กระจกอนุรักษ์พลังงาน

กระจกอนุรักษ์พลังงาน

ขอขอบคุณข้อมูลภายใต้ความร่วมมือของ JGSEE กับวิชาการ.คอม"
URL : www.jgsee.kmutt.ac.th

ดร. พิพัฒน์ ชัยวิวัฒน์วรกุล
บัณฑิตวิทยาลัยร่วมด้านพลังงานและสิ่งแวดล้อม

ดร. พัฒนะ รักความสุข
คณะพลังงาน สิ่งแวดล้อมและวัสดุ
มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี


          ปกติแล้ว อาคารไม่ว่าจะขนาดใหญ่หรือเล็กก็มักต้องมีการปรับอากาศ อากาศที่มีระดับอุณหภูมิและความชื้นเหมาะสมย่อมส่งผลให้ผู้ใช้อาคารหรือพนักงานเกิดความรู้สึกสบาย และสามารถทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ อย่างไรก็ตาม การปรับอากาศโดยระบบปรับอากาศต้องการใช้พลังงานสูง ซึ่งโดยทั่วไปแล้วคิดเป็นร้อยละ 60 ของการใช้พลังงานรวมของทั้งอาคาร ดังนั้น หากต้องการที่จะลดการใช้ไฟฟ้าของระบบปรับอากาศลงแล้ว สิ่งที่เราต้องดำเนินการก็คือ การลดภาระการปรับอากาศให้ต่ำลงนั่นเอง

          เมื่อพิจารณาถึงแหล่งที่มาของความร้อนของระบบปรับอากาศ จะพบว่าประมาณร้อยละ 60 เป็นผลจากความร้อนที่ถ่ายเทจากภายนอกอาคารผ่านผนังทึบและผนังโปร่งแสงเข้าสู่ภายในตัวอาคาร ส่วนที่เหลืออีกร้อยละ 40 เป็นภาระความร้อนที่เกิดขึ้นจากภายในตัวอาคารเอง เช่น ความร้อนจากหลอดไฟฟ้า อุปกรณ์สำนักงาน และความร้อนจากผู้อยู่ในอาคาร

          ในสภาวการณ์ปัจจุบัน อาจกล่าวได้ว่ากระจกได้กลายเป็นองค์ประกอบสำคัญหลักของกรอบอาคารไปแล้ว สัดส่วนของพื้นที่กระจกต่อพื้นที่รวมของผนังอาคารมีค่อนข้างสูง และความร้อนที่ถ่ายเทผ่านกระจกอาจสูงถึง 3-5 เท่า เมื่อเทียบกับความร้อนที่ถ่ายเทผ่านผนังทึบ เพื่อลดภาระปรับอากาศของอาคาร กระจกสะท้อนแสงได้รับความนิยมในการใช้ประกอบเป็นกรอบอาคาร ด้วยเหตุที่ว่า กระจกประเภทนี้สามารถสะท้อนรังสีอาทิตย์ได้ดี อย่างไรก็ตาม ข้อด้อยของกระจกประเภทนี้ก็คือ มีลักษณะที่ทึบแสงซึ่งไม่เอื้อประโยชน์ หากเราต้องการนำแสงธรรมชาติจากภายนอกอาคารซึ่งมีปริมาณและศักยภาพสูงมาใช้เพื่อส่องสว่างในอาคาร และลดการใช้ไฟฟ้าในระบบแสงสว่างและระบบปรับอากาศ นอกจากนี้ กระจกดังกล่าวโดยทั่วไปจะมีการดูดกลืนรังสีอาทิตย์ค่อนข้างสูง ทำให้อุณหภูมิผิวกระจกสูงตามไปด้วย ส่งผลต่อระดับความสบายของผู้ที่อาศัยภายในอาคาร

          มีความเป็นไปได้หรือไม่ ที่จะใช้กระจกที่มีทั้งความสามารถในการป้องกันความร้อน และยังสามารถนำแสงธรรมชาติจากภายนอกอาคารเข้ามาใช้ประโยชน์อีกด้วย

          ก่อนอื่นเราคงต้องอธิบายอย่างคร่าวๆ ถึงกลไกการถ่ายเทความร้อนและส่งผ่านแสงของกระจก ดังรูปที่ 1 เมื่อรังสีอาทิตย์ตกกระทบบนผิวด้านนอกของกระจก รังสีอาทิตย์ส่วนหนึ่ง (รวมถึงช่วงรังสีที่เป็นแสงซึ่งตาคนเรามองเห็นได้) จะผ่านเข้าไปในอาคารได้โดยตรง บางส่วนถูกสะท้อนกลับ ขณะที่ส่วนที่เหลือจะถูกดูดกลืนไว้ในตัวกระจกเองซึ่งทำให้กระจกมีอุณหภูมิสูงขึ้น ความร้อนที่สะสมนี้ส่วนหนึ่งจะถ่ายเทกลับสู่สิ่งแวดล้อมภายนอก โดยส่วนที่เหลือจะถูกถ่ายเทเข้าสู่ภายในตัวอาคาร และกลายเป็นภาระความร้อนของระบบปรับอากาศ ผลของความแตกต่างระหว่างอุณหภูมิอากาศภายนอกและภายในอาคารก็เป็นส่วนหนึ่งที่ทำให้ความร้อนถ่ายเทผ่านกระจกเข้าสู่อาคาร ดังนั้นความร้อนที่ถ่ายเทผ่านกระจกจึงมีทั้งส่วนที่เกิดจากการนำความร้อน (Conduction) การพาความร้อน (Convection) และการแผ่รังสี (Radiation) ทั้งนี้รูปแบบของการถ่ายเทความร้อนจะแตกต่างกันไปตามคุณสมบัติเฉพาะของกระจกแต่ละประเภท

          สำหรับกระจกชนิดหนึ่งๆ เราสามารถกำหนดพารามิเตอร์ที่ใช้แสดงสมบัติทางแสงและความร้อน ได้ดังต่อไปนี้

          ค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อน (U) เป็นค่าที่แสดงความสามารถในการถ่ายเทความร้อนเนื่องจากอุณหภูมิที่แตกต่างกันระหว่างสิ่งแวดล้อมด้านนอกและด้านในอาคาร

          ค่าสัมประสิทธิ์ความร้อนรังสีอาทิตย์ (SHGC) เป็นค่าที่แสดงถึงปริมาณพลังงานที่ผ่านจากกระจกเข้ามาในตัวอาคาร ซึ่งประกอบด้วยสองส่วน คือ (1) รังสีอาทิตย์ที่เป็นคลื่นสั้นซึ่งผ่านเข้ามาในอาคารโดยตรง และ (2) ส่วนของความร้อนที่ดูดกลืนไว้ที่ตัวกระจกและค่อยถ่ายเทเข้ามาในอาคาร

          ค่า U และ SHGC เป็นค่าที่แสดงสมบัติทางความร้อนของกระจก สำหรับสมบัติทางแสงของกระจก เราสามารถพิจารณาได้จากค่าสัมประสิทธิ์การส่งผ่านแสง (tv) ค่าสัมประสิทธิ์นี้แสดงค่าเป็นร้อยละของการส่งผ่านแสงของกระจกเทียบกับแสงที่ตกกระทบ ค่าสัมประสิทธิ์ทั้งสามนี้สามารถทราบได้จากเอกสารของผู้ผลิตผลิตภัณฑ์กระจก

          ในตารางที่ 1 เราได้แสดงค่าสัมประสิทธิ์ต่างๆ ของกระจก ซึ่งประกอบด้วย กระจกใส กระจกเขียว กระจกสะท้อนแสงและกระจกประเภท Low-e ในตารางยังแสดงค่าอัตราส่วนtv ต่อ SHCG ของกระจกแต่ละชนิด สำหรับกระจกที่มีค่า U และ SHGC ต่ำก็แสดงว่า กระจกนั้นสามารถป้องกันการส่งผ่านความร้อนได้ดี เมื่อเทียบกับกระจกที่มีค่าสูงกว่า

ตารางที่ 1 ค่าสัมประสิทธิ์จำเพาะของกระจกบางประเภท

กระจก
ความหนา (มม.)
U SHGC
tv tv/SHGC
กระจกใส
6 5.25 0.815 0.886 1.087
กระจกสีเขียว
6 5.28 0.619 0.754 1.218
กระจกสะท้อนแสง
6 4.13 0.290 0.183 0.633
กระจก Low-e
6 2.49 0.458 0.734 1.603

          จากตารางจะเห็นได้ว่า กระจกใสมีค่า tv สูง ดังนั้น กระจกใสจึงยอมให้แสงผ่านเข้ามาได้มาก เมื่อเทียบกับกระจกอื่น อย่างไรก็ตาม กระจกใสมีค่า SHCG สูงเช่นกัน ดังนั้น ความร้อนที่ถ่ายเทผ่านกระจกใสก็มีค่าสูงด้วย สำหรับกระจกเขียว ค่า tv  มีค่าต่ำกว่ากระจกใสแต่ยังคงอยู่ในระดับที่สูง ขณะที่ค่า SHCG มีค่าค่อนข้างต่ำ จึงนับได้ว่าเป็นกระจกที่มีคุณลักษณะที่ดี เมื่อเทียบกับกระจกใส ทั้งกระจกเขียวและกระจกใสเป็นกระจกที่เอื้อต่อการใช้แสงธรรมชาติ อย่างไรก็ตามการนำไปประยุกต์ใช้กับอาคารอาจจำเป็นต้องใช้ร่วมกับอุปกรณ์บังแดด เพื่อป้องกันไม่ให้ความร้อนผ่านชั้นกระจกเข้ามามากเกินไป

          สำหรับกระจกสะท้อนแสงซึ่งนิยมใช้ในอาคารสูงส่วนใหญ่นั้น มีค่า SHGC ที่ต่ำกว่ากระจกใสและกระจกเขียวมาก ความร้อนที่ผ่านเข้ามาในอาคารของกระจกประเภทนี้จึงต่ำ แต่จะสังเกตได้ว่ากระจกมีค่า tv ต่ำด้วยเช่นกัน กระจกจึงมีลักษณะของความทึบแสง และโอกาสในการนำแสงธรรมชาติมาใช้เพื่อการส่องสว่างในอาคารเป็นไปได้น้อยหรือแทบเป็นไปไม่ได้

          กระจก Low-e (ย่อมาจากคำว่า Low emissivity) เป็นกระจกที่มีค่า tv ค่อนข้างสูง ขณะที่ SHGC มีค่าต่ำ กระจกประเภทนี้มีการเคลือบสารบนผิวกระจกซึ่งจะยอมให้เฉพาะรังสีอาทิตย์ในช่วงคลื่นที่ตามองเห็นหรือแสงสามารถผ่านเข้ามาได้มาก ขณะที่รังสีอาทิตย์ในช่วงที่เป็นความร้อนเข้าได้น้อย ด้วยคุณลักษณ์ดังกล่าว กระจก Low-e เริ่มได้รับความนิยมเพิ่มขึ้นในการใช้ประกอบเป็นกรอบอาคาร อย่างไรก็ตาม กระจก Low-e ยังมีราคาค่อนข้างแพง แม้ว่าด้วยเทคโนโลยีสมัยใหม่จะทำให้กระจกมีราคาที่ถูกลงแล้ว

          จากตารางที่ 1 หากเราพิจารณาค่าของอัตราส่วนของ tv และ SHCG จะพบว่า อัตราส่วนนี้สามารถใช้เป็นพารามิเตอร์หนึ่งสำหรับประกอบการพิจารณาว่ากระจกนั้นเอื้อต่อการใช้แสงธรรมชาติและอนุรักษ์พลังงานหรือไม่ จากการศึกษาวิจัยที่ผ่านมา เราพอสรุปได้ว่า กระจกที่มีค่าอัตราส่วน tv ต่อ SHCG สูงกว่า 1.2 และค่า SHCG ต่ำกว่า 0.5 ดังแสดงในรูปที่ 2 จะเป็นกระจกที่ดี มีศักยภาพในการนำแสงธรรมชาติมาใช้ในอาคาร ขณะเดียวกันปริมาณความร้อนที่ผ่านเข้ามาในอาคารก็ไม่สูงจนเป็นภาระการปรับอากาศมากนัก ดังนั้น อาจสรุปได้ว่า กระจกที่ดี สามารถช่วยอนุรักษ์พลังงาน ควรเป็นกระจกที่มีค่า SHGC ต่ำๆ และมีค่าอัตราส่วน tv ต่อ SHCG สูงๆ

รูปที่ 2 กราฟ tv และ SHCG ของกระจกประเภทต่างๆ

หมายเหตุ
          บัณฑิตวิทยาลัยร่วมด้านพลังงานและสิ่งแวดล้อม ได้รับการสนับสนุนจากสำนักพัฒนาบัณฑิตศึกษาและวิจัยด้านวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี สำนักงานคณะกรรมการการอุดมศึกษา และจากสำนักงานนโยบายและแผนพลังงาน บทความนี้ เป็นความเห็นของผู้เขียน ซึ่งไม่จำเป็นต้องสอดคล้องกับความเห็นของหน่วยงานที่เกี่ยวข้อง

tags :

บทความอื่นๆ

หลักการใช้ in, on, at ในภาษาอังกฤษอย่างไรไม่ให้พลาด

หลักการใช้ in, on, at ในภาษาอังกฤษอย่างไรไม่ให้พลาด new post

ช็อตเด็ด!!! เสวนาทะลุมิติวิทยาศาสตร์กับ Interstellar ตอน สัมพัทธภาพพิเศษ กับ มายาคติของ อดีต ปัจจุบัน และอนาคต

ช็อตเด็ด!!! เสวนาทะลุมิติวิทยาศาสตร์กับ Interstellar ตอน สัมพัทธภาพพิเศษ กับ มายาคติของ อดีต ปัจจุบัน และอนาคต

ช็อตเด็ด!!! เสวนาทะลุมิติวิทยาศาสตร์กับ Interstellar ตอน กาลอวกาศและขนมปังลูกเกด

ช็อตเด็ด!!! เสวนาทะลุมิติวิทยาศาสตร์กับ Interstellar ตอน กาลอวกาศและขนมปังลูกเกด

ช็อตเด็ด!!! เสวนาทะลุมิติวิทยาศาสตร์กับ Interstellar ตอน เวลาคือมิติที่สี่

ช็อตเด็ด!!! เสวนาทะลุมิติวิทยาศาสตร์กับ Interstellar ตอน เวลาคือมิติที่สี่

เที่ยวสนุกสไตล์ Sci trip on tour:  ฟอสซิลสัตว์ทะเลบนก้อนหินมาจากไหน และ อะไรคือน้องวัว?

เที่ยวสนุกสไตล์ Sci trip on tour: ฟอสซิลสัตว์ทะเลบนก้อนหินมาจากไหน และ อะไรคือน้องวัว?