การลดความร้อนในโรงงาน

สภาวะอากาศภายในโรงงานเป็นสิ่งสำคัญต่อสุขอนามัยของคนงานโดยตรง ตัวประกอบที่มีผลต่อสภาวะอากาศภายในโรงงานมีได้แก่ กระบวนการทำงาน ความหนาแน่นของเครื่องจักร ลักษณะอาคารโรงงาน การระบายอากาศ และอื่นๆ การลดอุณหภูมิในโรงงานทำได้ ถ้าเข้าใจสาเหตุ และความจำเป็น เพียงเลือกวิธีการที่เหมาะสมที่สุดเท่านั้น

ในบทความ นี้จะอธิบานถึงที่มาของความร้อน และการแก้ไขด้วยการระบาบอากาศโดยธรรมชาติหรือด้วยวิธีกล และถ้าจำเป็นต้องใช้เครื่องปรับอากาศเพราะกระบวนการผลิต ก็มีวิธีการลดความร้อนเพื่อควบคุมตันทุนการผลิตที่ไม่มีผลต่อสิ่งแวดล้อม

ความสุขสบาย

อุณหภูมิของโรงงานเป็นกลไกต่อความรู้สึกของคน มาตรฐาน ISO 7730: 2005 “Ergonomics of the thermal environment“ และ ASHRAE Standard 55-1992 “Thermal Environmental Conditions for Human Occupancy” กำหนดวิธีการคำนวณค่า PMV(Predicted Mean Vote) และ PPD(Predicted Percentage Dissatisfied) เพื่อแสดงความรู้สึกของคนต่อสภาพอากาศภายในห้อง ปรับอากาศ

เราคุ้นกับสภาพอากาศที่บ้านทั้งที่ไม่ได้ปรับอากาศ คนงานก็สามารถปรับตัวและยอมรับสภาพอากาศในโรงงานระดับหนึ่ง สำหรับบทความนี้จะเน้นเฉพาะสภาพอากาศเพื่อความสุขสบายสำหรับการระบายอากาศตามแผนภูมิที่ 1. (ตามสิ่งแนบ 3.) ได้จากการทดสอบความรู้สึกของนักศึกษาซึ่งแต่งชุดนักศึกษา ( clo.=0.54-0.55ประมาณครึ่งหนึ่งของ ISO) เส้นในแผนภูมิเป็นเส้นอุณหภูมิและความชื้นที่ผู้เข้าร่วมการทดลองมีความรู้สึกปกติ ไม่ร้อนไปไม่เย็นไป ตามความเร็วลมที่กำกับไว้ อุณหภูมิอากาศสูงสุดที่ใช้จะต้องต่ำกว่าอุณหภูมิร่างกาย ( 37 oC)

แผนภูมิที่ 1. การระบายอากาศเพื่อความสุขสบายสำหรับประเทศไทย(เอกสารอ้างอิง 3)

ความร้อนจากแสงอาทิตย์

รังสีจากดวงอาทิตย์มีความยาวคลื่น 100-106 nm ส่วนที่ใช้ในการมองเห็นมีความยาวคลื่น 400-700 nm ส่วนที่มีความยาวคลื่นต่ำกว่าเป็นช่วงรังสี UV ซึ่งเป็นอันตรายต่อมนุษย์ และส่วนที่ความยาวคลื่นมากกว่าเป็นรังสีอินฟราเรดซึ่งให้ความร้อนเพียงอย่างเดียว ตามแผนภูมิที่ 2.

แผนภูมิที่ 2. พลังงานรังสีจากดวงอาทิตย์ที่ความยาวคลื่นต่างๆ (จาก Wikipedia)

ในเวลากลางวันแสงอาทิตย์จะแผ่รังสีความร้อนมายังโลก อากาศสะท้อนรังสีความร้อนออกไปในอวกาศส่วนหนึ่ง และดูดกลืนความร้อนไว้ส่วนหนึ่งทำให้อากาศมีอุณหภูมิสูงขึ้น ส่วนที่เหลือผ่านอากาศมาและถูกพื้นดินและพื้นน้ำดูดกลืน รูปที่ 1.แสดงคุณสมบัติของพื้นผิววัสดุทึบแสง ผิวของวัสดุจะสะท้อนความร้อน (reflect) บางส่วนจะดูดกลืน (absorb) รังสีความร้อน การดูดกลืนความร้อนจะทำให้วัสดุมีอุณหภูมิสูงขึ้น และแผ่รังสีความร้อน (emit) จากผิววัสดุที่มีอุณหภูมิสูงไปยังวัสดุที่มีอุณหภูมิต่ำกว่า ที่จุดสมดุลพลังงานทั้งหมดจะมีค่าคงที่ ได้สมการด้านล่าง

r + α + ϵ = 1

เมื่อ r = สัมประสิทธิการสะท้อนความร้อน (ความร้อนที่สะท้อนออก/พลังงานจากแสงอาทิตย์ทั้งหมด)

α = สัมประสิทธิการดูดกลืนความร้อน (ความร้อนที่ดูดกลืน/พลังงานจากแสงอาทิตย์ทั้งหมด)

ϵ = สัมประสิทธิการแผ่รังสีความร้อน (ความร้อนที่แผ่รังสี/พลังงานจากแสงอาทิตย์ทั้งหมด)

รูปที่ 1. คุณสมบัตืของผิววัสดุทึบแสง รูปที่ 2. คุณสมบัติของวัสดุโปร่งแสงและโปร่งใส

สำหรับวัสดุโปร่งแสงและโปร่งใส. เมื่อแสงอาทิตย์กระทบกระจกจะสะท้อนความร้อนบางส่วน ดูดกลืนบางส่วน อุณหภูมิกระจกจะสูงขึ้นและแผ่รังสีออกไปภายนอกส่วนหนึ่งและแผ่รังสีสู่ภายในอาคารส่วนหนึ่งและผ่านไปบางส่วน ( transmit )คุณสมบัติของวัสดุต่อแสงอาทิตย์จะเป็นตามรูปที่ 2 เขียนได้ตามสมการต่อไป

r + α + t = 1

เมื่อ r = สัมประสิทธิการสะท้อนความร้อน (ความร้อนที่สะท้อนออก/พลังงานจากแสงอาทิตย์ทั้งหมด)

α = สัมประสิทธิการดูดกลืนความร้อน (ความร้อนที่ดูดกลืน/พลังงานจากแสงอาทิตย์ทั้งหมด)

t = สัมประสิทธิการส่งผ่านความร้อน (ความร้อนที่แผ่รังสี/พลังงานจากแสงอาทิตย์ทั้งหมด)

ในเวลากลางคืนผืนดินและน้ำมีอุณหภูมิสูงกว่าอวกาศ จึงเกิดการแผ่รังสีจากผืนโลกไปสู่อวกาศเรียกว่า Nocturnal cooling แต่เนื่องจากมีก๊าซเรือนกระจกอยู่ในชั้นบรรยากาศของโลกจึงไม่สามารถถ่ายเทความร้อนออกไปได้ดี และเกิดปัญหาโลกร้อน และการเปลี่ยนแปลงภูมิอากาศขึ้น

ความร้อนในอาคาร

ความร้อนในโรงงานประกอบด้วยความร้อนจากแสงอาทิตย์ซึ่งจะผ่านหลังคา ผนัง และผ่านหน้าต่างกระจก ความร้อนจากคนที่อยู่ภายในโรงงาน รวมทั้งความร้อนที่เกิดขึ้นภายในได้แก่ เครื่องใช้ไฟฟ้า ไฟแสงสว่าง เครื่องจักรต่างๆในกระบวนการผลิต ความร้อนเหล่านี้ทำให้อากาศภายในโรงงานร้อนกว่าอากาศภายนอก จึงต้องดึงอากาศภายในโรงงานเพื่อนำความร้อน กลิ่น คาร์บอนไดออกไซด์ และอื่นๆที่เกิดจากขบวนการผลิตออกจากโรงงาน และนำอากาศภายนอกที่มีอุณหภูมิต่ำกว่าและสะอาดกว่าเข้ามาแทนที่ ความร้อนในโรงงานนี้สามารถประมาณได้ด้วยการคำนวณด้วยสมการง่ายๆต่อไปนี้

เราสามารถกำหนดอุณหภูมิแตกต่างได้ ด้วยค่าความร้อนในอาคารและการสมมุติอัตราการไหลของอากาศ และการเลือก

Q = m x Cp x dt

เมื่อ Q = ความร้อนในอาคาร

m = อัตราการไหลของอากาศผ่านอาคาร = ความเร็วลม x พื้นที่หน้าตัดที่ลมผ่าน x ความหนาแน่นอากาศ

ความเร็วลมจากข้อมูลความเร็วลมจากกรมอุตุนิยมวิทยา

Cp = ความจุความร้อนของอากาศ

dt = อุณหภูมิอากาศที่เพิ่มขึ้น

ข้อมูลอุณหภูมิอากาศในปีที่ผ่านๆมาจากกรมอุตุนิยมวิทยาจะมีทั้งอุณหภูมิกระเปาะแห้ง และความชื้นสัมพัทธ์ของอากาศ อุณหภูมิแตกต่างที่คำนวณได้ข้างต้นจะทำให้เรารู้ว่าอุณหภูมิเฉลี่ยของอาคารจะเป็นอย่างไร ถ้าอุณหภูมิเฉลี่ย ความชื้นสัมพัทธ์ และความเร็วลมที่เลือกนี้อยู่ในสภาพอากาศตามแผนภูมิที่ 1.แสดงว่าไม่จำเป็นต้องใช้อุปกรณ์อื่นใดเพิ่มเติม ถ้าอุณหภูมิสูงไปจำเป็นต้องลดอุณหภูมิอากาศเข้าอาคารด้วยการใช้สระหรือบ่อน้ำเพิ่มความชื้น หรือลดความร้อนในโรงงานลงไปอีก ควร หลีกเลี่ยงไม่ให้แสงอาทิตย์ผ่านหน้าต่างโดยตรงด้วยแผงกันแดด มู่ลี่ แล้วจึงทำการคำนวณใหม่

เครื่องจักรเป็นสิ่งที่จำเป็นแต่จะต้องใช้อย่างมีประสิทธิภาพสูงสุด ผิวเครื่องจักรถ้ามีอุณหภูมิสูงจะต้องหุ้มฉนวนและมีปลอกอลูมิเนียม ป้องกันมิให้ผิวปลอกมีอุณหภูมิสูงเกิน 60oซ เพื่อความปลอดภัยแก่คนงานและลดความร้อนภายในโรงงาน

วัสดุก่อสร้าง

วัสดุก่อสร้างเป็นสิ่งสำคัญในการลดความร้อนในอาคาร ผนังด้านนอกและหลังคาควรเป็นวัสดุที่สะท้อนความร้อนจากแสงอาทิตย์ได้มากหรือมีการดูดกลืนความร้อนจากแสงอาทิตย์น้อย จากตารางที่ 1.ควรใช้สีขาวที่ผนังด้านนอกและหลังคา ซึ่งสีนั้นต้อง ทนทานต่อรังสีUV มีคุณสมบัติทำความสะอาดตัวเอง มีอายุการใช้งานนานโดยไม่เปลี่ยนคุณสมบัติการสะท้อนความร้อนจากแสงอาทิตย์

สำหรับวัสดุภายในควรมีค่าสัมประสิทธิการแผ่รังสีความร้อนที่อุณหภูมิห้องน้อย จากตารางที่ 1. คนมีค่าสัมประสิทธิการแผ่รังสีสูง จะรู้สึกเย็นขึ้นถ้าสามารถถ่ายเทความร้อนด้วยการแผ่รังสีให้วัสดุภายในได้ วัสดุภายในจึงควรมีค่าสัมประสิทธิการแผ่รังสีต่ำกว่าของคน (ยิ่งมากยิ่งดี) ซึ่งจากตารางที่ 1. โลหะผิวมันจะดีกว่าวัสดุอื่นๆ แต่จะต้องวิจัยกันต่อไปเพื่อหาวัสดุที่เหมาะสมกว่า การใช้ฉนวนก็เป็นการลดความร้อนจากวัสดุภายนอกเข้าสู่อาคาร โดยอาศัยคุณสมบัติการนำความร้อนของฉนวน ซึ่งนอกจากจะป้องกันความร้อนแล้วมักจะช่วยในเรื่องการป้องกันเสียงด้วย

ตารางที่1. สัมประสิทธิการดูดกลืนความร้อนแสงอาทิตย์ และสัมประสิทธิการแผ่รังสีความร้อนของวัสดุต่างๆ ที่อุณหภูมิห้อง

ลมธรรมชาติ

ลมธรรมชาติมีความเร็วลมและทิศทางเปลี่ยนแปลงไปตามฤดูกาล การออกแบบควรให้อาคารรับลมในฤดูร้อนให้มากที่สุด เมื่อลมผ่านช่องเปิด หน้าต่าง มุ้งลวดกันแมลง จะทำให้เกิดความดันต้านทานการไหล และทำให้ปริมาณลมลดลง การทำครีบแนวตั้งทำมุมดักลมให้ไหลเข้าหาช่องเปิดมากขึ้นก็จะช่วยทำให้ลมเอาชนะความดันตกที่ช่องเปิดและไหลผ่านช่องเปิดได้มากขึ้น สามารถคำนวณปริมาณลมได้จากเอกสารอ้างอิง 4.

รูปที่ 3ก. การเปิดช่องด้านข้างมากทำให้ลมลดความเร็วและไปไม่ทั่วทั้งอาคาร ควรมีหน้าต่างขนาดใหญ่เปิดได้อยูตรงกันข้ามด้านที่รับลม รูปที่ 3ข.ถ้าช่องเปิดไม่รับลมโดยตรงใช้ที่กั้นลมดักลมหรือจะเป็นผนังภายในบ้านก็ได้เพื่อดักลมให้มาผ่านบริเวณที่มีคนอยู่ รูปด้านช้ายจะเห็นว่าจะเห็นว่าด้านขวาของห้องลมสงบในขณะที่รูปด้านขวาลมสม่ำเสมอกว่า รูปที่ 3ค. การมีผนังมากเกินไปจะกีดขวางทางลม

รูปที่ 3. การจัดผนังเพื่อรับลมธรรมชาติ

ลมจากการพาความร้อน

ลมธรรมชาติไม่สม่ำเสมอทั้งปริมาณ และทิศทาง แต่ความร้อนทำให้อากาศมีอุณหภูมิสูงขึ้น ขยายตัวและลอยตัวขึ้นสู่ด้านบนพาเอาความร้อนไปด้วย อากาศเย็นที่มีความหนาแน่นมากกว่าจะไหลเข้ามาแทนที่ คุณสมบัตินี้ถูกนำมาใช้ทำให้ลมภายนอกไหลเข้ามาในอาคารดังในรูปที่ 4. อากาศในปล่องลมจะได้รับความร้อนแสงอาทิตย์ผ่านกระจกมาสะสมที่วัสดุดูดกลืนความร้อนซึ่งทาผิวด้วยสีดำ ฉนวนหลังวัสดุจะป้องกันไม่ให้ความร้อนสูญเสียจากวัสดุ ให้ความร้อนที่ได้อุ่นอากาศในปล่องลมให้ลอยออกจากปล่องลม อากาศใต้ปล่องที่เย็นกว่าจะไหลไปแทนที่ทำให้เกิดลมไหลเข้าอาคาร สามารถคำนวณตามสิ่งแนบ 4.

รูปที่ 4. ตัวอย่างปล่องลมแสงอาทิตย์ ด้านซ้ายเป็นปล่องแนวดิ่ง และด้านซ้ายเป็นปล่องแบบเอียง

ความร้อนในโรงงานเป็นความร้อนจากแสงอาทิตย์ผ่านผนังและหลังคา ความร้อนจากเครื่องจักร คนงานและขบวนการผลิต ทำให้มีการไหลของอากาศด้วยการลอยตัวขึ้นซึ่งจะต้องออกแบบขนาดของช่องเปิดที่ใกล้พื้นให้ลมเข้าและช่องเปืดให้ลมออกที่หลังคาให้เพียงพอให้อากาศไหลพาความร้อนออกไป

รูปที่ 5. แสดงการที่มีลมธรรมชาติร่วมกับลมลอยตัวเมื่อภายในอาคารมีความร้อนจากคน แสงอาทิตย์ และเครื่องจักรในอาคาร รูป 5.ก ลมธรรมชาติเสริมลมจาการพาความร้อนทำให้การระบายความร้อนในอาคารทำได้ดีขึ้น รูปที่ 5.ข ทิศทางลมธรรมชาติต้านการไหลของลมจากการพาความร้อนทำให้การระบายความร้อนน้อยลงกว่าลมจากการลอยตัวเพียงอย่างเดียวจึงมีความร้อนสะสมในอาคาร และรูปที่ 5.ค ลมย้อนแรงเกินลมลอยตัวทำให้กลไกการระบายความร้อนเสียไปความร้อนหมุนวนอยู่ภายในอาคารเป็นเวลานานก่อนจะออกทำให้อาคารร้อนขึ้นมากที่สุด

การระบายอากาศของโรงงานจึงต้องตัดการรบกวนของลมที่ทางออกด้วยแผ่นบังลมด้านข้างตามรูปที่ 6.ก. ลมจะลอยตัวร่วมแรงลมธรรมชาติที่ทางเข้าด้านพื้นของโรงงาน ออกที่ด้านบนเพียงทางเดียว และมีแผ่นคลอบกันฝนย้อนเข้าอาคารซึ่งสำคัญมากสำหรับประเทศเรา รูปที่ 6.ข. แสดงการติดตั้งปล่องระบายความร้อนยาวตลอดแนวสันหลังคาเมื่อมีความร้อนภายในอาคารมาก ช่องเปิดที่ระดับพื้นก็ต้องมีมากพอกันเพื่อลดความดันตกของลมผ่านอาคาร

รูปที่ 5. การทำงานร่วมกันระหว่างลมธรรมชาติกับลมจากการพาความร้อน

รูปที่ 6. ปล่องระบายความร้อนด้วยลมจากการพาติดตั้งที่สันหลังคา(รูปจากแค็ตตาล็อค Robertson)

การลดความร้อนในอาคาร

การลดความร้อนในอาคารจะช่วยลดความต้องการลมเพื่อระบายความร้อนหรือลดอุณหภูมิแตกต่างทำให้อุณหภูมิภายในอาคารเข้าใกล้ความสุขสบายได้ง่ายขึ้น ความร้อนที่เกิดขึ้นภายในอาคารส่วนที่เกิดจากความจำเป็นเพื่อคุณภาพการดำรงชีวิตเราไม่สามารถลดได้ แต่ความร้อนจากแสงอาทิตย์เราสามารถลดได้หลายวิธีดังต่อไปนี้

1. การหมุนอาคาร ตำแหน่งของดวงอาทิตย์จะเปลี่ยนแปลงตามเวลาและฤดูกาล หลังคาจะรับแสงอาทิตย์ตลอดทั้งวัน ผนังทิศตะวันออกและตะวันตกจะรับแสงอาทิตย์มากเฉพาะตอนเช้าและบ่าย สำหรับประเทศที่อยู่เหนือเส้นศูนย์สูตร ดวงอาทิตย์จะวิ่งอ้อมใต้ในฤดูร้อน ผนังทิศใต้จึงรับแสงอาทิตย์เฉลี่ยมากที่สุด และผนังทิศเหนือจะรับแสงอาทิตย์น้อยที่สุด ถ้าอาคารเป็นรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้า ด้านที่มีความยาวน้อยควรอยู่ในทิศตะวันออก-ตะวันตก เพื่อให้มีพื้นที่รับแสงอาทิตย์น้อยและไม่ควรมีกระจก ส่วนทิศใต้ควรมีชายหลังคากว้างหรือครีบเพื่อป้องกันแสงอาทิตย์จากดวงอาทิตย์อ้อมใต้ และทิศตะวันตกเฉียงใต้มีลมมากที่สุดจึงควรมีช่องรับลม

2. การลดความร้อนจากหลังคา เนื่องจากหลังคาต้องรับความร้อนจากแสงอาทิตย์ตลอดทั้งวัน วิธีการลดความร้อนจากหลังคาได้แก่ วางบล็อกคอนกรีต (Solar block) ทำสวน (Green roof) ทำหลังคาสองชั้น ใช้ฉนวนความร้อน ใช้แผ่นอลูมิเนียมฟอยล์ป้องกันการแผ่รังสีความร้อน ทาสีสะท้อนความร้อน การพ่นน้ำบนหลังคา

หลังคาเรียบเช่นห้องแถว สามารถใช้บล็อกคอนกรีตวางบนหลังคาทำให้มีช่องอากาศเพื่อเป็นฉนวน หรือทำสวน (Green roof) จากแผนภูมิที่ 3. ทำสวนบนหลังคาจะสะท้อนความร้อนได้มากแต่สะท้อนรังสีอิฟราเรดได้น้อย ดูดกลืนความร้อนน้อย และแผ่รังสีอินฟราเรดได้มาก (สิ่งแนบที่ 5.)

แผนภูมิที่ 3. คุณสมบัติของผิววัสดุต่อแสงอาทิตย์

การยกหลังคาเป็นสองชั้นจะช่วยลดความร้อนจากหลังคาได้โดยใช้ฟอยล์หันด้านมันลงอาศัยคุณสมบัติที่ฟอยล์มีการแผ่รังสีน้อย ถึงแม้แผ่นหลังคาจะรับแสงอาทิตย์จนมีอุณหภูมิสูงก็ตาม ถ้ามีช่องใต้หลังคาสูงอาจมีการพาความร้อนด้วยอากาศจากหลังคาวนมาที่ฝ้าได้ จึงเปิดช่องให้ระบายอากาศจากภายนอกทำให้การพาความร้อนมาที่ฝ้าด้วยการพาลดลง และที่เหนือฝ้าวางฉนวนเพื่อลดการนำความร้อนผ่านฝ้าเข้าสู่ภายในห้องอีกทีหนึ่ง

รูปที่ 7. หลังคาสองชั้นใช้อลูมิเนียมฟอยล์หันด้านมันลงและวางฉนวนบนเพดานห้อง ให้ลมผ่านใต้หลังคา

การฉีดน้ำบนหลังคาก็ช่วยลดความร้อนได้ แต่มีประสิทธิภาพต่ำ เปลืองน้ำ เฉอะแฉะ และอาจเกิดเชื้อราหรือตะไคร่บนได้หลังคา

1. การลดความร้อนจากกระจก ควรใช้กระจกให้น้อยที่สุดเพื่อป้องกันความร้อนจากแสงอาทิตย์ เว้นแต่มีความจำเป็นต้องการแสงสว่างควรให้เฉพาะความยาวคลื่นในช่วงที่ใช้ในการมองเท่านั้นที่ผ่านกระจกได้(จากแผนภูมิที่ 2. พลังงานของช่วงการมองเห็นน้อยกว่าครึ่งของพลังงานแสงทั้งหมด) ส่วนที่เป็นอินฟราเรดและรังสียูวีควรกรองไว้ด้วยฟิลม์ การเคลือบกระจกด้วยสารซิลิคอน และการใช้กระจกสองชั้น

2. การใช้สีสะท้อนความร้อน จากตารางที่ 1. จะเห็นได้ว่าสีขาวมีการดูดกลืนรังสีความร้อนน้อย การสะท้อนความร้อนสูงทำให้อุณหภูมิหลังคาไม่สูงมาก จึงถ่ายเทความร้อนผ่านเข้าสู่อาคารได้น้อย ระบบสีสะท้อนความร้อนสำหรับหลังคาปัจจุบันมีสองระบบคือ สีซิรามิค (Ceramic coating) และสีโพลิเมอร์แบบเมมเบรน คุณสมบัติของสีที่ดีคือมีอายุการใช้งานนานโดยที่คุณสมบัติของผิวไม่เปลี่ยนแปลง ทนทานต่อรังสี UV ไม่มีเชื้อรา และทำความสะอาดตัวเอง

สีสะท้อนความร้อนใช้ทาหรือพ่นที่ด้านบนของอาคารจึงเหมาะสำหรับโรงงานที่กำลังทำงาน สามารถทำสีในขณะที่โรงงานยังทำการผลิตได้โดยไม่กระทบต่อการทำงานภายในโรงงาน สามารถลดอุณหภูมิใต้หลังคาได้นับ 10 oซ และเป็นการซ่อมรอยรั่วหลังคาไปด้วย สามารถใช้กับทั้งหลังคาคอนกรีต กระเบื้อง และเหล็ก

มาตรฐานที่มีขัอกำหนดเกี่ยวกับหลังคาประกอบด้วย โครงการ LEED( Leadership in Energy and Environmental Design), Green Globes, Cool Roof Rating Council(CRRC), และ ENERGY STAR ส่งเสริมการใช้สีสะท้อนความร้อนกับหลังคาโดยให้คะแนนในการจัตอันดับกับโรงงานที่ใช้

รูปที่ 8. สีสะท้อนความร้อนโพลิเมอร์แบบเมมเบรนบนหลังคา ภาพจาก SUN-MASTER โดย บจก.ซัน-มาสเตอร์(ประเทศไทย)

การลดอุณหภูมิด้วยการเพิ่มความชื้น(Humidifier)

เมื่อไม่สามารถลดความร้อนในอาคารได้ จำเป็นต้องลดอุณหภูมิเฉลี่ยของอากาศก่อนที่จะเข้าอาคารโดยการเพิ่มความชื้น น้ำเปลี่ยนสถานะเป็นไอจะดึงความร้อนได้มาก แต่ทำให้ความชื้นในอากาศสูงขึ้น อุณหภูมิต่ำสุดที่สามารถลดลงได้คือเท่ากับอุณหภูมิกระเปาะเปียกของอากาศขณะนั้น การเติมความชื้นให้อากาศทำได้หลายวิธีดังนี้

การใช้ภูมิสถาปัตย์ (Landscape) สนามหญ้าต้นไม้ สระน้ำ น้ำพุ ให้ความชื้นกับอากาศทำให้อากาศมีอุณหภูมิลดลงมีข้อดีอีกประการหนึ่งคือความสวยงาม ข้อเสียคือต้องใช้พื้นที่มาก และมีค่าบำรุงรักษาสูง

การฉีดฝอยน้ำด้วยความดันสูง ฉีดน้ำความดันสูงประมาณ 70 บาร์ ผ่านหัวฉีดเพื่อให้ละอองน้ำมีขนาดเล็ก เพื่อให้เปลี่ยนสถานะเป็นไอได้หมด ตามรูปที่ 9. ข้อเสียคือเมื่ออากาศมีความชื้นสัมพัทธ์สูงละอองน้ำจะไม่เปลี่ยนสถานะทำให้เปรอะเปื้อน การควบคุมปริมาณละอองน้ำให้เหมาะสมกับอากาศทำได้ยาก และหัวฉีดอุดตันได้ง่าย

รูปที่ 9. พัดลมไอน้ำ (จาก Smartcool)

การใช้เซลลูโลส (Cellulose) ปล่อยน้ำลงบนแผ่นเซลลูโลสให้เปียก น้ำจะดึงความร้อนจากอากาศที่ผ่านแผงกลายเป็นไอทำให้อากาศมีอุณหภูมิลดลง รูปที่ 10.ก. เป็นแผงเซลลูโลส รูปที่ 10.ข.เป็นอาคารปลูกพืชที่ใช้พัดลมดึงอากาศให้ผ่านแผงเซลลูโลสเปียกน้ำเพื่อให้ได้อากาศที่มีอุณหภูมิต่ำลงมารับความร้อนในอาคารทิ้งไป การลดความร้อนของอาคารก็สามารถใช้วิธีเดียวกันได้ ประสิทธิภาพของแผงขึ้นอยู่กับความหนาแผง และความเร็วลม แผนภูมิที่ 4. แสดงประสิทธิภาพการทำงานของแผงเซลลูโลสที่ความหนาแผง และความเร็วลมต่างๆกัน ถ้าเลือกแผงหนา จะมีความดันตกที่แผงมาก ทำให้ลมผ่านได้น้อย การออกแบบจึงต้องคำนวณเลือกแผงเซลลูโลสและพัดลมให้เหมาะสมกัน

รูปที่ 10. แผงเซลลูโลส และการใช้เซลลูโลสกับอาคารปลูกพืช

แผนภูมิที่ 4.การทำงานของแผงเซลลูโลส (จากแค็ตตาล็อก Celpad ของ HUTEK (Asia) Co.,Ltd.)

ปัจจุบันมีอุปกรณ์สำเร็จที่ใช้แผงเซลลูโลส พัดลม ปั๊มน้ำอยู่ในชุดเดียวกัน เมื่อติดตั้งแล้วสามารถต่อท่อลมเพื่อนำอากาศไปใช้ในที่ต่างๆภายในอาคารได้ ตามตัวอย่างในรูปที่ 11. จึงควรศึกษาวิธีการเลือกก่อนที่จะทำการออกแบบคำนวณ และตำแหน่งการจ่ายลมควรอยู่ใกล้จุดใช้งานมากที่สุด เพราะถ้าจ่ายสูงเกินไปลมจะสูญเสียอุณหภูมิก่อนที่จะลงมาถึงระดับใช้งาน แต่ถ้าใกล้เกินไปบริเวณที่อยู่ใกล้จะมีความชื้นสัมพัทธ์สูง ท่อลมควรมีฉนวนหรือไม่ขึ้นอยู่กับบริเวณที่ท่อลมผ่าน ถ้าผ่านบริเวณที่มีความร้อนสูงอาจต้องมีฉนวนเพื่อป้องกันอากาศเสียอุณหภูมิ และถ้าผ่านบริเวณที่เย็นมากก็เช่นเดียวกันเพื่อป้องกันการเกิดหยดน้ำภายในท่อลม และทำให้ท่อลมผุได้

รูปที่ 11. Packaged Humidifier Unit ประกอบด้วย ตัวถัง แผงเซลลูโลส พัดลม ปั๊มน้ำ วาวล์ปิดเปิดน้ำ ประกอบสำเร็จกd

บทส่งท้าย

บทความนี้ได้อธิบายถึงมาตรฐานความสุขสบายของคนซึ่งได้จากการวิจัยในประเทศที่สามารถนำมาใช้กับการออกแบบโรงงานที่ไม่ปรับอากาศได้ อธิบายถึงแนวทางวิธีการคำนวณความร้อนในโรงงาน การคำนวณอัตราการไหลของอากาศที่จะควบคุมอุณหภูมิในโรงงานให้อยู่ในสภาวะอากาศที่สุขสบาย การใช้ลมธรรมชาติและลมจากการพาความร้อน การลดความร้อนในโรงงานเพื่อลดอัตราการการไหลของอากาศ และสุดท้ายคือการลดอุณหภูมิอากาศด้วยการเพิ่มความชื้น

เมื่อสามารถให้ความสุขสบายได้โดยไม่ต้องใช้เครื่องปรับอากาศ แม้จะเป็นเพียงบางส่วนของโรงงาน ก็จะสามารถลดเงินลงทุน ค่าพลังงาน สร้างความสามารถในการแข่งขันทางธุรกิจ ลดการเกิดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จากการใช้พลังงาน ให้กับผู้ประกอบการและประเทศชาติ ควรมีโครงการศึกษาวิธีการและขั้นตอนมาตรฐานเพื่อกำหนดแนวทางการออกแบบ วิธีการคำนวณ และข้อมูลการคำนวณเพื่อให้เป็นบรรทัดฐานในการออกแบบต่อไป

เอกสารอ้างอิง

1. บทความปริทรรศน์: การออกแบบโดยวิธีธรรมชาติเพื่อความสบายเชิงอุณหภาพในเขตอากาศร้อน-ชื้น ดร. ต่อวงศ์ เจนวิทย์การJournal of Architectural/Planning Research and Studies Volume 5. Issue 1. 2007: Faculty of Architecture and Planning, Thammasat University

2. Introduction to thermal comfort standards: K C Parsons: Loughborough University, UK

3. Thailand ventilation comfort chart: Joseph Khedari a, Nuparb Yamtraipat b, Naris Pratintong a, Jongjit Hirunlabh a: a Energy Technology Division, School of Energy and Material, King Mongkut’s UniÍersity of Technology Thonburi, b Department of Mechanical Engineering, Faculty of Engineering, Mahanakorn University,

4. Natural Ventilation in Building: Chirdpun Vitooraporn, Mechanical Engineering Department, Faculty of Engineering, Chulalongkorn University, ASHRAE Journal 2005-2006, ASHRAE Thailand Chapter.

Study on GREEN ROOF Application in Hong Kong, Architectural Services Department, Final Report, Urbis Limited, Febuary 2007.