แอร์ธรรมชาติ เป็นไปได้หรือ?

ก่อนอื่นขอให้พิจารณาภาพใหญ่ก่อน  ในการทำความเย็นให้กับบ้านจะแบ่งออกเทคนิคออกเป็น

• การป้องกันความร้อนไม่ให้เข้ามาในตัวบ้าน เช่น
  • Site Design คือการเลือกตำแหน่งของการสร้างบ้านที่เหมาะสม การดูสภาพแวดล้อมภายนอกที่อาจจะสร้างไม่ว่าจะเป็นทิศแดด ลม และต้นไม้ที่จะสร้าง Microclimate ที่มีความร้อนน้อยกว่าปกติ
  • Solar control คือการลดความร้อนจากแสงแดด เช่น การทำโครงสร้างบังแดด การเลือกสีในการทาบ้านที่เหมาะสม
  • Building form และ layout หมายถึง ทิศทางของบ้าน การเลือกโซนการใช้ห้องที่เหมาะสมกับอุณหภูมิในช่วงเวลาต่างๆ ของวัน ทิศทางการไหลของลม เป็นต้น
  • Thermal insulation การเลือกวัสดุหรือแบบในการสร้างบ้านในส่วนต่างๆ ก็จะมีผลต่อความเป็นฉนวนของบ้าน เช่น การทำผนัง 2 ชั้น การทำผนังแบบมีฉนวนอยู่ตรงกลาง การเลือกใช้อิฐมวลเบาเป็นต้น
  • Internal gain control หมายถึง การเลือกที่จะทำให้ภายในบ้านลดการสร้างความร้อนที่ไม่จำเป็น การเลือกใช้อุปกรณ์ไฟฟ้าที่เหมาะสมก็จะช่วยลดการเกิดความร้อนจากอุปกรณ์ไฟฟ้าเหล่านี้ลงได้
• การกระจายความร้อน (Heat Dissipation) ใช้หลักการจุความร้อน หรือการนำเอาความร้อนจากในบ้านออกมาภายนอกบ้านซึ่งแบ่งได้ออกเป็นเทคนิคย่อยๆ อีกหลายอย่าง
  • Thermal mass คือ การสร้างบ้านให้มีความจุความร้อนที่เหมาะสม เช่นการสะสมความร้อนในช่วงกลางวันและปล่อยความร้อนในตอนกลางคืนเพื่อให้อุณหภูมิในบ้านอุ่นในฤดูหนาว ในฤดูร้อนซึ่งเราอาจจะไม่ต้องการ affect แบบนี้อาจจะต้องทำงานร่วมกับเทคนิคอื่นๆ เช่น การระบายอากาศในตอนกลางคืน
  • Natural Cooling คือการใช้ระบบระบายอากาศ และการแผ่รังสีความร้อนที่เหมาะสมในการนำพาความร้อนจากในบ้านออกไปนอกบ้านซึ่งจะแบ่งออกเป็นเทคนิคย่อยๆ ได้อีก 4 แบบคือ :
    • ระบบระบายอากาศ เพื่อให้อากาศช่วยในการนำพาอากาศร้อนออกไปซึ่งมีอีกหลายวิธี เช่น :
      • cross ventilation คือการออกแบบช่องลมต่างเพื่อให้ลมพัดพาความร้อนจากห้องหนึ่งไปยังอีกห้องหนึ่งจนกระทั่งออกไปจากตัวบ้าน โดยส่วนใหญ่ในประเทศไทยจะเน้นให้ทิศทางเข้าออกของลมอยู่ในแนวเหนือใต้ซึ่งเป็นทิศทางลมประจำ
      • stack ventilation เทคนิคนี้จะดีกว่าแบบ cross ventilation ซึ่งต้องพึ่งลมจากภายนอก โดยอาศัยหลักการปกติที่อากาศร้อนจะลอยขึ้นด้านบน การทำช่องลมที่เหมาะสมทางด้านเพดานจะทำให้อากาศร้อนลอยออกไปทางด้านบน และอากาศที่เย็นกว่าจากช่องอากาศล่างด้านล่างจะไหลจากด้านล่างขึ้นไปแทนที่อากาศร้อน ช่วยลดความร้อนให้กับบ้าน กลไกนี้สามารถทำงานได้แม้นว่าจะไม่มีลมพัดในแนวระดับ
      • night flush cooling เทคนิคนี้จะใช้ได้ดีในกรณีที่มีความแตกต่างระหว่างอุณหภูมิในตอนกลางวัน และกลางคืน (อาจจะใช้ไม่ค่อยได้ผลกับบ้านในเมืองที่เต็มได้ด้วยอาคารคอนกรีต และมีต้นไม้น้อยมาก แต่น่าจะได้ผลพอสมควรกับบ้านในชนบท) โดยตอนกลางวันบ้านที่มีความจุความร้อนสูงจะค่อยๆ สะสมความร้อนไว้ ซึ่งถ้าอากาศร้อนมากๆ เราอาจะหลีกเลี่ยงการปล่อยอากาศร้อนเข้ามาในบ้านในตอนกลางวัน พอตกกลางคืนอุณหภูมิของอากาศภายนอกลดลงอย่างรวดเร็ว แต่ภายในบ้านจะยังได้รับความร้อนที่ตัวบ้านสะสมไว้ เพื่อเร่งลดอุณหภูมิภายในบ้านให้ใกล้เคียงกับภายนอก การเร่งให้มีอากาศภายนอกเข้ามาด้วยการเปิดประตู/หน้าต่าง หรือกระทั่งใช้พัดลมดูดอากาศภายนอกเข้ามาก็จะช่วยให้อุณหภูมิภายในบ้านเย็นลง
    • Radiative Cooling คือการกระจายความร้อนโดยการแผ่รังสีความร้อนของบ้านให้กับอากาศเย็นในตอนกลางคืน ทำให้อุณหภูมิของบ้านลดลงอย่างรวดเร็ว ซึ่งจุดที่เหมาะสมคือหลังคา เทคนิคการแผ่รังสีความร้อนโดยตรงที่มักจะนิยมคือการทำสระน้ำบนหลังคา หรือนำเอาน้ำบรรจุในถุงพลาสติกไปไว้ติดกับหลังคา ในตอนกลางวันน้ำบนหลังคาจะดูดซับความร้อนจากแสงแดดไว้ไม่ให้แผ่ลงมาในบ้าน ในตอนกลางคืนน้ำจะคายความร้อนออกมาไปยังอากาศเย็นที่อยู่ด้านบนโดยตรง ส่วนเทคนิคการแผ่รังสีความร้อนทางอ้อมได้แก่การทำกล่องลมเพื่อนำพาอากาศจากภายนอกให้ผ่านบริเวณที่มีความจุความร้อนมากของบ้าน ลมจะรับความร้อนจากการแผ่รังสี และถูกส่งออกไปยังอากาศภายนอกทางหลังคา
    • Evaporative Cooling ความการควบคุมให้ลมพัดผ่านบริเวณที่มีความชื้นสูง หรือเป็นละอองน้ำ ระบบจะอาศัยหลักที่ว่าน้ำจะดูดพลังงานความร้อนจากอากาศเพื่อให้น้ำระเหยเป็นไอน้ำ ซึ่งจะทำให้อากาศรอบๆ บริเวณที่มีการระเหยเย็นลง เพื่อให้มีการระเหยของน้ำต่อเนื่อง ลมจะต้องพัดพาอากาศที่มีไอน้ำเยอะออกไปที่อื่น
    • Earth Coupling คือการอาศัยการการแลกเปลี่ยนความร้อนกับดินในชั้นล่างๆ เพื่อพาอากาศที่เย็นกว่าขึ้นมาข้างบน

ส่งที่เน้นใน blog นี้คงการใช้เทคนิคร่วมระหว่าง Stack ventilation และ Earth Coupling


หลักการทำงานของอุโมงค์เย็นเกิดจากหลักการทำงานตามธรรมชาติที่อากาศร้อนจะลอยตัวขึ้นด้านบน  ปกติอากาศเย็นจะไม่ลอยขึ้นมา  แต่การสร้างเป็นอุโมงค์ปิดเมื่อมีอากาศร้อนไหลออกจากบ้านไปด้านบน (ทำงานได้เพราะอากาศร้อนใต้หลังคามีทางไหลออก) อากาศที่เย็นกว่าในอุโมงค์ก็จะถูกดึงให้ขึ้นมาแทนที่อากาศที่ไหลออกไป  หลังคาร้อนจึงทำหน้าที่เหมือนปั๊มอากาศธรรมชาติในการดึงอากาศเย็นขึ้นมาจาก อุโมงค์

เมื่ออากาศเย็นขึ้นมาจากปากอุโมงค์ด้านในบ้านก็จะไปดึงอากาศ อุณหภูมิปกติที่ปลายอุโมงค์อีกด้านให้ไหลลงมาแทนที่  ในขณะที่อากาศอุณหภูมิปกติถูกดึงให้ไหลผ่านอุโมงค์ที่ฝังไว้ใต้ดิน  ก็จะเกิดการแลกเปลี่ยนความร้อนทำให้อากาศค่อยๆ เย็นลง  และจะมีความชื่้นในอากาศที่ไหลผ่านอุโมงค์บางส่วนถูกความเย็นในดินจนกลั่น ตัวเป็นหยดน้ำ ไหลกลับไปทางปากอุโมงค์ด้านที่อากาศไหลเข้ามาทำให้ความชื้นในอากาศที่ไหล เข้าไปในห้องมีความชื้นน้อยลง ถ้าเรายังจำได้ความชื้นที่น้อยลงก็จะช่วยลดความรู้สึกว่าร้อนของมนุษย์เรา เมื่อเทียบกับอากาศที่ชื้น  ส่วนอากาศที่ไหลผ่านอุโมงค์และเย็นลงนั้นสุดท้ายก็จะถูกถึงให้ไหลขึ้นไปทด แทนอากาศร้อนที่ไหลออกไปทางหลังคาเป็นวัฎจักรหมุนเวียนไปแบบนี้เรื่อยๆ ตลอดเวลาที่ยังมีอากาศร้อนบนหลังคา (เฉพาะช่วงกลางวันนั่นเอง) โดยไม่ต้องใช้พลังงานอื่นมาช่วย

เพื่อให้อุโมงค์เย็นนี้ทำงานตามหลักการนี้ได้จะต้องทำดังนี้
- ฝังท่อให้ลึกพอ เช่น ลึกอย่างน้อย 60 เซนติเมตร - 1.5 เมตร (ความลึกแนะนำคือ 1 เมตร) ไม่งั้นจะมีอุณหภูมิภายในอุโมงค์จะใกล้เคียงกับอุณหภูมิผิวดินไม่ช่วยเรื่อง ทำให้บ้านเย็น
-  ท่อต้องยาวพอเพื่อให้อากาศมีเวลาในการแลกเปลี่ยนความร้อน ควรจะยาวอย่างน้อย 10 เมตร (ระยะแนะนำคือ 15-20 เมตร) แต่ถ้ายาวเกิน 30 เมตรจะไม่ช่วยให้เย็นมากขึ้น  และท่อควรมีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 4-12 นิ้ว
-  ท่อควรจะเอียงลงไปทางด้านที่ไกลจากบ้าน  เพื่อให้ไอน้ำที่กลั่นตัวไหลไปด้านที่ไกลจากบ้าน  ทำให้อากาศที่ไหลเข้าบ้านไม่ชื้น  ความเอียงควรดิ่งจะอย่างน้อย 1-2 เซนติเมตรต่อทุกๆ ความยาวท่อ 1 เมตร
-  ริมด้านอากาศเข้าควรจะมีหลุมใส่หินไว้ด้านล่างเพื่อให้น้ำที่กลั่นตัวไหลไปรวม และซึมกลับเข้าไปในดินได้
-  ปลายท่อเหนือดินด้านอากาศไหลเข้าอาจจะทำเป็นรูปตัวที เพื่อไม่ให้น้ำฝนตกเข้ามาในท่ออากาศได้ (คล้ายๆ ท่อระบายอากาศของส้วมซึม)
-  ปลายท่อทั้งสองด้าน (ทั้งนอกบ้าน และในบ้าน) ควรจะหุ้มปลายด้วยตะแกรงลวดเพื่อป้องกันหนู หรืองูเข้าไปอยู่อาศัย

ระบบ อุโมงค์เย็นแบบนี้ค่อนข้างดี  เหมาะสำหรับบ้านสร้างใหม่มากกว่าจะเป็นการปรับปรุงบ้านเดิม  แต่ก็เพิ่มค่าก่อสร้างอีกพอสมควร  ในช่วงตอนต้นที่ขุดหลุมจะฝังเสาเข็มของขนำ  ผมสังเกตุว่าหน้าดินค่อนข้างจะตื้น  เมื่อขุดลงไปไม่ลึกจะเจอชั้นหิน  ทำให้งานขุดดินทำได้ช้ามาก  จึงตัดสินใจยกเว้นการทำอุโมงค์เย็นไปก่อน (ยังเสียดายอยู่เลย   )

ระบบอุโมงค์เย็นแบบนี้ถูกใช้งานในต่างประเทศตั้งแต่ปี 1960's และเริ่มได้รับความนิยมมากขึ้นในช่วง 1990s โดยจะใช้ทั้งในการทำความเย็น และความร้อนให้กับอาคาร  โดยหลักๆ จะแบ่งย่อยออกมาได้เป็นอีก 3 แบบคือ Open system, Closed loop system และ Combination System 



ใน ระบบ Open System จะเป็นแบบที่แสดงในภาพเป็นแบบง่ายสุด ความจริงระบบแบบนี้ถูกสร้างขึ้นมาตั้งแต่สมัยโรมันเมื่อประมาณ 1,300 ปีที่แล้ว โดยอาศัยการลดความชื้นด้วยการทำท่อเอียงลงไปด้านไกลเพื่อให้น้ำที่ควบแน่นใน อุโมงค์ไหลไปไกลจากตัวบ้านเท่ากับความยาวของอุโมงค์ มีการทำที่หลุมซึม/ดูดความชื้นตรงปลายเพื่อให้น้ำซึมลงใต้ดินเร็วที่สุด จึงลดปัญหาเรื่องเชื้อราทางด้านปากท่อที่จะเข้าบ้าน  ปัญหาเรื่องสัตว์เลื้อยคลานจะต้อง seal อุโมงค์ให้ดีด้วยตะแกรงทุกๆ ด้าน ทั้งด้านทางอากาศไหลเข้า และด้านในบ้าน   รวมทั้งควรจะติดตั้ง air filter ด้านในบ้านก่อนจะปล่อยอากาศเข้ามา  รวมทั้งควรจะมีระบบวาวล์เปิดปิดเพื่อควบการทำงานเมื่อต้องการ  ด้วยระบบ passive แบบนี้จะมีปริมาณอากาศไหลช้ามากทำให้ปัญหาการนำภายเชื้อโรคด้วยลมจึงค่อน ข้างน้อย แต่ถ้าเราใจร้อนติดพัดลมเร่งการไหลของอากาศก็อาจต้องหามาตรการควบคุมให้มาก ขึ้น

หาอ่านเทคนิคอื่นๆ (เช่น การทำความสะอาดอุโมงค์ลม) เพิ่มเติมได้ที่ http://www.ehow.com/how_7892203_use-underground-air-condition-home.html

ส่วน ในระบบ Closed loop system จะมีต้นทุนสูงกว่าด้วยการใช้อากาศภายในอาคารไหลเวียนลงไปใต้ดินเพื่อลด อุณหภูมิก่อนจะไหลกลับเข้ามาในอาคาร  ลองอ่านข้อมูลเพิ่มเติมได้จาก

http://phelpsheatingandair.com/geothermal_how.php
http://en.wikipedia.org/wiki/Ground-coupled_heat_exchanger

ส่วนระบบ combination จะมีตัวสลับให้ใช้งานได้ทั้ง 2 แบบ


ติดตามข้อมูลเพิ่มเติมที่ http://www.kasetporpeang.com/forums/index.php?topic=79810.0