dehumidifying chamber, 70 x 70 cm, was installed at the end of the outlet. The outflow air will pass through tis chamber before entering the building. This study was divided into 3 experiments. First assessment is to find problems of earth tubes, which were trapped water and clogged in the tube systems, low level of air inlet, plants blocking air inlet. It was found that there was no air flow in the tube and no effect to the building temperature. Above problem was fixed in second experiment by removing water inside the ducts and charcoal in earth tube system, removing plants around the air inlets, raising the level of air inlets, and installed ventilation fan. After this improvement outside air can flow through the duct and outflow temperatures changed in relation to the outside air temperatures. It was found that the outside air temperatures passing through the earth tubes would reduce about 2.2-2.6 C by average during 7.30 a.m. to 9.30 p.m. However, during 9.30 p.m. to 7.30 a.m. it would be higher about 1 C. In the third experiment, after six month later, it was found that inside the earth tubes were flooded with water again because of the tube leakage. The efficiency of earth tubes was low. Which was similar to the first experiment. This study showed that to reduce heat gain by using earth tubes effectively, it is necessary to use fan to increase the airflow speed inside the duct. The major considerations of this system are to prevent water leakage and require good maintenance regularly. The system must provide an access for checking an cleaning tubes easily in order that it can work properly as a designer expects.