การพัฒนารูปแบบและระบบการไหลเวียนอากาศของหลังคา เพื่อลดอุณหภูมิภายในอาคาร

Abstract

วิทยานิพนธ์นี้เป็นส่วนหนึ่งของการวิจัยใน โครงการโรงเรียนต้นแบบไม่ปรับอากาศภาคตะวันออกเฉียงเหนือ ปัจจุบันสภาพภูมิอากาศในประเทศไทยมีความรุนแรงมากขึ้น โดยเฉพาะในภาคตะวันออกเฉียงเหนือ แนวทางการออกแบบสถาปัตยกรรมยุคใหม่ โดยเฉพาะระบบเปลือกอาคาร ควรมีคุณสมบัติการป้องกันการถ่ายเทความร้อนเข้าสู่อาคาร และสามารถทำให้อุณหภูมิภายในอาคารลดต่ำลง การออกแบบระบบเปลือกอาคารในส่วนหลังคา นับว่ามีความสำคัญอย่างยิ่ง เนื่องจากเป็นพื้นที่รับการแผ่รังสีความร้อนโดยตรงจากดวงอาทิตย์ วัตถุประสงค์ของการวิจัยนี้ เพื่อหาอิทธิพลของตัวแปร ที่มีผลกระทบต่ออุณหภูมิภายในช่องใต้หลังคา และวิเคราะห์ผลนำมาประยุกต์ใช้หาแนวทางในการออกแบบระบบหลังคาเพื่อควบคุม อุณหภูมิภายในอาคารให้เข้าใกล้สภาวะน่าสบายมากที่สุด การวิจัยแบ่งออกเป็น 2 ขั้นตอน คือ ขั้นตอนที่ 1 การหาอิทธิพลของตัวแปรของระบบหลังคา โดยใช้เซลทดลองเป็นตัวทดสอบ ตัวแปรที่ใช้ในการศึกษา ได้แก่ มวลสารวัสดุมุงหลังคา สีของวัสดุมุงหลังคา มวลสารของฉนวนความร้อน และการใช้การไหลเวียนอากาศในระบบหลังคา ขั้นตอนที่ 2 เทคนิคในการออกแบบระบบหลังคา เพื่อลดความรุนแรงของอุณหภูมิจากภายนอกเข้าสู่อาคาร โดยใช้อาคารโรงเรียนต้นแบบภาคตะวันออกเฉียงเหนือย่อมาตราส่วน เป็นอาคารทดลอง และประเมินผล ผลการทดลองในขั้นตอนที่ 1 พบว่าในช่วงเวลากลางวัน วัสดุมุงหลังคาที่มีมวลสารน้อย มีค่าการนำความร้อนสูง และมีค่าการดูดซับรังสีดวงอาทิตย์ในช่วงคลื่นสั้นสูง ได้แก่ วัสดุหลังคาโลหะเคลือบสีดำ ส่งผลให้อุณหภูมิอากาศภายในเซลทดลองสูงกว่าอุณหภูมิอากาศภายนอก และสูงกว่าวัสดุมุงหลังคาที่มีมวลสารมาก มีค่าการนำความร้อนต่ำ และมีการดูดซับรังสีดวงอาทิตย์ในช่วงคลื่นสั้นต่ำ ส่วนในช่วงเวลากลางคืน วัสดุมุงหลังคาที่มีมวลสารน้อย ค่าการนำความร้อนสูง และมีค่าการคายรังสีในช่วงคลื่นยาวสูง ได้แก่ วัสดุหลังคาโลหะเคลือบสีที่มีผิวด้านส่งผลให้อุณหภูมิในเซลทดลองต่ำกว่า อุณหภูมิอากาศภายนอก และต่ำกว่าอุณหภูมิในเซลทดลองที่ใช้วัสดุหลังคาที่มีมวลสารมาก มีค่าการนำความร้อนต่ำ และมีค่าการคายรังสีในช่วงคลื่นยาวต่ำ นอกจากนี้การใช้การไหวเวียนอากาศใต้หลังคา ยังส่งผลให้เกิดความแตกต่างของอุณหภูมิภายในเซลทดลอง โดยในช่วงเวลากลางวัน กล่องที่ไม่ใช้การไหลเวียนอากาศใต้ช่องหลังคาจากภายนอก มีอุณหภูมิเฉลี่ยภายในกล่องสูงกว่าเซลที่ใช้การไหลเวียนอากาศประมาณ 1.8 องศาเซลเซียส ส่วนในช่วงเวลากลางคืน กล่องที่ไม่ใช้การไหลเวียนอากาศใต้ช่องหลังคาจากภายนอก มีอุณหภูมิเฉลี่ยภายในเซลต่ำกว่าเซลที่ใช้การไหวเวียนอากาศโดยเฉลี่ยประมาณ 2 องศาเซลเซียส และต่ำกว่าอุณหภูมิอากาศภายนอกโดยเฉลี่ยมากกว่า 2 องศาเซลเซียส ขั้นตอนที่ 2 นำผลการทดลองจากการทดสอบในขั้นตอนที่ 1 มาประยุกต์ทดสอบในอาคารทดลองพบว่า การใช้หลังคาโลหะเคลือบสี กับฉนวนมวลสารน้อย ไม่ใช้การไหลเวียนอากาศในช่วงเวลากลางคืน ทำให้อุณหภูมิห้องชั้นบนในช่วงเวลากลางคืน ต่ำกว่าการใช้หลังคาในระบบทั่วไป กับฉนวนมวลสารน้อย ประมาณ 1.5 องศาเซลเซียส ผลการวิจัยสรุปว่า การออกแบบระบบหลังคาที่สามารถป้องกันการถ่ายเทความร้อนในช่วงเวลากลางวัน และสามารถนำความเย็นจากการคายรังสีความร้อนสู่ท้องฟ้าในเวลากลางคืนที่ผิว หลังคามาใช้ ควรออกแบบระบบหลังคาดังนี้ 1) ใช้หลังคาที่มีมวลสารน้อย มีค่าการนำความร้อนสูง และต้องใช้ร่วมกับระบบฉนวนป้องกันความร้อนที่มีค่าการต้านทานความร้อนสูง เพียงพอ เพื่อป้องกันความร้อนจากผิวหลังคาเข้าสู่อาคาร 2) ระบบฉนวนป้องกันความร้อนต้องมีมวลสารน้อย เพื่อลดการสะสมความร้อนในช่วงเวลากลางคืน 3) เลือกวัสดุหลังคาที่มีค่าการคายรังสีในช่วงคลื่นยาวสูง 4) ใช้การไหลเวียนอากาศใต้ช่องหลังคาจากภายนอกในเวลากลางวัน และไม่ใช้การไหวเวียนอากาศใต้ช่องหลังคาจากภายนอกในเวลากลางคืน เพื่อสะสมความเย็นที่เกิดขึ้น 5) ช่องอากาศใต้หลังคา และระบบท่อระบายอากาศ ในระบบหลังคาควรมีความฝืดน้อยที่สุด เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการไหลเวียนอากาศใต้ช่องหลังคา การออกแบบหลังคารูปแบบนี้ เป็นแนวทางหนึ่งในการออกแบบอาคารประหยัดพลังงานด้วยระบบธรรมชาติ ที่เหมาะสมกับภูมิอากาศของประเทศไทย