อุณหภูมิที่คุณรู้สึกในวันที่อากาศร้อนและมีแดดอาจไม่ตรงกับตัวควบคุมอุณหภูมิเสมอไป โฆษณาของ Catherine Falls/ช่วงเวลาผ่าน Getty Images

ลองนึกภาพบ้านสองหลังบนถนนสายเดียวกัน หลังหนึ่งสร้างขึ้นในทศวรรษปี 1950 และอีกหลังหนึ่งสร้างขึ้นในทศวรรษปี 1990 ไม่มีต้นไม้หรือร่มเงาอื่นใด เครื่องปรับอากาศเหมือนกัน เพิ่งเปลี่ยนใหม่ และใช้งานได้สมบูรณ์ ตัวควบคุมอุณหภูมิเหมือนกันตั้งไว้ที่ 82 องศาเซลเซียส

เมื่ออุณหภูมิภายนอกอยู่ที่ 110 F (43.3 C) บ้านในยุคปี 1950 อาจจะรู้สึกว่าข้างในอุ่นขึ้นอย่างน้อย 10 F (5.6 C) แม้ว่าจะมีอุณหภูมิอากาศเท่าเดิมก็ตาม

ทำไม?

คำตอบเกี่ยวข้องกับความร้อนจากการแผ่รังสี ความร้อนจากการแผ่รังสีคือสิ่งที่ช่วยให้คุณรู้สึกอบอุ่นที่แคมป์ไฟในคืนฤดูหนาวที่หนาวเย็น ไฟไม่ได้ทำให้อากาศอุ่นมากนัก ความร้อนของไฟส่วนใหญ่เคลื่อนผ่านคลื่นที่มองไม่เห็นโดยตรงจากแคมป์ไฟมายังร่างกายของคุณ เช่นเดียวกับดวงอาทิตย์

ท่ามกลางความร้อนระอุของดวงอาทิตย์ในรัฐแอริโซนา อุณหภูมิพื้นผิวของเพดานเสาและคานที่ไม่มีฉนวนในบ้านของฉัน อุณหภูมิหนึ่งในนั้น สร้าง 41,000 ตัว ในทูซอนในช่วงหลังสงครามโลกครั้งที่สอง สามารถเข้าถึงได้มากกว่า 100 F (37.8 C) หน้าต่างเหล็กกระจกชั้นเดียวมีอุณหภูมิ 122 F (50 C) และผนังคอนกรีตบล็อกที่ไม่มีฉนวนก็ไม่ได้เย็นกว่ามากนัก

ภายในบ้านของฉันในวันที่มีเลขสามหลัก คุณจะรู้สึกเหมือนกำลังยืนอยู่ใกล้แคมป์ไฟ แม้ว่าเครื่องปรับอากาศจะตะโกนเพื่อรักษาอุณหภูมิไว้ที่ 75 F (23.9 C) ก็ตาม และเมื่อระบบขัดข้อง – เช่นเดียวกับที่เกิดขึ้นในระหว่างนั้น คลื่นความร้อนปี 2023 ที่ยาวนานเมื่อฟีนิกซ์มีอุณหภูมิสูงถึง 110 F (43.3 C) ทุกวันเป็นเวลาหลายสัปดาห์ อุณหภูมิจะสูงขึ้นอย่างรวดเร็วจนเป็นอันตราย หากไม่มีเครื่องปรับอากาศ พื้นผิวที่ร้อนบวกกับลมหมุนวนจากพัดลมเพดานก็ทำให้บ้านอบอุ่น รู้สึกเหมือนหม้อทอดอากาศ.

อุณหภูมิอากาศ: ตัวบ่งชี้ความสบายที่ไม่สมบูรณ์

ในขณะที่ผู้คนคุ้นเคยกับการแต่งตัว การไหลเวียนของอากาศ อุณหภูมิ และ ความชื้น ส่งผลกระทบต่อความสะดวกสบาย มาตรการสองประการที่ไม่ค่อยมีใครรู้จักช่วยอธิบายว่าพวกเขาสัมผัสความสะดวกสบายในบ้านได้อย่างไร:

1. อุณหภูมิการแผ่รังสีเฉลี่ย นี่คืออุณหภูมิเฉลี่ยของพื้นผิวทั้งหมดที่ล้อมรอบเรา: เพดาน หน้าต่าง ผนัง พื้น เพื่อให้ความร้อนจากการแผ่รังสีเคลื่อนตัวระหว่างวัตถุกับร่างกายมนุษย์ได้ จำเป็นต้องมีระยะการมองเห็นที่ต่อเนื่อง ดังนั้นเพดานและหน้าต่างที่ไม่มีสิ่งกีดขวางจึงมีอิทธิพลอย่างมากต่ออุณหภูมิการแผ่รังสีที่พบในสถานที่เฉพาะในบ้าน

2. อุณหภูมิในการทำงาน ซึ่งสามารถประมาณได้โดยการเฉลี่ยอุณหภูมิการแผ่รังสีเฉลี่ยและอุณหภูมิอากาศเฉลี่ยในห้อง การคำนวณอุณหภูมิการทำงานอื่นๆ จะคำนึงถึงผลกระทบของการเคลื่อนที่ของอากาศ ความชื้น และตัวแปรเพิ่มเติม ประมาณ ครึ่งหนึ่งของประสบการณ์ที่คุณได้รับความสะดวกสบาย ถูกกำหนดโดย สภาพแวดล้อมที่สดใส.

น่าเสียดายในฐานะนักวิทยาศาสตร์ด้านอาคาร โรเบิร์ต บีน (ไม่มีความเกี่ยวข้อง) กล่าวว่า “อุตสาหกรรมทั้งอุตสาหกรรมของผู้ผลิต ซัพพลายเออร์ ผู้สร้าง และผู้ค้าเปรียบเทียบความสะดวกสบายในการระบายความร้อนกับอุณหภูมิของอากาศอย่างไม่ถูกต้อง” ผลลัพธ์ก็คือคนส่วนใหญ่ลืมไปเลยว่าจริงๆ แล้วอะไรทำให้พื้นที่รู้สึกสบาย หรือร้อนจนอึดอัด
อุณหภูมิของพื้นผิวภายในอาคารสร้างความแตกต่างอย่างมากเพื่อความสะดวกสบาย แม้ว่าอากาศภายในอาคารจะมีอุณหภูมิเท่ากันก็ตาม โจนาธาน บีน, CC BY-ND

ในวันที่อากาศร้อนและมีแดด ฉนวนกันความร้อนที่ดีและหน้าต่างบานคู่จะชะลอการถ่ายเทความร้อนเพียงพอสำหรับเครื่องปรับอากาศเพื่อรักษาอุณหภูมิการแผ่รังสีเฉลี่ยภายในอาคารให้ไม่เกินอุณหภูมิอากาศไม่กี่องศา

อย่างไรก็ตาม ในอาคารที่มีการหุ้มฉนวน เช่น บ้านของฉัน หรือในโครงการเคหะสาธารณะเก่าๆ ในฟีนิกซ์ อุณหภูมิรังสีเฉลี่ยที่สูงสามารถผลักดันอุณหภูมิในการทำงานให้สูงกว่า 90 F (32.2 C) แม้ว่าจะตั้งเทอร์โมสตัทไว้ที่ 75 F (23.9 องศาเซลเซียส) เมื่ออุณหภูมิพื้นผิวเกินอุณหภูมิผิวของเรา ความร้อนก็จะเริ่มแผ่ออกจากพื้นผิวที่ร้อนเข้าสู่ร่างกายทำให้ จังหวะความร้อนมีโอกาสมากขึ้น.

อุณหภูมิเฉลี่ยของการแผ่รังสีที่สูงในบ้านเก่าที่มีฉนวนหุ้มต่ำทำให้รู้สึกสบายน้อยกว่าบ้านใหม่หรือบ้านที่มีฉนวนอย่างดี โจนาธาน บีน, CC BY-ND

โจนาธาน บีน, CC BY-ND

แม้ว่าจะมีการถกเถียงถึงเกณฑ์ที่แน่นอนที่ความร้อนสูงเกินไปกลายเป็นอันตราย แต่คนส่วนใหญ่ก็ยอมรับว่า 90 F (32.2 C) นั้นอบอุ่นเกินกว่าจะสบายได้

พื้นผิวที่ร้อนเป็นสาเหตุให้อาคารขนาดเล็ก เช่น บ้านเคลื่อนที่ บ้านเล็ก คอนเทนเนอร์ขนส่งสินค้า และโรงรถกลายเป็นอพาร์ตเมนต์ มักจะรู้สึกอึดอัดไม่ว่าจะตั้งค่าเทอร์โมสตัทไว้ก็ตาม โครงสร้างขนาดเล็กทำให้ผู้อยู่อาศัยสัมผัสกับพื้นผิวสาม, สี่หรือหกพื้นผิว โดยที่ภายนอกได้รับแสงแดดและอากาศภายนอกที่ร้อน พื้นผิวที่อบอุ่นมากขึ้น ความรู้สึกไม่สบายมากขึ้น

พื้นผิวเย็นสบายยิ่งขึ้น

หากคุณอาศัยอยู่ในอาคารที่มีฉนวนต่ำและไม่ต้องการใช้ไฟฟ้าเพิ่ม คุณสามารถตั้งค่าตัวควบคุมอุณหภูมิให้ต่ำลงได้ แต่หากอุณหภูมิการแผ่รังสีเฉลี่ยสูง อุณหภูมิอากาศที่ลดลง 2 F (1.1 C) จะรู้สึกเหมือนเพียง 1 F (0.6 C) และพื้นผิวที่ร้อนเหล่านั้นจะยังคงทำให้คุณรู้สึกไม่สบายตัว

เพิ่มฉนวนกันความร้อนบนหลังคาของคุณและเปลี่ยนหน้าต่างบานเดี่ยวเป็นบานหน้าต่างคู่ด้วย กระจกที่มีการปล่อยรังสีต่ำ (low-E) สามารถช่วยลดอุณหภูมิการแผ่รังสีเฉลี่ยและค่าพลังงานของคุณได้ เป็นการปรับปรุงที่มีราคาแพง แต่เป็นของรัฐบาลกลางใหม่ เครดิตภาษี และ ส่วนลดที่กำลังจะเกิดขึ้นที่จะบริหารโดยแต่ละรัฐสามารถช่วยได้

ต้นไม้ กันสาด และที่บังแดดภายนอกยังสามารถลดอุณหภูมิเฉลี่ยของการแผ่รังสีได้โดยการบังแสงแดดโดยตรง อย่างไรก็ตาม, แก้วเป็นฉนวนที่มีหมัดดังนั้นในสภาพอากาศที่ร้อนจัด หน้าต่างบานเดียวที่ได้รับการปกป้องจากแสงแดดอย่างสมบูรณ์จึงยังคงอบอุ่นได้อย่างไม่สบายตัว

การเพิ่มผ้าม่านเข้าไปและปิดไว้จะช่วยลดอุณหภูมิการแผ่รังสีเฉลี่ยได้ เนื่องจากม่านจะอยู่ใกล้กับอุณหภูมิอากาศมากกว่ากระจก

แล้วผู้เช่าในอาคารเก่าล่ะ?

ผู้เช่าในอาคารเก่าที่มีฉนวนต่ำกว่ามักจะจ่ายค่าไฟก้อนโตได้น้อยกว่า และเจ้าของบ้านอาจไม่สามารถหรือไม่เต็มใจที่จะปรับปรุงที่มีราคาแพง ทำให้เรื่องแย่ลง, ระบบปรับอากาศแบบเก่าใช้พลังงานมากกว่าสองถึงสามเท่า เป็นยูนิตรุ่นใหม่ที่ให้ความเย็นเท่ากัน

เนื่องจากการสร้างอุณหภูมิการทำงานที่สะดวกสบายจำเป็นต้องตั้งค่าเทอร์โมสตัทให้ต่ำลง ระบบ HVAC ในอาคารที่มีการหุ้มฉนวนจึงต้องทำงานนานขึ้นและหนักขึ้น โดยใช้พลังงานมากขึ้นและเพิ่มต้นทุนอีกด้วย และค่าใช้จ่ายของความไม่สะดวกไม่ได้เป็นเพียงทางการเงินเท่านั้น อาคารที่ร้อนก็มีเช่นกัน ส่งผลเสียต่อสุขภาพ และผลผลิต

ปัจจุบันชาวอเมริกันหลายล้านคนอาศัยอยู่ในสถานที่ที่ การระบายความร้อนเป็นสิ่งเดียวที่ป้องกันเหตุการณ์การบาดเจ็บล้มตายครั้งใหญ่. ในฟีนิกซ์ รหัสเมืองกำหนดให้เช่าห้องเย็นด้วยเครื่องปรับอากาศ เพื่อรักษาอุณหภูมิไม่เกิน 82 F (27.8 C) โดยวัดจากพื้นตรงกลางห้อง 3 ฟุต ขออภัย รหัสไม่ได้ระบุว่า 82 F เป็นอุณหภูมิในการทำงานหรืออุณหภูมิอากาศ

คำเดียวนั้นสร้างโลกที่แตกต่าง

ในอาคารเก่าที่ไม่มีฉนวนหุ้มฉนวนคล้ายกับบ้านของฉัน หรือในกรณีที่เลวร้ายที่สุด อาคารคอนกรีตสูงที่ไม่มีฉนวนที่ชั้นบนสุดทางทิศตะวันตกเฉียงใต้ที่ทอดด้วยแสงแดด ซึ่งมีอุณหภูมิอากาศที่ปลอดภัยอยู่ที่ 82 F สามารถปกปิดอุณหภูมิการทำงานที่เป็นอันตรายที่ 96 F (35.6 C) หรือสูงกว่าได้อย่างง่ายดาย

กุญแจสำคัญในการออกแบบที่ดีขึ้น

ในฐานะศาสตราจารย์ของ สถาปัตยกรรมและวิทยาศาสตร์อาคารฉันเชื่อว่ารหัสอาคารแบบไบแซนไทน์และกฎการเช่าในปัจจุบันสามารถปรับปรุงได้อย่างมากเพื่อความสะดวกสบายโดย การควบคุมอุณหภูมิการแผ่รังสีเฉลี่ย แทนที่จะเป็นอุณหภูมิของอากาศ ส่วนโค้ดที่กว้างใหญ่อาจถูกทิ้งโดยกำหนดให้มีพื้นผิวภายใน ซึ่งวัดได้ง่ายด้วยค่าใช้จ่ายที่ไม่แพง เครื่องวัดอุณหภูมิแบบอินฟาเรดให้อยู่ในช่วงความสะดวกสบายที่สูงกว่า 60 F (15.6 C) และต่ำกว่า 85 F (29.4 C)

สำหรับอาคารที่สะดวกสบายยิ่งขึ้น สถาปนิกและวิศวกรสามารถสมัครได้ หลักการที่เรียบง่ายและเป็นที่ยอมรับเช่นการระบายอากาศตามธรรมชาติ การบังแดด และฉนวนและหน้าต่างที่เหมาะสมกับสภาพอากาศ การป้องกันความร้อนตั้งแต่แรกหมายความว่าเราไม่จำเป็นต้องใช้พลังงานในการทำความเย็นมากนัก การวิจัยแสดงให้เห็นว่ามาตรการเหล่านี้สามารถทำให้เราปลอดภัยยิ่งขึ้นด้วย ช่วยให้อาคารเย็นสบายได้นานขึ้น ในช่วงฤดูร้อนไฟฟ้าดับ

ผลลัพธ์ที่น่าพึงพอใจคือ บ้านและอาคารอื่นๆ ที่ไม่เพียงแต่สะดวกสบาย แต่ยังปลอดภัยกว่าและราคาไม่แพงในการดำเนินงานอีกด้วย

เกี่ยวกับผู้เขียน

โจนาธาน บีน, รองศาสตราจารย์ด้านสถาปัตยกรรม, สภาพแวดล้อมและการตลาดที่สร้างขึ้นอย่างยั่งยืน, University of Arizona

บทความนี้ตีพิมพ์ซ้ำจาก สนทนา ภายใต้ใบอนุญาตครีเอทีฟคอมมอนส์ อ่าน บทความต้นฉบับ.