Demand-Controlled Ventilation

วิธีการพื้นฐานสำหรับการระบายอากาศอาคารคือการใช้อัตราการระบายอากาศคงที่ อากาศภายนอกที่ปรับความสะอาดแล้วจะส่งเข้ามาแทนที่อากาศที่ระบายออกไป เจือจางและปรับปรุงคุณภาพอากาศในอาคารเพื่อสุขอนามัยและความสุขสบายของคน Demand-Controlled Ventilation(DCV) เป็นการพัฒนาให้ประหยัดพลังงานด้วยการปรับลดอัตราการระบายอากาศและอัตราการส่งผ่านอากาศภายนอกในเวลาที่เหมาะสมโดยไม่กระทบสุขภาพของคนในอาคาร

DCV design

DCV มีอุปกรณ์ที่สามารถระบายอากาศได้ตามกฎข้อบังคับ และเมื่อไม่มีคนใช้งานเซนเซอร์และระบบควบคุมจะปรับลดอัตราการระบายอากาศลงมาที่ค่าต่ำสุดตามมาตรฐานที่ยอมรับได้แก่ ASHRAE 62.1 DCVเหมาะสำหรับใช้กับ สนามกีฬา โรงละคร ห้องบรรยาย ห้องประชุม โบสถ์ โรงภาพยนต์ รวมถึงห้องซึ่งต้องออกแบบสำหรับคนจำนวนมากแต่มีอัตราคนใช้ห้องน้อย เมื่อมีคนใช้ห้องต่ำกว่า20% มีโอกาสมากที่จะลดการระบายอากาศทำให้ประหยัดพลังงานได้ถึง 60%ระบบควบคุมประกอบค้วย CO2 sensors, Occupancy sensors, turnstile counters, ซอฟท์แวร์และ ระบบ communication และควรแสดงคุณภาพอากาศและค่าการประหยัดพลังงานเพื่อให้เจ้าของอาคารได้ทราบ

DCV ควบคุมการดึงอากาศภายนอกเข้าอาคารโดยผ่านเครื่องเป่าอากาศภายนอก OAU, Outdoor air unit หรือ FAU, Fresh air unit เพื่อกรองฝุ่นและดึงความชื้นตามรูปที่ 1 หลังจากผ่านที่กรองอากาศขั้นต้นแล้ว อากาศจะรับความร้อนจากคอยล์ร้อน(ในฤดูหนาว) หรือคายความร้อนให้คอยล์เย็น(ในฤดูร้อน) แล้วจึงผ่านที่กรองอากาศสุดท้ายก่อนส่งไปห้องปรับอากาศ การติดตั้งคอยล์น้ำร้อนก่อนคอยล์น้ำเย็นทำให้ไม่สามารถใช้คอยล์ร้อนควบคุมความชื้นได้

รูปที่ 1.แผนผังการทำงานของเครื่องเป่าอากาศภายนอก(OAU/FAU)

อุปกรณ์ประกอบอื่นได้แก่ ใบปรับลมด้วยมอเตอร์เพื่อปิดไม่ให้ควันไฟภายนอกเข้าเมื่อเกิดไฟไหม้ โดยสั่งจากเครื่องจับควันที่อยู่ใกล้กัน ที่กรองอากาศจะมีเครื่องวัดความดันแตกต่างเพื่อตรวจสอบว่าที่กรองอากาศตันหรือไม่ เครื่องจับควันที่ด้านจ่ายทำหน้าที่ตัดการทำงานของพัดลมไม่ให้ส่งอากาศและควันไฟไปที่พื้นที่อื่นๆ เทอร์โมมิเตอร์ที่ท่อลมจ่ายทำหน้าที่ควบคุมวาวล์ความร้อนที่คอยล์ร้อนหรือความเย็นที่คอยล์เย็นเพื่อให้อากาศภายนอกมีอุณหภูมิตามที่ต้องการ

รูปที่ 2.แสดงการจัดวางอุปกรณ์หลักของเครื่องเป่าอากาศภายนอกตามรูปที่ 1. และรูปที่ 3. เครื่องเป่าอากาศภายนอกเมื่อติดตั้งอุปกรณ์เก็บคืนความร้อน ซึ่งติดตั้งอุปกรณ์เก็บคืนความร้อนแบบล้อหมุน (Energy recovery wheel) หรือแบบแผ่น (Plate heat exchanger) และพัดลมสำหรับรวบรวมอากาศที่ต้องระบายออก

รูปที่ 2. เครื่องเป่าอากาศภายนอก Prefilter MERV6 สำหรับ PM10 และ Final filter MERV11 สำหรับ PM2.5

รูปที่ 3. เครื่องเป่าอากาศภายนอก (OAU/FAU) คิดตั้งพัดลมระบายอากาศและอุปกรณ์เก็บคืนความร้อน (Heat recovery) คอยล์น้ำร้อนอาจวางหน้า

เซนเซอร์จะต้องติดตั้งในตำแหน่งที่เหมาะสมและอาจต้องติดตั้งหลายตำแหน่งพร้อมกันและประมวลผลด้วยซอฟท์แวร์คอมพิวเตอร์ เซนเซอร์ที่ใช้กับระบบ DCV ประกอบด้วย

- CO2 sensors & VOC sensors VOC sensors ไม่ค่อยแม่นยำจึงใช้CO2 sensors ถ้าอากาศภายนอกมี CO2 ประมาณ 400 ppm. ต้องรักษาCO2ภายในอาคาร 1100 ppm จะต้องเติมอากาศภายนอก 15 cfm/คน และถ้ารักษาที่ 900 ppm จะต้องเติมอากาศภายนอก 20 cfm ต่อคน การออกแบบขั้นต้นควรตั้งเป้า CO2<1000 ppm

- Occupancy sensors มี 6 ประเภทดังต่อไปนี้

1. Passive Infrared (PIR) Detector วัดอุณหภูมิที่แตกต่างจากความร้อนของคนกับอุณหภูมิห้อง เป็นหัววัดแบบ passive คือไม่มีแสง เสียง หรือปล่อยความร้อน เซนเซอร์จะส่งสัญญาณไปที่สวิทช์และเมื่ออุณหภูมิกลับมาเท่าเดิมก็จะไม่มีสัญญาณ

2. Combined PIR and Ultrasonic Detector ส่งคลื่นอูลตราโซนิกและวัดอุณหภูมิแตกต่างจึงมีความแม่นยำขึ้น

รูปที่ 4. Combined PIR and Ultrasonic Detector แบบติดผนัง

3. Active Ultrasonic Detector ส่งคลื่นอูลตราโซนิกซึ่งคนไม่ได้ยิน และจับการสะท้อนที่เปลี่ยนไปเมื่อมีคน ใช้กับพื้นที่กว้างจึงมีราคาสูงที่สุด

4. Passive Ultrasonic Detector จับเสียงจากการเคลื่อนไหวในระยะประมาณ 9 m. มีโอกาสให้สัญญาณผิดได้

5. Microwave Detector and Occupancy Sensor ส่งคลื่นไมโครเวฟเพื่อตรวจจับการเคลื่อนไหว

รูปที่ 5. Microwave Detector and Occupancy Sensor ติดเพดาน

6. Combined PIR and Microwave Occupancy Sensor เหมาะสำหรับห้องที่มีหน้าต่าง เพราะกระจกหน้าต่างมีความร้อน จึงใช้ร่วมกับคลื่นไมโครเวฟ

- Turnstile Counters คืออุปกรณ์นับจำนวนคนตามรูปที่ 7. ใช้กับสถานีรถไฟฟ้า สนามกีฬา โรงงาน และอื่นๆ

รูปที่ 6.Turnstile ของสถานีรถไฟฟ้า

เอกสารอ้างอิง

1. Marty Stipe, P.E., “Demand-Controlled Ventilation: A Design Guide”, Oregon Office of Energy.

2. Federal Energy Management Program, “Demand-Controlled Ventilation Using CO2 Sensors”, the U.S. Department of Energy, Energy Efficiency and Renewable Energy, by Oak Ridge National Laboratory