"Passive Cooling" ลดความร้อนให้บ้านด้วยวิธีธรรมชาติ
โดย RISC | 1 ปีที่แล้ว
เข้าสู่ช่วงหน้าร้อนแบบนี้ หลายคนอาจมองหาสถานที่ท่องเที่ยวเพื่อช่วยคลายร้อน แต่สำหรับอีกหลายคนที่ต้องการพักผ่อนอยู่ที่บ้าน ต่างก็มองหาวิธีที่ช่วยลดความร้อนในบ้านกัน ครั้นจะเปิดเครื่องปรับอากาศเพียงอย่างเดียว ก็กลัวว่าจะแบกรับค่าไฟไม่ไหว แล้วจะมีวิธีไหนบ้างล่ะ? ที่สามารถช่วยได้ก่อนอื่นเรามาทำความเข้าใจถึงตัวแปรของความสบายกันก่อน โดยความสบายของมนุษย์ (Human Comfort) จะมีองค์ประกอบหลากหลายด้าน ได้แก่ ความสบายเชิงอุณหภาพ (Thermal Comfort) คุณภาพอากาศ (Air Quality) ความสบายทางสายตา (Visual Comfort) หรือความสบายทางด้านเสียง (Acoustic Comfort) ซึ่งวันนี้เราพูดถึงเรื่องอากาศร้อน เราจะมาเน้นกันที่ “ความสบายเชิงอุณหภาพ” และแหล่งที่มาของความเย็นตามธรรมชาติ เพื่อหาแนวทางในการลดความร้อนให้กับบ้าน และทำให้เรารู้สึกสบายมากขึ้นในช่วงฤดูร้อนนี้ตัวแปรของความรู้สึกสบายเชิงอุณหภาพของมนุษย์นั้น สามารถแบ่งได้เป็น 2 ประเภท ก็คือ...• ตัวแปรที่เกิดจากปัจจัยทางสภาพแวดล้อม (Environmental Factor) เช่น อุณหภูมิอากาศ ความชื้นสัมพัทธ์ อุณหภูมิเฉลี่ยของพื้นผิวโดยรอบ และความเร็วลม• ตัวแปรที่เกิดจากปัจจัยส่วนบุคคล (Human Factor)ต่อไปเรามาลงรายละเอียดในเรื่องของ “ปัจจัยทางสภาพแวดล้อมที่ส่งผลต่อความรู้สึกสบายเชิงอุณหภาพของมนุษย์” กันอย่างแรก อุณหภูมิอากาศ (Air Temperature) ก็คือ อุณหภูมิอากาศกระเปาะแห้งที่วัดค่าได้จากเทอร์โมมิเตอร์ โดยช่วงขอบเขตของความสบายจะอยู่ที่ 22-27 องศาเซลเซียส ส่วนค่าระดับของความสบายที่เหมาะสมที่สุดนั้นจะอยู่ที่ 24-25 องศาเซลเซียส
ต่อมา ความชื้นสัมพัทธ์ (Relative Humidity) ก็คือ สัดส่วนของปริมาณความชื้นในอากาศเปรียบเทียบกับปริมาณความชื้นสูงสุดที่อากาศสามารถรับได้ โดยไม่กลั่นตัวเป็นหยดน้ำ ซึ่งช่วงขอบเขตของความสบายจะอยู่ที่ 20-75 %RH ส่วนค่าระดับของความสบายที่เหมาะสมที่สุดจะอยู่ที่ 55±5 %RHอุณหภูมิเฉลี่ยของพื้นผิวโดยรอบ (Mean Radiant Temperature, MRT) คือ ค่าเฉลี่ยของปริมาณรังสีความร้อนที่มีอิทธิพลต่อสภาพแวดล้อมนั้นๆ เมื่ออุณหภูมิเฉลี่ยของพื้นผิวโดยรอบเพิ่มขึ้นหรือลดลง 1 องศาเซลเซียส ก็จะส่งผลให้มนุษย์รู้สึกร้อนขึ้นหรือเย็นลง ประมาณ 1.4 องศาเซลเซียสและสุดท้ายคือ ความเร็วลม (Air Velocity) โดยมีช่วงขอบเขตของความสบายอยู่ที่ 0.05-1.00 เมตร/วินาที ซึ่งสามารถรับรู้ได้ว่ามีความเคลื่อนไหวของอากาศ โดยที่ความเร็วลมต้องไม่น้อยเกินไปจนทำให้รู้สึกอึดอัด หรือมากเกินไปจนรบกวนทำให้เกิดความรำคาญ สำหรับมนุษย์อย่างเราจะรู้สึกเย็นลง 0.4 องศาเซลเซียส เมื่อความเร็วลมเพิ่มขึ้น 1 กิโลเมตร/ชั่วโมง หรือประมาณ 0.28 เมตร/วินาทีเมื่อเรารู้ถึงปัจจัยทางสภาพแวดล้อมของตัวบ้านที่ส่งผลให้เรารู้สึกร้อนหรือเย็นแล้ว ต่อไปเราจะมาดูแหล่งที่มาของความเย็นที่มีอยู่โดยรอบบ้านเรา ก่อนนำไปพิจารณาความเป็นไปได้ในการปรับปรุง เพื่อช่วยลดความร้อนให้กับบ้านของเราสำหรับแหล่งที่มาของความเย็นตามธรรมชาติ ก็จะมีตั้งแต่...ความเย็นจากพื้นดิน (Earth) มีทั้งความเย็นจากใต้ดินรวมถึงความเย็นจากใต้แหล่งน้ำในระดับที่เหมาะสม เนื่องจากไม่ได้รับอิทธิพลทางความร้อนจากรังสีดวงอาทิตย์ จึงทำให้มีอุณหภูมิต่ำกว่าอุณหภูมิอากาศภายนอกทั่วไป และมีความคงที่สม่ำเสมอตลอดทั้งวัน อุณหภูมิดินโดยเฉลี่ยของประเทศไทย ที่ความลึก 1 เมตร จากผิวดิน จะอยู่ที่ประมาณ 26-28 องศาเซลเซียส และอุณหภูมิน้ำจากแหล่งน้ำขนาดใหญ่ที่มีความลึกตั้งแต่ 1.50 เมตร ขึ้นไป โดยเฉลี่ยจะอยู่ที่ประมาณ 23-25 องศาเซลเซียสการระเหยของน้ำ (Evaporation) ได้แก่ การระเหยที่ผิว (Surface) ทั้งจากผิวของแหล่งน้ำและจากผิวของวัสดุที่มีการดูดซับน้ำไว้ และการคายน้ำของพืชพรรณ (Transpiration) ซึ่งเป็นการดึงพลังงานความร้อนจากสภาพแวดล้อมเพื่อใช้ในการเปลี่ยนสถานะจากน้ำกลายเป็นไอน้ำ ส่งผลให้อุณหภูมิของสภาพแวดล้อมบริเวณนั้นลดลง โดยที่การระเหยของน้ำนั้นใช้พลังงานความร้อน 2.3 เมกะจูล/กิโลกรัม (2,200 บีทียู/ชั่วโมง) ในการทำให้น้ำ 1 ลิตร เปลี่ยนสถานะกลายเป็นไอกระแสลม (Wind) จะช่วยพาความร้อนและความชื้นออกจากตัววัตถุและผิว รวมทั้งกระตุ้นให้เกิดการระเหยของเหงื่อ ซึ่งเป็นการคายความร้อนออกจากร่างกายของมนุษย์ แต่ความเร็วลมเฉลี่ยของประเทศไทยอยู่ในระดับปานกลางถึงต่ำ คือไม่เกิน 4 เมตร/วินาที (ประมาณ 1 เมตร/วินาที ที่ระดับความสูง 10 เมตร จากพื้นดิน) จึงจำเป็นที่จะต้องมีการออกแบบเพื่อรับลม เพิ่มความเร็วลม หรือลดอุณหภูมิของลมก่อนเข้าสู่ตัวอาคารความเย็นจากท้องฟ้า (Sky) เนื่องจากอุณหภูมิพื้นหลังจักรวาล (Background Temperature of the Universe) นั้นมีอุณหภูมิต่ำมากถึง -270 องศาเซลเซียส (2.735 องศาเคลวิน) ส่งผลให้อุณหภูมิของท้องฟ้าเมื่อไม่ได้รับอิทธิพลจากรังสีดวงอาทิตย์ จะมีช่วงอุณหภูมิอยู่ที่ประมาณ -70 องศาเซลเซียส (203 องศาเคลวิน) และเพิ่มสูงขึ้นเมื่อเข้าใกล้พื้นดิน หากมองแบบเข้าในง่ายๆ ท้องฟ้าจึงเป็นแหล่งความเย็นอันมหาศาลนั่นเองร่มเงา (Shading) แหล่งที่มาของความร้อนบนพื้นผิวโลกที่มีอิทธิพลสูงที่สุด ก็คือ รังสีดวงอาทิตย์ การป้องกันความร้อนและเพิ่มความเย็นให้กับวัตถุและสภาพแวดล้อมที่ดี จึงเป็นการสร้างร่มเงาเพื่อป้องกันความร้อนจากรังสีดวงอาทิตย์ โดยเฉพาะในช่วงเวลา 14:00 น. ซึ่งเป็นช่วงที่ได้รับอิทธิพลความร้อนสูงที่สุด การสร้างร่มเงาจะสามารถลดความร้อนได้ถึง 5 เท่าเลยทีเดียวหลังจากที่เรารู้ทั้งปัจจัยทางสภาพแวดล้อมและแหล่งความเย็นตามธรรมชาติโดยรอบบ้าน ขั้นตอนต่อไปก็จะเป็นการพิจารณาว่า มีวิธีการใดบ้าง? ที่สามารถประยุกต์ใช้กับบ้านของเราได้ตามแนวทางการออกแบบอาคารเพื่อการปรับเย็นตามธรรมชาติการทำความเย็นจากพื้นดิน (Earth Cooling)• การใช้ประโยชน์จากดิน ซึ่งสามารถสร้างความเย็นจากดินที่ความลึก 0.60 เมตร ซึ่งมีอุณหภูมิของดินอยู่ที่ประมาณ 26-28 องศาเซลเซียส ควรมีร่มเงาจากไม้ต้นหรือพืชคลุมดิน เพื่อป้องกันการรับอิทธิพลความร้อนจากรังสีดวงอาทิตย์ และอยู่ใกล้แหล่งน้ำหรือมีการรดน้ำเพื่อให้มีความชื้นในดินสูง ซึ่งทำให้เกิดการระเหยของน้ำ และทำให้อุณหภูมิของดินลดต่ำลง• การใช้ประโยชน์จากน้ำ โดยที่เราสามารถสร้างความเย็นจากน้ำที่ความลึก 1.50 เมตร ซึ่งมีอุณหภูมิของน้ำอยู่ที่ประมาณ 23-25 องศาเซลเซียส และควรมีร่มเงา รวมทั้งอาจเพิ่มการระเหยของน้ำโดยการเพิ่มความเร็วลม หรือการเพิ่มพื้นที่ผิวสัมผัสอากาศ อย่างเช่น การติดตั้งน้ำพุ น้ำตก หรือแม้แต่กังหันน้ำการทำความเย็นด้วยการระเหยของไอน้ำ (Evaporative Cooling)• การออกแบบแหล่งน้ำ โดยแหล่งน้ำที่มีความกว้าง 32 เมตร ที่ไม่ได้รับอิทธิพลความร้อนจากรังสีดวงอาทิตย์ สามารถทำความเย็นให้กับสภาพแวดล้อมเทียบเท่าเครื่องปรับอากาศประมาณ 1 ตันความเย็น (12,000 บีทียู/ชั่วโมง)• การเลือกชนิดต้นไม้ โดยปกติต้นไม้ที่มีอัตราการคายน้ำ 5.5 ลิตร/ชั่วโมง (65 ลิตร/วัน) จะสามารถทำความเย็นให้กับสภาพแวดล้อมเทียบเท่าเครื่องปรับอากาศประมาณ 1 ตันความเย็นเช่นกัน• การเลือกวัสดุพื้นผิวภายนอกอาคาร ซึ่งมีตั้งแต่วัสดุที่มีค่าการดูดซึมน้ำและการระเหยของน้ำสูง (High Water Absorption and High Evaporation), วัสดุที่มีค่าการดูดซับความร้อนต่ำ (Low Thermal Absorption) เช่น วัสดุที่มีสีอ่อน (Light Color) หรือวัสดุมวลสารต่ำ (Low Mass) และความหนาแน่นน้อย (Low Density), วัสดุที่มีค่าการแผ่รังสีสูง (High Emissivity) เช่น วัสดุพื้นผิวขรุขระ (Rough Surface) หรือวัสดุพื้นที่ผิวมาก (Large Surface Area)การระบายอากาศตามธรรมชาติ (Natural Ventilation)• การเพิ่มปริมาณลม โดยการวางทิศทางอาคารและการออกแบบรูปทรงอาคารที่มีการรับลมให้สัมพันธ์กับทิศทางลมประจำของสถานที่ตั้งนั้นๆ• การเพิ่มความเร็วลม โดยการออกแบบต้นไม้และเนินดิน เช่น การจัดวางแนวต้นไม้บังคับทิศทางลมตามลำดับความสูง โดยสัดส่วนของช่องลมเข้าต่อช่องลมออกเท่ากับ 1.75 : 1 หรือการออกแบบเนินดินที่มีความลาดชัน 30 องศา• การลดอุณหภูมิลม ด้วยแหล่งน้ำ ต้นไม้ และวัสดุพื้นผิว เช่น การวางตำแหน่งของแหล่งน้ำที่มีร่มเงา รับทิศทางลมก่อนเข้าสู่ตัวอาคาร, การเลือกชนิดต้นไม้ที่มีทรงพุ่มแผ่กว้างเพื่อสร้างร่มเงา และลำต้นสูงโปร่งเพื่อไม่บดบังการเคลื่อนที่ของลม, การเลือกวัสดุพื้นผิวภายนอกที่มีร่มเงาและมีการระเหยของน้ำ รับทิศทางลมก่อนเข้าสู่ตัวอาคารการแผ่รังสีกลับสู่ท้องฟ้าในเวลากลางคืน (Night Sky Radiation)การออกแบบหลังคา ควรเลือกวัสดุเคลือบผิวหลังคาที่มีค่าการแผ่รังสีสูง (Emissivity) มากกว่า 0.9 ซึ่งสามารถแผ่รังสีความร้อนกลับสู่ท้องฟ้าในเวลากลางคืนได้ดี และวัสดุหลังคาควรมีมวลสารน้อย เพื่อให้เก็บกักความร้อนน้อย และสามารถคายความร้อนได้รวดเร็ว นอกจากนี้ องศาความลาดชันของหลังคาครลาดชันประมาณ 15-30 องศา สำหรับพื้นที่ที่ต้องการรวบรวมความเย็น โดยพื้นที่หลังคาที่สัมผัสกับท้องฟ้าโดยตรง จะสามารถเก็บกักความเย็นในตอนกลางคืนได้ประมาณ 7 บีทียู/ชั่วโมง/ตารางฟุตการป้องกันความร้อนจากรังสีดวงอาทิตย์ (Solar Radiation Protection)• การป้องกันความร้อนด้วยการออกแบบภูมิทัศน์ โดยการปลูกต้นไม้นั้นสามารถให้ร่มเงาแก่พื้นที่โดยรอบได้ และยังช่วยลดความร้อนจากการรับรังสีดวงอาทิตย์โดยตรง นอกจากนี้ยังช่วยดูดซับความร้อน และเพิ่มการระเหยของน้ำด้วยการคายน้ำ และเพิ่มความชุ่มชื้นให้ผิวดิน แต่ความสามารถในการให้ร่มเงาจะแปรตามปัจจัยต่างๆ ทั้งเรื่องรูปทรงของต้นไม้ ความสูง ขนาดทรงพุ่ม ความหนาแน่น (ทึบ-โปร่ง) ของพุ่มใบ และขนาดของใบ สำหรับการเลือกชนิดพืชพรรณ จะมีแนวทางที่แตกต่างกันตามทิศทางของช่องเปิดที่ต้องการป้องกันความร้อน ตามนี้ ทิศใต้ ซึ่งเป็นทิศที่ได้รับผลกระทบจากรังสีดวงอาทิตย์ในมุมสูง และปริมาณมากที่สุดตลอดปี จึงควรเลือกพืชที่มีลักษณะ... - รูปทรงสูง และแผ่กว้าง (Spreading) ความสูงลำต้นควรสูงกว่าระดับความสูงของผู้ใช้งาน ณ บริเวณพื้นที่ใช้สอยนั้นๆ - พุ่มใบเปิดเป็นชั้น ให้ร่มเงาในแนวแกนนอน (Horizontal shading) กันแดดในมุมสูงได้ดี และยอมให้ลมผ่านได้ - ไม่ผลัดใบในช่วงฤดูร้อน - อัตราการคายน้ำประมาณ 5.5 ลิตร ต่อ ชั่วโมง - มีคุณสมบัติในการกรองฝุ่นละอองและสารพิษ ทิศตะวันตก ซึ่งเป็นทิศที่ได้รับผลกระทบจากรังสีดวงอาทิตย์ในมุมต่ำ และรุนแรงในช่วงบ่ายถึงเย็นของวัน จึงควรเลือกพืชที่มีลักษณะ... - รูปทรงสูงแบบ Column หรือ Cone หรือ Pyramid ปลูกในลักษณะเป็นแนวป้องกัน (Buffer) - พุ่มใบให้ร่มเงาในแนวแกนตั้ง (Vertical shading) กันแดดในมุมต่ำได้ดี และยอมให้ลมผ่านได้ - ไม่ผลัดใบในช่วงฤดูร้อน - อัตราการคายน้ำประมาณ 5.5 ลิตร ต่อ ชั่วโมง - มีคุณสมบัติในการกรองฝุ่นละอองและสารพิษ• การป้องกันความร้อนด้วยการออกแบบอาคาร การออกแบบรูปทรงอาคาร หลังคา และอุปกรณ์บังแดด ตามตำแหน่งที่ตั้งและทิศทางการวางอาคาร โดยการสังเกตทิศทางของแสงแดดที่บ้านของเราในช่วงเวลาที่ร้อนที่สุดของแต่ละพื้นที่ที่เราต้องการบังแดด หรือช่วงเวลา 14:00 น. ของแต่ละวัน แล้วจึงเลือกอุปกรณ์บังแดดที่สามารถติดตั้งได้อย่างเหมาะสมในแต่ละพื้นที่นั้นๆจากที่เรากล่าวมาทั้งหมด สามารถสรุปแนวคิดการลดความร้อนให้บ้านด้วยวิธีธรรมชาติที่สามารถนำไปปรับใช้ได้ตามนี้...• กางร่มให้กับตัวบ้านและพื้นที่ใช้งานภายนอกบ้าน ด้วยการมีหลังคา กันสาด ชายคา หรือต้นไม้• เปิดประตูหน้าต่าง เพื่อให้อากาศถ่ายเท โดยระวังไม่นำอากาศร้อนเข้าสู่ตัวบ้าน หากมีข้อจำกัดด้านช่องเปิดสามารถติดตั้งพัดลมเพื่อเพิ่มการไหลเวียนของอากาศได้• ปลูกต้นไม้รอบบ้านให้มากที่สุด โดยเฉพาะบริเวณช่องเปิดประตูหน้าต่าง เพื่อให้ร่มเงา และสร้างแหล่งความเย็น หากพื้นที่ของบ้านมีพื้นที่มากพอ อาจเพิ่มบ่อน้ำ น้ำพุ หรือน้ำตก เพื่อเพิ่มเติมความเย็นจากการระเหยของน้ำได้• ลดพื้นที่ดาดแข็ง ถนน หรือคอนกรีต และเลือกวัสดุปูพื้นภายนอกบ้านที่ช่วยดูดซึมน้ำและไม่สะสมความร้อนเนื้อหาโดย คุณ สริธร อมรจารุชิต ผู้ช่วยผู้อำนวยการ, Research Integration & Design Solutions for Well-Being, RISC
