วิธีคลายร้อนให้เมือง

26 มีนาคม 2557

 

       เข้าหน้าร้อนอย่างนี้ ไม่มีอะไรจะดีไปกว่าการคุยกันเรื่องคลายร้อน  โดยเฉพาะกับคนที่อยู่ในเมืองใหญ่ ตึกรามบ้านช่องแออัดการจราจรหนาแน่น เช่น กรุงเทพมหานคร ซึ่งก็น่าจะมีประโยชน์ด้วยกับคนที่อยู่ในเมืองที่กำลังโตวันโตคืนอย่างเช่น เชียงใหม่ หรือ นครราชสีมา เป็นต้น

 

 

เมืองใหญ่ขึ้นก็ร้อนขึ้น

        การมีชีวิตในเมืองใหญ่อาจมีความสะดวกสบายในหลายด้าน แต่นอกจากจะต้องแลกมากับปัญหาเรื่องมลภาวะทางอากาศและทางเสียงแล้ว ยังต้องผจญกับความร้อนอีกด้วย ดังได้มีคนเคยทำการศึกษาไว้ว่า อุณหภูมิในเมืองที่เต็มไปด้วยตึกรามใหญ่โตจะสูงกว่าเขตชานเมืองหรือชนบทไม่ต่ำกว่า 4 เซลเซียส โดยจะแปรผันโดยตรงกับขนาดของตัวเมือง ปัญหานี้เรียกขานกันว่า “The urban heat island.” แล้วอะไรคือสาเหตุ

 

 

        ก่อนอื่นต้องเข้าใจก่อนว่าความร้อนที่มีต้นตอมาจากเครื่องจักรเครื่องยนต์ต่างๆ เช่น รถยนต์ หรือเครื่องปรับอากาศ ฯลฯ ไม่ใช่สาเหตุหลัก เพราะคิดเป็นสัดส่วนที่น้อยมาก คือน้อยกว่าประมาณ 20 เท่า เมื่อเทียบกับพลังงานความร้อนที่มีต้นตอมาจากแสงอาทิตย์ ในหนึ่งวินาทีแสงอาทิตย์นำพลังงานมาให้แก่พื้นที่ขนาด 1 ตารางเมตรของผิวโลกถึงประมาณ 1,120 จูล หรือพูดสั้นๆว่า 1,120 วัตต์ / ตร. เมตร  ดังนั้นความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างเขตเมืองกับชานเมือง / ชนบทจึงมีสาเหตุมาจากว่าเกิดอะไรขึ้นกับแสงอาทิตย์ระหว่างสองบริเวณดังกล่าว

 

        แสงอาทิตย์ประกอบไปด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าหลายความยาวคลื่น อย่างไรก็ตามโดยหลัก ๆ แล้วพลังงานของแสงอาทิตย์ที่ผ่านชั้นบรรยากาศลงมาถึงผิวโลกนั้นจะมีที่มาจากคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในย่านรังสีอินฟราเรด (ความยาวคลื่นมากกว่า 0.7 ไมโครเมตร) ประมาณ 52-55 % และมีที่มาจากคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในย่านที่ตามองเห็น (ความยาวคลื่นระหว่าง 0.4-0.7 ไมโครเมตร ) ประมาณ 42-43 % ส่วนที่เหลือประมาณ 3-5 % มีที่มาจากคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในย่านรังสีอัลตราไวโอเลต (ความยาวคลื่นสั้นกว่า 0.4 ไมโครเมตร)  ในแถบชานเมือง/ชนบทนั้นใบไม้ช่วยสะท้อนแสงอาทิตย์ที่มีความยาวคลื่นสั้น (คือแสงที่ตามองเห็น หรือที่มีความยาวคลื่นสั้นกว่านั้น) ถึงหนึ่งในสี่  ที่เหลืออีกสามในสี่จะถูกดูดกลืน ซึ่งส่วนใหญ่ถูกนำไปใช้ในการคายน้ำจากใบของพืช (เรียกว่ากระบวนการ transpiration)  ประมาณ 98 – 99 % ของน้ำที่รากดูดเข้าไปในลำต้นพืช จะถูกคายออกสู่บรรยากาศด้วยกระบวนการนี้นอกจากนั้นน้ำในดินรอบๆ โคนต้นยังมีการระเหย ( evaporation) ด้วย กระบวนการทั้งสองนี้ทำให้บริเวณที่มีต้นไม้มีอุณหภูมิต่ำกว่าบริเวณอื่นที่ไม่มีต้นไม้และดิน  บริเวณนี้จึงลดการแผ่คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีช่วงคลื่นยาว (คลื่นอินฟราเรด)  ดังนั้นเมื่อมีลมร้อนพัดผ่านพื้นที่นี้ด้วยผลของการพา (convection) ก็จะทำให้ลมที่พัดผ่านไปมีอุณหภูมิต่ำลง

 

        ส่วนในเขตเมืองที่แออัดที่ต้นไม้ต่าง ๆ ถูกแทนที่ด้วยตึกรามบ้านช่องและถนนหนทางจนแทบไม่เหลือ  วัสดุที่ใช้ทำสิ่งเหล่านั้นสะท้อนแสงน้อยกว่า (และย่อมดูดซับพลังงานไว้มากกว่า) ต้นไม้  พูดให้เป็นภาษาวิชาการได้ว่า วัสดุเหล่านี้มีค่า albedo ต่ำ หรือก็คือมีค่าสัมประสิทธิ์ของการสะท้อนแสงอาทิตย์ต่ำ พื้นผิวที่มีค่า albedo เท่ากับ 1 จะสะท้อนแสงอาทิตย์ได้ 100 % ส่วนพื้นถนนที่ราดยางมะตอยจะมีค่า albedo เพียงประมาณ 0.05 นั้นคือจะดูดกลืนแสงอาทิตย์ไว้ถึง 95 %  คอนกรีตจะมีค่า albedo ไม่เกิน 0.3 พื้นผิวที่ทาด้วยสีขาวจะมีค่า albedo ระหว่าง 0.5 – 0.9 ส่วนสีอื่นๆจะมีค่า albedo ประมาณ 0.1 – 0.3   สรุปว่าเฉลี่ย ๆ แล้ววัสดุในเมืองจะสะท้อนแสงอาทิตย์เพียงประมาณ 10 % และยิ่งน้อยกว่านี้สำหรับมหานครที่เต็มไปด้วยตึกระฟ้า เพราะผนังระหว่างตึกสูง ๆ ช่วยสะท้อนแสงกลับไป-มาลงไปยังซอกหลืบด้านล่าง แสงอาทิตย์ที่ถูกดูดกลืนไว้จะทำให้ถนน หลังคาและตัวอาคารร้อนขึ้น ซึ่งก็จะทำให้อากาศในตอนกลางวันในเมืองร้อนกว่าในย่านชานเมือง/ชนบท

 

        อุณหภูมิแตกต่างระหว่างในเมืองกับในชนบท/ชานเมืองจะยิ่งทวีมากขึ้นในตอนกลางคืน เพราะอาคารใหญ่โตทั้งหลายเก็บสะสมพลังงานความร้อนไว้มากเมื่อตอนกลางวัน จึงปล่อยกลับออกมาสู่บรรยากาศมากกว่าในตอนกลางคืน ซ้ำเติมด้วยการที่พื้นที่ระหว่างซอกตึกต่างๆ มองเห็นท้องฟ้าที่มีอุณหภูมิต่ำกว่าได้น้อยกว่าพื้นที่โล่ง ๆ ความร้อนจึงหนีไปสู่ที่เย็นกว่าได้ยากขึ้น  นอกจากนั้นบรรยากาศที่มีมลภาวะมากกว่า ก็กักขังคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีช่วงคลื่นยาวจำพวกรังสีอินฟราเรดไว้ได้ดีกว่าอีกด้วย

 

        เหล่านี้นี่เองที่ทำให้การดำรงชีวิตของชาวเมืองใหญ่ต้องมีปัญหาจากเรื่องความร้อนโดยหลีกเลี่ยงไม่พ้น  อย่างเช่นวิกฤตการณ์คลื่นความร้อนที่เกิดขึ้นเมื่อปี พ.ศ. 2546 ชาวยุโรปที่เสียชีวิตมากกว่า 35,000 คนในคราวนั้น ส่วนใหญ่อาศัยอยู่ในเมือง ไม่แต่เพียงเท่านั้น การอาศัยหรือทำงานในเมืองต้องสิ้นเปลืองพลังงานมากกว่าไปกับการใช้เครื่องปรับอากาศที่กินไฟเก่งเหลือเกิน  ซึ่งยังไปซ้ำเติมปัญหาเรื่องความร้อนในเมืองจากการปล่อยความร้อนออกมาจากอาคาร

 

วิธีคลี่คลาย

        การเพิ่ม albedo ให้กับสิ่งก่อสร้างเพื่อให้สามารถสะท้อนแสงอาทิตย์ได้มากขึ้นเป็นทางแก้หนึ่ง อันที่จริงมีทำกันมานานแล้ว โดยเฉพาะในแถบเมดิเตอเรเนียน เช่นการทาบ้านเรือนด้วยสีขาวตามหมู่บ้านต่างๆในกรีซ (เช่น ที่เกาะ Santorini เป็นต้น) หรือทางตอนใต้ของอิตาลี และ สเปน มีนักฟิสิกส์กลุ่มหนึ่งที่ศูนย์วิจัย Lawrence Berkeley National Laboratory ในแคลิฟอร์เนียที่นำโดย ดร. Hashem Akbari ศึกษาเรื่องการแก้ปัญหาความร้อนในเมืองโดยเฉพาะหลักการสำคัญที่จะทำให้หลังคาเย็นลงก็คือจะต้องมีความสามารถมากขึ้นในการสะท้อนแสงในช่วงที่ตามองเห็นและในช่วงรังสีอินฟราเรดย่านใกล้ (near- infraredหรือ NIR มีความยาวคลื่นระหว่าง 0.8 - 1 ไมโครเมตร) ในขณะที่แผ่รังสีความร้อนในช่วงอินฟราเรดย่านไกล (far- infraredมีความยาวคลื่นระหว่าง 15 -1,000 ไมโครเมตร) ได้ดี นักฟิสิกส์กลุ่มนี้ได้คิดค้นสีทาหลังคาที่มีสีเข้ม (โดยทั่วไปเรานิยมบ้านที่มีหลังคาสีเข้มมากกว่าสีขาว) สีแบบนี้เกิดจากการผสมกันระหว่างไททาเนียมไดออกไซด์ที่มีสีขาว ซึ่งสะท้อนแสงได้ดีกับเม็ดสีจำพวกเหล็กออกไซด์สีแดง หรือ สารประกอบเพอรีลีน (perylene) สีน้ำตาลที่สะท้อนแสงได้ดีกว่าเม็ดสีแบบดั้งเดิมที่ชอบดูดกลืนแสงในย่าน NIR จากการศึกษาพบว่าสีแบบใหม่นี้สามารถทำให้หลังคาและทางเท้าในแคลิฟอร์เนียมีอุณหภูมิลดลงจาก 50 เซลเซียส เหลือเพียง 30 เซลเซียสได้

 

 

        แต่วิธีคลายร้อนให้เมืองที่มีประสิทธิภาพกว่าก็คือวิธีที่เพิ่มทั้งค่า albedo และการระเหยของเมืองโดยการใช้ต้นไม้และน้ำ (ลมร้อนที่พัดผ่านผิวน้ำหรือละอองน้ำเย็นขึ้นได้เพราะได้คายความร้อนให้แก่น้ำ เอาไปใช้เป็นความร้อนแฝงของการระเหยกลายป็นไอ นั่นคือน้ำกลายเป็นไอน้ำโดยที่ตัวน้ำไม่ได้มีอูณหภูมิสูงขึ้น) และอีกเช่นกันชาวเมดิเตอเรเนียนได้ทำมาก่อนนานแล้ว ดูได้จากถนนสายหลักของหมู่บ้านที่มักปลูกต้นไม้ร่มครึ้ม และมีแท่นน้ำพุกระจายอยู่ตามจุดต่าง ๆ ของชุมชน

 

        จากการศึกษาของนักวิจัยหลายกลุ่มในสหรัฐอเมริกาโดยใช้ทั้งการทดลองจริงและการจำลองด้วยคอมพิวเตอร์ พบว่าการปลูกหมู่ต้นไม้ทางทิศใต้และทิศตะวันตกของอาคารจะสามารถช่วยลดค่าไฟของเครื่องปรับอากาศได้ประมาณ 30 % ส่วนผลการศึกษาของ University of Toronto ประเทศคานาดา พบว่าการปลูกต้นไม้บนหลังคาที่เรียกว่า “หลังคาเขียว ( green roof)”  สามารถช่วยลดค่าไฟของเครื่องปรับอากาศลงได้มาก เช่น ถ้าเป็นอาคารชั้นเดียวจะลดได้ 70 % และสามารถลดได้ 30 % กับ 20 % สำหรับอาคาร 2 กับ 3 ชั้นตามลำดับ ทั้งนี้เพราะว่าต้นไม้กับดินร่วมกันช่วยทำให้หลังคาเย็นจากกระบวนการ evapotranspiration อีกทั้งดินยังช่วยเป็นฉนวนกันความร้อนด้วย  ส่วนคณะนักวิจัยของ Technion Israel Institute of Technology ในประเทศอิสราเอล พบว่าถนนในกรุงเทลอาวีฟที่ปกคลุมด้วยต้นไม้ จะช่วยให้อากาศเย็นลงได้ถึง 4 เซลเซียสเมื่อเทียบเคียงกับบริเวณรอบข้าง  ส่วนคณะนักวิจัยกลุ่มหนึ่งของ University of Basel ในสวิตเซอร์แลนด์ ใช้กล้องถ่ายภาพประสิทธิภาพสูงที่วัดอุณหภูมิได้  ติดตั้งบนเฮลิคอปเตอร์บินถ่ายภาพอุณหภูมิพื้นผิวของบริเวณส่วนหนึ่งของกรุงบาเซิล และพบว่าในฤดูร้อนที่อากาศมีอุณหภูมิ 25 เซลเซียสนั้น ผิวถนนมีอุณหภูมิ 37 เซลเซียส หลังคามีอุณหภูมิ 45 เซลเซียส น้ำมีอุณหภูมิ 18 เซลเซียส และ ต้นไม้มีอุณหภูมิ 25 เซลเซียส แต่อันที่จริงอุณหภูมิข้างใต้ต้นไม้น่าจะต่ำกว่านี้เพราะใบไม้ส่วนบน ๆ รวมทั้งกิ่งก้านยังทำหน้าที่ช่วยบังแสงแดดให้แก่ใบไม้ส่วนล่าง ๆ และแก่พื้นดินด้วย ไม่ใช่เพียงแต่ทำหน้าที่สะท้อนแสงและคายความร้อนด้วยกระบวนการ transpiration เท่านั้นเพราะในวันที่แดดแรง มีพลังงานแสงอาทิตย์เพียง 10 – 30 % เท่านั้นที่สามารถเล็ดลอดลงไปถึงโคนต้นไม้ได้ (ทั้งนี้ขึ้นกับชนิดของต้นไม้ด้วย) ส่วนคณะนักวิจัยร่วมระหว่างนักฟิสิกส์  นักชีววิทยา และนักวางแผนของ University of Manchester ที่นำโดยศาสตราจารย์ Roland  Ennos ได้ใช้เมืองแมนเชสเตอร์เป็นกรณีศึกษา  จากผลการจำลองด้วยโปรแกรมคอมพิวเตอร์ที่พัฒนาขึ้นเอง ได้พบว่าถ้าคิดให้อัตราการปล่อยก๊าซเรือนกระจกเป็นอยู่อย่างในปัจจุบัน และพื้นที่สีเขียวของเมืองยังคงที่อยู่อย่างเดิม เมื่อถึงปี พ.ศ. 2623 เมืองแมนเชสเตอร์จะมีอุณหภูมิสูงกว่าปัจจุบัน 4 เซลเซียส แต่ถ้าเพิ่มพื้นที่สีเขียวขึ้นอีก 10 % จะสามารถลดอุณหภูมิ 4 เซลเซียสที่จะเพิ่มขึ้นนั้นได้

 

 

        ต้นไม้ยังเป็นเสมือนโอเอซิสของการพักผ่อนหย่อนใจของชาวเมืองด้วย มีการศึกษาอุณหภูมิของอากาศในสวนสาธารณะกับในถนนที่อยู่รอบ ๆ พบว่า มีอุณหภูมิต่างกันเพียงประมาณ 1 เซลเซียสเท่านั้น (ยกเว้นในวันที่ลมสงัด) ที่เป็นเช่นนี้ก็เพราะว่าลมได้พัดพาเอาความร้อนจากถนนเข้ามาในสวน  แต่ทำไมเรารู้สึกว่าเย็นสบายกว่าเมื่ออยู่ในสวน

 

        ในสภาวะที่อยู่นิ่ง ๆ ร่างกายของเราผลิตความร้อนในอัตราประมาณ 60 วัตต์/ตร.เมตร ของพื้นผิวร่างกาย เราจะรู้สึกว่าร้อนแค่ไหนก็อยู่ที่ความร้อนปริมาณนี้จะถูกถ่ายเทไปให้สิ่งแวดล้อมได้รวดเร็วเพียงใด ที่น่าประหลาดก็คือถ้าโดยลำพังแต่ตัวของเราเองมีความสามารถกำจัดความร้อนนี้ออกไปได้น้อยเพียง 9 วัตต์/ตร.เมตร โดยกระบวนการพา (ยกเว้นในวันที่ลมแรง) และประมาณ 15 วัตต์/ตร.เมตร โดยกระบวนการระเหยผ่านทางลมหายใจ  แต่เมื่อไปอยู่ใต้ร่มเงาต้นไม้ในสวนสาธารณะ เราจะถูกแวดล้อมด้วยใบไม้ที่เย็นกว่าดังที่กล่าวมาแล้ว  เราจึงรู้สึกสบาย  แต่ในถนนเราจะรู้สึกร้อนกว่าด้วยเหตุผลสองประการ ประการแรกเป็นเพราะเราได้รับความร้อนเสริมมาจากแสงอาทิตย์  ประการที่สองเป็นเพราะว่าถึงแม้ร่างกายเราจะแผ่รังสีอินฟราเรดย่านไกลในอัตราที่เป็นปฏิภาคตรงกับอุณหภูมิของร่างกายยกกำลังสี่  แต่ขณะเดียวกันก็ดูดกลืนรังสีนี้จากสิ่งแวดล้อมด้วย  ร่างกายจะแผ่รังสีมากกว่าดูดกลืนถ้าสิ่งแวดล้อมมีอุณหภูมิต่ำกว่า 37 เซลเซียส แต่เมื่อพื้นถนนมีอุณหภูมิสูงกว่า ทำให้การแผ่รังสีของร่างกายลดลง โดยจะลดลงประมาณ 6 วัตต์/ตร.เมตร สำหรับทุกอุณหภูมิ 1 เซลเซียส ที่เพิ่มขึ้น ดังนั้นเมื่ออยู่ในสถานะการณ์เช่นนี้ร่างกายจึงหาทางออกด้วยการหลั่งเหงื่อเพื่อช่วยกำจัดความร้อนอีกทางหนึ่ง

 

        ต้นไม้ยังมีคุณค่าในด้านอื่น ๆ ด้วย เช่น ใบไม้ช่วยดักจับฝุ่นผงที่ลมพัดพาผ่านมา บางส่วนจะติดอยู่กับใบ แล้วตอนหลังถูกชะล้างลงดินเมื่อมีฝนตก บางส่วนก็อาจถูกพืชดูดกลืนเข้าไป กระบวนการเหล่านี้สามารถช่วยลดมลพิษที่มักพบในเมืองได้ เช่น ฝุ่นผงขนาดเล็ก (particulate matter) ไนโตรเจนออกไซด์ (NOx) ซัลเฟอร์ไดออกไซด์ (SO2) คาร์บอนมอนนอกไซด์ (CO) และโอโซน (O3) ระดับล่าง ส่วนร่มเงาของต้นไม้ยังช่วยลดอุณหภูมิของถังน้ำมันของรถยนต์ที่จอดอยู่ได้ ซึ่งจะช่วยลดการระเหยออกสู่บรรยากาศของสารอินทรีย์ระเหยง่าย (volatile organic compound หรือ VOC) ในน้ำมัน ซึ่งบางตัวเป็นสารก่อมะเร็งร้ายแรง นอกจากนั้นต้นไม้สามารถช่วยปรับปรุงคุณภาพชีวิตได้อีกด้วย เพราะเมื่อมีต้นไม้ก็มีแมลง แล้วมีนก ได้เห็นและได้ยินเสียงนก ทำให้เกิดการผ่อนคลายได้หรือการปลูกต้นไม้เป็นแนวที่เหมาะสมก็สามารถช่วยลดเสียงรบกวนได้ ฯลฯ

 

รู้ดั่งนี้แล้ว มาปลูกต้นไม้กันเถอะ  ทั้งในบ้าน  ในเมือง  และในป่า