เมื่ออาคารต้องเผชิญกับแสงแดดและอุณหภูมิที่สูงขึ้น การลดความร้อนจากหลังคาจึงเป็นหนึ่งในแนวทางสำคัญที่ช่วยลดภาระเครื่องปรับอากาศ ล่าสุดนักวิจัยจาก City University of Hong Kong (CityUHK) ร่วมกับมหาวิทยาลัยซีอานเจียวทง ประเทศจีน พัฒนาวัสดุแอโรเจลชนิดใหม่ที่ช่วยให้พื้นผิวระบายความร้อนได้ดีขึ้น โดยไม่ต้องใช้พลังงานไฟฟ้าในการทำความเย็น วัสดุดังกล่าวมีชื่อว่า White Infrared-Transparent Aerogel (WITA) เป็นแอโรเจลสีขาวที่ออกแบบมาเพื่อทำงานร่วมกับเทคโนโลยีระบายความร้อนด้วยการแผ่รังสี หรือ Radiative Cooling ซึ่งเป็นกระบวนการที่พื้นผิวปล่อยพลังงานความร้อนออกไปในรูปของรังสีอินฟราเรด โดยสามารถส่งผ่านออกสู่อวกาศผ่านช่วงคลื่นที่เรียกว่า “หน้าต่างบรรยากาศ” ได้
สะท้อนแสงอาทิตย์ได้ 96.6% พร้อมเปิดทางให้ความร้อนระบายออก
WITA ผลิตจากพอลิเอทิลีนชนิดน้ำหนักโมเลกุลสูงพิเศษ (UHMWPE) ซึ่งเป็นวัสดุที่มีโครงสร้างเหมาะสำหรับการจัดการแสงและรังสีความร้อน โดยผลการทดสอบพบว่าสามารถสะท้อนแสงอาทิตย์ได้สูงถึง 96.6% และส่งผ่านรังสีอินฟราเรดในช่วงหน้าต่างบรรยากาศได้สูงสุด 94.5%
คุณสมบัติทั้งสองช่วยให้วัสดุทำงานได้สองด้านพร้อมกัน คือ ลดพลังงานจากแสงอาทิตย์ที่เข้าสู่พื้นผิว และเปิดทางให้ความร้อนจากพื้นผิวด้านล่างแผ่ออกไปได้อย่างมีประสิทธิภาพ จึงช่วยลดโอกาสที่หลังคาหรือพื้นผิวอาคารจะสะสมความร้อนในช่วงกลางวัน
แยกหน้าที่สะท้อนแสงและระบายความร้อนออกจากกัน
จุดเด่นของแนวคิดนี้คือการนำชั้นแอโรเจล WITA ไปวางทับบนวัสดุเคลือบระบายความร้อนที่มีอยู่เดิม แทนที่จะให้พื้นผิวชั้นเดียวต้องทำหน้าที่ทั้งสะท้อนแสงอาทิตย์และปล่อยรังสีความร้อนออกไป
การแยกหน้าที่ดังกล่าวช่วยลดข้อจำกัดของวัสดุระบายความร้อนแบบเดิม ซึ่งอาจได้รับความร้อนจากสภาพแวดล้อมโดยรอบด้วย ขณะที่ชั้น WITA ทำหน้าที่เป็นตัวกลางควบคุมการผ่านของแสงและรังสีอินฟราเรด ทำให้ระบบระบายความร้อนทำงานได้มีประสิทธิภาพมากขึ้น
ทดลองกลางแจ้ง ลดอุณหภูมิได้เพิ่มอีก 5.2 องศาเซลเซียส
ทีมวิจัยนำวัสดุไปทดสอบกลางแจ้งในฮ่องกง พบว่าการเพิ่มชั้น WITA เข้าไปในระบบระบายความร้อนเดิม ช่วยเพิ่มความสามารถในการลดอุณหภูมิได้สูงสุดอีก 5.2 องศาเซลเซียส เมื่อเทียบกับระบบที่ไม่มีชั้นแอโรเจล
นอกจากนี้ ยังมีการทดสอบในอาบูดาบี ซึ่งมีสภาพอากาศร้อนและแห้งแล้ง ผลพบว่าระบบที่ใช้ WITA สามารถรักษาประสิทธิภาพการระบายความร้อนได้ดีกว่าระบบเปรียบเทียบตลอดช่วงการทดลองกลางแจ้ง แสดงให้เห็นว่าวัสดุมีศักยภาพในการใช้งานภายใต้สภาพภูมิอากาศที่แตกต่างกัน
แบบจำลองชี้อาจช่วยประหยัดพลังงานอาคารได้เพิ่ม 55%
นอกจากการทดลองกับวัสดุโดยตรง นักวิจัยยังใช้แบบจำลองพลังงานจำลองการใช้งานกับอาคารพักอาศัยสูง 4 ชั้นในพื้นที่ภูมิอากาศร้อน ผลคำนวณพบว่าการใช้หลังคาระบายความร้อนด้วยการแผ่รังสีสามารถประหยัดพลังงานได้ประมาณ 14.6 กิกะจูลต่อปี เมื่อเทียบกับหลังคาทั่วไป
ที่น่าสนใจคือ เมื่อเพิ่มชั้น WITA เข้าไป ระบบดังกล่าวสามารถเพิ่มปริมาณพลังงานที่ประหยัดได้อีกประมาณ 55% อย่างไรก็ตาม ตัวเลขนี้เป็นผลจากการจำลองด้วยแบบจำลองพลังงาน ไม่ใช่ผลการวัดค่าไฟฟ้าจากอาคารที่ติดตั้งและใช้งานจริง จึงยังต้องมีการทดสอบเพิ่มเติมก่อนประเมินผลในสภาพการใช้งานจริง
ทนรังสี UV และพัฒนาเป็นวัสดุหลายสีได้
ด้านความทนทาน ทีมวิจัยทดสอบการเสื่อมสภาพจากรังสีอัลตราไวโอเลต (UV) ที่อุณหภูมิ 40 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 75 วัน ซึ่งเทียบเท่าการรับรังสี UV กลางแจ้งประมาณ 2 ปีในฮ่องกง ผลพบว่าคุณสมบัติการสะท้อนแสงอาทิตย์และการส่งผ่านรังสีอินฟราเรดยังคงแทบไม่เปลี่ยนแปลง
วัสดุยังมีคุณสมบัติไม่ชอบน้ำ และเมื่อเคลือบสารเพิ่มคุณสมบัติทนไฟที่มีจำหน่ายในเชิงพาณิชย์ ก็ไม่พบการลุกติดไฟระหว่างการทดสอบ นอกจากนี้ ทีมวิจัยยังสามารถพัฒนา WITA ให้มีสีแดง สีเหลือง และสีน้ำเงิน โดยยังคงคุณสมบัติด้านการระบายความร้อนไว้ได้
tags : techxplore
