ในการศึกษาเกี่ยวกับสถาปัตยกรรมในไทยนั้น การวิเคราะห์บริบทที่ตั้ง(Site Analysis) ถือว่าเป็นหัวใจของการเรียนการสอน การเข้าใจและสามารถพิจารณาปัจจัยแวดล้อมอย่างแดด ลมและฝน ถือเป็นพื้นฐานที่สำคัญที่จะทำให้อาคารที่ถูกออกแบบสามารถเกิด ‘สภาวะน่าสบาย(Comfort Zone)’ ได้ ความเข้าใจเหล่านี้จะเป็นพื้นฐานสำคัญที่นำไปสุ่การพัฒนาสู่งานออกแบบที่สามารถตอบสนองต่อปัจจัยแวดล้อมที่เหมาะสม โดยเฉพาะในพื้นที่อย่างเขตร้อนชื้น(Tropical Zone)หรือเขตพื้นที่ใกล้เส้นศูนย์สูตร ที่มีปัจจัยแวดล้อมที่มีความซับซ้อนอย่างสภาพอากาศที่ร้อนอบอ้าวในหน้าร้อนและฝนปริมาณมหาศาลในฤดูฝน ดังนั้นคำถามที่สำคัญจึงอยู่ที่ว่าทำอย่างไรเราจะสามารถยืนยันว่าแนวทางงานออกแบบที่เราได้เรียนมามันถูกต้องและแม่นยำ จนสามารถทำให้อาคารที่ออกแบบสามารถสร้างสภาวะน่าสบายได้จริง

กรณีศึกษาหนึ่งของโครงการที่ทางทีมมีส่วนในการร่วมออกแบบเพื่อแก้ปัญหาที่เกิดขึ้นกับอาคารคอนกรีตเสริมเหล็ก 2 ชั้นเดิม สไตล์โมเดิร์น(Modern Architecture) ที่มีหน้าตาและรูปร่างทรงกล่อง ไม่มีชายคา เปลือกอาคารถูกกำหนดด้วยช่องเปิดกระจกสูงเต็มบาน ปัญหาที่เกิดขึ้นจากโจทย์ที่เจ้าของบ้านได้แจ้งมามีดังต่อไปนี้:

1. ในบริเวณชั้น 2 ของอาคาร พื้นที่ภายในบ้านมีความร้อนสะสมสูง ทำให้ไม่สามารถอยู่อาศัยได้

2. ในบริเวณชั้น 2 ของอาคาร อากาศภายในบ้านค่อนข้างนิ่ง ทำให้รู้สึกไม่สบายตัวและไม่มีลมเข้าสู่อาคาร

3. เกิดฝนสาดและรั่วซึมเข้ามาตามร่องประตูหน้าต่างกระจกโดยรอบอาคาร

หากพิจารณาโดยสังเขปตามโจทย์ที่ได้รับ จะสามารถประเมินปัญหาและกำหนดทิศทางงานออกแบบ(Design Scope) ได้ 3 ส่วน

1. การจัดการเรื่องรั่วซึมและฝนสาด

2. การจัดการความร้อนที่เกิดขึ้นภายในอาคาร

3. การเพิ่มปริมาณลมเพื่อให้เกิดการถ่ายเทอากาศภายในอาคาร

อย่างไรก็ตามก่อนจะกำหนดแนวทางการออกแบบ(Design Strategies) อีกหนึ่งส่วนที่จำเป็นต้องใช้ในการพิจารณาคือตัวอาคารเดิม ก่อนการออกแบบจึงมีความเป็นเงื่อนไขของพื้นที่และอาคารเดิมผ่านการทำความเข้าใจการกำหนดการวางผังอาคาร(Site Orientation) และงานออกแบบรูปด้านอาคารเดิม โดยอาคารปัจจุบันเป็นอาคารลักษณะกล่อง ชายคาสั้น วางแนวอาคารจากทิศเหนือสู่ทิศใต้ มีช่องเปิดเป็นกระจกบานใหญ่ที่หันหน้าเข้าสู่ด้านทิศตะวันตก โดยกระจกส่วนมากเป็นบานติดตายและมีช่องเปิดบ้างในบางส่วน(ในชั้น 1 มากกว่าชั้น 2 และทิศตะวันตกมากกว่าทิศตะวันออก) ตัวหลังคาชั้นบนเป็นหลังคาแบบ Flat Slab ผืนใหญ่ทั้งผืน

ก่อนเริ่มการออกแบบ จำเป็นต้องทำความเข้าใจการไหลของอากาศและความร้อนซึ่งเป็นเรื่องที่สำคัญในการกำหนดทิศทางของการแก้ปัญหา โดยจำเป็นที่จำต้องทำความเข้าใจ 2 เรื่องดังต่อไปนี้ เรื่องแรกความร้อนจะเคลื่อนจากบริเวณที่มีอุณหภูมิสูงไปสู่บริเวณที่มีอุณหภูมิต่ำเสมอ และสอง ‘ลมเหมือนกับน้ำ’ อาจจำเป็นต้องจินตนาการถึงน้ำที่อยู่ในสายยาง หากทางเข้าและทางออกเท่ากันน้ำก็ไหลสม่ำเสมอ หากทางเข้าเล็กกว่าทางอ่อน น้ำก็จะไหลเอื่อย หากทางเข้าใหญ่กว่าทางออกน้ำก็จะไหลแรง

เมื่อพิจารณาจากแปลนและรูปด้านที่เกิดขึ้น สามารถตั้งสมมุติฐานได้ว่า มีความเป็นไปได้ที่ พื้นที่ภายในโดยเฉพาะชั้น 2 อากาศไหลเอื่อยเพราะปริมาณช่องเปิดน้อย ต่อมากระจกขนาดใหญ่ที่ทำหน้าที่รับแดดทิศตะวันตกและหลังคา Flat Slab ผืนใหญ่อาจทำให้พื้นผ่านในบ้านเกิดปริมาณความร้อนสะสม และเมื่อนำ 2 สิ่งมารวมกันจึงสามารถสรุปโดยสังเขปได้ว่า เกิดความร้อนสะสมภายในแต่ไม่สามารถระบายออกไปได้อย่างเหมาะสม

แนวทางการออกแบบ(Design Strategies)ได้ดังต่อไปนี้

1. เพิ่มพื้นที่ให้อากาศไหลเวียนมากขึ้น หรือ เพิ่มช่องเปิดของอาคารในชั้น 2

2. ลดปริมาณพื้นที่ที่ทำให้แดด(ความร้อน) เข้าสู่อาคารโดยตรงให้มากที่สุด

3. แก้ปัญหาฝนและน้ำที่จะกระทบกับอาคารและไหลเข้าสู่รอยต่อระหว่างวัสดุ

ศัพท์ที่ควรรู้เบื้องต้นในการเข้าใจ Analysis

1. Predicted Mean Vote(PMV)
   หมายถึงค่ากำหนดความรู้สึกในสภาพอากาศนั้นๆ โดยหากยิ่งใกล้ 0 เท่าไหร่ จะยิ่งเข้าใกล้สภาวะน่าสบายมากขึ้นเท่านั้น

2. Uniformity Index(UI)
   หมายถึงค่าความเสถียรของลม เช่น หาก ค่า UI ใกล้ 1 มากเท่าไหร่ ความเสถียรของลมที่เกิดขึ้นก็จะผันผวนน้อย

3. ค่าการไหลของอากาศ(ความเร็วลม)
   ซึ่ง 0.5 m/s ค่าการไหลของอากาศที่ใกล้เคียงกับสภาวะน่าสบายมากที่สุด

ตัวแปรควบคุมในการทำ Simulation Analysis

1. Wind Speed(แรงลมจากด้านนอก): 0.75 m/s

2. Air Temperature(อุณหภูมิภายนอก): 30 องศาเซลเซียส

3. Radiant Temperature(การส่งผ่านความร้อนจากวัสดุ): 26 องศาเซลเซียส(หักลบจากวัสดุกรอบอาคารแล้ว)

4. Active Rate(การใช้งานภายในพื้นที่): 1.50 หมายถึงค่ากำหนดที่คนทำกิจกรรมทั่วไปภายในบ้าน อย่างเช่น การเดิน

5. Clothing(การแต่งกาย): 0.50 หมายถึงการแต่งตัวแบบชุดไปรเวททั่วไป อาทิ เสื้อยืด กางเกงขาสั้น

การแก้ปัญหาปริมาณลมไหลเวียนภายในอาคาร

ภาพวิเคราะห์ที่ 1 แสดงให้เห็นถึงปริมาณและทิศทางการไหลเวียนของอากาศในห้องสภาพปัจจุบัน ซึ่งจะเห็นได้ว่าารไหลเวียนอากาศภายในพื้นที่เกิดขึ้นน้อยมาก โดยค่าตัวเลขทั้งหมดที่เกิดขึ้นในพื้นที่อ้างอิง(Pount A-F) ทั้งหมดแทบจะให้ค่าต่ำกว่า 0.3 m/s ซึ่งเมื่อเทียบกับภาพวิเคราะห์ที่ 2 ที่ตัว simulation ของการแก้ไขขนาดและรูปร่างช่องเปิดเพื่อเพิ่มปริมาณและการไหลเวียนลมที่ดีขึ้นภายในอาคาร จากภาพวิเคราะห์ที่ 2 มันแสดงให้เห็นว่าการไหลเวียนของอากาศภายในดีขึ้นอย่างมีนัยยะสำคัญ โดยเฉพาะในจุด C ที่เป็นบริเวณห้องนั่งเล่น จำนวนค่า UI ขึ้นสูงจาก 0.22 m/s สู่ตัวเลขที่ 0.68 m/s อย่างไรก็ตามแม้ตัวเลขโดยรวมจะมีการปรับขึ้นอย่างมีนัยยะสำคัญ แต่ในบางพื้นที่ค่า UI กลับลดลงอย่างเห็นได้ชัด อาทิ จุด D ที่ลดลงจาก 0.28 m/s เหลือเพียง 0.10 m/s

เมื่อผลของการวิเคราะห์ออกมาข้างต้น ทางผู้เชี่ยวชาญจึงได้เสนอแนวทางเพิ่มอีก 3 แนวทาง

• ภาพวิเคราะห์ที่ 3 เพิ่มทางเข้าลมในจุด D และเปลี่ยนช่องเปิดในจุด F เป็นบานเลื่อนสลับ

• ภาพวิเคราะห์ที่ 4: เพิ่มทางเข้าลมในจุด D และเปลี่ยนช่องเปิดในจุด A และ F เป็นจากบานกระทุ้งเป็นบานเลื่อนสลับ

• ภาพวิเคราะห์ที่ 5: เพิ่มทางเข้าลมในจุด D และเปลี่ยนช่องเปิดในจุด A, E และ F จากบานกระทุ้งเป็นบานเลื่อนสลับ

จากผลการวิเคราะห์ 3 simulations ข้างต้น จะเห็นได้ว่าการเปลี่ยนช่องเปิดในบริเวณจุด A ส่งผลกระทบต่อการเปลี่ยนแปลงและเพิ่มขึ้นของการไหลเวียนของอากาศภายในอนาคาร นอกจานี้การเพิ่มปริมาณช่องเปิดในอาคารก็ส่งผลต่อการสร้างสภาวะความน่าสบายภายในอาคารเช่นเดียวกัน

การลดปริมาณความร้อนภายในอาคาร

หนึ่งในแนวทางการออกแบบในการลดปริมาณความร้อนภายในอาคารคือ การลดการปะทะกันระหว่างแสงแดดและอาคารโดยตรง เพื่อลดปริมาณความร้อนที่จะเข้าสู่อาคาร รวมถึงการลดปริมาณฝนที่ปะทะกับอาคารเช่นกัน เพื่อลดการรั่วซึม ดังนั้นข้อเสนอของทางทีมออกแบบจึงเสนอในการสร้าง double facade หรือระแนงกันแดดขึ้นมาเพื่อทำหน้าที่ screen แดดและฝนที่จะปะทะเข้ากับอาคารโดยตรง และใช้พื้นที่ระหว่าง facade ใหม่และอาคารในการเป็นพื้นที่ semi-outdoor ของชั้น 2 ของอาคาร

จากภาพวิเคราะห์ 2 ภาพ ระหว่างตัวอาคารที่ไม่มี facade ใหม่และตัวอาคารที่ใส่ facade แล้ว จะเห็นได้ว่าพื้นที่ semi-outdoor ใหม่ที่อยู่หลัง double facade ช่วยลดความเร็มลมจากภายนอก(ที่มาพร้อมความร้อน)ลงจากมีนัยยะสำคัญ ซึ่งจะมีส่วนช่วยในเรื่องการลดความร้อนภายในอาคารเช่นเดียวกัน

ตามปกติแล้วค่าความน่าสบายของคนเราจะอยู่ราวๆ ที่ 27-30 องศาเซลเซียส แต่ตามปกตินอกจากแดดหรือแสงสว่างที่สร้างความร้อน ลมที่พัดเอาความร้อนจากภายนอกเข้ามาสู่อาคารหรือปะทะเราก็มีผลทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของปริมาณความร้อนภายใน

หมายเหตุ:

ขอขอบคุณคุณ Siree Thirakomen, MSc Renewable Energy and Architecture, University of Nottingham สำหรับการทำ Simulation Analysis

Source: อิทธิพลของระยะเวลาของการอยู่ในพื้นที่เปลี่ยนถ่ายต่อการรับรู้อุณหภูมิในห้องปรับอากาศ

ภาพวิเคราะห์ที่ 1

ภาพวิเคราะห์ที่ 2

ภาพวิเคราะห์ที่ 3

ภาพวิเคราะห์ที่ 4

ภาพวิเคราะห์ที่ 5

บริเวณพื้นที่ในการออกแบบและก่อสร้างตัว Double facade (ไฮไลท์สีแดง)เพื่อป้องกันแดดจากทิศตะวันตก

ภาพวิเคราะห์ที่ 5

ภาพวิเคราะห์ที่ 6

ภาพงานก่อสร้างหน้างานในปัจจุบัน

รูปด้านอาคารทิศตะวันออก

รูปด้านอาคารทิศตะวันตก

แปลนอาคารชั้นที่ 2