เทคนิคการออกแบบและการเลือกวัสดุหลังคา เพื่อใช้ประโยชน์จากน้ำค้าง

Abstract

การสังเกตปรากฏการณ์ของการเกิดนํ้าค้างตามธรรมชาติ พบว่า นํ้าค้างจะเกิดขึ้นก็ต่อเมื่อ ไอนํ้าในอากาศกระทบกับพื้นผิววัสดุที่มีอุณหภูมิผิวตํ่ากว่าอุณหภูมิจุดนํ้าค้าง อุณหภูมิผิวที่ตํ่านี้เป็นผลจากการคายรังสีความร้อนกลับสู่ท้องฟ้าซึ่งเป็นแหล่งความเย็นขนาดใหญ่ในช่วงเวลากลางคืน ปรากฏการณ์การเกิดน้ำค้างนี้แสดงให้เห็นว่าทรัพยากรนํ้ามีอยู่รอบตัวเรา ปริมาณนํ้าค้างที่เกิดขึ้นในแต่ละคืนจะมีประโยชน์อย่างยิ่งสำหรับภูมิภาคที่ขาดแคลนนํ้าของประเทศไทย ดังนั้น การวิจัยครั้งนี้จึงกำหนดบทบาทใหม่ในการออกแบบหลังคาเพื่อใช้ประโยชน์จากน้ำค้าง โดยมีวัตถุประสงค์หลักเพื่อศึกษาปัจจัยที่มีผลต่อการเกิดนํ้าค้าง สำหรับภูมิอากาศเขตร้อนขึ้นของประเทศไทย

ขั้นตอนการวิจัยประกอบด้วย 1) การทดสอบตัวแปรที่มีผลต่อการเกิดนํ้าค้าง 2) การทดลองหาแนวทางการออกแบบและเลือกวัสดุเพื่อเพิ่มปริมาณน้ำค้างให้แก่หลังคา โดยมีตัวแปรที่ใช้ในการศึกษาได้แก่ วัสดุหลังคา มุมเอียงหลังคาที่เหมาะสมกับการเกิด การไหลของปริมาณนํ้าค้าง ทิศทางการวางหลังคา และรูปแบบการติดตั้งหลังคา 3) การวิเคราะห์หาเทคนิคแนวทางเพื่อประยุกต์ใช้น้ำค้างและความเย็นแก่อาคารสำหรับภูมิอากาศร้อนชื้นของประเทศไทย

ผลการวิจัยพบว่า ในช่วงเวลากลางคืน ผิวหลังคาจะมีการคายรังสีความร้อนกลับสู่ท้องฟ้า จนมิอุณหภูมิผิวต่ำกว่าอุณหภูมิอากาศและอุณหภูมิจุดน้ำค้างตามลำดับ การลดลงของอุณหภูมิผิวนี้จะมีความแตกต่างตามวัสดุหลังคาที่ต่างกัน วัสดุหลังคาที่ทำจากอลูมิเนียมอะโนไดช์ มีปริมาณน้ำค้างที่เกิดขึ้นมากที่สุดเนื่องจากมีอุณหภูมิผิวต่ำกว่าอุณหภูมิจุดน้ำค้างมากที่สุด การเอียงหลังคาทำมุม 15 องศากับแนวระนาบของวัสดุอลูมิเนียมอะโนไดซ์ จะมีความสมดุลระหว่างการเกิดและการไหลของปริมาณน้ำค้าง การวางหลังคาในทิศทางตรงข้ามกับลมที่พัดผ่านผิวหลังคาในช่วงเวลากลางคืนจะมีปริมาณน้ำค้างที่เกิดขึ้นมากกว่าการวางในทิศทางที่รับลมโดยตรง เนื่องจากได้รับอิทธิพลความร้อนจากลมที่พัดผ่านผิวน้อยกว่าการวางในทิศทางที่รับลมโดยตรง รูปแบบหลังคาที่มีการติดตั้งฉนวนกันความร้อนใต้แผ่นหลังคาลามารถเพิ่มปริมาณน้ำค้างได้ เนื่องจากสามารถลดอิทธิพลการนำความร้อนใต้แผ่นหลังคา ผลจากการวิเคราะห์พบว่าตัวแปรที่มิอีทธิพลต่อการเกิดปริมาณน้ำค้างในเบื้องต้นได้แก่ สภาพท้องฟ้า ค่าการคายรังสีของหลังคา ค่ามุมที่เปิดสู่ท้องฟ้าของหลังคาความชื้นในอากาศ และอุณหภูมิอากาศ

การวิจัยนี้สรุปได้ว่า ในการออกแบบหลังคาเพื่อให้เกิดปริมาณนํ้าค้างต่อพื้นที่ต่อคืนมากที่สุด คือการทำให้ผิวหลังคามีอุณหภูมิผิวตํ่าที่สุด โดยมีเทคนิคการออกแบบหลังคาและเลือกใช้วัสดุดังนี้ 1) เลือกใช้วัสดุเคลือบผิวหลังคาที่มีค่าการคายรังสีมากกว่า 0.90 ค่าการคายรังสีนี้จะพิจารณาในช่วงความยาวคลื่นตั้งแต่ 3 ไมครอนขึ้นไป โดยเฉพาะช่วงความยาวคลื่น 8-13 ไมครอน เนื่องจากวัสดุสามารถคายรังสีความร้อนกลับสู่ท้องฟ้าได้ดีที่สุด 2) เลือกใช้วัสดุเคลือบผิวหลังคาที่มีสภาพผิวเป็นมันเรียบเพื่อลดการยึดเกาะของปริมาณน้ำค้างที่ไหลลงสู่ภาชนะกักเก็บ 3) เลือกใช้วัสดุหลังคาที่มีมวลสารน้อยเพื่อความรวดเร็วในการคายความร้อนกลับสู่ท้องฟ้า 4) เลือกมุมเอียงหลังคาให้มีมุมที่เปิดสู่ท้องฟ้ามากที่สุด โดยเน้นความสมดุลระหว่างการเกิดและการไหลของปริมาณนํ้าค้างที่เกิดขึ้น 5) การวางหลังคาในทิศทางที่ไม่ได้ริบอิทธิพลจากลมที่พัดผ่านผิวหลังคาโดยตรง 6) การป้องกันความร้อนจากใต้แผ่นหลังคา ผลการวัดปริมาณนํ้าค้างที่เกิดขึ้นในเขตกรุงเทพมหานครสรุปได้ว่า ปริมาณนํ้าค้างที่เกิดขึ้นโดยเฉลี่ยประมาณ 140 ซีชีต่อตารางเมตรต่อคืน และมีปริมาณน้ำค้างที่เกิดขึ้นมากที่สุดประมาณ 340 ซีชีต่อตารางเมตรในช่วงเดือนพฤศจิกายน