การเพิ่มประสิทธิภาพการออกแบบรูปทรงอาคารเรียนเพื่อการประหยัดพลังงานในภูมิอากาศร้อนชื้น

จากแนวนโยบายด้านการพัฒนาอย่างยั่งยืนและเป้าหมายการลดการใช้พลังงานของประเทศในระยะยาว การออกแบบอาคารที่มีประสิทธิภาพด้านพลังงานจึงเป็นหนึ่งในกลยุทธ์สำคัญ โดยเฉพาะในบริบทของประเทศไทยที่มีภูมิอากาศร้อนชื้น และอาคารเรียนเป็นกลุ่มอาคารที่มีการใช้พลังงานจำนวนมาก งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาศักยภาพของการออกแบบรูปทรงอาคารเรียนให้สามารถใช้พลังงานอย่างมีประสิทธิภาพ และมีแนวโน้มพัฒนาไปสู่การเป็นอาคารพลังงานสุทธิเป็นศูนย์ (Net Zero Energy Building: NZEB) ในอนาคตงานวิจัยได้จำลองอาคารเรียนต้นแบบขนาด 5 ชั้น พื้นที่ใช้สอยรวม 11,000 ตารางเมตร ภายใต้รูปทรงที่แตกต่างกัน 5 ประเภท ได้แก่ สี่เหลี่ยม ตัวแอล ตัวซี กากบาท และคอร์ทยาร์ด โดยใช้โปรแกรม Rhinoceros ร่วมกับปลั๊กอิน Ladybug และ Honeybee เชื่อมต่อกับ EnergyPlus เพื่อวิเคราะห์ความต้องการใช้พลังงานและการผลิตไฟฟ้าจากระบบโซลาร์เซลล์ โดยควบคุมปัจจัยด้านการออกแบบ เช่น อัตราส่วนช่องเปิดต่อพื้นที่ผนัง (Window-to-Wall Ratio: WWR) ที่ระดับ 30% 40% และ 50% ระยะยื่นของแผงบังแดดที่ 1.0 1.5 และ 2.0 เมตร ทิศทางอาคาร ขวางตะวัน ตามตะวัน ใน 4 รูปแบบ และรูปแบบเงาที่ล้อมรอบอาคาร ไม่มีเงา เงา 4 ทิศ เงาทิศเหนือ–ใต้ และเงาทิศตะวันออก–ตะวันตก รวมถึงการติดตั้งระบบผลิตไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์บนหลังคา โดยกำหนดมุมเอียงแผงที่ 15 องศา และประสิทธิภาพระบบรวม 22%ผลการวิจัยพบว่า รูปทรงอาคารมีผลอย่างมีนัยสำคัญต่อการประหยัดพลังงาน โดยเฉพาะรูปทรงตัวแอลซึ่งมีค่า Energy Use Intensity (EUI) ต่ำที่สุดและสามารถผลิตพลังงานไฟฟ้าได้มากที่สุดเมื่อเทียบกับรูปทรงอื่น รูปทรงที่มีค่าอัตราส่วนพื้นผิวต่อปริมาตร (S/V) ต่ำ เช่น ตัวแอล สี่เหลี่ยม และตัวซี มีศักยภาพในการลดพลังงานสุทธิของอาคารสูงกว่า และสามารถผ่านเกณฑ์ระดับ ECON ได้ 22% ของกรณีศึกษาทั้งหมด โดยรูปทรงตัวแอลสามารถผ่านเกณฑ์ได้มากถึง 12% ของกรณีศึกษาทั้งหมด ปัจจัยด้านการออกแบบอื่น เช่น การใช้ WWR ต่ำ การยื่นแผงบังแดด 2 เมตร และการมีเงาล้อมรอบอาคารทั้ง 4 ทิศ ก็ช่วยลดพลังงานได้อย่างชัดเจนในขณะที่ประเด็นด้านแสงธรรมชาติได้รับการพิจารณาร่วม แต่เน้นรองลงจากการใช้พลังงาน โดยเฉพาะในกรณีที่เน้นการลดภาระจากระบบปรับอากาศเป็นหลัก ซึ่งเหมาะสมกับบริบทของอาคารเรียนในภูมิอากาศร้อนชื้น ข้อเสนอแนะจากงานวิจัยนี้ชี้ให้เห็นว่า การเลือกรูปทรงอาคารที่มีความกะทัดรัด (compact form) และเหมาะสมกับทิศทางแสงแดด รวมถึงการออกแบบกรอบอาคารร่วมกับระบบผลิตพลังงานทดแทนอย่างมีประสิทธิภาพ จะช่วยสนับสนุนเป้าหมายด้านการประหยัดพลังงานในเชิงระบบอย่างเป็นรูปธรรม และเป็นแนวทางที่สำคัญในการขับเคลื่อนสู่ NZEB ได้อย่างยั่งยืน