การลดความร้อนผ่านหลังคาโปร่งใสโดยวิธีการธรรมชาติ

Abstract

การที่ประเทศไทยเป็นประเทศที่อยู่ในภูมิภาคร้อนชื้น ได้รับความร้อนจากดวงอาทิตย์ในประมาณสูงตลอดทั้งปี และส่วนหลังคาเป็นส่วนของสถาปัตยกรรมที่ได้รับการแผ่รังสีความร้อนจากดวงอาทิตย์ในอัตราสูงกว่าส่วนอื่น ๆ ของอาคารโดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อมีการใช้หลังคาหรือช่องแสงกระจก จะพบว่าอิทธิพลของความร้อนที่ได้รับจากหลังคามีปริมาณสูงมากจนบางครั้งก่อให้เกิดปัญหาจากการใช้งานอันเนื่องมาจากความไม่เหมาะสมของการออกแบบหลังคาโปร่งใส การวิจัยนี้จะสร้างความเข้าใจเกี่ยวกับตัวแปรที่มีอิทธิพลต่อการลดความร้อนเข้าสู่หลังคา ซึ่งจะเป็นประโยชน์ในการออกแบบและการเลือกพิจารณาใช้วัสดุกระจกประกอบอาคารให้เหมาะสมกับการใช้งาน การศึกษานี้เป็นการวิจัยเชิงทดลอง ที่เน้นการศึกษาเปรียบเทียบประสิทธิภาพในการลดความร้อนของตัวแปรต่าง ๆ ภายใต้หลังคากระจก โดยกระจกที่ใช้ในการศึกษาเป็นกระจกที่นิยมใช้ประกอบอาคารทั่วไป 2 ชนิด คือ กระจกสะท้อนแสง (reflective glass) และกระจกฉนวน (beat-stop glass) ซึ่งมีค่าสัมประสิทธิ์การบังแดดของกระจก (Shading Coefficient, SC) เท่ากัน แต่มีลักษณะทางกายภาพและค่าการนำความร้อน ของวัสดุต่างกัน ติดตั้งด้านบนของหน่วยทดลอง และสำหรับผนังในส่วนที่เหลือทุกด้านใช้โพลีสไตรีนโฟมความหนา 4 นิ้ว เป็นองค์ประกอบ เพื่อให้มีการแลกเปลี่ยนความร้อนระหว่างภายในและภายนอกน้อยที่สุด ตัวแปรที่มีผลต่ออุณหภูมิภายในหน่วยทดลองที่ทำการวิจัยเปรียบเทียบ ได้แก่ กระจก การเปลี่ยนแปลงขนาดช่องเปิดในส่วนผนัง ความแตกต่างของมวลสาร (Thermal Mass) ที่มีค่าความจุความร้อนของวัสดุต่างกันและตัวแปรที่เกิดจากอิทธิพลของต้นไม้ที่ลำต้นมีรูปทรงสูง พุ่มใบหนาแน่น ในการวิจัยขั้นสุดท้ายเป็นการนำข้อดีของตัวแปรแต่ละชนิดตามการทดลองมาผสมผสมกัน จากการวิจัยพบว่ากระจกในสภาพไม่ปรับอากาส ถึงแม้จะมีค่าสัมประสิทธิ์การบังแดดเท่ากัน แต่อุณหภูมิภายในหน่วยทดลองที่ใช้กระจกฉนวนจะมีอุณหภูมิสูงกว่ากระจกชั้นเดียวถึง 10 องศาเซลเซียส ในช่วงเวลาที่เกิดความร้อนสูงสุด (peak) ของวัน ทั้งนี้เนื่องจากความร้อนที่ผ่านเข้ามาในหน่วยทดลองจะระบายออกได้ยากกว่าในกรณีเป็นหลังคากระจกฉนวน ในเรื่องการเปลี่ยนแปลงช่องเปิดพบว่าช่องเปิดผนังขนาดใหญ่สามารถระบายความร้อนได้รวดเร็วจนทำให้อุณหภูมิภายในและภายนอกมีค่าใกล้เคียงกันได้ สำหรับเรื่องของมวลสารพบว่าวัสดุมวลสารหนักที่มีค่าความจุความร้อนสูง (อิฐมอญ) เมื่อเปรียบเทียบกับวัสดุมวลสารเบาที่มีค่าความจุความร้อนต่ำกว่า (คอนกรีตมวลเบา) อุณหภูมิของหน่วยทดลองที่ประกอบด้วยมวลสารหนัก จะมีค่าเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิน้อยกว่า โดยเฉพาะอย่างยิ่งช่วงที่เกิดความร้อนสูงสุด อุณหภูมิภายในวัสดุมวลสารหนักจะมีอุณหภูมิต่ำกว่าประมาณ 5 องศาเซลเซียส และในส่วนการใช้ต้นไม้ได้ข้อสรุปที่เห็นชัดเจนว่า ต้นไม้สามารถสกัดกั้นแสงแดดให้ตกลงสู่เบื้องล่างได้น้อยลง อันเป็นผลให้อุณหภูมิด้านล่างหน่วยทดลองต่ำกว่าอุณหภูมิด้านบนประมาณ 10-15 องศาเซลเซียส จากผลการวิจัยนี้สามารถสรุปได้ว่าหากเป็นอาคารจริง การทำให้อุณหภูมิภายในอาคารที่มีหลังคากระจกตํ่าลง จะต้องเน้นการมีช่องเปิดระดับสูงเหนือพุ่มใบต้นไม้ เพื่อระบายความร้อนที่เกิดจากการลอยตัวของอากาศสู่ด้านบน (stratification) ในขณะเดียวกันพุ่มใบของต้นไม้จะยอมให้ปริมาณแสงเพียงเล็กน้อยเล็ดลอดลงสู่เบื้องล่าง การสังเคราะห์แสงของต้นไม้จะช่วยเปลี่ยนแปลงรังสีดวงอาทิตย์ให้กลายเป็นไอน้ำและถูกระบายออกสู่ภายนอก ในส่วนล่างโดยเฉพาะผนังและพื้นการใช้วัสดุที่มีมวลสารหนักและค่าความจุความร้อนสูง เช่น อิฐ คอนกรีต จะช่วยลดการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิในช่วงเวลากลางวันได้และหากใช้การผสมผสานการออกแบบอย่างถูกต้องแล้ว อุณหภูมิภายในระดับต่ำสุดจะมีค่าน้อยกว่าอุณหภูมิอากาศ ประมาณ 2-3 องศาเซลเซียส ในช่วงอุณหภูมิสูงสุดของวัน การทำให้เกิดการลดต่ำลงของอุณหภูมิเช่นนี้ได้ เป็นสิ่งพบได้น้อยมากในการออกแบบอาคารในปัจจุบัน