HVAC System
New Office Building of [COE]

การออกแบบอาคารสาธารณะหรืออาคารสำนักงานที่มีผู้เข้าใช้อาคารจำนวนมากปัจจัยที่คำนึงถึงตั้งแต่อดีต คือการใช้พลังงานอย่างคุ้มค่า และระบบปรับอากาศระบายอากาศที่ใช้พลังงานกว่า 70% ของอาคารจะเป็นสิ่งที่ต้องถูกกล่าวถึงเสมอ อุปกรณ์ประหยัดพลังงานถูกนำมาใช้ในหลายรูปแบบซึ่งในบางกรณีอาจจะเป็นการถ่ายทอดเทคโนโลยีและความรู้จากตะวันตก ซึ่งภูมิอากาศที่แตกต่างกัน บางครั้งจึงอาจจะไม่เหมาะสมในภูมิอากาศร้อนชื้นแถบศูนย์สูตร (Tropical Climates) อีกทั้งในปัจจุบันปัญหาเรื่องมลพิษภายนอกที่กระทบต่อตัวอาคารเพราะผู้ใช้ไม่ว่าจะเป็นปัญหาฝุ่น PM 2.5 หรือจะเป็นการระบาดของไวรัสโควิท 19 (COVID-19) และในอนาคตจะต้องมีปัญหาใหม่ ที่จะเกิดขึ้น การออกแบบอาคารจึงต้องคำนึงถึงและสามารถปรับเพื่อรองรับปัญหาใหม่ๆ ได้ด้วย ซึ่งแนวทางสร้างสภาวะสิ่งแวดล้อมที่ให้ผู้ใช้อาคารมีสุขภาพดี (Well being) ถูกพูดถึงมากขึ้น และต่อไปการเข้าใช้อาคารไม่ว่าจะเป็นการทำงาน ทำกิจกรรม ค้าขาย หรืออยู่อาศัยในอาคารภายใต้ระบบปรับอากาศในเวลานานหลายชั่วโมง คำถามมีอยู่ว่า "เรากำลังอยู่ในที่ปลอดภัยหรือไม่" จากผู้ใช้อาคารจะดังขึ้นเรื่อยๆ

การออกแบบระบบปรับอากาศระบายอากาศในที่ทำการสภาวิศวกรพยายามจะออกแบบให้เหมาะสมกับภูมิอากาศในประเทศไทยที่เป็น (Tropical Climate) ซึ่งเป็นที่ทราบกันดีว่าเมื่อปฏิบัติตามมาตรฐานการออกแบบจะต้องการนำอากาศบริสุทธิ์ที่มีทั้งความร้อนและความร้อนสูง มาใช้เป็นอากาศบริสุทธิ์เติมเข้าอาคาร โดยจะต้องใช้พลังงานเพื่อลดอุณหภูมิและความชื้นมาก ซึ่งปริมาณการใช้พลังงานจะมากกว่าประเทศตะวันตกหลายเท่าตัวเนื่องจากสภาพอากาศที่แต่ตางกัน อีกทั้งการสร้างสภาวะอากาศที่ดีในอาคารยังต้องการปริมาณอากาศบริสุทธิ์เพิ่มมากกว่ามาตรฐานออกแบบปกติอย่างน้อย 30% ทั้งเหตุผลการสร้างสุขสภาวะที่ดี (Well being) และการอนุรักษ์พลังงาน ระบบทำความเย็นประสิทธิภาพสูงจะต้องถูกเลือกใช้ในกรณีนี้ อาคารที่ทำการสภาวิศวกรเลือกใช้ระบบทำน้ำเย็นแบบระบายความร้อนด้วยน้ำ (CHILLER WATER COOL SYSTEM) ซึ่งสามารถทำค่าพลังงานต่อตันความเย็นได้ดีมาก (KW/TON)

ในด้านของระบบเติมอากาศบริสุทธิ์ออกแบบให้มีการแยกเครื่องเติมอากาศบริสุทธิ์ (DEDICATED OUTSIDE AIR UNIT) โดยเฉพาะและมีกำลังจ่ายอากาศบริสุทธิ์มากกว่ามาตรฐานกำหนด 30% ซึ่งจะต้องมีอุปกรณ์ช่วยเพื่อลดการใช้พลังงานและ (DOAS) เครื่องเติมอากาศบริสุทธิ์ยังเป็นอุปกรณ์สำคัญในการป้องกัน PM 2.5 และเป็นอุปกรณ์หลักในการสร้างสภาวะอากาศภายในอาคารให้เป็นอาคาร 24/7

เนื่องจากความต้องการพลังงานในระบบปรับอากาศและระบายอากาศเป็น 70% ของพลังงานรวมทั้งอาคาร จึงต้องเลือกใช้ระบบปรับอากาศและระบายอากาศที่มีประสิทธิภาพสูงแม้อาคารที่ทำการสภาวิศวกรจะเป็นอาคารที่มีพื้นที่ไม่ถึง 10,000 ตารางเมตร หรือไม่ใช่อาคารใหญ่พิเศษ แต่ยังคงเลือกระบบผลิตน้ำเย็นและใช้เครื่องทำน้ำเย็นแบบระบายความร้อนด้วยน้ำ ซึ่งจะให้ประสิทธิภาพการทำงานที่สูง

เครื่องทำน้ำเย็นที่เลือกใช้เป็นเครื่องทำน้ำเย็นในเทคโนโลยีที่ทันสมัยพัฒนาจากเดิม คอมเพรสเซอร์จะเป็นชนิดใช้น้ำมันขับเคลื่อนด้วยพลังแม่เหล็ก (MAGNETIC OIL FREE COMPRESSOR)

ซึ่งมีค่าการใช้พลังงาน kw/ton เป็นที่น่าพอใจโดยต่ำกว่า 0.6 kw/ton ตามสภาวะอากาศของประเทศไทยซึ่งจะมีขนาดภาระการทำความเย็นประมาณ 280 ตันความเย็น และเลือกเครื่องทำน้ำเย็นขนาด 150 ตันความเย็น 3 ชุด การออกแบบวงจรท่อน้ำเย็นและการผลิตอุณหภูมิน้ำเย็นจะแยกเป็น 2 วงจร โดยวงจรน้ำเย็นอุณหภูมิต่ำสำหรับเครื่องเติมอากาศบริสุทธิ์และศูนย์คอมพิวเตอร์จะคงที่ 7.2 °C (45°F) และวงจรน้ำเย็นอุณหภูมิสูงสำหรับพื้นที่ทั่วไปทั้งหมดจะแปรผันตามอากาศภายนอกและฤดูกาลที่อุณหภูมิ 7.2 °C - 10 °C (45–50°F)

โดยควบคุมการสั่งอุณหภูมิน้ำเย็นจากระบบควบคุมอัตโนมัติซึ่งจะประมวลผลของอุณหภูมิและความชื้นทั้งภายในอาคารและภายนอกอาคาร จึงจะส่งกำหนดค่าอุณหภูมิน้ำเย็น ส่วนวงจรน้ำเย็นอุณหภูมิสูง เพื่อให้ประหยัดพลังงานสูงสุด แต่การออกแบบเช่นนี้เครื่องปรับอากาศจะต้องเลือกขนาดใหญ่ขึ้น ที่สามารถรองรับน้ำเย็นอุณหภูมิสูง แล้วยังคงทำความเย็นให้กับพื้นที่ได้ ซึ่งแทบจะ 70% ของเวลาทั้งปีจะรับน้ำเย็นที่อุณหภูมิ 10 °C (45–50°F)

การแบ่งวงจรน้ำเย็นและอุณหภูมิที่ต่างกันสามารถให้ลดการใช้พลังงานจากการผลิตน้ำเย็นได้ประกอบกับด้านปรับอากาศ (AIR SIDE) ออกแบบให้มีเครื่องเติมอากาศบริสุทธิ์ (DOAS) เป็นตัวจัดการความชื้นและเติมอากาศบริสุทธิ์ที่แห้งเข้ามาในอาคาร ความชื้นที่เกิดจากคนและปัจจัยในอาคารจะมีไม่สูงมากทำให้เราสามารถยกอุณหภูมิน้ำเย็นในวงจรที่จ่ายพื้นที่สำนักงานได้โดยยังควบคุมอุณหภูมิและความชื้นได้ตามที่ต้องการ

เราจะเห็นการปรับอุณหภูมิน้ำเย็นให้สูงขึ้นเพื่อประหยัดพลังงานในอาคารขนาดใหญ่ของประเทศไทยเสมอเป็นวิธีการที่ทำกันอยู่แล้ว เพราะการปรับอุณหภูมิน้ำเย็นให้สูงขึ้นมีผล ลดการทำงานของคอมเพรสของเครื่องทำน้ำเย็นโดยตรงส่งผลให้สามารถประหยัดพลังงานได้มากถึง 10–35% ขึ้นกับการปรับอุณหภูมิน้ำเย็นที่ปรับให้สูงขึ้น แต่ในระบบทำเย็นปกติที่ใช้กันในประเทศไทยจะเป็นวงจรเดียวอุณหภูมิเดียว ฉะนั้นการปรับอุณหภูมิน้ำเย็นให้สูงขึ้นเพื่อจะประหยัดพลังงาน จะมีผลเสียกับประสิทธิภาพการลดความชื้นของเครื่องปรับอากาศทันทีมีผลให้ความชื้นในอาคารสูงขึ้น จนบางครั้งเกิดปัญหาเชื้อราในอาคารตามมา เพื่อให้เหมาะสมกับภูมิอากาศร้อนชื้นแถบศูนย์สูตร การออกแบบระบบทำน้ำเย็น (CHILLER PLANT) จะเป็นระบบผลิตน้ำเย็นแบบ สองอุณหภูมิน้ำเย็นสองวงจรท่อส่งน้ำเย็น (DUAL TEMPERATURE DUAL LOOP Chiller Plant, DTDL)

ในด้านของระบบเติมอากาศบริสุทธิ์ออกแบบให้มีการแยกเครื่องเติมอากาศบริสุทธิ์ (DEDICATED OUTSIDE AIR UNIT) โดยเฉพาะและมีกำลังจ่ายอากาศบริสุทธิ์มากกว่ามาตรฐานกำหนด 30% ซึ่งจะต้องมีอุปกรณ์ช่วยเพื่อลดการใช้พลังงานและ (DOAS) เครื่องเติมอากาศบริสุทธิ์ยังเป็นอุปกรณ์สำคัญในการป้องกัน PM 2.5 และเป็นอุปกรณ์หลักในการสร้างสภาวะอากาศภายในอาคารให้เป็นอาคาร 24/7

การสร้างสภาวะอากาศที่ดีต้องสุขภาพเป็นสิ่งที่จำเป็นมากขึ้นในปัจจุบันเนื่องจากปัญหาจากสภาวะแวดล้อมเป็นพิษมากขึ้นไม่ว่าจะเป็นปัญหาจากฝุ่นควัน PM 2.5 ที่มีทุกเมืองใหญ่ ปรากฏการณ์เกาะความร้อน (ISLAND HEAT) เป็นต้น

ในอาคารที่ทำการสภาวิศวกรออกแบบให้มีการเติมอากาศบริสุทธิ์จากเครื่องเติมอากาศบริสุทธิ์ที่แยกจากเครื่องปรับอากาศที่เรียกว่า DOAS (Dedicated outdoor Air System) ซึ่งจะติดตั้งที่ชั้น 7 ของอาคารและจ่ายอากาศบริสุทธิ์ไปยังจุดต่างๆ ของอาคารโดยเป็นการจ่ายตรงลงไปในพื้นที่หรือห้องที่ต้องการไม่จ่ายเข้าเครื่องปรับอากาศใดใดอีก ซึ่ง DOAS จะทำการรีดน้ำในอากาศบริสุทธิ์ให้มีปริมาณน้ำในอากาศบริสุทธิ์ต่ำกว่าปริมาณน้ำในอากาศของอาคาร เราจะได้อากาศบริสุทธิ์ที่แห้ง เติมเข้าอาคารไม่ก่อปัญหาเรื่องความชื้น

ปริมาณการเติมอากาศบริสุทธิ์เพื่อให้มีการสร้างสภาวะแรงดันอากาศเป็นบวกที่จะให้มีอัตราการเติมอากาศสูงกว่ามาตรฐาน ASHRAE 62.1 เพิ่มเป็นอีก 30% ซึ่งการเกิดแรงดันบวก DOAS จะติดตั้งแผงกรองอากาศ MERV 8 และ MERV 14 เพื่อกรองฝุ่น PM2.5 ก่อนเข้าอาคาร อากาศบริสุทธิ์ที่ไม่มีฝุ่น PM2.5 และช่วยสร้างแรงดันบวกให้กับอาคาร จะเป็นการป้องกันฝุ่น PM 2.5 เข้าสู่อาคาร

ทั้งนี้การ DOAS เหมือนจะต้องใช้พลังงานสูงมาก แต่เมื่อพิจารณาเรื่องการอนุรักษ์พลังงาน จึงติดตั้งอุปกรณ์เพิ่มเติมเช่น HEAT PIPE เพื่อทำให้อากาศบริสุทธิ์แห้งไม่ก่อให้เกิดเชื้อราในท่อและติดตั้ง HEAT RECOVERY เพื่อนำพลังงานสูญเสียที่จะต้องเสียไปจากการระบายอากาศออกกลับมา ทำความเย็นชั้นแรกให้กับอากาศที่จะนำเข้าสู่อาคาร ในห้องที่มีคนใช้อาคารมากมาก เช่นห้องสอบ ห้องประชุมขนาด 300 ที่นั่งจะติดอุปกรณ์จับ ปริมาณก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ควบคุมการจ่ายอากาศบริสุทธิ์ให้เหมาะสมเป็นการประหยัดพลังงาน

เป็นที่พบเห็นทั่วไปสำหรับอาคารสำนักงานอาคารขนาดใหญ่การปรับอากาศจะใช้เครื่องปรับอากาศขนาดใหญ่ที่เรียกว่า AIR HANDING UNIT (AHU) พร้อมท่อส่งลมเย็นแต่จะพบปัญหาว่าจะเกิดความสกปรกในท่อลมและยากที่จะทำความสะอาด เนื่องจากอากาศเย็นที่ส่งออกจากคอยล์เย็นในเครื่องปรับอากาศนั้นจะมีความชื้นสูง 90–95% RH เมื่อผ่านไปยังท่อส่งลมเย็น ก็เกิดความชื้นเกิดสะสมฝุ่น เกิดเชื้อรา เพื่อสร้างสภาวะอากาศในอาคารให้ดีกับสุขภาพ จึงเลือกที่จะติดตั้งเครื่องปรับอากาศเป็นชุดเป็นจุดจ่ายความเย็น โดยแทบไม่ใช้ท่อส่งลมเย็นเลยทั้งอาคาร เครื่องปรับอากาศที่ใช้เช่น ชนิด CASSTE TYPE 4-WAY หรือ 1-WAY แทนการเดินท่อลมทั้งหมด

อีกครั้งหากพิจารณาการส่งความเย็นด้วยท่อลมเย็นจะมีประสิทธิภาพต่ำกว่ามีการสูญเสียพลังงานไปกับพัดลมมากว่า การส่งความเย็นด้วยท่อน้ำเย็น พลังงานที่สูญเสียกับเครื่องสูบน้ำจะน้อยกว่า เครื่องปรับอากาศทั้งโครงการเป็นแบบครบชุด (complete set) โดยจะติดตั้งอุปกรณ์เช่น วาล์ว PICV วาล์ว มาจากโรงงานผู้ผลิต

ซึ่งทุกพื้นที่ของอาคารไม่จำเป็นต้องติดตั้งเครื่องกรองอากาศใดใดอีก หากในฤดูกาลที่ ไม่มีปัญหาเรื่องฝุ่น PM2.5 เราก็สามารถถอดแผงกรองอากาศคุณภาพสูง MERV14 ไปเก็บ เพื่อลดค่าใช้จ่ายในการใช้อาคาร

อาคารที่ทำการสภาวิศวกรจะเป็นอาคารที่รักษาสภาพแวดล้อมในอาคารที่เสริมสร้างสุขภาพที่ดีแก่ผู้ใช้อาคาร ซึ่งจะคงสภาพสุขสภาวะที่ดีได้นั้นระบบปรับอากาศในอาคารจะต้องไม่มีการปิดระบบปรับอากาศ ซึ่งมันอาจจะไม่เป็นปกติกับอาคารอื่นที่เป็นอาคารสำนักงานเหมือนกันคือ มักจะปิดระบบปรับอากาศในเวลาเลิกงานหรือเวลากลางคืนและปิดระบบทั้งวันในวันหยุด ซึ่งผลร้ายของการปิดระบบปรับอากาศจะทำให้ฝุ่นความชื้น การก่อตัวของเชื้อราต่างๆ เกิดขึ้น

การออกแบบอาคารที่ทำการสภาวิศวกร จะมีการเดินระบบปรับอากาศ ตลอดทั้ง 24/7 หรือ 24 ชั่วโมง 7 วันต่อสัปดาห์ แต่ในช่วงเวลาที่มีการใช้อาคารน้อยหรือวันหยุด ระบบปรับอากาศจะทำงานเฉพาะบางส่วน คือ เครื่องเติมอากาศบริสุทธิ์จะทำงานอยู่แต่จะปรับการทำงานให้เพียงรักษาแรงดันเป็นบวกให้กับอาคาร ซึ่งการที่ไม่มีคนเข้าออกมากนักจะไม่มีการ เปิด-ปิด ประตูให้เสียแรงดัน จะจ่ายอากาศบริสุทธิ์ที่ รักษาอุณภูมิและความชื้น อยู่ในเกณฑ์ 28–30°C 50–60%RH เพื่อรักษาสภาพอาคารให้มีการถ่ายเทอากาศเปรียบเสมือนตัวอาคารยังคงหายใจตลอดเวลา

เนื่องจากอาคารสภาวิศวกรจะมีความซับซ้อนในการควบคุมการทำงานระบบปรับอากาศ การสั่งการทำงานของเครื่องน้ำเย็นอาจจะต้องมีการเปลี่ยนแปลงทุกชั่วโมงตลอดเวลา เพื่อให้มีประสิทธิภาพและอีกทั้งให้สามารถตรวจสอบการใช้พลังงาน ของระบบปรับอากาศและแสดงผลให้กับผู้ใช้อาคารได้จึงออกให้ระบบควบคุมโรงผลิตน้ำเย็นและระบบปรับอากาศติดตั้งระบบสั่งการที่ห้องควบคุมชั้น 1 และโปรแกรม Chiller Plant Management แบบ Web base ซึ่งจะสามารถควบคุมจากการเข้า LOG IN ผ่านระบบ INTERNET จากที่ไหนก็ได้สำหรับผู้ที่มีรหัสผ่าน และแสดงผลให้เห็นทางจอ LED ชั้น 1 เพื่อให้ผู้ใช้อาคารได้ทราบถึงระบบที่ทำงาน

นอกจากการควบคุมของระบบควบคุมเครื่องผลิตน้ำเย็นและระบบปรับอากาศอัตโนมัติจะควบคุมอุปกรณ์ทั้งหมดไม่ว่าจะเป็นเครื่องสูบน้ำ หอระบายความร้อน เครื่องทำน้ำเย็น ยังควบคุม เครื่องปรับอากาศทั้งหมดของอาคาร

สำหรับอาคารที่ทำการสภาวิศวกร จะมีบริเวณชั้น 5 ที่จัดให้มีพื้นที่เปิดกึ่งกลางแจ้ง (SEMI OUTDOOR) พื้นใช้ในกิจกรรมกึ่งการแจ้ง ให้เป็นที่พักผ่อน กึ่งสวนในอาคาร และสามารถใช้เป็นที่จัดรับประทานอาหาร ในช่วงเที่ยงของสมาชิกที่เข้ามา สอบหรือสัมมนา การจัดทานอาคารในพื้นที่เปิดกึ่งกลางแจ้ง จะช่วยป้องกันปัญหาที่มักจะเกิดจากการทานอาคารในพื้นที่ปรับอากาศ ไม่ว่าจะเป็นเรื่องกลิ่น ความชื้นที่เกิด และขยะ ที่จะตามมา

แต่การใช้พื้นที่นี้ที่ไม่มีระบบปรับอากาศแบบเต็มรูปแบบ ให้ผู้ใช้งานมีความสบาย สามารถทำกิจกรรมได้จึงมีการออกแบบระบบเพื่อเติมในพื้นที่เปิดกึ่งกลางแจ้ง

บริเวณกระถาง ต้นไม้และผนังต้นไม้ที่ใช้ต้นไม้จริง (ในโครงการนี้จะไม่มีการใช้ต้นไม้พลาสติก) เป็นการเพิ่มออกซิเจนในบริเวณนั้น จะติดตั้ง ระบบความชื้นผนังต้นไม้ DEHUMIDIFIED GREEN WALL ใช้การกลั่นตัวของหยดน้ำในอากาศที่ผิวท่อน้ำเย็น เป็นน้ำสำหรับรดน้ำต้นไม้และช่วยลดความชื้น

เพิ่มการหมุนเวียน อากาศให้มีลมผ่านตัวผู้ใช้อาคาร โดยติดตั้งพัดลมเพดานแต่ เนื่องจากพื้นความสูงของชั้นนี้ไม่สูงมากนัก จึงเลือกใช้เป็น พัดลมเพดานแบบไร้ใบพัด BLADELESS CEILING FAN

แม้จะออกแบบติดอุปกรณ์ดังที่กล่าวมา ในความกังวลต่ออากาศร้อนในเวลาเที่ยงที่มีอุณหภูมิสูง โดยเฉพาะหน้าร้อนของประเทศไทย อาจจะไม่สามารถใช้พื้นที่ได้เต็มที่จึงออกแบบให้มีการจ่ายอากาศ เย็นโดยนำอากาศเย็นจากเครื่องเติมอากาศบริสุทธิ์ (Fresh air) ที่มีอุณหภูมิประมาณ 24–24 องศาเซลเซียส มาเพิ่มความเย็นผ่าน คอยล์เย็นที่ทำงานเฉพาะความร้อนสัมผัส 100% (100% sensible heat) เพื่อให้อากาศยังคงเป็นอากาศแห้ง แต่มีความเย็น โดยการจ่ายอากาศเย็น จะเป็นแบบ UFAD (Underfloor Air Distribution) หัวจ่ายแบบฝังพื้นจะจ่ายตามจุดนั่งพัก เพื่อสร้างความเย็นให้กับพื้นที่

เมื่อต้องการ การออกแบบให้มีประสิทธิภาพสูงสุด ลดความขัดแย้งของแบบ ในโครงการนี้จึงมีนำเทคโนโลยีการสร้างแบบจำลองเสมือนอาคาร 3 มิติมาใช้สร้างแบบจำลองขึ้นมาเพื่อช่วยในการออกแบบให้มีประสิทธิภาพ โดยเฉพาะในระบบปรับอากาศที่เป็นหัวใจคือ ห้องเครื่องทำน้ำเย็นและหอระบายความร้อน พื้นที่ห้องเครื่องทำน้ำเย็นอยู่บนชั้น 7.5 เป็นชั้นใต้หลังคาของอาคารที่ มีลักษณะของหลังคาเอียงลง

การใช้เทคโนโลยีสร้างแบบจำลองสามมิติหรือ BIM (Building Information Modeling) ทำให้ทราบถึงข้อจำกัดแต่ละส่วนงานในการออกแบบตั้งแต่เริ่มต้นของงาน และนำข้อจำกัดไปออกแบบแก้ไข เช่นโครงสร้างหลังคาอาคารเหนือห้องเครื่องทำน้ำเย็น เมื่อสร้างแบบจำลอง 3 มิติแต่ละส่วนงานมาประสานกันในช่วงแรกของการออกแบบพบปัญหาเรื่องระดับความสูง จึงมีการเปลี่ยน รูปแบบโครงสร้างจากโครงเหล็กถักเป็นแบบคานเหล็ก เพื่อสร้างความสูงให้กับห้องเครื่องทำน้ำเย็นในจุดที่ต้องการ

ซึ่งเมื่อดำเนินการสร้างแบบจำลองไปจนครบทุกส่วนของอาคาร ยังสามารถนำแบบจำลองไป ถอดปริมาณวัสดุการ จำลองการเกิดควันในอาคาร การจำลองการหนีไฟ ใช้เป็นแบบก่อสร้าง และเป็นฐานข้อมูลในการซ่อมบำรุงอาคารต่อไป