Development of Carbon Dioxide Concentration Control System for an Air-Conditioned Room

ปุณยสิริ บุญเป็ง; กฤษดา ยิ่งขยัน; อุเทน บุญเลียม; ชวโรจน์ ใจสิน

ผู้แต่ง

ปุณยสิริ บุญเป็ง สาขาวิชาวิศวกรรมไฟฟ้า คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีราชมงคลล้านนา จังหวัดเชียงใหม่ ประเทศไทย
กฤษดา ยิ่งขยัน สาขาวิชาวิศวกรรมไฟฟ้า คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีราชมงคลล้านนา จังหวัดเชียงใหม่ ประเทศไทย
อุเทน บุญเลียม บริษัทเท็นเนอยี่ อินโนเวชั่น จำกัด อุทยานวิทยาศาสตร์ ภาคเหนือ จังหวัดเชียงใหม่ ประเทศไทย
ชวโรจน์ ใจสิน วิทยาลัยพลังงานทดแทน มหาวิทยาลัยแม่โจ้ จังหวัดเชียงใหม่ ประเทศไทย

คำสำคัญ:

การควบคุมแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์สำหรับห้องปรับอากาศ, การระบายอากาศ, คุณภาพอากาศในอาคาร

บทคัดย่อ

งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อพัฒนาระบบควบคุมความเข้มข้นของแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์สำหรับห้องปรับอากาศ ด้วยเงื่อนไขการควบคุมอัตราการระบายอากาศแบบขั้นบันไดตามช่วงปริมาณแก๊ส รวมถึงการศึกษาอัตราการสะสมของแก๊สและอัตราการระบายอากาศของระบบระบายอากาศ ผลการควบคุมปริมาณแก๊สในห้องปรับอากาศ ซึ่งมีการสะสมของแก๊สที่อัตรา 25.92 ppm/min เป็นเวลา 120 นาที ด้วยระบบควบคุมความเข้มข้นที่พัฒนาขึ้น โดยใช้เงื่อนไขการควบคุมอัตราการระบายอากาศแบบขั้นบันได ซึ่งระบบระบายอากาศเริ่มทำงานที่ปริมาณแก๊ส 1,000 ppm ทำให้ได้ปริมาณแก๊สเฉลี่ยในช่วงเวลาตั้งแต่ 60-120 นาที เท่ากับ 1,528.2 ppm และใช้กำลังจริงรวมเท่ากับ 4.07 kWh ซึ่งเป็นการใช้กำลังจริงรวมเพิ่มขึ้น 1.39 เท่า เมื่อเปรียบเทียบกับการทดลองที่ไม่มีการระบายอากาศ เมื่อปรับลดเงื่อนไขการควบคุมอัตราการระบายอากาศแบบขั้นบันได โดยให้ระบบระบายอากาศเริ่มทำงานที่ปริมาณแก๊ส 750 ppm ทำให้ได้ปริมาณแก๊สเฉลี่ยเท่ากับ 1,362 ppm และใช้กำลังจริงรวมเท่ากับ 4.19 kWh ซึ่งเพิ่มขึ้น 1.43 เท่า สุดท้ายเมื่อให้ระบบระบายอากาศทำงานโดยใช้อัตราการระบายอากาศสูงสุดตลอดระยะเวลาของการทดลอง ส่งผลให้ได้ปริมาณแก๊สเฉลี่ยเท่ากับ 919 ppm และใช้กำลังจริงรวมสูงที่สุดเท่ากับ 6.98 kWh ซึ่งเพิ่มขึ้นถึง 2.4 เท่า ในกรณีกิจกรรมที่สามารถยอมรับปริมาณแก๊สภายในห้องให้อยู่ในระดับที่ไม่เกิน 1,500 ppm สามารถใช้เงื่อนไขการควบคุมอัตราการระบายอากาศแบบขั้นบันได ซึ่งจะส่งผลให้ประหยัดการใช้กำลังไฟฟ้าได้ประมาณ 40

References

Kanjanakrajang, A. and Chuaybamroong, P., 2017, “Measurements of Carbon Dioxide to Determine the Ventilation Effectiveness in the Classroom,” Thai Science and Technology Journal, 25 (6), pp. 960-974. (In Thai)

Chindapol, S., 2019, “Indoor Environmental Quality in a Classroom: Faculty of Architecture, Chiang Mai University,” The Journal of Architectural/Planning Research and Studies, 16 (1), pp. 93-105. (In Thai)

Schibuola, L., Scarpa, M. and Tambani, C., 2016, “Natural Ventilation Level Assessment in a School Building by CO2 Concentration Measures,” Energy Procedia, 101, pp. 257-264.

Ministry of the Environment Housing and Building Department, 2003, Indoor Climate and Ventilation of Buildings Regulations and Guidelines 2003, Decree of the Ministry of the Environment on the indoor Climate and ventilation of buildings, Helsinki, pp. 33-38.

Persily, A., 2020, “Quit Blaming ASHRAE Standard 62.1 for 1000 ppm CO2,” Proceedings of the 16th Conference of the International Society of Indoor Air Quality and Climate, November 1-4, Korea, pp. ABS-0445.

Kesornthong, S., 2006, Sick Building Syndrome, 1st ed., Klaimor, Bangkok, 193 p. (In Thai)

Daisey, M.J., Angell, J.W. and Apte, M.G., 2003, “Indoor Air Quality, Ventilation and Health Symptoms in Schools: An Analysis of Existing Information,” Indoor Air, 13, pp. 53-64.

ASHRAE, 2019, ANSI/ASHRAE Standard 62.1- 2019 Ventilation for Acceptable Indoor Air Quality, American Society of Heating, Refrigerating, and Air-Conditioning Engineers, Atlanta, 87 p.

MacNaughton, P., Spengler, J., Vallarino, J., Santanam, S., Satish, U. and Allen, J., 2016, “Environmental Perceptions and Health before and after Rrelocation to a Green Building,” Building and Environment, 104, pp. 138–144.

Vehviläinen, T., Lindholm, H., Rintamäki, H., Pääkkönen, R., Hirvonen, A., Niemi, O. and Vinha, J., 2016, “High Indoor CO2 Concentrations in an Office Environment Increases the Transcutaneous CO2 Level and Sleepiness during Cognitive Work,” Journal of Occupational and Environmental Hygiene, 13, pp. 19–29.

Satish, U., Mendell, M.J., Shekhar, K., Hotchi, T., Sullivan, D., Streufert, S. and Fisk, W.J., 2012, “Is CO2 an Indoor Pollutant? Direct Effects of Low-to-Moderate CO2 Concentrations on Human Decision-Making Performance,” Environmental Health Perspectives, 120, pp. 1671–1677.

Allen, J.G., MacNaughton, P., Cedeno-Laurent, J.G., Cao, X., Flanigan, S., Vallarino, J., Rueda, F., Donnelly-McLay, D. and Spengler, J.D., 2018, “Airplane Pilot Flight Performance on 21 Maneuvers in a Flight Simulator under Varying Carbon Dioxide Concentrations,” Journal of Exposure Science & Environmental Epidemiology, 29, pp. 457–468.

Carreiro-Martins, P., Viegas, J., Papoila, A.L., Aelenei, D., Caires, I., Araújo-Martins, J., Gaspar-Marques, J., Cano, M.M., Mendes, A.S., Virella, D., Rosado-Pinto, J., Leiria-Pinto, P., Annesi-Maesano, I., Neuparth, N., 2014, “CO2 Concentration in Day Care Centres is Related to Wheezing in Attending Children,” European Journal of Pediatrics, 173, pp. 1041–1049.

Centers for Disease Control and Prevention, Carbon dioxide Immediately Dangerous to Life or Health Concentrations (IDLH) [Online], Available: https://www.cdc.gov/niosh/idlh/124389.html. [27 June 2021]

Rice, S.A., 2003, “Health Effects of Acute and Prolonged CO2 Exposure in Normal and Sensitive Populations,” Proceedings of the Second Annual Conference on Carbon Sequestration, 5-8 May 2003, Virginia, pp. RICE 2– RICE 7.

Azuma, K., Kagi, N., Yanagi, U. and Osawa, H., 2018, “Effects of Low-Level Inhalation Exposure to Carbon Dioxide in Indoor Environments: a Short Review on Human Health and Psychomotor Performance,” Environment International, 121, pp. 51-56.

Blanco, A. and Blanco, G., 2017, “Metabolism,” pp. 275-281, in Coulthurst, F. (Ed.), Medical Biochemistry, Academic Press, London.

Blanco, A. and Blanco, G., 2017, “Carbohydrate Metabolism,” pp. 283-323, in Coulthurst, F. (Ed.), Medical Biochemistry, Academic Press, London.

Batog, P. and Badura, M., 2013, “Dynamic of Changes in Carbon Dioxide Concentration in Bedrooms,” Procedia Engineering, 57, pp. 175-182.

Braun, S.R., 1990, "Respiratory Rate and Pattern,” Clinical Methods, The History, Physical, and Laboratory Examinations, pp. 226-323, in Walker, H.K, Hall, W.D and Hurst, J.W. (Eds.), Butterworths, Boston.

Huang, Q., Marzouk, T., Cirligeanu, R., Malmstrom, H., Eliav, E. and Ren, Y.F., 2021, “Ventilation Assessment by Carbon Dioxide Levels in Dental Treatment Rooms,” Journal of Dental Research, 100 (8), pp. 810-816.

Fisk, W.J., Black, D. and Brunner, G., 2012, “Changing Ventilation Rates in U.S. Offices: Implications for Health, Work Performance, Energy, and Associated Economics,” Building and Environment, 47, pp. 368-372.

Kurnitski, J., 2020, “Ventilation Rate and Room Size Effects on Infection Risk of COVID-19,” REHVA European HVAC Journal, 57, pp. 26-31.

Rachapradit, N., Poowaruttanawiwit, P. and Kosum, T., 2020, “Improvement of Indoor Air Quality with Ventilation During Nighttime in Bedrooms in Residential House,” Journal of Industrial Education, 14 (1), pp. 106-123. (In Thai)