การนำแสงธรรมชาติเข้าสู่อาคารโดยใช้ระบบท่อนำแสง

Abstract

การนำแสงธรรมชาติมาใช้ในอาคารโดยทั่วไปมีข้อจำกัดของความส่องสว่างในระยะลึกไม่เกิน 5 เมตรจากแนวขอบหน้าต่าง งานวิจัยนี้จึงมีวัตถุประสงค์หลักในการนำเสนอเทคนิคการนำแสงธรรมชาติมาใช้ในส่วนที่ระดับความส่องสว่างไม่เพียงพอต่อการใช้งานพื้นฐาน โดยใช้ระบบท่อนำแสง ขั้นตอนในการศึกษาระบบท่อนำแสงประกอบด้วย 3 ขั้นตอน ขั้นตอนที่หนึ่งคือระบบรวมแสง ทำการศึกษาเทคนิคการรวมแสงโดยอาศัยหลักการสะท้อนแสงบนรูปทรงพาราโบลาเพื่อเพิ่มความเข้มแสง ขั้นตอนที่สองคือระบบนำพาแสง ทำการศึกษาอิทธิพลของมุมและทิศทางของแสงที่กระทำต่อผนังภายในท่อ 6 รูปแบบคือ รูปแบบที่มีพื้นที่หน้าตัดเป็นรูปวงกลม 3 รูปแบบ และสี่เหลี่ยมจัตุรัส 3 รูปแบบ โดยศึกษาทั้งรูปทรงกระบอก และรูปทรงกรวย และการเปลี่ยนทิศทางการนำแสงโดยผ่านข้อเชื่อมต่อท่อนำแสง และขั้นตอนสุดท้ายคือระบบกระจายแสงทำการศึกษาทิศทางการสะท้อนแสงภายในและการกระจายตำแหน่งท่อนำแสงเพื่อให้เกิดการกระจายแลงอย่างสม่ำเสมอ โดยการศึกษานี้ จะใช้แสงกระจายจากท้องฟ้ามาเป็นตัวแปรหลัก หลีกเสี่ยงอิทธิพลของแสงตรงจากดวงอาทิตย์ที่มีความแปรปรวนสูงข้อมูลที่ได้จากการวิเคราะห์และเปรียบเทียบประสิทธิภาพของการสะท้อนแสงนี้ ได้ถูกนำมาใช้เพื่อหารูปแบบของระบบท่อนำแสงที่มีประสิทธิภาพสูงสุด ผลการวิจัยพบว่า ระบบรวมแสงจะต้องคำนึงถึงมุม ทิศทางการสะท้อนของแสงและอิทธิพลของมุมเปิดเห็นท้องฟ้าเป็นหลัก การรวมแสงที่ได้จากการใช้ตัวแปรดังกล่าวจะให้ประสิทธิภาพประมาณ 38 เปอร์เซ็นต์ การวิจัยระบบนำพาแสงพบว่าแสงที่ขนานกับแนวท่อจะมีประสิทธิภาพการนำแสงสูงสุดโดยจะแปรผกผันตามอัตราส่วนระหว่างขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางท่อต่อความยาวของท่อนำแสง โดยท่อที่มีพื้นที่หน้าตัดวงกลมและมีรูปทรงกระบอกจะให้ประสิทธิภาพการนำพาแสงประมาณ 90 เปอร์เซ็นต์เมื่อมีอัตราส่วนระหว่างขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางต่อความยาวท่อเท่ากับ 1 ต่อ 10 เท่า อย่างไรก็ตามปริมาณแสงจะมีประสิทธิภาพลดลงเมื่อมีการเปลี่ยนทิศทางการนำพาแลงแต่ละครั้ง โดยจะแปรผันตามอัตราส่วนระหว่างขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางท่อต่อรัศมีโค้ง โดยข้อเชื่อมต่อที่มีพื้นที่หน้าตัดวงกลมจะมีประสิทธิภาพลดลงในการหักมุมแต่ละครั้งประมาณ 6 เปอร์เซ็นต์เมื่อมีอัตราส่วนระหว่างขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางท่อต่อรัศมีโค้ง เท่ากับ 1 ต่อ 3 เท่า และการวิจัยระบบกระจายแสงพบว่า การกระจายแสงที่ปลายท่อจะขึ้นกับทิศทาง และมุมของแสงที่กระทำภายในท่อนำแสงเป็นหลัก ผลจากการศึกษานี้สรุปได้ว่า ประสิทธิภาพสูงสุดของระบบท่อนำแสงจะขึ้นกับ ศักยภาพการรวมแสง อัตราส่วนระหว่างขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางท่อต่อความยาวท่อนำแสง อัตราส่วนระหว่างขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางท่อต่อรัศมีโค้งข้อเชื่อมต่อ ที่มีพื้นที่หน้าตัดวงกลมรูปทรงกระบอก มุมและทิศทางการสะท้อนของแสง ในการประยุกต์ใช้สามารถทีจะนำเอาระบบท่อนำแสงมาใช้ร่วมกับระบบไฟฟ้าแสงสว่าง เพื่อลดการติดตั้งแสงประดิษฐ์ภายในอาคาร ผลงานวิจัยนี้เป็นแนวทางใหม่ในการนำแสงธรรมชาติเข้ามาใช้ให้ความสว่างกับพื้นที่ภายในอาคาร ซึ่งจะเป็นประโยชน์ต่อการศึกษาและการวิจัยในสภาพภูมิอากาศในเขตร้อนขึ้นต่อไป