ศูนย์วิจัยและนวัตกรรมเพื่อความยั่งยืน Research & Innovation for Sustainability Center (RISC) ได้ศึกษาสาเหตุที่ความร้อนเข้ามาในบ้าน และคุณสมบัติของฉนวน เพื่อเป็นข้อพิจารณาใน การเลือกฉนวนกันความร้อน
ความร้อนเข้ามาในบ้านได้อย่างไร
ความร้อนเข้ามาในบ้านด้วยการถ่ายเทความร้อน (Heat Transfer) เป็นการส่งผ่านพลังงานความร้อนซึ่งเกิดขึ้นจากความแตกต่างของอุณหภูมิ ทำให้อากาศที่มีอุณหภูมิสูงจะเดินทางไปหาอากาศที่มีอุณหภูมิต่ำกว่า (จากร้อนไปเย็น) เพื่อปรับสมดุลของอากาศ เช่น น้ำแข็งกับน้ำในแก้ว ซึ่งน้ำจะมีอุณหภูมิสูงกว่าจึงถ่ายเทความร้อนไปที่น้ำแข็งที่มีอุณหภูมิต่ำกว่า ทำให้น้ำแข็งละลาย และหยุดถ่ายเทความร้อนเมื่อทั้งสองอย่างมีอุณหภูมิเท่ากัน เช่นเดียวกับดวงอาทิตย์ที่แผ่รังสีความร้อนปะทะกับอาคารซึ่งมีอุณหภูมิต่ำกว่าบริเวณโดยรอบ ความร้อนจึงพยายามเข้ามาในอาคารด้วยการเคลื่อนที่ได้ถึง 3 รูปแบบ คือ
- การนำความร้อน (Conduction) เป็นการส่งถ่ายอุณหภูมิผ่านตัวกลางโดยที่ตัวกลางอยู่กับที่ เช่น การนำความร้อนผ่านผนังบ้าน (ผนังเป็นตัวกลาง) แต่จะร้อนเร็วช้าหรือมากน้อยแค่ไหน ขึ้นอยู่กับความแตกต่างของอุณหภูมิ และคุณสมบัติการนำความร้อนของวัสดุ
- การพาความร้อน (Convection) เป็นการส่งถ่ายอุณหภูมิโดยที่ตัวกลางนั้นเคลื่อนที่ไปกับอุณหภูมิด้วย เช่น ลมเป็นตัวกลางที่พาความร้อนเข้ามาในอาคาร หรือ พาออกไปจากอาคารได้เช่นเดียวกัน การออกแบบอาคารที่ระบายอากาศได้ดี จะสามารถใช้ลมช่วยพาความร้อนออกไปจากอาคารได้รวดเร็ว ทำให้ห้องเย็นสบาย และไม่อับชื้น เห็นได้ชัดในบ้านไทยพื้นถิ่นที่นิยมยกพื้นสูง เพื่อให้ลมพาความร้อนออกจากใต้พื้นบ้าน
- การแผ่รังสีความร้อน (Radiation) เป็นการถ่ายเทอุณหภูมิที่ไม่ต้องอาศัยตัวกลางในการเคลื่อนที่ เช่น ดวงอาทิตย์แผ่รังสีความร้อนเคลื่อนผ่านอวกาศ ผ่านชั้นบรรยากาศ ผ่านตัวบ้าน มาถึงคน ก็จะรู้สึกร้อน โดยวัสดุโปร่งแสงจะยอมให้รังสีความร้อนแผ่เข้ามามากกว่าวัสดุทึบ จึงเป็นเหตุให้ห้องที่ใช้ผนังกระจกร้อนกว่าการใช้ผนังทึบ
หากผู้ออกแบบไม่ได้คำนึงถึงเทคนิคการปรับสภาพแวดล้อม เช่น การทำบ่อน้ำเพื่อให้อากาศที่ไหลผ่านมีอุณหภูมิเย็นลงก่อนเข้าอาคาร การใช้ต้นไม้เพื่อป้องกันแสงแดดและให้ร่มเงากับอาคาร และการใช้วัสดุปูพื้นภายนอกอาคารเป็นวัสดุไม่สะสมความร้อน เป็นต้น ก็จะทำให้ตัวอาคารได้รับความร้อนจากดวงอาทิตย์โดยตรงและอาจจะได้รับความร้อนจากสภาพแวดล้อมเพิ่มขึ้นอีกด้วย วัสดุเปลือกอาคารจึงมีความสำคัญ และถือว่าเป็นด่านสุดท้ายที่จะช่วยป้องกันไม่ให้ความร้อนผ่านเข้ามาในอาคาร ทำให้อุณหภูมิอากาศภายในอาคารอยู่ในช่วงความน่าสบาย (Comfort Zone) และไม่สิ้นเปลืองพลังงานไฟฟ้าในการปรับอากาศเพื่อลดอุณหภูมิอากาศภายในอาคารให้เย็น
ความร้อนเข้ามาทางส่วนไหนของบ้านมากที่สุด
วัสดุประกอบอาคารภายนอกเปรียบเสมือนเปลือกที่หุ้มอาคารไว้ ถ้าเลือกใช้วัสดุที่สามารถป้องกันความร้อนได้ดี จะทำให้อุณหภูมิอากาศภายในอาคารอยู่ในสภาวะน่าสบายได้ และลดภาระการทำความเย็นของเครื่องปรับอากาศได้ ด้วยการเลือกวัสดุส่วนต่างๆ ของอาคาร ซึ่งแบ่งได้เป็น 4 ประเภท คือ
- วัสดุผนังทึบ (Opaque Wall)
- วัสดุหลังคา (Roof Material)
- วัสดุกระจก (Glazing Material)
- วัสดุพื้น (Floor Material)
ประเทศไทยมีสภาพอากาศร้อนชื้น แสงแดดจัด ปริมาณความร้อนส่วนใหญ่จึงเข้ามาทางหลังคาประมาณ 25-35% ของความร้อนอาคารทั้งหมด ซึ่งเทียบเท่ากับทางหน้าต่าง จึงจำเป็นต้องป้องกันความร้อนส่วนหลังคาและหน้าต่างเป็นอันดับต้นๆ รองลงมา คือ ผนังอาคาร ส่วนพื้นอาคารยังไม่ได้มีการให้ความสำคัญเหมือนอาคารในประเทศเขตหนาว ซึ่งในบางประเทศมีการออกแบบนำความเย็นจากพื้นดินมาลดความร้อนให้อาคารได้ด้วย
ลดความร้อนให้เปลือกอาคารด้วยฉนวนกันความร้อน
การติดตั้งฉนวนที่เปลือกอาคารจะช่วยป้องกันความร้อนเข้าสู่อาคารได้มีประสิทธิภาพมากที่สุด โดยเฉพาะในช่วงฤดูร้อนที่มีอุณหภูมิอากาศภายนอกร้อนจัด การติดฉนวนกันความร้อนจะช่วยลดการถ่ายเทความร้อนจากภายนอกเข้าสู่ภายในอาคารได้ สร้างความสบายให้กับผู้อยู่อาศัย รวมถึงประหยัดค่าใช้จ่ายจากการใช้พลังงานในการเปิดเครื่องปรับอากาศได้ด้วย การติดตั้งฉนวนกันความร้อนให้เปลือกอาคารมีประโยชน์ดังนี้
- ลดค่าไฟจากเครื่องปรับอากาศ 40%
- ลดการควบแน่นซึ่งทำให้เกิดความชื้น และเชื้อราในอาคาร
- ลดการปลดปล่อยก๊าซเรือนกระจก เนื่องจากลดการใช้พลังงานได้
- เพิ่มความสบายให้กับผู้ใช้งานได้ตลอดทั้งปี
- ช่วยป้องกันเสียงรบกวนได้ดีขึ้น
จากตารางข้างต้นแสดงผลของการติดตั้งฉนวนในอาคาร ทั้งในส่วนของการทำความร้อน (Heating) ให้กับอาคารประเทศเขตหนาว และความเย็น (Cooling) ให้กับอาคารประเทศเขตร้อน พบว่า การติดตั้งฉนวนเฉพาะเหนือฝ้าเพดาน ระหว่างประเทศเขตหนาว สามารถประหยัดพลังงาน 15-25% ซึ่งแตกต่างจากประเทศเขตร้อนที่สามารถประหยัดได้ถึง 30-45% และเมื่อพิจารณาจากการติดตั้งฉนวนเปลือกอาคารทั้งหมด พบว่า การติดตั้งฉนวนที่พื้นอาคารในประเทศเขตร้อนที่ต้องการทำความเย็นกลับมีผลน้อยที่สุด ส่วนการติดตั้งฉนวนบริเวณหลังคาจะประหยัดการใช้พลังงานได้มากที่สุด ปัจจุบันมีผลิตภัณฑ์ที่มีคุณสมบัติทำให้ “บ้านเย็น” ซึ่งหากพิจารณาตัวแปรของการทำให้บ้านเย็น หรือการทำให้อุณหภูมิอากาศภายในบ้านอยู่ในสภาวะน่าสบายแล้ว พบว่ามีตัวแปรสำคัญ คือ การลดการถ่ายเทความร้อนจากภายนอกอาคารเข้าสู่ภายในอาคาร
กระบวนการถ่ายเทความร้อนของเปลือกอาคาร
การทำงานของฉนวนมีความแตกต่างที่ รูปแบบการลดปริมาณความร้อน ดังนั้น การเลือกวัสดุเปลือกอาคารต้องดูคุณสมบัติของวัสดุในการลดการถ่ายเทความร้อนจากภายนอกเข้าสู่ภายในอาคาร หากเข้าใจกระบวนการถ่ายเทความร้อนทั้งระบบของเปลือกอาคาร จะทำให้สามารถเลือกชนิดของวัสดุ ตลอดจนรูปแบบการลดการถ่ายเทความร้อนของเปลือกอาคารได้อย่างเหมาะสม และคุ้มค่าที่สุด โดยพิจารณาเปลือกอาคารเป็น 3 ส่วนคือ
1.ผิวด้านนอกของเปลือกอาคาร
การเลือกลักษณะผิวด้านนอกของเปลือกอาคาร เป็นด่านแรกที่ลดการถ่ายเทความร้อนจากภายนอกเข้าสู่ภายในอาคาร โดยผิวด้านนอกของเปลือกอาคารที่ลดการถ่ายเทความร้อนได้ดีมีองค์ประกอบ ดังนี้
- ผิวของวัสดุสะท้อนรังสีได้ดี เนื่องจากทำให้อากาศนิ่งที่อยู่บริเวณผิววัสดุมีค่าต้านทานความร้อนสูง
- ความร้อนมีทิศทางการไหลได้ โดยความร้อนส่วนผนังจะไหลไปด้านข้าง และความร้อนส่วนหลังคาจะไหลขึ้นหรือลง
- บริเวณพื้นผิวมีความเร็วลมต่ำ จะทำให้อากาศนิ่งที่ผิววัสดุมีค่าต้านทานความร้อนสูง
2.เนื้อของวัสดุเปลือกอาคาร
มีกระบวนการถ่ายเทความร้อนเกิดขึ้นภายในเนื้อวัสดุ มี 2 ส่วนในการพิจารณาเลือกวัสดุเปลือกอาคาร คือ
- คุณสมบัติของวัสดุ วัสดุที่มีมวลสารมากจะมีความสามารถในการดูดซับความร้อน และมีความสามารถในการกักเก็บความร้อน ทำให้การถ่ายเทความร้อนด้วยการนำจากด้านหนึ่งไปสู่อีกด้านหนึ่งใช้เวลานาน ซึ่งเรียกว่า การหน่วงความร้อน ส่วนวัสดุที่มีช่องว่างอากาศขนาดเล็ก จะทำให้การถ่ายเทความร้อนด้วยการพามีปริมาณน้อยลง พบมากในวัสดุที่มีความพรุนสูง เกิดช่องว่างกระจายอยู่ภายในเนื้อวัสดุ เช่น วัสดุคอนกรีตมวลเบา หรือวัสดุประเภทฉนวนต่างๆ
- การเรียงชั้นวัสดุของเปลือกอาคาร มีการรวมกันของวัสดุกับ “ช่องว่างอากาศ” เข้าด้วยกันเป็นชั้นๆ จนเกิดเป็นค่าการต้านทานความร้อนของทั้งระบบ ซึ่งช่องว่างอากาศนี้จะมีผลต่อค่าการต้านทานความร้อนของวัสดุโดยตรง ซึ่งประสิทธิภาพจะขึ้นอยู่กับหลายองค์ประกอบ เช่น ขนาดช่องว่าง ในช่องว่างเป็นอากาศไหลหรืออากาศนิ่ง มีคุณสมบัติสะท้อนรังสีความร้อนได้ เป็นต้น
3.ผิวด้านในของเปลือกอาคาร
วัสดุที่ลดการถ่ายเทความร้อนของผิวด้านในของเปลือกอาคารได้ดี มีหลายองค์ประกอบ เช่น
- ผิวของวัสดุมีค่าการสะท้อนรังสีสูง จะทำให้อากาศนิ่งที่ผิววัสดุมีค่าต้านทานความร้อนสูง
- ความร้อนมีทิศทางการไหลได้ โดยความร้อนส่วนผนังจะไหลไปด้านข้าง และความร้อนส่วนหลังคาจะไหลขึ้นหรือลง
เลือกฉนวนอย่างไร ให้มีประสิทธิภาพสูง สุขภาพดี และรักษ์โลก
ปัจจุบันฉนวนมีให้เลือกมากมายหลายชนิด โดย การเลือกฉนวนกันความร้อน ที่มีประสิทธิดีนั้น ต้องมีค่าความต้านทานความร้อนสูง ( R สูง) และสัมประสิทธิ์ของการนำความร้อนต่ำ (K ต่ำ) ซึ่งค่าความต้านทานความร้อน ( R) มีหน่วยเป็น ตารางเมตร-องศาเคลวินต่อวัตต์ (Thermal resistance – R value, m2K/W) และสภาพการนำความร้อน (ค่า K) มีหน่วยเป็น วัตต์ต่อเมตร-องศาเคลวิน (Thermal conductivity – K value, W/m.K)
นอกจากประสิทธิภาพแล้ว ยังมีอันตรายที่มากับฉนวนกันความร้อน คือ แร่ใยหิน (Asbestos) ที่ส่วนใหญ่ถูกนำผสมมาอยู่ในผลิตภัณฑ์วัสดุก่อสร้าง เช่น กระเบื้องมุงหลังคา ฝ้าเพดาน ฉนวนกันความร้อน ฯลฯ ถึงแม้จะมีคุณสมบัติทนไฟได้ดี แต่ก็เป็นวัสดุอันตราย เพราะเป็นเส้นใยที่มีขนาดเล็ก แหลมคมเหมือนเข็มและฟุ้งกระจายได้ง่ายในบรรยากาศ ถ้าสัมผัสจะเกิดการระคายเคือง หรือสูดดมเข้าไป อาจส่งผลทำให้เป็นมะเร็งปอดได้ ซึ่งปัจจุบันหลายผลิตภัณฑ์ได้ยกเลิกการผสมแร่ใยหินแล้วแต่ก็ควรตรวจสอบส่วนประกอบของวัสดุก่อนเลือกมาใช้งาน เพื่อสุขภาวะที่ดีของผู้อยู่อาศัย หรือเลือกใช้ฉนวนกันความร้อนที่ผลิตจากเส้นใยที่มีลักษณะเป็นสายโซ่ยาว เรียบ และพื้นที่หน้าตัดไม่มีความแหลมคม เช่น เส้นใยสังเคราะห์พอลิเอสเตอร์ (Polyester) ก็จะไม่เกิดการระคายเคือง และทนความชื้นได้สูงกว่าเส้นใยธรรมชาติ ซึ่งนอกจากจะสามารถป้องกันความร้อนได้อย่างมีประสิทธิภาพดี ยังปลอดภัยต่อสุขภาพทั้งผู้ติดตั้งที่ต้องสัมผัส และผู้อาศัยในบ้าน และหากผลิตจากวัสดุรีไซเคิล เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม หรือได้รับฉลากเขียว (Green Label) ก็จะดีต่อโลกด้วย
เช็กผลิตภัณฑ์ที่ได้ฉลากเขียวได้ที่ : http://www.tei.or.th/greenlabel/labs-construction.html
Tips
มาเข้าใจสภาพอากาศของประเทศไทย
ประเทศไทยมีสภาพอากาศร้อนชื้น (Hot- Humid Climate) ทำให้มีอุณหภูมิอากาศสูงกว่าสภาวะน่าสบายเกือบตลอดทั้งปี (สภาวะน่าสบายจะอยู่ในช่วงอุณหภูมิอากาศ 22-27 องศาเซลเซียส ความชื้นสัมพัทธ์ 25-75%) ความร้อนจากสภาพแวดล้อมภายนอกอาคารสามารถถ่ายเทเข้าสู่ภายในอาคารผ่านเปลือกอาคาร ทั้งส่วนหลังคา ผนัง พื้น และช่องเปิดต่างๆ โดยหลักการที่ความร้อนจะถ่ายเทจากด้านที่ร้อนกว่าไปสู่ด้านที่เย็นกว่า ความร้อนที่ส่งผ่านเข้าสู่ภายในอาคารนี้ มีผลโดยตรงต่อผู้อยู่ภายในอาคารทำให้เกิดความรู้สึกไม่สบาย และโดยเฉพาะอย่างยิ่งในปัจจุบันที่สภาพแวดล้อมและสภาพอากาศมีความแปรปรวนอย่างรุนแรง ทำให้ผู้อยู่อาศัยภายในอาคารจะยิ่งรู้สึกไม่สบายมากขึ้นเรื่อยๆ ซึ่งเป็นสาเหตุหลักของการใช้เครื่องกลในการปรับอากาศ เพื่อสร้างสภาพแวดล้อมให้ภายในอาคารอยู่ในสภาวะน่าสบาย ด้วยการลดอุณหภูมิอากาศและรีดความชื้นให้อากาศที่ผ่านเข้ามาจากเปลือกอาคารนี้เอง ที่ก่อให้เกิดการใช้พลังงานมากยิ่งขึ้น ดังนั้น การลดการถ่ายเทความร้อนจากส่วนเปลือกอาคารได้ จะช่วยให้สภาพอากาศภายในอาคารใกล้เคียงสภาวะน่าสบาย ด้วยการออกแบบอย่างเข้าใจระบบธรรมชาติ หรือช่วยลดการใช้พลังงานไฟฟ้าของเครื่องปรับอากาศในอาคารที่ใช้ระบบเครื่องกลในการปรับอากาศ
การออกแบบอาคารจึงจำเป็นต้องป้องกันความร้อนจากดวงอาทิตย์เข้ามาในอาคาร ทั้งในเรื่องการออกแบบเพื่อการบังเงา หรือ การติดตั้งอุปกรณ์บังแดด เพื่อไม่ให้แสงแดดเข้ามาในอาคารโดยตรง เพราะแสงที่เข้ามาโดยตรง จะนำพาความร้อนเข้ามาด้วย หรือการเลือกใช้วัสดุเพื่อป้องกันความร้อนที่ดี แต่หากความร้อนเข้ามาแล้ว ต้องพาความร้อนออกไปยังนอกอาคารให้เร็วที่สุด โดยสิ่งที่สำคัญในการออกแบบอาคารในประเทศเขตร้อน คือ สร้างสภาพแวดล้อมให้กับบริเวณรอบอาคารให้เย็นก่อนเข้ามาในอาคาร
รู้จักศูนย์วิจัยและนวัตกรรมเพื่อความยั่งยืน หรือ RISC (Research & Innovation for Sustainability Center) เป็นศูนย์ค้นคว้าและพัฒนาที่เน้นนวัตกรรมด้านคุณภาพชีวิตแห่งแรกของเอเชีย ประกอบด้วยเครือข่ายนักวิจัย นวัตกร ผู้เชี่ยวชาญ รวมทั้งผู้ผลิต เพื่อให้เกิดนวัตกรรมที่หลากหลายที่สามารถต่อยอดไปสู่การพัฒนาคุณภาพชีวิตและสุขภาวะของสิ่งมีชีวิตทุกชีวิตในโลก (For All Well-being) รวมไปถึงการฟื้นฟูและรักษาสภาพแวดล้อมให้อยู่ในสมดุล เอื้อต่อการใช้ชีวิตของทุกสรรพสิ่งได้อย่างมีความสุข มีคุณภาพ และยั่งยืน
ติดตาม FB : riscwellbeing
เรื่อง : ศูนย์วิจัยและนวัตกรรมเพื่อความยั่งยืน
เรียบเรียง : ศรายุทธ ศรีทิพย์อาสน์
