กระจกอนุรักษ์พลังงาน

Written by on . Posted in ทั่วไป, วิทยาศาสตร์, เทคโนโลยี




หน้าที่ 1 - 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



แสดงความคิดเห็น