|
กระจกในงานสถาปัตยกรรม
------------------------------------------------
  กระจกเป็นวัสดุที่มีความน่าสนใจอย่างมาก นับเป็นการค้นพบวัสดุที่มีคุณค่ามหาศาลสำหรับงานสถาปัตยกรรม เกิดจากการใช้วัสดุที่ดูเหมือนไม่มีคุณค่าอะไรของดินมาผสมผสานกับสูตรทางเคมีกลายเป็นวัสดุที่มีความโปร่งใสและมีความแข็งเหมือนหิน กระจกถูกใช้มาทำเป็นภาชนะ เลนส์ ขวด และอื่นๆ มา
นานกว่า 4,000 ปี โดยชาวเมดิเตอเรเนียนใช้สำหรับการทำภาชนะ หลังจากการค้นพบประมาณ 2,000 ปี
จึงถูกใช้เป็นหน้าต่างให้กับงานสถาปัตยกรรม สาเหตุที่กระจกไม่ถูกใช้ในอาคารในยุคเริ่มแรกเนื่องมาจาก
เทคโนโลยีการผลิตกระจกเป็นแผ่นๆ ยังเป็นเรื่องยากอยู่และสภาพอากาศก่อนการกำเนิดของเครื่องปรับ
อากาศไม่เหมาะสมสำหรับหน้าต่างกระจกเพราะจะทำให้ร้อนเกินไปและหนาวเกินไปได้ แต่เมื่อกระจก
ถูกจัดวางให้เป็นวัสดุสำหรับอาคารแล้วก็เกิดการพัฒนาและเป็นตัวแปรในการก่อเกิดสถาปัตยกรรมสมัย
ใหม่ที่สำคัญประการหนึ่ง
กระจกกับอาคาร
หลังจากยุคกรีก โรมัน ที่ใช้กระเบื้องกระจกมาก่อน หน้าต่างกระจกในมหาวิหารโกธิคดูเหมือนจะเป็น
ก้าวที่สำคัญของการนำกระจกมาใช้ในอาคาร กระจกเริ่มใช้มากขึ้นในเรือนกระจกของในช่วงศตวรรษที่
19 ที่โดดเด่นที่สุดคงจะเป็น Crystal Palace ในงานแสดงผลงานเมื่อปี 1851 ในกรุงลอนดอน และมีการ
ใช้กระจกมากขึ้นในอาคารในรูปแบบใหม่ (Neues Bauen = New Building)ของช่วงปี 1920s แสง อา
กาศและแสงอาทิตย์ คือ เป้าหมายแห่งการออกแบบอาคารกระจก เฟรมที่ยึดกระจกกับอาคารถูกพัฒนา
จนเป็น Curtain Wall ซึ่งถูกใช้ครั้งแรกเมื่อปี 1914 ออกแบบโดยWalter Gropius สำหรับอาคารโรงงาน
Fagus ในเยอรมัน ต่อมาในปี 1926 เขาได้ออกแบบผนังกระจกผืนใหญ่ให้แก่อาคาร Workshop ของ
สถาบัน Bauhaus ใน Dassau Le รูปที่ 2 หน้าต่างกระจกในมหาวิหารโกธิคCorbusier ได้ใช้ผนัง
กระจกในอาคาร Salvation Army ในกรุงปารีส แต่ประสบปัญหาความร้อนในหน้าร้อน จนต้องเพิ่มการ
กันแดด Mies Van der Rohe ในยุคต่อมาได้ทำให้กระจกมีบทบาทกับอาคารมากขึ้นโดยเฉพาะการใช้
กระจกกับอาคารสูงของเขา ส่งผลต่อการเกิดอาคารแบบกล่องกระจกมาจวบจนปัจจุบัน
การใช้กระจกโดยไม่คำนึงถึงการประหยัดพลังงานของยุคโมเดิร์นถูกนำมาทบทวนในช่วงปี 1970s
เมื่อเกิดวิกฤตการณ์ขาดแคลนพลังงาน วงการอุตสาหกรรมกระจกเกิดการตื่นตัวในการพัฒนากระจกให้
ช่วยในการป้องกันการถ่ายเทความร้อนเข้าหรือออกจากอาคารในรูปแบบต่างๆ รวมไปถึงการใช้องค์ประ
กอบผนังเพื่อช่วยให้อาคารไม่พึ่งพาเครื่องจักรกลในการสร้างภาวะน่าสบายอย่างมากมายเหมือนก่อน มี
การใช้แผงกันแดด การเปิดรับแสงธรรมชาติ และการระบายอากาศจากธรรมชาติมากขึ้น
คุณสมบัติ
ปกติกระจกแผ่นทั่วไปจะมีส่วนประกอบของ Silica ประมาณ 71-75% Soda 12-16% ปูนขาวอีก
10-15% นอกนั้นจะเป็นองค์ประกอบย่อยต่างๆ หรือสารประกอบที่ทำให้เกิดสี คุณสมบัติอันโดดเด่น
ของกระจกคือ การที่แสงสามารถผ่านได้ สามารถมองทะลุได้ ซึ่งก่อให้เกิดผลประโยชน์อย่างมากเมื่อ
ถูกใช้เป็นวัสดุอาคาร รังสีสั้นของแสงอาทิตย์สามารถผ่านกระจกเข้าสู่ภายในอาคารได้ แต่เมื่อรังสีไป
กระทบวัตถุภายในห้อง รังสีที่สะท้อนกลับออกมาจะเป็นรังสีที่ยาวกว่า ไม่สามารถผ่านกระจกออกสู่
ภายนอกได้ นี่เองเป็นสาเหตุของการร้อนขึ้นอย่างมากของห้องกระจก
กระจกสามารถรับแรงอัดได้ดีแต่รับแรงดึงได้น้อย แต่ในรูปแบบของการใช้งานในทางสถาปัตย
กรรมแล้วกระจกมักจะถูกใช้ควบคู่ไปกับเฟรมโครงสร้างซึ่งอาจจะเป็นไม้ โลหะหรือพลาสติก โดย
กระจกไม่ทำหน้าที่เป็นโครงสร้างหลัก แต่ในปัจจุบันหลายๆ กรณีศึกษาแสดงให้เห็นว่าคุณสมบัติของ
การรับแรงของกระจกกับเทคโนโลยีในการผลิตที่สูงขึ้นทำให้กระจกสามารถเป็นโครงสร้างหลักได้เช่นกัน
ระบบโครงสร้าง
หลายๆ ระบบถูกคิดค้นขึ้นเพื่อให้สามารถใช้กระจกกับผนังอาคารในหลากหลายรูปแบบและประ
โยชน์ใช้สอย ด้วยคุณสมบัติการเป็นฉนวนที่ดีขึ้น การดูดซับความร้อนจากดวงอาทิตย์ที่น้อยลง ผู้ออก
แบบบางกลุ่มต่างพยายามที่จะสร้างอาคารที่มีความเปิดโล่งทางสายตาให้มากที่สุด มีการปิดบังของ
โครงสร้างน้อยลง Curtain Wall เป็นอีกพัฒนาการหนึ่งที่ก้าวกระโดดวงการออกแบบอาคาร กระจกถูก
ใช้ทั้งความสูงของผนัง มีกรอบเฟรมที่เล็กลงโดยเฉพาะเมื่อมองจากภายนอกอาคาร สถาปัตยกรรมจึง
สามารถแสดงเป็นกล่องกระจกตามแนวความคิดของมีส แวนเดอโร ได้อย่างน่าทึ่ง
ระบบ Point Fixing System เป็นรูปแบบการยึดติดของกระจกกับอาคารที่ถูกพัฒนาขึ้นให้เกิดความ
บริสุทธิ์ของโครงสร้างวัสดุมากขึ้น นั่นหมายความว่าแผ่นกระจกต้องรับแรงด้วยตัวเองมากขึ้น และลด
องค์ประกอบของโครงสร้างให้น้อยลง เมื่อเปรียบเทียบกับเฟรมแบบเดิมที่มีลักษณะของแถบโครงสร้าง
ยึดบานกระจก ระบบการติดตั้งแบบนี้ทำได้โดยการเจาะแผ่นกระจกเพื่อใช้น๊อตยึดกระจกกับโครงสร้าง
โดยตรง ระบบนี้ทำให้เกิดรูปแบบของการยึดที่แตกต่างรวมทั้งทำให้เกิดระบบผนังเคเบิลกระจก อย่าง
เช่น อาคารโรงแรม Kempinski ที่เมือง Munich ออกแบบโดย Muphy/Jahn เป็นต้น
อีกรูปแบบหนึ่งที่สถาปนิกออกแบบ คือ การใช้กระจกด้วยกันมาช่วยในการเพิ่มความแข็งแรงให้
ผนังกระจก ทำให้ผนังมีความโปร่งมากกว่าแบบเฟรมโลหะ ระบบโครงสร้างโดยกระจกแบบนี้ถูกสร้าง
ครั้งแรกโดย Glasban Hahn ในปี 1960s การใช้ฟินกระจกเพื่อช่วยในการรับแรงทางแนวนอนโดย
เฉพาะแรงลมสำหรับกระจกบานใหญ่มีให้เห็นทั่วไปในปัจจุบัน นอกจากช่วยรับแรงในแนวนอนแล้วใน
บางอาคารยังช่วยในการรับแรงในแนวดิ่ง ในลักษณะของคานย่อยด้วย เช่น ในอาคาร Work Shop
ของ Mus’ee du Luvre โดยสถาปนิก J.Brunet และ Saunier คานกระจกถูกใช้รับแผ่นกระจกของ
ส่วนหลังคา ทำให้มีความโปร่งแสงของส่วน Sky Light มากขึ้นเมื่อเปรียบเทียบกับโครงสร้างอื่นที่มี
ความทึบแสง
ด้วยแนวความคิดในการใช้กระจกมาช่วยรับแรงทั้งทางตั้งและแนวนอน ประกอบกับคุณสมบัติทาง
โครงสร้างของกระจกที่มีประสิทธิภาพมากกว่าอดีตทำให้เกิดแนวความคิดในการใช้กระจกเป็นโครง
สร้างหลักทั้งหมด ในปี 1994 ทางเข้าของอาคาร Broadfield House Glass Museum ในอังกฤษเป็น
หนึ่งในงานแรกๆ ที่ใช้กระจกเป็นโครงสร้างให้มากที่สุด สะพานกระจกโดยสถาปนิก Kraijvanger และ
Urbis ใช้เชื่อมชั้นที่ 2 ของอาคารสองหลัง มีความยาวประมาณ 3.2 ม. พื้นเป็นกระจก Laminated
วางอยู่บนคานกระจกสองชิ้น ยึดติดกับโครงสร้างอาคารทั้งสองด้วยข้อต่อ Stainless ผนังและหลังคา
เป็นกระจกเช่นกัน ศาลานิทรรศการ (Exhibition Pavilion) ขนาด 2.5x6.15 ม. ที่เมือง Aachen ประ
เทศเยอรมัน ใช้กระจกเป็นชิ้นส่วนสำเร็จรูปสำหรับผนังรับน้ำหนักและหลังคา ในปี 1996 ส่วนหลังคา
คุมทางขึ้นรถไฟที่สถานี Yurakucho ในญี่ปุ่น ออกแบบโดย Rafael Vinoly และ Dewhurst Macfar-
lane เป็นหนึ่งในพัฒนาการขั้นสูงของโครงสร้างกระจก โดยสามารถยื่นได้ประมาณ 11 ม. กระจกที่ใช้
ทำคานมีความหนา 19 มม. ใช้หลักการถ่ายแรงของแต่ละข้อต่อ คานส่วนปลายมีจำนวนน้อยกว่าคาน
ส่วนฐาน มุมเอียงของแต่ละแผ่นกระจกจะต้องเพียงพอสำหรับการหลีก
เลี่ยงการแตกหักของกระจก ยังมีหลายๆ ตัวอย่างที่กระจกกลายมาเป็นโครงสร้างรับน้ำหนักทั้ง
แนวนอนและแนวราบ ซึ่งสร้างความน่าสนใจให้กับอาคารในแง่ที่ว่าภาพลักษณ์ของกระจกยังอยู่ที่ความ
เปราะบางไม่แข็งแรง แต่ประเด็นหลักของการพัฒนาโครงสร้างกระจก คือ ความต้องการในการสร้าง
ความโปร่งใสของโครงสร้างอาคารนั่นเอง
Laminated Glass
เป็นกระจกที่ประกอบด้วยชั้นมากกว่าหนึ่งชั้น และยึดติดกันด้วยพลาสติก เช่น Polyvinyl Butyral
(PVB) มักจะถูกใช้เป็นกระจกนิรภัย เพราะชั้น PVB สามารถที่จะป้องกันเศษกระจกที่เกิดจากการแตก
เป็นอันตรายกับผู้คนได้ กระจกชนิดนี้สามารถรับแรงดึงได้มากกว่ากระจกแผ่นธรรมดา โดยเฉพาะอย่าง
ยิ่งเมื่อผสมผสานกับชั้นวัสดุชนิดต่างๆ และการเพิ่มความหนา จนบางประเภทสามารถนำไปเป็นกระจก
ป้องกันกระสุนหรือระเบิด ชั้นที่ใช้เป็นส่วนเชื่อมมีทั้งโปร่งใสและมีสี หรือมีลาย อาจจะเป็นวัสดุที่ดูดซับ
รังสี Ultraviolet หรือวัสดุสะท้อนตามแต่ความต้องการ เป็นกระจกที่ถูกใช้สำหรับส่วนหลังคาหรือผนัง
เอียงเพราะมีความปลอดภัยจากการแตกมากกว่า ยกตัวอย่างเช่น กระจกที่ใช้สำหรับปิรามิดที่พิพิธ
ภัณฑ์ลูฟ ที่ฝรั่งเศสเป็นกระจก Laminated ที่มีชั้นเชื่อมสีใสโปร่ง เป็นต้น ความต้องการให้ส่วนทางเข้า
ปิรามิดนี้มีความโปร่งใสมากที่สุดเป็นสิ่งที่ท้าทายสถาปนิกและวิศวกรผู้ออกแบบ โครงสร้างสำหรับการ
รับกระจกจึงออกแบบให้มีความรู้สึกเบาและบังทัศนียภาพน้อยที่สุด เนื่องด้วยกระจกต้องทำมุมเอียง
45 องศาและมีความหนา 60 มม. การมองผ่านกระจกจะมีการหักเหของแสง ได้ กระจกที่ใช้จึงมีคุณสม
บัติของความโปร่งใสมากเป็นพิเศษ (Extra-clear White Glass) ด้วยชั้นของกระจกสามารถใช้วัสดุต่างๆ
ได้ ดังนั้นจึงพัฒนาการใช้โซล่าร์เซลล์ไว้เป็นชั้นพิเศษซึ่งสามารถทำหน้าที่ในการกันแสงแดดในตัวด้วย
โดยเฉพาะ Crytalline Solar Cell สามารถทำได้บางถึง 0.4 มม. จากขนาด 10x10 ซม. ถึง 15x15 ซม.
แผ่นกระจกโซล่าร์เซลล์นี้มีทั้งแบบโปร่งและแบบทึบ
Electro-Optic Layers
การพัฒนาการระบบผนังกระจกเป็นไปอย่างรวดเร็วตามเทคโนโลยี ผนังกระจกอัจริยะ (Intelligent
Glass Facade) เป็นเสมือนเป้าหมายของการพัฒนา หนึ่งในนั้นเป็นการคิดค้นชั้นที่เป็นวัสดุที่เรียกว่า
Electrochomic Material หรือ Liquid Crystal ในกระจก ซึ่งสามารถเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติในการทึบ
แสงด้วยกระแสไฟฟ้า หรือแสงหรือรังสีจากดวงอาทิตย์ ระบบสามารถควบคุมด้วยระบบจัดการอาคาร
กลางหรือ Building Management System (BMS) หรือควบคุมไมโครชิบ ที่ติดตั้งไว้ที่ผนังเอง โดย
สรุปคือ กระจกสามารถเปลี่ยนคุณสมบัติของความทึบได้ตามการควบคุมด้วยกระแสไฟฟ้า ซึ่งเป็นประ
โยชน์อย่างมหาศาลในวงการออกแบบ เพราะสเปซที่เกิดขึ้นจะสามารถสนองกับความต้องการของความ
เป็นส่วนตัวได้และปรับเปลี่ยนให้เปิดโล่งทางสายตาได้ในขณะเดียวกัน
ความเป็นฉนวนและการถ่ายเทความร้อน
การสูญเสียความร้อนออกจากตัวอาคารหรือรับความร้อนเข้าสู่ตัวอาคารสามารถลดหรือเพิ่มได้ประมาณ
50% โดยการใช้กระจกที่คุณสมบัติความเป็นฉนวนสูงหรือที่เรียกว่า Insulating Glass กระจกชนิดนี้มัก
จะนิยมในเมืองหนาวที่ต้องการป้องกันการสูญเสียความร้อนออกจากตัวอาคาร มีลักษณะประกอบด้วย
ชั้นของกระจกที่แยกกันประมาณ 8-20 มม. ด้วยที่ว่างสูญญากาศหรือชั้นก๊าซ ซึ่งจะทำหน้าที่เป็นฉนวน
ที่ดีสำหรับอาคารได้ ก๊าซที่ใช้มีทั้ง Argon, Krypton, Xenon เพราะก๊าซเหล่านี้จะมีคุณสมบัติของการ
เป็นตัวนำความร้อนต่ำกว่าอากาศ จึงทำให้กระจกมีประสิทธิในการป้องกันการถ่ายเทความร้อนมากกว่า
ทั้งนี้ Argon เป็นก๊าซที่มีราคาถูกที่สุดและนิยมใช้ที่สุด
นอกจากนี้ในเทคโนโลยีปัจจุบันมีการพัฒนาวัสดุฉนวนที่มีความโปร่งใสหรือ Transparent Insulation
Materials (TIM) วัสดุเหล่านั้นได้แก่ Acrylic Glass (PMMA), Polycarbonate (PC), และ Quartz Foam
ในความหนาที่แตกต่างกันไป ทั้งนี้เพื่อเป็นการป้องกันวัสดุเหล่านี้จากการเสียหายจึงบรรทุกไว้ในชั้นกลาง
ของแผ่นกระจก ในรูปแบบที่แตกต่างกัน เช่น เป็นแท่ง เป็นรังผึ้ง หรือเป็นเม็ดกลม เป็นต้น
นอกจากนี้ยังมีกระจกที่ออกแบบให้บรรจุแผงกันแดดไว้ภายใน ซึ่งอาจจะเป็นแผ่นฟิล์มบางๆ หรือ
เป็นแผงกันแดดเล็กๆ ก็ได้ ทั้งนี้ควรคำนึงถึงความร้อนที่จะเกิดขึ้นเนื่องจากการสะสมไว้ในช่องว่างนี้ด้วย
จึงมีการออกแบบให้แผงสามารถปรับเปลี่ยนหรือเอาออกมาทำความสะอาดได้ สำหรับแผ่นฟิล์มกันแดด
มีให้เลือกในหลายๆ คุณภาพของการสะท้อนแสง หรือเป็นแผงสะท้อนแสงในรูปแบบต่างๆ
ผนังกระจก
ในการออกแบบผนังกระจกมีจุดมุ่งหมายเหมือนกับการออกแบบผนังทั่วไป ที่ต้องการจะป้องกัน
ความร้อนเข้าสู่อาคารในหน้าร้อนและเก็บความร้อนไว้ในอาคารในหน้าหนาว ในหลักการอาจจะแบ่ง
เป็นกระจกชั้นเดียวหรือหลายชั้น และการเสริมแผงกันแดดสำหรับผนังชั้นเดียวหรือผนังกระจกหลายชั้น
สำหรับผนังกระจกชั้นเดียว (Single-Skin Fa็ade) อาจจะต้องพึ่งพาคุณสมบัติพิเศษของกระจก
แต่ละชนิดเป็นตัวช่วย เช่น กระจกแบบดูดซับรังสี กระจกสะท้อนแสง หรืออื่นๆ อย่างไรก็ตามยังคง
จะต้องเพิ่มแผงกันแดดในทิศที่ได้รับผลกระทบโดยตรงจากแสงอาทิตย์
ส่วนระบบผนังกระจกหลายชั้น (Multi-Skin Fa็ade) และระบบผนังสองชั้น(Double Skin Fa็ade)
เป็นการออกแบบให้รูปแบบผนังช่วยในการป้องกันความร้อนหรือช่วยเก็บความร้อนในหน้าหนาว นิยมใส่
แผงกันแดดไว้ที่ช่องกลางระหว่างผนังกระจก ในหน้าหนาวส่วนกลางนี้จะถูกใช้ในการสะสมความร้อนให้
แก่อาคาร ในขณะที่หน้าร้อนความร้อนระหว่างผนังชั้นนอกและชั้นในจะถูกถ่ายเทออกสู่ภายนอกในขณะ
ที่แผงกันแดดจะช่วยป้องกันการรับแสงแดดโดยตรงสู่ภายในอาคาร พัฒนาการระบบผนังสองชั้นหรือ
หลายชั้นนี้ได้รับความนิยมอย่างมากในยุโรป โดยเฉพาะในเยอรมันที่มีกรณีศึกษามากมาย และยังคง
เป็นหัวข้อในการศึกษาประยุกต์ในเขตภูมิอากาศที่แตกต่าง รวมทั้งการพยายามที่จะพิสูจน์ในเห็นถึง
ความคุ้มค่าต่อการลงทุน
บทสรุป
ในวงการของผู้ผลิตกระจกมีการคิดค้นวัสดุนี้ให้มีความเหมาะสมกับการใช้งานในอาคารอย่างไม่มีที่
สิ้นสุด แต่ข้อจำกัดของกระจกอยู่ที่สถาปนิกจะต้องทำความเข้าใจและก้าวให้ทันพัฒนาการเพื่อจะสา
มารถนำเอาไปประกอบเป็นอาคารและออกแบบให้องค์ประกอบอื่นๆ ช่วยลดจุดจำกัดของกระจกให้
เกิดความสมบูรณ์ในการใช้งานมากที่สุด ในแต่ละภูมิอากาศ ทั้งนี้ต้องไม่ลืมว่ากระแสแห่งการออกแบบ
กำลังมุ่งเน้นให้เกิดการเป็นอยู่อย่างสมดุลระหว่างสิ่งก่อสร้างและระบบนิเวศน์ กระจกจะต้องถูกใช้ให้สอด
คล้องกับการประหยัดพลังงาน ไม่ควรทำให้เกิดภาระของการใช้พลังงานมากขึ้น การออกแบบให้ผนังสอด
คล้องกับการเปลี่ยนแปลงของแต่ละช่วงเวลาในรอบปีจะนำไปสู่จุดมุ่งหมายแห่ง ผนังอัจฉริยะ (Intelligent
Fa็ade) และกระจกเป็นวัสดุที่น่าจะมีความเป็นไปได้ที่จะเป็นส่วนประกอบหลักไปสู่ความสำเร็จนี้
หนังสืออ้างอิง
Compagno, Andrea, Intelligent Glass Fa็ade, Birkhauser Publishers, Basel
Switzerland, 2002
Behling,Sophia, Behling, Stefan, Glass: Structure and Technology in Archi- tecture, Prestel, Munchen, 1999
Krewinkel, Heinz W., Glass Building: Material, Structure and Detail,
Birkhauser, Basel Switzerland, 1998
Wigginton, Michael, Glass in Architecture, Phaidon Press Limited, Loondon, 1996
ที่มา : หนังสือ Decoretion Guide.
ผู้เขียน : พร้อมพัชร หรูวรรธนะ
อาจารย์พิเศษคณะสถาปัตยกรรมศาตร์ มหาวิทยาลัยรังสิต |
|
