การเลือกใช้ฉนวนกันความร้อน

การเลือกใช้ฉนวนเพื่อติดตั้งภายในอาคารบ้านเรือนบางครั้งถูกละเลยเนื่องจากขาดความรู้ความเข้าใจในเรื่องวัสดุศาสตร์ หรือบางครั้งก็ถูกจำกัดด้วยเรื่องของราคาที่ทำให้ไม่สามารถเลือกใช้ฉนวนที่เหมาะสมกับสภาพการใช้งานได้ตามต้องการ ทั้งที่การจ่ายน้อยในครั้งแรก อาจเป็นผลทำให้ต้องมีค่าใช้จ่ายมากขึ้นในการซ่อมแซมหรือรื้อระบบและบางส่วนในตัวอาคารภายหลัง

ในปัจจุบันมีฉนวนหลากหลายรูปแบบให้เลือก ฉนวนที่เป็นที่นิยมใช้ก็เช่น ฉนวนยางสังเคราะห์อย่าง EPDM และ NBR/PVC, ฉนวนพลาสติกอย่าง ฉนวนโพลีสไตรีน (Polystyrene Foam), ฉนวนโพลีเอธิลีน(Polyethylene Foam), ฉนวนโพลียูรีเทน (Polyurethane Foam), และฉนวนที่ส่วนประกอบหลักไม่ใช่พอลิเมอร์อย่างฉนวนใยแก้ว (Glass Fiber) ใยหิน (Rockwool) ส่วนฉนวนแอโรเจล (Aerogel) ก็ยังเป็นที่ถกถียงกันโดยเฉพาะในอเมริกาว่าอาจเป็นอันตรายต่อผู้ใช้และผู้ติดตั้งจึงยังไม่เป็นที่ยอมรับกันในตลาดต่างประเทศ

เนื่องจากฉนวนมีให้เลือกมากมายหลายแบบ จึงขอสรุปปัจจัยหลักๆที่ควรคำนึงถึงเมื่อจะต้องเลือกซื้อฉนวนดังนี้

1.วัสดุที่ใช้

1.1) วัสดุที่ใช้ควรมีความคงทนต่อสภาวะในระบบ กล่าวคือไม่เสื่อมสภาพเปื่อยยุ่ยเมื่อสัมผัสกับสารในระบบ เช่นงานที่ใช้กับระบบน้ำหรือต้องอยู่ในที่ชื้นแฉะควรทนน้ำได้ดี แต่อย่างอุตสาหกรรมบางประเภท ฉนวนอาจต้องสัมผัสกับน้ำมัน หรือสารไฮโดรคาร์บอนที่ไม่มีขั้ว (Non-Polar Hydrocarbon) ฉนวนที่ใช้ก็จะต้องทนต่อน้ำมัน และสารไฮโดรคาร์บอนดังกล่าว

โดยทั่วไป โดยเฉพาะในระบบทำความเย็น ฉนวนจะต้องสัมผัสกับไอน้ำในอากาศ หยดน้ำจากการควบแน่น หรือแม้แต่น้ำที่รั่วออกมาจากตามดบนท่อน้ำ และหากใช้งานภายนอกอาคาร ก็จะต้องเจอกับฝน ดังนั้นวัสดุที่ใช้ควรเป็นวัสดุประเภทไฮโดรโฟบิก (Hydrophobic = เกลียดน้ำ) ซึ่งส่วนใหญ่เป็นวัสดุไม่มีขั้ว (Non-Polar) โดยวัสดุเหล่านี้จะไม่ดึงดูดและไม่ชอบทำปฏิกริยากับน้ำ

* “จากกฏ  Like dissolves Like สรุปได้ว่าวัสดุที่เป็น Polar จะละลายหรือเข้ากันได้ดีกับวัสดุที่เป็น Polar เหมือนกัน และไม่ชอบทำปฏิกริยากับวัสดุ Non-Polar ในทางกลับกัน วัสดุที่เป็น Non-Polar ก็จะเข้ากันดีกับสารที่เป็น Non-Polar เหมือนกัน และไม่ชอบทำปฏิกริยากับวัสดุที่เป็น Polar”

ดังนั้น น้ำซึ่งเป็นสารที่มีความเป็นขั้วสูง (Highly Polar) จึงไม่ดึงดูดและไม่ชอบทำปฏิกริยากับวัสดุที่ไม่มีขั้ว (Non-Polar) แต่จะชอบเข้าไปเกาะกับวัสดุที่เป็น Polar* [Fig1]

[Fig1] ในภาพ A เป็นวัสดุที่เป็น Polar สูงกว่า B จึงดึงดูดไอน้ำหรือความชื้นรอบๆเข้าหาตัวมากกว่า ทำให้ผิวฉนวนสัมผัสน้ำมาก ตรงข้ามกับ B ซึ่งเป็น Non-Polar จึงไม่มีประจุดึงดูดไอน้ำรอบๆเข้าหาตัวเอง นอกจากนี้ เมื่อระยะเวลาผ่านไป ผิวของ A จะเสื่อมสภาพเร็วกว่าเนื่องจากวัสดุเข้ากับน้ำได้ดี

เราสามารถทดลองว่าวัสดุที่เห็นเป็น Non-Polar หรือ Polar ได้โดยใส่ในตู้อบไมโครเวฟ วัสดุที่เป็น Polar จะยิ่งร้อนและอาจลุกไหม้ได้ภายใน 2~3 นาทีแรก เนื่องจาก Microwave เป็น Electromagnetic ซึ่งทำให้วัสดุร้อนโดยส่งคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเหนี่ยวนำให้เกิดการพลิกกลับไปมาของโมเลกุลของวัสดุที่มีขั้ว ซึ่งการพลิกกลับไปกลับมานั้นจะทำให้เกิดการเสียดสีระหว่างโมเลกุลและเกิดความร้อนขึ้น โดยความร้อนที่เกิดขึ้นจะขึ้นกับความมีขั้วของวัสดุว่ามากน้อยแค่ไหน หากมีขั้วมากโมเลกุลจำนวนมากจะถูกเหนี่ยวนำอย่างรุนแรง หากไม่มีขั้ว จะไม่มีโมเลกุลที่ถูกเหนี่ยวนำให้พลิกตัวจึงไม่เกิดความร้อนขึ้น

[Fig.2] ตัวอย่างวัสดุ Non-Polar ก่อนและหลังอบในตู้อบไมโครเวฟ ตัววัสดุไม่มีขั้วจึงปล่อยให้คลื่นไมโครเวฟผ่านไปโดยไม่ทำปฏิกริยา

[Fig.3] ตัวอย่างวัสดุ Polar ก่อนและหลังอบในตู้อบไมโครเวฟ วัสดุหลอม ไหม้เกรียมติดภาชนะ เกิดควันจำนวนมาก

1.2) ตัววัสดุหรือส่วนผสมที่ใช้จะต้องไม่กัดกร่อนท่อน้ำเพื่อหลีกเลี่ยงปัญหาท่อน้ำรั่วซึมหรือสกปรก สารกัดกร่อนที่เห็นได้ชัดคือสารประเภทพีวีซีซึ่งสามารถเกิดเป็นกรดไฮโดรคลอริก (HCl) โดยอัตราการกัดกร่อนหลักๆจะขึ้นกับชนิดและปริมาณสารกัดกร่อนที่เกิดขึ้น อุณหภูมิ และความเค้น (Stress) ของท่อโลหะ

1.3) สิ่งสำคัญอีกประการหนึ่งคือความเป็นพิษ และอันตราย โดยเฉพาะในกรณีที่เกิดเหตุเพลิงไหม้ เมื่อเกิดเหตุเพลิงไหม้ ฉนวนบางประเภทจะก่อให้เกิดอันตรายเช่นเกิดก๊าซพิษร้ายแรงอย่างไซยาไนด์ที่ทำให้หมดสติในเวลาสั้นๆ, การเกิดก๊าซที่ระคายเคืองต่อระบบทางเดินหายใจและผิวหนัง หรือเม้แต่การเกิดหยดไฟซึ่งอาจเพิ่มความรุนแรงของเพลิงไหม้ หากจุดที่หยดไฟหยดลงมามีวัสดุที่เป็นเชื้อเพลิงหรือสารไวไฟอยู่

1.4) อันตรายจากเนื้อวัสดุเป็นอีกส่วนหนึ่งที่ที่ควรคำนึงถึง เนื้อวัสดุบางประเภทมีลักษณะเป็นฝุ่นผงหรือกลายเป็นฝุ่นผงได้ง่ายเมื่อสัมผัส หรือเมื่อเสื่อมสภาพหลังการใช้งานไประยะหนึ่ง ซึ่งฝุ่นผงเหล่านั้นจะมีอันตรายมากหากเข้าไปสะสมในปอดเนื่องจากไม่สามารถถูกขับออกจากร่างกายได้ เช่น ใยแก้วบางประเภท, ฉนวนโพลียูรีเทน และแอโรเจล

ตัวอย่างเช่น ฉนวนแอโรเจลเป็นฉนวนที่สามารถกันความร้อนได้ดีมาก แต่ไม่เป็นที่ยอมรับของตลาดเนื่องจากไม่สามารถขจัดข้อกังขาเรื่องความปลอดภัยได้ นอกจากนี้ยังมีรายละเอียดปลีกย่อยมากมายที่ต้องคำนึงในการติดตั้งและใช้งานเช่นในอเมริกา ผู้ติดตั้งไม่ชอบที่จะสัมผัสกับฉนวนแอโรเจลเพราะจะเกิดความรู้สึกแห้งมือ เนื่องจากรูพรุนเล็กๆระดับนาโนบนฉนวนจะดูดซึมเอาความชื้นและน้ำมันตามธรรมชาติของมือออกไป ซึ่งการใช้ถุงมือทำให้ไม่สะดวกในการทำงาน นอกจากนี้ยังต้องระมัดระวังมากในการติดตั้งเพราะแตกเปราะง่าย ที่สำคัญคือเมื่อต้องการตัดฉนวน จะต้องใช้ใบมีดพิเศษ เพื่อให้ได้รอยตัดที่สวยงาม ซึ่งหากรอยตัดไม่เรียบ จะทำให้เกิดปัญหาควบแน่นบริเวณรอยต่อ และที่สำคัญคือเวลาตัด ฉนวนแอโรเจลจะกลายเป็นฝุ่นผงขนาดเล็กฟุ้งกระจาย ซึ่งฝุ่นผงดังกล่าวอาจมีขนาดเป็นนาโนซึ่งยังไม่ได้รับการรับรองว่าปลอดภัยในการใช้งานทั่วไป

นอกจากนี้ยังควรพิจารณาอันตรายจากสารระเหยซึ่งเป็นอีกส่วนหนึ่งที่มีผลโดยตรงต่อสุขภาพของผู้ใช้ และผู้ติดตั้ง กาวที่ใช้มักมีส่วนผสมของสารระเหย (VOCs)

2.โครงสร้างเซล

โครงสร้างในฉนวนกันความร้อนแบ่งได้เป็นประเภทหลักๆคือ

2.1) เซลปิด (Closed-Cell)

2.2) เซลเปิด (Open-Cell)

2.3) เซลกึ่งเปิด (Semi-Open Cell)

2.4) เซลเชื่อมต่อ (Interconnected Cell)

โครงสร้างเซลจะบ่งบอกถึงความสามารถในการต้านทานซึมผ่านของน้ำและอากาศ โดยผนังเซลแต่ละเซลจะคอยป้องกันการซึมและการไหลผ่าน ยิ่งมีการไหลผ่านน้อย การถ่ายเทความร้อนน้อยตามไปด้วย

ฉนวนเซลปิดมักผลิตจากยางสังเคราะห์เนื่องจากมีความยืดหยุ่นมาก ทำให้สามารถหักงอได้โดยเซลไม่แตกทะลุ ภายในเซลเล็กๆแต่ละเซลจะบรรจุก๊าซแห้งเช่น ไนโตรเจน หรือคาร์บอนไดออกไซด์ ที่มีการนำความร้อนต่ำ นอกจากนี้ยิ่งมีเซลปิดมากเท่าไหร่ก็ยิ่งสามารถกันน้ำได้มากขึ้นตามไปด้วย ดังนั้นจุดที่ต้องระวังในการใช้งานฉนวนประเภทนี้มีเพียงการใช้ความหนาให้ถูกต้อง และการเชื่อมรอยต่อเพื่อไม่ให้ไอน้ำผ่านทะลุลงไปเท่านั้น

ส่วนฉนวนเซลเปิดอย่างฉนวนใยแก้ว แม้ว่าแก้วจะเป็นวัสดุที่ทนน้ำและความร้อน แต่ด้วยโครงสร้างเปิด ทำให้มีข้อจำกัดการใช้งานเนื่องจากน้ำสามารถซึมผ่านและถูกดูดซับได้ง่าย และส่วนที่จะเสียหายเปื่อยยุ่ยและอาจเป็นอาหารของเชื้อราคือส่วนของ Binder ที่ยึดเส้นใยเข้าด้วยกัน ปัจจุบันได้มีการชะลอการซึมผ่านของน้ำด้วยการใช้สารเคมีบางประเภทและอาจใช้แผ่นอลูมิเนียมฟอยล์ปิดทับไว้อีกชั้นหนึ่ง แต่หากอลูมิเนียมฟอยล์ฉีกขาดและไม่ได้รับการซ่อมแซมทันทีก็อาจส่งผลให้น้ำจากภายนอกไหลผ่านเข้าไป เกิดความเสียหายเป็นบริเวณกว้างได้ โดยเฉพาะเมื่อใช้ภายนอกอาคาร หรือระบบทำความเย็น ฉนวนใยแก้วจึงเหมาะกับงานที่เจอความร้อนมากกว่าระบบทำความเย็น จุดที่ต้องระวังในการใช้งานฉนวนประเภทนี้คือการใช้ความหนาให้ถูกต้อง การเชื่อมรอยต่อ และระวังอย่าให้โดนน้ำหรือไม่ใช้ในที่ๆความชื้นสูงมากๆ

• ความคงทนต่อสภาวะแวดล้อม เป็นเรื่องสำคัญที่หลายๆคนมองข้าม หลายครั้งที่ตัดสินใจใช้สินค้าราคาถูกที่ไม่สามารถทนต่อสภาวะแวดล้อมได้ดี ทำให้ฉนวนเสื่อมสภาพเช่น แบนแฟบ หรือเกิดรอยแตกร่วนปล่อยให้น้ำและความชื้นในอากาศแทรกซึมเข้าไปถึงชั้นด้านใน  ทำให้สมบัติความเป็นฉนวนลดน้อยลงจนแทบไม่มีเลยในกรณีที่เสื่อมสภาพรุนแรง

จากภาพจะเห็นว่าส่วนที่เกิดรอยแตกจะบางลงจึงเหลือส่วนที่ยังสามารถทำหน้าที่ฉนวนได้น้อยลง

3.กลิ่น

กลิ่นไม่พึงประสงค์เกิดขึ้นได้จากหลายสาเหตุ ไม่ว่าจะเป็น Binder หรือ Additive บางชนิดที่ใช้ในการยึดเส้นใยเข้าด้วยกันในฉนวนใยแก้วอาจส่งกลิ่นเหม็นเมื่อเปียกชื้น จึงควรศึกษาให้ดีว่าจะนำฉนวนชนิดใดไปใช้ในส่วนใดของอาคารบ้านเรือน และเลือกความหนาให้เหมาะสม เพื่อไม่ให้มีกลิ่นรบกวนจาก Binder ที่โดนความชื้น

จะเห็นได้ว่าการเลือกใช้ฉนวนควรพิจารณาอย่างรอบคอบเพื่อให้สามารถใช้งานได้ยาวนานภายใต้สภาวะของแต่ละแห่ง เพื่อไม่ให้เกิดความเสียหายกับอาคารเช่นฝ้า ผนัง หลังการติดตั้ง

บทความโดย : รวีณา วิทูรปกรณ์ (บริษัท แอร์โรเฟลกซ์ จำกัด)