Click here to visit our sponsor

1. กำเนิดโปรแกรมจำลองการใช้พลังงาน

โปรแกรมจำลองการใช้พลังงานถือกำเนิดขึ้นในช่วงกลางทศวรรษที่ 1970 โดยใช้กันเพื่อวิเคราะห์อาคารในช่วงเริ่มต้นการออกแบบ ใช้ทำการคำนวณภาระการทำความเย็นของอาคาร และกำหนดส่วนประกอบต่างๆของอาคารเพื่อให้เกิดประโยชน์สูงสุด ภายหลังพบว่าสามารถใช้โปรแกรมจำลองการใช้พลังงานกับอาคารเก่า โดยใช้จำลองการใช้พลังงานของอาคารสำหรับทางเลือกต่างๆในการอนุรักษ์พลังงาน การใช้โปรแกรมจำลองการใช้พลังงานจึงเป็นที่นิยมและประสบความสำเร็จอย่างมากในการวิเคราะห์ความเป็นไปได้ของการดำเนินการอนุรักษ์พลังงาน

มีกรณีศึกษาอย่างน้อยหนึ่งกรณี ที่มีบริษัทให้บริการด้านพลังงาน (Energy Sevices Company) ขนาดใหญ่แห่งหนึ่งปฏิเสธผลการจำลองการใช้พลังงาน และใช้การประมาณการใช้พลังงานด้วยวิธีของเขาเองซึ่งมองโลกในแง่ดีเกินไป ผลก็คือ ต้องจ่ายเงินให้กับเจ้าของอาคารมากกว่าปีละ 100,000 เหรียญ เนื่องจากผลการประหยัดจริงน้อยกว่าที่ประมาณไว้

ผลการประเมินการใช้พลังงานที่แม่นยำ จึงมีความสำคัญอย่างมากกับการดำเนินการอนุรักษ์พลังงาน

2. การใช้โปรแกมจำลองการใช้พลังงานในอาคาร

ในการจำลองการใช้พลังงานของอาคาร ข้อมูลต่างๆที่ได้จากการสำรวจต้องถูกแปลงไปอยู่ในรูปที่พร้อมสำหรับป้อนเข้าคอมพิวเตอร์ ข้อมูลจะต้องมีรายละเอียดของงานสถาปัตยกรรม การใช้งานของแต่ละพื้นที่ คุณสมบัติเชิงความร้อนของวัสดุประกอบอาคาร (เช่น ค่า U, SC) การจัดโซนของการปรับอากาศ ตารางจำนวนคน ไฟฟ้าแสงสว่าง การใช้อุปกรณ์ไฟฟ้า ในแต่ละชั่วโมง เวลาในการเปิดใช้ระบบปรับอากาศ ระบบควบคุมของเครื่องปรับอากาศ (เช่น On-off หรือ Modulating, CAV หรือ VAV) ประสิทธิภาพของเครื่องปรับอากาศหรือเครื่องทำน้ำเย็นที่ภาระเต็มพิกัดและที่ภาระไม่เต็มพิกัด

เมื่อสร้างโมเดลจำลองการใช้พลังงานเรียบร้อย ก็สั่งให้เครื่องคอมพิวเตอร์ทำการคำนวณ (บางกรณีอาจใช้เวลาถึง 6 ชั่วโมงถ้าเป็นอาคารขนาดใหญ่ที่ซับซ้อน) เมื่อได้ผลการคำนวณก็จะต้องนำไปเทียบกับการใช้พลังงานจริงของอาคาร เช่น เทียบกับบิลค่าไฟฟ้าจริงๆ นอกจากนี้ ก็ยังจะต้องเปรียบเทียบส่วนประกอบในรายละเอียดด้วย เช่น นำภาระของเครื่องทำน้ำเย็นที่คำนวณได้ไปเทียบกับภาระของเครื่องทำน้ำเย็นที่ได้จากการวัดจริง เพื่อเป็นการยืนยันว่าโมเดลของการจำลองการใช้พลังงานนี้ถูกต้อง โดยทั่วไปจะยอมรับผลการคำนวณซึ่งแตกต่างจากการใช้พลังงานจริงไม่เกิน 10 เปอร์เซ็นต์ เมื่อได้โมเดลซึ่งมีความถูกต้องก็จะสามารถนำไปใช้ในการจำลองเมื่อเปลี่ยนปัจจัยต่างๆได้

การสร้างโมเดลที่ถูกต้องนี้ให้ผลสองประการ ประการแรก เป็นการแสดงถึงการใช้พลังงานต่างๆของอาคารในปัจจุบัน และการทำให้โมเดลการใช้พลังงานของอาคารถูกต้อง ผู้ตรวจวิเคราะห์จะต้องเข้าใจตัวอาคารและการใช้งานอาคารอย่างถ่องแท้ ดังนั้นจึงเป็นการพิสูจน์ว่าผู้ตรวจวิเคราะห์มีความรู้และเข้าใจอาคารอย่างแท้จริงด้วย ประการที่สอง โมเดลนี้จะเป็นฐานของการคำนวณการปรับปรุงการใช้พลังงานด้วยมาตรการต่างๆ โดยการจำลองการใช้พลังงานด้วยโมเดลเดียวกัน

3. ข้อจำกัดของการใช้โปรแกรมจำลองการใช้พลังงาน

เนื่องมาจากโปรแกรมจำลองการใช้พลังงานของอาคารเริ่มต้นพัฒนาสำหรับการออกแบบอาคารใหม่ จึงมีความต้องการเพียงให้โปรแกรมคำนวณภาระการทำความเย็นให้ถูกต้อง และสามารถจำลองการทำงานของระบบปรับอากาศที่ใช้กันตามปรกติเท่านั้น ความสามารถเพียงเท่านี้เหมาะสมกับความต้องการของการออกแบบอาคารใหม่

แต่สำหรับอาคารเก่า ซึ่งวงจรควบคุมระบบปรับอากาศถูกแก้ไขไปจากมาตรฐานแล้ว จำนวนคนในแต่ละเวลาไม่มีรูปแบบที่แน่นอน ประสิทธิภาพเครื่องทำน้ำเย็นที่ใช้งานมานานแตกต่างจากข้อมูลของผู้ผลิต การทำงานของระบบปรับอากาศไม่ตรงหรือใกล้เคียงกับโมเดลของระบบปรับอากาศที่มีในโปรแกรมจำลองการใช้พลังงาน เช่น มีอาคารแห่งหนึ่งออกแบบให้ใช้เครื่องปรับอากาศเครื่องเดียวกันจ่ายลมสองพื้นที่ พื้นที่หนึ่งเป็นแบบปริมาณลมคงที่ อีกพื้นที่หนึ่งเป็นแบบปริมาณลมแปรเปลี่ยน ซึ่งไม่มีโมเดลแบบนี้ในโปรแกรมจำลองการใช้พลังงาน และปัญหาที่สำคัญที่สุดในการจำลองการใช้พลังงานในอาคารเก่า คือ การทำโมเดลของกรอบอาคารให้ถูกต้อง

จากที่กล่าวมาทั้งหมด จะเห็นได้ว่า ไม่มีโปรแกรมจำลองที่สมบูรณ์แบบ มีแต่เพียงเครื่องมือที่ผู้ใช้ต้องมีความรู้ ผ่านการฝึกอบรมอย่างดี และมีประสบการณ์ เท่านั้น

ผู้ที่ไม่คุ้นเคยกับโปรแกรมจำลองการใช้พลังงานมาก่อน มักจะตื่นตลึงกับกระบวนการจำลองการใช้พลังงาน และโปรแกรมคอมพิวเตอร์ที่ซับซ้อน อย่างไรก็ตามผู้ที่คุ้นเคยกับการใช้โปรแกรมจำลองการใช้พลังงานจะทราบดีว่า ในการจำลองมีความไม่ถูกต้องแฝงอยู่เสมอ บางครั้งผลที่ได้จากการจำลองการใช้พลังงานอาจเป็นเพียงเศษกระดาษที่ไม่สามารถนำไปใช้งานได้เลย และนี่เป็นเหตุผลหนึ่งที่ต้องทำการวิเคราะห์ผลและเปรียบผลการจำลองการใช้พลังงานกับการใช้พลังงานจริง เพื่อให้ได้โมเดลการใช้พลังงานที่สามารถยอมรับได้ มิฉะนั้นอาจได้ผลการจำลองการใช้พลังงานที่ไม่ตรงกับสภาพความเป็นจริง ซึ่งส่วนใหญ่แล้วก็จะเกิดจากการละเลยความถูกต้องของผู้วิเคราะห์การใช้พลังงานนั่นเอง

4. การใช้โปรแกรมจำลองการใช้พลังงานให้ถูกต้อง

โปรแกรมจำลองการใช้พลังงานจะมีคุณค่าสำหรับการปรับปรุงการใช้พลังงานก็ต่อเมื่อมีผลการคำนวณที่แม่นยำเท่านั้น เพื่อให้ได้ผลการคำนวณที่แม่นยำ การคำนวณจะต้องรวมถึงการใช้พลังทุกอย่าง โมเดลดังกล่าวจะต้องคำนวณการใช้พลังงานต่อปีทั้งหมดในอาคารได้ใกล้เคียงกับการใช้พลังงานจริงโดยมีความผิดพลาดไม่เกิน 10 เปอร์เซ็นต์ และโมเดลนี้ต้องแสดงสัดส่วนการใช้พลังงานในส่วนต่างๆ เช่น ระบบปรับอากาศ ระบบไฟฟ้า และระบบอื่น ได้อย่างถูกต้องด้วย

ปัจจัยที่ทำให้การจำลองการใช้พลังงานถูกต้องมี 3 ประการคือ

1. เข้าใจกระบวนการทำงานของโปรแกรม
2. เข้าใจอาคารที่ทำการจำลองการใช้พลังงาน
3. วิเคราะห์ผลอย่างละเอียด

4.1 มีความรู้เกี่ยวกับตัวโปรแกรม

ปัจจัยพื้นฐานประการแรกที่จะทำให้การจำลองการใช้พลังงานถูกต้อง คือ ความรู้เกี่ยวกับโปรแกรมที่ใช้ทำการจำลองการใช้พลังงาน

เพื่อให้ใช้โปรแกรมได้อย่างถูกต้อง ผู้ใช้ต้องเข้าใจว่า โปรแกรมนำข้อมูลไปใช้อย่างไร นำไปวิเคราะห์ด้วยวิธีการอย่างไร ทราบกระบวนการนำข้อมูลไปวิเคราะห์จนกระทั่งได้ผลลัพท์ และทราบถึงความแม่นยำในการคำนวณของโปรแกรม

4.2 มีความรู้เกี่ยวกับตัวอาคาร

ปัจจัยที่สำคัญที่สุดในการพัฒนาแบบจำลองของอาคารเก่า คือ ความรู้ที่แท้จริงเกี่ยวกับสภาพทางกายภาพ และสภาพการใช้งานของอาคารที่กำลังทำการจำลองการใช้พลังงาน

กรอบอาคารและภูมิอากาศ กับ การใช้งานและระบบควบคุม

ในขณะที่ผู้ใช้โปรแกรมจำลองการใช้พลังงานจำนวนมาก ใช้เวลาอย่างมากในการทำงานไปกับการจำลองสภาพภูมิอากาศที่ส่งผลกระทบต่อกรอบอาคาร ผู้ที่เข้าใจการทำงานของอาคารในภาคปฏิบัติอย่างแท้จริงจะทราบดีว่า ผลกระทบจากการใช้งานอาคารและระบบควบคุมอุณหภูมิของอาคารมีผลต่อการใช้พลังงานในอาคารมากกว่า

ในอาคารแห่งหนึ่ง ใช้ระบบตั้งเวลาเปิดปิดเครื่องปรับอากาศ โดยวิศวกรของอาคารแจ้งว่าตั้งให้มีการเปิดเวลา 7 am ปิด 6 pm แต่จากการสำรวจจริงพบว่ามีการตั้งเวลาผิดพลาดเป็นเปิดเวลา 6 am ปิด 7 pm ข้อมูลได้รับการยืนยันอีกครั้งจากค่าพลังไฟฟ้าในบิลค่าไฟ ส่งผลให้อาคารใช้พลังงานมากกว่าที่ควรจะเป็น 10-12%

การสำรวจทั่วไป

การสำรวจอาคารควรสำรวจการทำงานของระบบควบคุมอุณหภูมิของอาคาร ซึ่งไม่เพียงแต่สำรวจในแบบ As-Built เท่านั้น เนื่องจากโดยทั่วไปแล้วระบบควบคุมที่ติดตั้งจริงมักไม่ตรงกับในแบบ หรือ ถูก Override หรือ ถูกแก้ไขจนทำงานไม่ตรงกับที่แสดงในแบบ การสำรวจลักษณะนี้มักรวมถึงการบันทึกค่าพารามิเตอร์ต่างๆด้วย เช่น อุณหภูมิลมจ่าย อุณหภูมิลมเข้าคอยล์ อุณหภูมิลมที่หัวจ่าย เป็นต้น เพื่อนำมาใช้ในการประเมินการทำงานของระบบควบคุม ผลที่ได้ในขั้นตอนนี้มักจะทำให้ผู้สำรวจประหลาดใจ

การสำรวจยังมักจะต้องทำในช่วงเวลากลางคืนด้วย เพื่อให้ทราบถึงตารางการทำงานของแต่ละอุปกรณ์ในอาคารอย่างแท้จริง โดยเฉพาะอย่างยิ่งระบบไฟฟ้าแสงสว่าง ซึ่งบ่อยครั้งพบว่าแตกต่างจากรายงานที่ได้รับจากวิศวกรประจำอาคาร

การสำรวจการใช้พลังงานไฟฟ้า

การสำรวจการใช้พลังงานไฟฟ้าเป็นสิ่งจำเป็น เมื่อต้องการความแม่นยำสูงในการทำการจำลองการใช้พลังงาน จะต้องทำการวัดพลังไฟฟ้าทุกตู้ไฟฟ้า การวัดพลังไฟฟ้าไม่ควรวัดเพียงแต่แรงดันและกระแสไฟฟ้า ต้องวัดตัวประกอบกำลังด้วย เนื่องจากการอ่านเพียงแค่แรงดันและกระแส ให้ผลที่ไม่เที่ยงตรง โดยเฉพาะอย่างยิ่งกับ Induction Motor ซึ่งมีค่าตัวประกอบกำลังแตกต่างกันมากเมื่อมีภาระแตกต่างจากพิกัด อาจทำให้ผลการวัดพลังไฟฟ้าผิดพลาดได้ถึง 50%

สำหรับอุปกรณ์ที่ใช้พลังงานไฟฟ้ามาก เช่น เครื่องทำน้ำเย็น ห้องคอมพิวเตอร์ ลิฟท์ ควรวัดพลังไฟฟ้าเป็นช่วงระยะเวลา เพื่อจะได้ทราบถึงรูปแบบ (Profile) การใช้พลังงานของอุปกรณ์นั้นๆ

เมื่อได้ผลจากการสำรวจ ควรนำผลนั้นไปเทียบกับใบเรียกเก็บค่าไฟฟ้า เพื่อให้แน่ใจว่าผลที่ได้รับตรงกับที่อาคารใช้จริง

4.3. การวิเคราะห์ผล

สิ่งที่ยากที่สุดในการจำลองการใช้พลังงาน คือ การวิเคราะห์ผลที่ได้จากคอมพิวเตอร์ด้วยความซื่อสัตย์ เนื่องจากผู้วิเคราะห์ได้ทุ่มเทไปกับการเก็บและป้อนข้อมูลเป็นเวลาหลายชั่วโมงหรือหลายวัน จึงมีแนวโน้มที่จะเชื่อว่าผลการคำนวณนั้นจะต้องถูกต้อง อย่างไรก็ตาม ความผิดพลาดในอดีตสอนว่า เราจะต้องตรวจผลการคำนวณนั้นโดยพยายามตั้งข้อสงสัยไว้ก่อน

การเปรียบเทียบรูปแบบการใช้พลังงานในหนึ่งปี

เทคนิคแรกในการวิเคราะห์ผลคือ การเปรียบเทียบการใช้พลังงานในหนึ่งปีระหว่างผลที่ได้จากการคำนวณ กับผลการใช้พลังงานจริง บางกรณีผลรวมการใช้พลังงานตลอดปีอาจสอดคล้องกัน แต่การใช้พลังงานในแต่ละเดือนอาจไม่สอดคล้องกัน ซึ่งแสดงว่าแบบจำลองการใช้พลังงานในส่วนที่เกี่ยวข้องกับสภาพภูมิอากาศยังไม่ถูกต้อง นอกจากนี้ เนื่องจากในการจำลองการใช้พลังงาน ใช้ข้อมูลภูมิอากาศซึ่งเป็นข้อมูลเชิงสถิติ ดังนี้จึงควรเปรียบเทียบข้อมูลภูมิอากาศในแบบจำลอง กับข้อมูลอากาศในปีที่นำมาเปรียบเทียบด้วย

เปรียบเทียบภาระสูงสุด

เทคนิคที่สองในการวิเคราะห์ผลคือ การเปรียบเทียบภาระสูงสุดที่ได้จากการคำนวณ กับภาระสูงสุดจริง ข้อมูลจากใบเรียกเก็บเงินค่าไฟฟ้าจะแสดงค่าพลังไฟฟ้าสูงสุดในแต่ละเดือน สำหรับภาระสูงสุดของเครื่องทำน้ำเย็นสามารถหาได้จากบันทึกของวิศวกรประจำอาคาร หรือได้จากการสำรวจ การเปรียบเทียบจะแสดงในเห็นความแม่นยำของการจำลองการใช้พลังงาน

การวิเคราะห์ผลลัพท์โดยละเอียด

เทคนิคที่สามในการวิเคราะห์ผลลัพท์ เป็นวิธีการเพื่อการวิเคราะห์ผลการประหยัดพลังงานจากการปรับปรุงระบบต่างๆ เพื่อที่จะประมาณค่าการประหยัดเนื่องจากการปรับปรุง สามารถทำได้โดยเปรียบเทียบผลการจำลองการใช้พลังงานหลังจากปรับปรุง กับผลก่อนการปรับปรุง เนื่องจากการป้อนข้อมูลผิดพลาดสามารถเกิดขึ้นได้ง่าย และก่อให้เกิดผลการคำนวณที่ไม่ต้องการ เทคนิคในการควบคุมคุณภาพจึงถูกนำมาใช้ในการวิเคราะห์ผลจากการจำลองการใช้พลังงานในรายละเอียดและกำหนดค่าการประหยัดโดยประมาณในแต่ละมาตรการเพื่อใช้ในการเปรียบเทียบกับผลการคำนวณ การวิเคราะห์ผลจะแสดงให้เห็นถึงความสมเหตุสมผลของการประหยัดในแต่ละมาตรการ

ตัวอย่างเช่น มาตรการปรับปรุงระบบจ่ายลมเย็นจากแบบปริมาณลมคงที่ เป็นแบบปริมาณลมแปรเปลี่ยน (Variable Air Volume) เราสามารถเปรียบเทียบค่าที่ได้จากการจำลองการใช้พลังงานกับค่ามาตรฐาน เพื่อหาความสมเหตุสมผล ถ้าหากใช้ Inlet Vane ในการลดปริมาณลม และเปิดใช้งานวันละ 8 ชั่วโมง สัปดาห์ละ 5 วัน ค่าการประหยัดควรอยู่ในช่วง 20-30% ซึ่งเป็น Rule of thumb ทั่วๆไป หากผลการคำนวณพบว่าสามารถประหยัดได้ถึง 70% ผู้คำนวณจะต้องตรวจสอบว่าเกิดความผิดพลาดในการป้อนข้อมูลหรือไม่ หรือจะต้องหาเหตุผลให้ได้ว่าทำไมค่าการประหยัดจึงสูงกว่าค่า Rule of thumbe เช่น อาจเป็นเพราะ เครื่องปรับอากาศนี้ทำงาน 24 ชั่วโมง 7 วันต่อสัปดาห์ หรืออาจเป็นเพราะเครื่องปรับอากาศที่ติดตั้งมีขนาดใหญ่กว่าภาระจริงมาก จึงสามารถลดปริมาณการจ่ายลมได้มาก เป็นต้น ในสถานะการณ์ใดๆก็ตาม เมื่อผลการคำนวณไม่สมเหตุสมผล แสดงว่าเกิดจากความผิดพลาดในการป้อนข้อมูล หรือไม่ก็เกิดจากการใช้งานที่แตกต่างกัน ไม่ว่ากรณีใด จะต้องทำการแก้ไขหรือหาเหตุผลให้ได้ ก่อนที่จะนำผลการประหยัดไปใช้ในขั้นต่อไป

การสร้างแบบจำลองการใช้พลังงานให้สมบูรณ์แบบสามารถทำได้ในทางทฤษฎี อย่างไรก็ตาม ยังเป็นข้อสงสัยในทางปฏิบัติว่า ค่าใช้จ่ายที่เกิดขึ้นอาจจะมากกว่าคุณค่าที่ได้รับจากการจำลองการใช้พลังงาน โดยเฉพาะอย่างยิ่งในอาคารขนาดเล็ก และถึงแม้ว่าจะใช้โปรแกรมการจำลองพลังงานที่ดีที่สุดและแบบจำลองที่สร้างมาอย่างดี ก็ยังมีข้อจำกัดในตัวเองที่จะคาดการณ์ผลของมาตรการอนุรักษ์พลังงานที่นำมาใช้ ดังนั้นในบางกรณีจึงควรลดทอนค่าการประหยัด เพื่อป้องกันไม่ให้มีผลการประหยัดสูงเกินความเป็นจริง

สุดท้ายก็คือ ถึงแม้ว่าจะเป็นแบบจำลองที่ดีที่สุดและใช้โปรแกรมจำลองการใช้พลังงานที่ซับซ้อนที่สุดที่มีอยู่ ก็ยังคงมีข้อจำกัดในตัวเอง

เอกสารอ้างอิง
Albert Thumann, Handbook of Energy Audits, Fifth Edition