tldr อาคารคาร์บอนต่ำ/ศูนย์ คืออะไร 1/2

เรื่องของ Low/Zero Carbon Building (L/ZCB) หรือ อาคารคาร์บอนต่ำ/ศูนย์ อาจจะสร้างความสับสนให้กับผู้อ่านไม่น้อย ไม่ว่าจะทั้งเรื่องที่ว่าทำไมต้องต่ำหรือศูนย์ด้วย? ทำไมไม่ใช่ศูนย์ไปเลย หรือคาร์บอนคืออะไร? ใช่คาร์บอนไดออกไซด์ (CO₂) ไหม? และทำไมต้องลดคาร์บอนด้วย? บทความนี้จะแบ่งออกไปสองตอน ตอนแรกอธิบายถึงแนวคิดในการออกแบบอาคารคาร์บอนต่ำ/ศูนย์ โดยเริ่มจากวิธีคิดในขั้นตอนการออกแบบ การเลือกใช้อุปกรณ์ไฟฟ้า และในตอนที่สองจะกล่าวถึงพลังงานทดแทนและความแตกต่างระหว่าง Low/Zero Energy Building (อาคารพลังงานต่ำ/ศูนย์) และ Low/Zero Carbon Building (อาคารคาร์บอนต่ำ/ศูนย์)

จากที่ผมเคยคุยกับสถาปนิกหรือแม้แต่วิศวกรหลายๆท่าน เวลาที่ผมพูดถึงเรื่องของ Low/Zero Carbon Building นั้น ก็มักจะพบว่าเกิดความเข้าใจที่คลาดเคลื่อนอยู่ เช่นเข้าใจว่าคาร์บอนมาจากการหายใจออกของผู้ใช้อาคารเท่านั้น หรือถึงกับคิดว่าคาร์บอนกับอาคารไม่เกี่ยวข้องกันเลยก็มี ฉะนั้นวันนี้ผมอยากจะอธิบายคร่าวๆในเรื่องของ ‘คาร์บอนจากสถาปัตยกรรม’

จะพูดถึง L/ZCB ผมคิดว่าผมควรเล่าความเป็นมาคร่าวๆก่อนสักนิดนึง เพื่อเป็นความเข้าใจพื้นฐาน

ในด้านสถาปัตยกรรม แนวคิดเรื่องการออกแบบให้สอดคล้องกับสิ่งแวดล้อมนั้นมีมาอยู่ตลอดตั้งแต่แรกเริ่ม จนกระทั่งเทคโนโลยีเริ่มเข้ามามีบทบาทในการควบคุมสภาพแวดล้อมภายในอาคาร (Indoor Environmental Control Systems) เช่น การควบคุมอุณหภูมิและความชื้น (HVAC systems) หรือการควบคุมแสงสว่าง (Lighting systems) ทำให้มีความจำเป็นที่จะต้องใช้พลังงานกับอุปกรณ์ต่างๆเพื่อรักษาสภาพแวดล้อมให้กับผู้ใช้อาคาร และพลังงานที่ถูกนำมาใช้กับอุปกรณ์เหล่านั้นก็มาจากโรงไฟฟ้า ซึ่งการปลดปล่อยคาร์บอนสู่ชั้นบรรยากาศ ก็เกิดที่แถวๆโรงไฟฟ้านั่นเอง

มาถึงตรงนี้ผมคิดว่าเรามีความเข้าใจพื้นฐานกันแล้วว่าพลังงานที่ถูกใช้ทั่วไปนั้นมาจากโรงไฟฟ้า และกระบวนการผลิตไฟฟ้าทำให้คาร์บอนถูกปลดปล่อยออกมา จากนี้เรามาดูกันถึงแนวคิดในการออกแบบอาคารประหยัดพลังงานกัน

---

มุมมองที่มีต่อการใช้พลังงานในสถาปัตยกรรมนั้นแตกต่างจากมุมมองที่ใช้ในภาคอุตสาหกรรมและเกษตรกรรม เราจึงจำเป็นที่จะต้องเข้าใจมุมมองอันเป็นลักษณะเฉพาะของสถาปัตยกรรม ซึ่งต้องมองว่าสถาปัตยกรรมคือศาสตร์ในการสร้าง ‘สิ่งแวดล้อมสรรค์สร้าง’ (Built Environment) หรือการสร้างสภาพแวดล้อมเพื่อการใช้งาน เช่นการกั้นให้เกิดข้างนอก-ข้างใน หรือทำให้เกิดห้องต่างๆ ซึ่งตัวอาคารก็คือสภาพแวดล้อม (ที่ถูกประดิษฐ์ขึ้น) นั่นเอง ตัวสถาปัตยกรรมได้เตรียมพื้นที่ว่างเอาไว้ให้ผู้ใช้งานได้เข้ามาใช้ และในการใช้งานนี่เองที่ผู้ใช้งานจะใช้อุปกรณ์ต่างๆ เพื่อปรับสภาพแวดล้อมภายในให้เข้ากับความต้องการของตน หรือจะให้ชัดๆอย่างที่ Janda (2011) ได้บอกเอาไว้ว่า “อาคารไม่ใช้พลังงาน: คนต่างหากที่ใช้”

1. ลด Heat Gains

สรุปจากที่ได้กล่าวมาข้างต้น การออกแบบอาคารประหยัดพลังงานหรืออาคารคาร์บอนต่ำ/ศูนย์ ก็คือการออกแบบให้สภาพแวดล้อมสรรค์สร้างมีลักษณะใกล้เคียงกับความต้องการเมื่อใช้งานมากที่สุด ในกรณีของประเทศไทยเราต้องหาทางจัดการกับความร้อนที่อยู่ในพื้นที่ใช้งานให้ได้ซึ่งเทคนิคการออกแบบมีอยู่มากมาย แต่จะขอกล่าวถึงหลักคิดง่ายๆ ว่า “ความร้อนมีที่มาก็ต้องมีที่ไป” ดังนั้นสิ่งที่จำเป็นต้องทำคือ 1) ป้องกันอาคารจากความร้อนที่จะเข้ามาให้ดีที่สุด 2) หาทางไปให้กับความร้อนที่เหลือ ดังนี้

1. ก่อนจะป้องกันอาคารจากความร้อนต้องรู้ก่อนว่าความร้อนมาจากไหน อาคารได้รับความร้อนจากหลายแหล่ง เช่น แสงแดด แสงสะท้อนจากสภาพแวดล้อม หรือจากลมร้อน สรุปแล้วเหลือเพียงการนำ (Conduction) การพา (Convection) การแผ่ (Radiation) ทั้งนี้บางแหล่งข้อมูลอาจจะกล่าวถึงความร้อนที่มาในรูปแบบการระเหย (Evaporation) ซึ่งเป็นความร้อนแฝง (Latent Heat) ด้วย เมื่อทราบแหล่งที่มาแล้วจึงสามารถกำหนดยุทธศาสตร์การป้องกันความร้อนซึ่งมีตั้งแต่การออกแบบรูปทรงอาคารให้รับความร้อนน้อยที่สุด ควบคุมปริมาณกระจกให้ไม่มากเกินไป ทำที่บังแดดให้กระจก การทำประตูสองชั้น ไปจนถึงการเลือกใช้วัสดุป้องกันความร้อน

รูป 1-1: แสดงที่มาของความร้อนจากแหล่งต่างๆ

2. วิธีจัดการกับความร้อนเหล่านั้นที่ยังเหลืออยู่นั้น ถ้าเป็นอาคารพาณิชย์ขนาดใหญ่ก็มักใช้เครื่องปรับอากาศจัดการ ส่วนบ้านพักอาศัยถ้าไม่ใช้เครื่องปรับอากาศจัดการก็เปิดหน้าต่างให้ความร้อนออกไป แต่การเปิดหน้าต่างให้ความร้อนออกไปและเปิดหน้าต่างเพื่อรับลมเย็นบางทีกลับกลายเป็นเปิดให้ความร้อนที่เข้ามาแทน ดังนั้นควรคิดถึงการเปิดหน้าต่างไปหาที่ๆเย็นกว่า เช่นบ่อน้ำ หรือที่ๆมีร่มไม้ และทางที่เย็นกว่าต้องเป็นทางที่ลมมาด้วย และให้เปิดหน้าต่างอีกจุดที่เป็นด้านร้อนให้เป็นทางลมออกเพราะจะให้ลมเข้าก็ต้องมีทางให้ลมออกด้วย

ในการออกแบบจริงๆนั้น site แต่ละที่ก็มีความแตกต่างกันไม่มากก็น้อย ความเข้าใจพื้นฐานเรื่องการแลกเปลี่ยนความร้อน (Heat Transfer) มีความสำคัญเพื่อให้นำไปพลิกแพลงและปรับได้เหมาะสมกับงานแต่ละงาน

ข้อ 1 นี้คือที่เรามักเรียกกันว่า Passive Design

BedZED via Tom Chance

“A mind that is stretched by a new experience can never go back to its old dimensions.” - Oliver Wendell Holmes, Jr.

อย่างหนึ่งที่เราต้องยอมรับและหาทางรับมือก็คือ แต่ละคนมีความสามารถในการปรับตัวให้เข้ากับสภาพแวดล้อมแตกต่างกัน ฉะนั้นแนวคิดที่ว่าจะอยู่แบบไม่เปิดเครื่องปรับอากาศ หรือไม่เปิดไฟนั้น ไม่สามารถใช้กับคนหมู่มากได้ อย่างที่ได้กล่าวไว้ข้างต้นว่าหากผู้ใช้อาคารใช้งานอุปกรณ์ต่างๆ เพื่อปรับสภาพแวดล้อมให้เหมาะสมก็มักจะเกิดขึ้นเมื่อสภาพแวดล้อมภายในไม่ตรงกับความต้องการของผู้ใช้อาคารนั่นเอง หลักคิดตรงนี้ก็คือ ‘เมื่ออย่างไรก็ต้องใช้อุปกรณ์ไฟฟ้าก็เลือกใช้อุปกรณ์ไฟฟ้าที่มีประสิทธิภาพดีกว่า’

2. ใช้อุปกรณ์ไฟฟ้าที่มีประสิทธิภาพ

ประเด็นนี้มีอยู่ 2 เรื่องซึ่งเป็นเรื่องของความร้อนที่เกิดจากอุปกรณ์เครื่องใช้ไฟฟ้าภายในอาคาร และการจัดการกับความร้อนโดยเครื่องปรับอากาศ ที่เราจะต้องทำความเข้าใจต่อเนื่องจากข้อ 1 ที่ได้กล่าวมาแล้ว

1. อุปกรณ์เครื่องใช้ไฟฟ้าต่างๆ เช่นคอมพิวเตอร์ หลอดไฟ เครื่องครัวต่างๆ อุปกรณ์เหล่านี้ล้วนปลดปล่อยความร้อนออกมา สำหรับอุปกรณ์ไฟฟ้าที่มีประสิทธิภาพ (Energy-Efficient Appliances) นั้น จะปลดปล่อยความร้อนน้อยกว่าและใช้พลังงานน้อยกว่า เมื่อเทียบกับอุปกรณ์ไฟฟ้าอื่นๆ ที่ระดับประสิทธิภาพการใช้งานเดียวกัน เมื่อเลือกใช้อุปกรณ์เหล่าย่อมมีความร้อนที่ปลดปล่อยออกมาน้อยกว่าดังนั้นก็เหลือความร้อนที่ต้องจัดการน้อยลง และยังลดการใช้พลังงานกับอุปกรณ์ไฟฟ้าเหล่านี้อีกด้วย เรียกว่าลดสองต่อเลยทีเดียว (ต่อที่หนึ่งลดการใช้ไฟฟ้าในตัวมันเอง และต่อที่สองลดภาระให้กับเครื่องปรับอากาศ)

รูป 1-2: แสดงอุปกรณ์ไฟฟ้าภายในอาคาร

2. การเลือกใช้เครื่องปรับอากาศที่มีประสิทธิภาพ (Energy-Efficient HVAC) สำหรับข้อ 2.2 นี้ จะเป็นการจัดการกับภาระของเครื่องปรับอากาศ (Cooling Loads) ไม่ว่าจากอุปกรณ์ต่างๆ (ข้อ 2.1) หรือจากภายนอกเช่นแสงอาทิตย์ (ข้อ 1) เช่นเดียวกับอุปกรณ์ไฟฟ้าทั่วไปเครื่องปรับอากาศที่มีประสิทธิภาพก็จะใช้พลังงานน้อยลงในการจัดการกับ Loads ที่เท่ากันเมื่อเทียบกับเครื่องปรับอากาศทั่วไป ประเด็นนี้สำคัญมากเพราะหลายครั้งที่คนทั่วไปเลือกขนาดของเครื่องปรับอากาศโดยไม่ได้นำเอาปริมาณ Loads ที่น้อยลงหรือเพิ่มขึ้นจากปกติเข้าไปเป็นตัวแปรด้วย ตัวอย่างที่เห็นได้ชัดคือเมื่อเรารู้สึกว่าแอร์เย็นไปหรือแอร์ไม่เย็น นั่นเป็นเพราะเครื่องปรับอากาศแต่ละเครื่องมีกำลัง (Power) สูงสุดที่ถูกออกแบบไว้อยู่ เมื่อสถาปนิกออกแบบเพื่อลดความร้อนที่จะเกิดขึ้นภายในลงแล้วจึงควรเลือกเครื่องปรับอากาศที่มีกำลังเหมาะสมกับ Loads เพื่อให้ใช้พลังงานน้อยลงกว่าเดิม อย่างไรก็ตามการเลือกเครื่องปรับอากาศที่มีกำลังน้อยเกินไปก็อาจทำให้เสียทรัพยากรเพื่อเปลี่ยนเครื่องปรับอากาศอีกรอบ เพราะรู้สึกว่าแอร์ไม่เย็น

มาถึงตรงนี้การได้ Low Energy Building หรืออาคารพลังงานต่ำก็เป็นเรื่องที่เป็นไปได้สูง เพราะเราได้ลด Heat Gains จากปัจจัยต่างๆ และใช้เครื่องปรับอากาศที่ใช้พลังงานต่ำแล้ว ตอนต่อไปจะกล่าวถึงเรื่อง Zero Energy Building และ L/ZCB ซึ่งมีเรื่องของพลังงานทดแทน (Renewable Energy) เข้ามาเกี่ยวข้องด้วย

อ่านต่อตอนที่ 2 tldr อาคารคาร์บอนต่ำ/ศูนย์ คืออะไร 2/2