คลี่คลายปริศนาอาคารอยู่เย็นเป็นสุข 1: เผยความลับผนัง 2 ชั้น

ทุกคนรู้กันดีว่า ตึกมิวเซียมสยามตั้งอยู่ในประเทศไทยซึ่งเป็นเมืองร้อน มีแดดส่องอาคารตลอดทั้งวัน

ความร้อนจากแสงแดดจึงจะเข้าไปสะสมอยู่ภายในตึก แล้วสถาปนิกมีวิธีออกแบบตึกอย่างไร ให้ป้องกันความร้อนระอุได้นะ?

วิธีป้องกันความร้อนให้อาคาร คือความลับที่ตามาญโญซ่อนไว้ในผนัง

ก่อนหน้านี้ เรารู้กันแล้วว่าผนังบางส่วนของตึกมิวเซียมสยาม เป็นผนังรับน้ำหนัก (Load - Bearing Wall) มีลักษณะทึบตัน หนา และแข็งแรง เพื่อให้รับน้ำหนักสิ่งต่าง ๆ ได้อย่างมั่นคง

แต่หลายคนอาจไม่เคยรู้มาก่อนว่า ผนังบางส่วนของตึกมิวเซียมสยาม ซ่อนความลับของการป้องกันความร้อนเอาไว้ด้วย

นั่นคือผนังก่ออิฐสองชั้น แล้วเว้นช่องว่างตรงกลางไว้ ซึ่งทำให้ผนังนี้มีคุณสมบัติช่วยป้องกันความร้อนได้!

ผนังอาคารแบบสองชั้น ป้องกันความร้อนได้อย่างไร

ตามาญโญจะอธิบายความสงสัยนี้  ผ่านการทดลองง่ายๆ ที่ทุกคนทำได้

เตรียมถ้วยกระดาษกับขวดแก้วเล็กๆ อย่างละ 3 ใบ กับทราย น้ำ และน้ำเย็น รวมทั้งเทอร์โมมิเตอร์

ครบแล้วก็ทดลองกันเลย ตามคลิปวีดีโอนี้

โดยธรรมชาติแล้ว ความร้อนเดินทางได้

การเดินทางของความร้อน เกิดขึ้นเมื่อวัตถุหนึ่งมีอุณหภูมิสูงกว่าวัตถุหนึ่ง ทำให้เกิดการถ่ายเทพลังงานความร้อนจากวัตถุที่มีอุณหภูมิสูงไปยังวัตถุที่มีอุณหภูมิต่ำกว่า และจะถ่ายเทให้กันแบบนี้จนกระทั่งอุณหภูมิเท่ากัน

การถ่ายเทพลังงานความร้อนจากที่หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่ง เรียกว่า “การถ่ายโอนความร้อน” (Heat Transfer)

การถ่ายโอนความร้อนแบบหนึ่ง เรียกว่า “การนำความร้อน” (Heat Conduction) คือ พลังงานความร้อนถ่ายเทอยู่ในวัตถุหนึ่งๆหรือระหว่างวัตถุสองชิ้นที่สัมผัสกัน โดยที่ตัวกลางไม่เคลื่อนที่ เช่น ความร้อนจากน้ำร้อนในแก้ว เดินทางผ่านแก้ว ทำให้มือที่จับแก้วรู้สึกร้อน เป็นต้น

จากการทดลองในคลิปวีดีโอ อากาศภายนอกถ้วยมีอุณหภูมิสูงกว่าน้ำเย็นในขวด ความร้อนจากอากาศจึงถ่ายเทไปยังน้ำเย็นผ่านตัวกลางคือทราย น้ำ และอากาศ

“การนำความร้อน” เกิดจากโมเลกุลของสสารที่ได้รับความร้อน เกิดการสั่นและส่งต่อพลังงานกัน การนำความร้อนจึงเกิดขึ้นได้ในสสารทุกสถานะ ทั้งของแข็ง ของเหลว และก๊าซ

ความสามารถในการนำความร้อนของสสารแต่ละชนิดนั้นต่างกัน ซึ่งแบ่งได้เป็น 2 ประเภท ดังนี้

ตัวนำความร้อน (Thermal Conductor) หมายถึงวัตถุที่ยอมให้ความร้อนผ่านเข้าไปในวัตถุนั้นได้ดี มักเป็นโลหะซึ่งมีอิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่อย่างอิสระ ทำให้นำความร้อนได้เร็ว เช่น เงิน ทองแดง อะลูมิเนียม ฯลฯ

ฉนวนความร้อน (Thermal Insulator) หมายถึงวัตถุที่ไม่ยอมให้ความร้อนผ่านเข้าไป หรือนำความร้อนได้ไม่ดี เช่น ไม้ พลาสติก แก้ว น้ำ อากาศ ฯลฯ

เนื่องจากอากาศเป็นวัตถุที่นำความร้อนได้ไม่ดี จึงมีการนำอากาศมาใช้เป็นฉนวนความร้อนสำหรับอาคารบ้านเรือนในรูปแบบต่างๆ เช่น การใช้ผนังสองชั้นที่มีอากาศคั่นอยู่ตรงกลางของตึกมิวเซียมสยาม หรือผนังกระจกสองชั้นในอาคารสมัยใหม่

สำหรับการทดลองตามคลิปวีดีโอนั้น เนื่องจากตามปกติแล้ว อากาศคือฉนวนกันความร้อนที่ดีที่สุด น้ำเย็นในถ้วยเปล่าจึงควรจะยังมีอุณหภูมิต่ำที่สุดอยู่

ผลการทดลองของเด็กๆ เป็นอย่างนั้นหรือเปล่า

ถ้าไม่เป็นอย่างนั้น เด็กๆ คิดว่าน่าจะเกิดจากอะไร

คลี่คลายปริศนาอาคารอยู่เย็นเป็นสุข 2 : ฉนวนชวนคิด

แม้อากาศจะเป็นฉนวนความร้อนได้ดี แต่ในกรณีที่อากาศมีการเคลื่อนที่ ก็จะเกิด “การพาความร้อน” (Heat Convection)

การพาความร้อน คือการถ่ายเทความร้อนที่เกิดขึ้น โดยสิ่งที่เคลื่อนที่ได้ จึงมีสสารเพียงสองสถานะเท่านั้นที่มีคุณสมบัติพาความร้อน นั่นคือ ของเหลวและก๊าซ

ในอาคารยุคใหม่ จึงมีการใช้วัสดุบางอย่างเพื่อช่วยกั้นความร้อนที่ผนังหรือหลังคา เพื่อลดการพาความร้อน และช่วยเก็บความเย็นภายในอาคารได้ดียิ่งขึ้น

ลองใช้อุปกรณ์ชุดเดิม มาทดลองเพิ่มเติมกันไหม

อากาศเป็นฉนวนความร้อนที่ดี แต่อากาศก็มักเคลื่อนไหวตามธรรมชาติ จึงมีการพัฒนาวัสดุหลายอย่างมาขวางกั้น ช่วยลดการพาความร้อน และเก็บความเย็นภายใน เช่น โฟม หรือใยแก้วที่ใช้บุใต้หลังคาบ้านเรือน

วัสดุเหล่านี้ ล้วนมีโพรงอากาศจำนวนมากแทรกอยู่ในเนื้อวัสดุ เพื่อลดการนำความร้อนไปนั่นเอง