inadvertent climate modificationdoh.hpc.go.th/data/air/inadvertentclimatemodification.pdf · 4...

1

Inadvertent climate Modification :เรยบเรยงโดย นพ.ชลทศ อไรฤกษกล สมาคมสงเสรมความรอบรไทย

Inadvertent climate modification

การปรบเปลยนสภาพแวดลอมจนสงผลกระทบตอสภาวะอากาศโดยไมตงใจ

กระแสลมเมอไหลผานอาคารในเขตเมอง กจะเหมอนไหลผานสงกดขวาง โดย Zone A คอ Zone ทกระแสลมไมถกรบกวน สวน Zone B

นนเรมเขาส Displacement Zone

หรอระยะหางจากอาคารประมาณ 3

เทาของความสงอาคาร โดยอากาศกอนจะถงอาคารในบรเวณครงหนงของดานบนจะถกอดท าใหความกดอากาศสงขน จงเคลอนเฉยงขนดานบนไปยงทมความกดอากาศต ากวา สวน

หนงเคลอนลงมาดานลาง เกด Bolster Eddy ทดานหนา เมอลมปะทะอาคารกจะหยด ลมสวนทตดหลงคาจะมบางสวนไหลยอนทางจาก Lee Eddy ในดานหลง สวนทเหนอ

หลงคาขนไป จะ convergence กบหมนเวยนอยทบรเวณ C ไมถกกระจายไปไหนลมทไมผานตวอาคารท าใหมความเรวมากขน อากาศทสมผสสวนของหลงคาและดานหลงของอาคารทไมไดรบลมจะแยกออกจากพนผวท าใหเกดสญญากาศ จงดดอากาศทอยรอบขางเขามา เกดกระแสหมนวน (Lee Eddy) ในสวนดานหลงอาคารบรเวณ C สวนน เรยกวา Cavity และหลงจากบรเวณน Zone D คอสวนทกระแสลมเคลอนผาน (Wake) ซงความเรวของลมและทศทางของลมจะเรมกลบมาใกลเคยงกบกอนปะทะกบอาคาร ถาเปนกระแสลมทหอบเอามลพษทางอากาศมาดวย ในสวนของต าแหนง C กจะเกด Lee Eddy ท าใหมลพษในอากาศถกขงอยในบรเวณนน

ตวอยางหรอกรณศกษาเกยวกบการปรบปรงแลวไปเกดผลกระทบตอสภาพอากาศโดยไมตงใจ

1. ความกวางของถนนและความสงของอาคารทไมไดสดสวนกน

2. ผลของอาคารทอยใกลกนแตมระดบความสงตางกน

3. สภาพอากาศในเมอง (Urban Boundary Layer and Urban Plume)

4. เกาะความรอนในเมอง (Urban Heat Island)

2

Inadvertent climate Modification :เรยบเรยงโดย นพ.ชลทศ อไรฤกษกล สมาคมสงเสรมความรอบรไทย

กรณท 1 ความกวางถนนและความสงของอาคารทไมไดสดสวนกน

ในเมองทมอาคารสงนน ความกวางของถนนกจ าเปนตองมความกวางในระดบหนง เนองจากกระแสลมทตงฉาก

กบความยาวของถนน เมอพดผานอาคารซงท าหนาทเหมอนก าแพงกน จะเกดกระแสหมนวนทงดานหนา (Bolster

eddy) และดานหลง (Lee eddy)ในสวนทเปนดานหลงทเปน Lee eddy นน นนความเรวของกระแสลมจะลดลง และม

การหมนวน พนทดงกลาวเรยกวา Cavity ดานหลงของ Cavity ทเปนทางเดนชองลมเรยกวา Wake กอนทความเรวและ

ทศทางของกระแสลมจะกลบมาเหมอนเดมกอนทจะพดผานอาคาร เพราะฉะนนความกวางของถนนตองกวางพอ

เพอทจะรองรบพนทในสวนทเปน Cavity และ Wake โดยสดสวนของ H/W ทจะไมเกดปญหาคอ <= 0.4 ในกรณท

อาคารเปนแบบ cubic หรอ 0.3 ในกรณทอาคารเปน row

ถาสดสวน H/W อยระหวาง 0.4-0.7 (Cubic) หรอ อยระหวาง 0.35-0.65 (row) จะรบกวนทางเดนของ

กระแสลมในสวนของ Wake หรอเรยกวา (Wake interference flow) ถาสดสวน H/W มากกวา 0.7 (Cubic) หรอ

0.65 (Row) จะเกดกระแสหมนวนทเรยกวา Skimming flow นนหมายถง ถาถนนท 2 ฝงเตมไปดวยอาคารสงแลว สง

ทเกดคอ มลพษทออกจากทอไอเสยของรถ จะหมนเวยนอยบรเวณถนน โดยไมไดถกกระจายออกไป

** แนวทางการ แกปญหานคอ ถาไมสามารถเพมความกวางของถนนได หรอไมสามารถบงคบไมใหสราง

อาคารสงได ใหออกแบบสรางถนนใหขนานไปกบความเรวลม จะไดไมตองพดผานสงกดขวาง ท าใหเกดกระแสหมนวน

กรณท 2 อาคารทอยบรเวณใกลเคยงกนแตมความสงตางกน

3

Inadvertent climate Modification :เรยบเรยงโดย นพ.ชลทศ อไรฤกษกล สมาคมสงเสรมความรอบรไทย

2.1 อาคารเตยทอยตดถนนโดยมอาคารสงอยดานหลง

ภาพจ าลองมองจากดานขาง ภาพล าลองมองจากดานบน

จากรปกระแสลมเรมตนมความเรว 1.0 หนวย เคลอนทปะทะอาคาร 2 อาคาร อาคารแรกเตยกวาอาคารทอย

ดานหลง ลมทปะทะอาคารเตยจะเกดกระแสหมนวนทดานหนาอาคาร (Bolster eddy) และบางสวนผานหลงคาอาคาร

ไปดานหลองอากาค ความเรวลมภายหลงผานอาคารเตย จะลดลงและเกดกระแสหมนวน (Lee eddy) สวนกระแสลมท

ปะทะอาคารสงนนความเรวลมในทสงจะมากกวาในทต า (ถาบรรยากาศแบบ Neutral ความเรวลมจะแปรผนกบ

sqaure root ของ ความสง ) จดทอย 2 ใน 3 ของความสงดานบนจะเปนจดทอากาศวงชะลอลงมากทสด (stagnation

point) และเกดกระแสหมนวนทดานหนาอาคารสง และไปเสรมกระแสหมนวนทผานอาคารเตย ท าใหความเรวของ

กระแสหมนวนเพมเปน 1.3 เทาของความเรวเรมตน สวนลมทผานไปยงดานขางของก าแพงสงทง 2 ขางนนจะ

Convergence กบลมทไมผานอาคารท าใหความเรวสงขนเปน 2.5 เทา (corner stream) ถามชองทอยใตอาคารสง

แลว ความเรวลมทเคลอนตรงลอดชองดงกลาวจะเปน 3.0 เทา ถาดานหนาอาคารเตยเปนถนน และมการปลอยไอเสย

ออกมา ไอเสยดงกลาวจะหมนวนอยระหวางอาคารทง 2 ถาท าทางเดนดานขางของอาคารสง หรอมชองตรงกลางระหวาง

อาคารแลว บรเวณอนตรายเนองจากเปนจดทรบไอเสยจากรถยนตมากตามความเรวของลม โดยเฉพาะการเดนสวนทาง

ลมมาเพอมาออกถนน จากการศกษาในประเทศองกฤษพบวา

4

Inadvertent climate Modification :เรยบเรยงโดย นพ.ชลทศ อไรฤกษกล สมาคมสงเสรมความรอบรไทย

1. ความเรวลม 5 ม/วนาท ผมจะปลวและกระโปรงออกจากเปดได ความเรวลมมากกวา 10 ม/วนาท ลมจะแรง พดฝ น

หรอเศษขยะหรอกระดาษปลววอน ความเรวลมมากกวา 20 ม/วนาท เปนความเรวทจะท าใหเกดอนตราย พนทเสยง

ต าตอความเรวลม นยามไววา คอพนททความเรวลมเกน 5 ม/วนาท ไมเกนรอยละ 5 ของเวลาทงหมด ระดบพนของ

อาคารสง ความเรวเกน 5 ม/วนาท จะครอบคลมรอยละ 40 ของเวลาทงหมด

2. จะเรมมเสยงบนเกยวกบความเรวลมทแรงเกนไปในระดบพนลาง ของอาคารทสงมากกวา 25 เมตร หรอ 6 ชนขนไป

หรออาคารทสงมากกวา 2 เทาของอาคารใกลเคยง

แนวทางการแกปญหา

การแกปญหา ออกแบบโดยใหฐานชน 1 และชน 2 มความกวางยาวกวาชนทอยสงขนไป รป (a) เพอใหกระแสหมนวน

เกดขนในระดบทสงกวาระดบพน ทคนเดน ถามชองตรงกลางเพอใหลมผานโดยตรง รป (b) ลมทผานตรงไปชองนจะม

ความเรวทสงขน หรอถาไมสรางอาคารทมฐานชน 1 และ 2 กอาจจะท าชายคายนออกมารอบอาคารทบรเวณชนท 2 รป (

c) เพอไมใหกระแสหมนวนลงมาถงระดบพนทคนเดน

2.2 การตงปลองระบายควนบนยอดอาคาร

1.การตงปลองบนหลงคาอาคารสง ถาปลองเตยลมทเคลอนผานหลงคาของอาคารจะเกดแยกตวออกจากพนผวหลงคา (Seperation) ท าใหเกดความกดอกาศต าจงดดอากาศรอบขางลงมาเกดกระแสหมนวนและลงมาถงพน (down wash) และเกดกระแสไหลกลบทบรเวณยอดหลงคา วธแกไขคอท าปลองสงจากหลงคา เพอไมใหเกดกระแสหมนวนหลงอาคารสง

2.การตงปลองระบายบนหลงคาอาคารเตย ลมทเคลอนผานหลงคาอาคารสงเกดกระแสหมนวน ท าใหควนทปลอยจากปลองอาคารเตยเกดกระแสหมนวน ทหลงอาคารสงและบางสวนไหลกลบไปบรเวณเหนอหลงคาของอาคารสง ไมกระจายออกไปดานนอกตามกระแสลม แนวทางการแกไข ท าไดยากในกรณน เนองจากไมสามารถทจะสรางปลองใหมความสงกวาอาคารสงได

กรณท 3 Urban Boundary Layer and Urban Plume

5

Inadvertent climate Modification :เรยบเรยงโดย นพ.ชลทศ อไรฤกษกล สมาคมสงเสรมความรอบรไทย

ลมพดจากชนบทซงมประชากรอยไมหนาแนน สวนใหญเปนพนทเกษตรไมมอาคารสง (smooth area) เขาส

เมอง ทมประชากรหนาแนนกวา พนทเกษตรมนอยเตมไปดวยถนนหนทางและอาคารสง (Rough area) และมโรงงาน

อตสาหกรรมตงอยโดยหนาแนนบรเวณ suburban สภาพภายในเมองทมถนนอยกลาง สวน 2 ขางทางเปนอาคารสงบาง

ต าบางเรยงรายไปอยตลอดแนวถนน เรยก Street canyon (ถนนเหมอนอยในหบเขาทมตกลอมรอบเหมอนภเขา) สวน

หลงคาของอาคารทงหมดในเมองเชอมตอกนเรยกวา urban canopy กระแสลมเมอพดผานจากชนบทมาสเมองทมตก

สงและมเสยดทานมากกวา กจะท าใหความเรวลดลง และยกตวสงขน และเมอพดผานออกจากเมอง ไปสชนบทอกครง

ความเรวกจะเพมสงขน ในเมองจงเกด Urban Boundary layer สวนลางสดของ boundary คอยอดหลงคาทเชอมตอ

กนทเรยกวา urban canopy สวนบนคอสวนบนสดของชน mixed layer ซงจะมความสงแตกตางกนในชวงกลางวนและ

กลางคน รถทวงบนถนนในเมอง กจะผลตทงไอเสยและความรอน และฟงกระจายอยใน Urban boundary layer

ดงกลาว มลพษในอากาศในเมองเมอออกสเมอง จะออกไปเปนล า (column) ทเรยกวา urban plume และจาก

การศกษาพบวาพนทชนบททอยเหนอลมนนฝนจะตกนอยลง สวนทอยใตลมนนฝนจะตกมากขน แตกตองแลกมากบการท

ตองไดรบมลพษจากเขตเมองมากขนดวย

Energy balance ในเมองเปรยบเทยบกบชนบท

ในเมองจะมมลพษในอากาศสงกวา ท าใหรงสคลนสน (K↓) จากดวงอาทตยผานลงพนดนโดยตรงลดลง (S)

เนองจากมลพษในอากาศดดกลนไว แตมลพษในอากาศจะเพม K ↓ ในสวนของ Diffuse sky Light (D) ท าใหการ

มองเหนในทรมหรอในบานดขน แตการมองเหนในทแจงหรอไปไกลๆ จะลดลง เนองจาก อนภาคของบรรยากาศทไมม

มลพษ (clean air) จะเลกกวาอนภาคสวนใหญของแสงอาทตยทความยาวคลนตางๆ (แสงอาทตยเปนไดทงคลนและ

อนภาค และมหลายความยาวคลน จงมขนาดของอนภาพแตกตางกนตามความยาวคลน) จงกระเจงแตชวงทมความยาว

คลนต าคอสมวงและคราม ท าใหเหนทองฟามสฟา แตอนภาคของบรรยากาศทมมลพษ (polluted air) จะใหญกวา จง

กระเจงทกความยาวคลนทตามองเหนของแสงอาทตยอยางเทาๆกน ท าใหเหนสฟาของทองฟาในเขตเมองซดกวาและ

ออกขาว สงผลใหเหนรายละเอยดไมชดโดยเฉพาะวตถทอยไกลออกไป การทไปเทยวสถานททองเทยวในอทยานตางๆจะ

เหนทองฟาสฟาเขมกเนองจากเหตผลน ความเขมของสฟาบนทองฟาจงเปนดชนชบงความบรสทธของอากาศ

6

Inadvertent climate Modification :เรยบเรยงโดย นพ.ชลทศ อไรฤกษกล สมาคมสงเสรมความรอบรไทย

Urban Boundary layer ในชวงกลางวนและกลางคน

1. กราฟแสดงอณหภมศกยภาพ (Potential Temperature หรอ θ) ตามทฤษฎ adiabatic คอ ภาวะทไมมพลงงาน

จากภายนอกมาเกยวของและไมมการสญเสยพลงงานแลว อากาศดานบนทมความกดอากาศต าเมอเคลอนลงมา

ขางลางทมความกดอากาศสงกวา ปรมาตรของอากาศจะถกบบใหเลกลง ท าใหโมเลกลของอากาศมการชนกนมาก

ขนท าใหความรอนสงขน เพราะฉะนนอณหภมของอากาศนนจะแปรเปลยนไปตามความกดอากาศ อณหภม

ศกยภาพ คอ อณหภมของอากาศทความสงระดบใดกตาม ถาเคลอนลงมาทความกดอากาศ 100 kPa แลวอณหภม

จะมการเปลยนแปลงใหมตามศกยภาพของมน จงเรยกวาอณหภมศกยภาพ

2. รป a ชวงกลางวน ลมพดจากชนบทไปสเมอง บรรยากาศเหนอพนดนประมาณ 0.1 กม. อณหภมศกยภาพ

บรรยากาศดานลางรอนกวาดานบน จากนนอณหภมศกภาพเทากน จนไปถงระดบความสง 1 กม. อากาศจากเบอง

ลางไมลอยสงขนเบองบนตอไป เนองจากทระดบ 1 กม.ขนไปอณหภมศกยภาพเพมขนตามความสง เมอพดไปในเขต

เมอง อณหภมศกยภาพเหมอนเขตชนบท ตางกนทวา อากาศรอนกวา ท าใหความสงของชน mixed layer สง 1.3

กม. และคอยๆลดลงตามความสงของอาคารในเขตเมองและลดลงเทากบระดบเดม ( 1 กม) เมอออกจากเมองเขาส

ชนบทในอกดานหนง จากรปในเวลากลางวนจะเหนวา urban bounary กวางเพราะอากาศขนบนไดถง 1.3 ก.ม.

3. รป b ในชวงกลางคน ในเขตชนบท พนดนเยนท าใหอากาศในสวนทตดกบพนดนเยนกวาอากาศดานบน ท าใหเกด

Inversion อากาศไมลอยขน ชน mixed layer=0 เกด nocternal inversion เมอเขาไปในเขตเมองทยงรอนอย

อากาศทอยตดกบพนดนในเขตเมองรอนกวาดานบน โดยลอยขนบนไดประมาณ 0.5 กม.เทานน ขนสงกวานนจะตด

กบอากาศรอนทอยดานบน เมออากาศทออกจากเมอง ไปสชนบทอกดานหนงเปนล าออกไปทเรยกวา urban plume

ซงถาอากาศในเขตเมองมมลพษมาก กจะพามลพษออกไปทาง urban plume น จากรปในเวลากลางคนจะเหนวา

urban bounary แคบกวากลางวนมากเพราะอากาศขนบนไดถง 0.5 ก.ม.

7

Inadvertent climate Modification :เรยบเรยงโดย นพ.ชลทศ อไรฤกษกล สมาคมสงเสรมความรอบรไทย

กรณท 4 Urban Heat island (เกาะความรอนในเขตเมอง)

จากรปจะเหนเสน isothermal line คอเสนทมอณหภมเทากน โดยจะแบงเปน 6 เกาะ (island) พนทใจกลางเมอง (area 6 ) จะรอนสด สวนรอบนอกจะรอนลดลงตามล าดบ

Heat island คอปรากฏการณทเมองรอนกวาในชนบททอยรอบขาง 3 องศาเซลเซยสขนไป สาเหตเนองจากเมอ

พระอาทตยตก ในเมองจะเยนชากวาชนบท เมออตราการเยนตางกนท าใหอณหภมแตกตางกน โดยกลางคนจะมความ

แตกตางมากกวากลางวน และความแตกตางจะเกดในวนทมเมฆมาก กระแสลมไมแรง โดยเขตเมองรอนกวาเนองจาก

1. ความแออดของประชากร และกจกรรมของคนเมองผลตความรอนมากกวาคนในชนบท

2. สงปลกสรางในเมองใชวสดทสะทอนรงสไดนอยกวา จความรอนไดมากกวา เชนพนถนนเปนคอนกรตท าใหเกบ

ความรอนไดมาก และเปนวสดทกนการซมท าใหซมลงสพนดนไดนอยลง รวมถงรปทรงอาคารในเมอง

3. การเปลยนแปลงภมสถาปตยของเมอง โดยเมองเปลยนพนทสเขยวเปนถนนและสงกอสราง เมอพนทสเขยวลดลงการ

คายน าจากพชลดลง การระเหยของน ากลายเปนไอซงตองใชความรอนแฝงดวยกลดลง และภมสถาปตยของเมองคอ

มถนนอยกลางและมอาคาร 2 ขางถนนตลอดความยาวของถนน เกดสงทเรยกวา street canyon โดยถนนเหมอน

เปนหบเขา สวนอาคารสงเหมอนภเขา เมอตววสดกอสรางอาคารเปนวสดทเกบความรอนไดด อาคารสงเพมพนทผว

8

Inadvertent climate Modification :เรยบเรยงโดย นพ.ชลทศ อไรฤกษกล สมาคมสงเสรมความรอบรไทย

ท าใหเพมพนทในการดดความรอน ความแออดของอาคาร ท าให Sky View Factors (SVF) ลดลง SVF คอรอยละ

ของการมองเหนทองฟา ถามอาคารสงมาบดบงกจะท าใหเหนทองฟาลดลงหรอ SVF ลดลง เมอ SVF ลดลงการแผ

รงสคลนยาว (L↑)จากพนผวอาคารและพนดนใหกบบรรยากาศกลดลงไปดวย ทงหมดทกลาวท าใหเมองรอนขน

4. อาคารสงท าใหความเรวลมลดลง ยงท าใหความรอนถกระบายไดนอย (force convection)

5. บรรยากาศในเมองมมลพษ (polluted air) มากกวาชนบททเปน Clean air ท าใหอนภาคของบรรยากาศในเมองม

ขนาดใหญกวา Clean air รงสคลนสนจากดวงอาทตยจะถกบรรยากาศในเมองดดกลนไวมากกวา ท าใหรงสคลนสน

(L↓) มาสพนลดลง การทรงสคลนสนลดลงรวมกบการท spectrum ของแสงแดดเปลยนแปลงไปสงผลตอการ

เจรญเตบโตของพช

6. จากการหาความสมพนธพบวาความแตกตางของอณหภมระหวางเมองกบชนบท (∆T u-r) สามารถเขยนเปนสมการ

ไดเปน (P คอความแนนของประชากร สวน u คอ ความเรวลม)

7. เนองจากพบความสมพนธของความหนาแนนประชากรกบ สดสวนระหวางความกวางของถนน กบความสงของ

อาคาร (W/H) และความสงของอาคารทมากจะบดบงท าใหเหนทองฟาลดลง หรอคา Sky vies Factor (SVF หรอ

Ψsky) และความสงของอาคารจะแปรผกผนกบความเรวลม สมการขางบนจงสามารถเขยนใหมไดเปน

หมายเหต Sky Visual Factor (SVF)

Sky Visual Factor คอ การยนอยทจดใดแลวมองทองฟาไปรอบๆ 180 องศา วาเหนทองฟาเปนสดสวนรอยละเทาไร จากรป ถาไปมองบนยอดเขาและมองไปรอบ 180 องศา เราจะเหนทองฟา 100 %

เนองจากไมมอะไรมาบดบง หรอ SVF=1 แตถาไปอยบนตนเขาแลวมองไปรอบๆ 180% จะพบวามองเหนทองฟาไดไมหมด ถามองเหนทองฟาไดเพยงครงหนง แสดงวา SVF=0.5

คา SVF ถาน าไปใชในเมองถามตกสงมาก จะต า ถาคานต า แสดงวา พนทผวของตวอาคารทไดรบรงสคลนสนจากดวงอาทตยในตอนกลางวน พอดวงอาทตยตกแลว ปกตอาคารและพนดนจะแผรงสคลนยาวกลบไปใหบรรยากาศ เพอใหตว อาคารรวมถงพนดนจะแผรงสคลนยาวใหบรรยากาศลดลง ประกอบกบอาคารสงท าใหความเรวลมลดลง สงผลใหเมองรอนขนเปนเกาะความรอน คา SVF จงน ามาใชเปนดชนชบงการเกดเกาะความรอนตวหนง

9

Inadvertent climate Modification :เรยบเรยงโดย นพ.ชลทศ อไรฤกษกล สมาคมสงเสรมความรอบรไทย

กราฟแสดงอณหภมของเมองและชนบท อตราการเปลยนแปลงอณหภมและความแตกตางของอณหภมระหวางเมองกบ

ชนบท (∆T u-r) หรอ Heat island intensity

อณหภมของเขตเมองจะรอนกวาชนบท มเพยงชวง 12-16 น.ทอณหภมไมแตกตางกนมากนก เนองจากความรอนแรงของแสงแดดบดบงปจจยอนๆ โดยอตราการเปลยนแปลงอณหภมของเขตชนบท (rate) จะมากกวาเขตเมอง ท าใหเรมเหนความแตกตางของอณหภม (∆Tu-r ) ของเขตเมองกบชนบทในชวงพระอาทตยเรมตก 16.00

น. และจะแตกตางกนมากทสด (6

องศา) เวลา 20.00 น. จากนนความแตกตางของอณหภมจะคอยๆลดลงเรอย จนเกอบไมแตกตางหลงจากพระอาทตยขนในวนใหม เกาะความรอนหรอ Heat island ในเขตเมองนนจะเกดขนเมอความแตกตางของอณหภมประมาณ 3

องศาเซลเซยส

Credit : ภาพและเนอหาจาก Boundary Layer Climate 2nd Edition . T.R.OKE Chapter 8.