Wind Chill Index และ Wind Chill Effect เหมือนหรือต่างกันอย่างไร

                                                                                                                                                                                                                                                                                                      ฝ่ายวิชาการ บริษัท ฮิวเทค (เอเซีย) จำกัด   HTSP-051218

เนื่องจากมีการใช้คำศัพท์ทางวิชาการเกี่ยวกับความเย็นที่เกิดจากลมคือ “WindChill Index” และ “Wind Chill Effect” ที่ค่อนข้างสับสนและคลาดเคลื่อน ซึ่งอาจก่อให้เกิดความเข้าใจผิดในการสื่อสารอ้างอิงทางวิชาการ ดังนั้น เพื่อความเข้าใจที่ถูกต้อง จึงจะขอกล่าวถึงความหมายและการใช้ประโยชน์ของทั้ง 2 คำ ดังนี้

WindChill Index 

ตามคำจำกัดความของ American Meteorological Society (AMS) หมายถึง ค่าดัชนีของสภาวะอากาศในท้องถิ่นที่มีอุณหภูมิต่ำมาก เมื่อมีลมพัดผ่านอุณหภูมิของอากาศจะลดต่ำลงอีกจนอาจเป็นอันตรายได้ Wind Chill Index เป็นค่าดัชนีที่ทำขึ้น เพื่อแนะนำแก่คนที่อยู่อาศัยในท้องถิ่นที่มีสภาวะอากาศเย็นจัดและมีลมแรง เช่น เขตขั้วโลกเหนือและขั้วโลกใต้ หรือรัฐอาลาสกา ในสหรัฐอเมริกา เป็นต้น

ค่า Wind Chill Index ได้มาจากการศึกษาทดลองของ Siple and Passel (1940) ที่ Antarctic โดยคำนวณจากค่าความสัมพันธ์ของ อุณหภูมิและความเร็วลม ที่ทำให้น้ำ 250 g เปลี่ยนสถานะเป็นน้ำแข็ง และต่อมาได้ ปรับปรุงเป็นสูตรคำนวณหาค่าความร้อนที่สูญเสียไปจากร่างกายคน (ทางผิวหนัง) ในสภาวะอากาศท้องถิ่น

ปฏิกิริยาความเย็นจากลม (Effective Temperature หรือ Wind Chill Effect)

ในวงการเลี้ยงสัตว์ที่ใช้โรงเรือนปรับอากาศด้วยการระเหยน้ำ (Evaporative Cooling House) หรือนิยมเรียกสั้นๆว่า “โรงเรือนอีแว๊ป” มักจะรู้จัก “Effective Temperature” ในอีกชื่อหนึ่งคือ “Wind Chill Effect”ซึ่งก็คือ ปฏิกิริยาที่เกิดจากลมพัดผ่านด้วยความเร็วที่ไม่ต่ำจนเกินไปและทำให้อุณหภูมิอากาศในบริเวณนั้นลดลง กล่าวคือ เมื่อลมหรืออากาศเคลื่อนที่ผ่านไปมันจะพา ความร้อนสัมผัส (Sensible Heat) ซึ่งเป็นพลังงานจลน์ (Kinetic Energy) และความชื้น ซึ่งเป็นแหล่ง ความร้อนแฝง (Latent Heat) ในอากาศขณะนั้นไปด้วย เมื่อพลังงานความร้อนในบริเวณนั้นถูกพาไป อุณหภูมิอากาศก็จะลดลง ทั้งนี้ ขึ้นอยู่กับพลังงานความร้อนทั้งหมดในอากาศ หรือผลรวมของความร้อนสัมผัส (Sensible Heat) และความร้อนแฝง (Latent Heat) ที่มีอยู่ในมวลอากาศ ถ้ามวลอากาศมีพลังงานความร้อนน้อย เมื่อมีลมพัดผ่านอุณหภูมิอากาศในบริเวณนั้นก็จะลดต่ำลงได้มาก ในทางตรงข้าม ถ้ามวลอากาศมีพลังงานความร้อนมาก อุณหภูมิอากาศก็จะลดลงได้น้อยหรืออาจไม่ลดลงเลยก็ได้

หมายเหตุ     การวัดอุณหภูมิอากาศคือ การวัดค่าพลังงานความร้อนในอากาศ โดยใช้ เครื่องวัดอุณหภูมิที่เรียกว่า Thermometer พลังงานความร้อนในอากาศจะทำให้ อุปกรณ์ตรวจจับอุณหภูมิในเครื่องวัด เกิดการขยายตัวหรือหดตัวและจะชี้ที่ตำแหน่งซึ่งอ่านได้เป็นค่าอุณหภูมิ °Cหรือ°F แล้วแต่กรณี

ในการประชุม Industry Ventilation: A Manual of Recommended Practice (17^th edition), ACGIH 1982 ที่สหรัฐอเมริกา ได้มีการนำเสนอ “Effective Temperature Chart” ซึ่งประกอบด้วยเส้นขนาน 2 เส้น เส้นบนเป็น ค่าอุณหภูมิตุ้มแห้ง (Dry Bulb Temperature) มีหน่วยเป็น °C และเส้นล่างเป็น ค่าอุณหภูมิตุ้มเปียก (Wet Bulb Temperature) มีหน่วยเป็น °C ซึ่งค่าที่ต่างกันระหว่างอุณหภูมิตุ้มแห้งและตุ้มเปียกก็คือ ค่าความชื้นสัมพัทธ์ ซึ่งสามารถหาค่าได้จาก Psychrometric Chart ส่วนเส้นกราฟที่พาดอยู่ระหว่างเส้นทั้ง 2 คือ กราฟความเร็วลม (Air Speed) มีหน่วยเป็นเมตร/วินาที (m/s) ตัวเลขที่ขอบของกราฟความเร็วลมคือ ค่าอุณหภูมิที่เกิดจากปฏิกิริยาความเย็นจากลม เรียกว่า Effective Temperature เมื่อดูที่กราฟความเร็วลม จะเห็นว่า เส้นกราฟจะสอบเข้าหากันและตัดกันที่ค่าอุณหภูมิ 37.8 °C (100 °F) หลังจากนั้น เส้นกราฟความเร็วลมจะผกผันไปในทางตรงข้าม หมายความว่า ถ้ามวลอากาศมีพลังงานความร้อนซึ่งเทียบเท่ากับอุณหภูมิ 37.8 °C (100 °F) แม้ลมจะมีความเร็วมากเท่าไรก็ไม่อาจช่วยให้อุณหภูมิในบริเวณนั้นลดลงได้ และถ้ามวลอากาศมีค่าอุณหภูมิสูงกว่า 37.8 °C (100 °F) จะทำให้อากาศในบริเวณนั้นมีอุณหภูมิสูงขึ้น

การใช้ประโยชน์จาก Effective Temperature หรือ Wind Chill Effect มีปัจจัยที่เกี่ยวข้อง ดังนี้

1.    ความเร็วลม ลมเป็นพาหะที่ใช้ในการพาความร้อนและความชื้นซึ่งส่งผลโดยตรงต่อค่าอุณหภูมิอากาศ ถ้าลมมีความเร็วต่ำกว่า 0.3m/s (60 ft/min) จะไม่เกิดปฏิกิริยานี้ อย่างไรก็ตาม ถ้าลมที่พัดผ่านตัวสัตว์โดยตรงมีความเร็วสูงกว่า 4.0 m/s (800 ft/min) อาจเป็นอันตรายต่อสัตว์ได้ เพราะลมจะพาเอาความชื้นออกจากร่างกายสัตว์ไปด้วย ทำให้สัตว์เกิดการสูญเสียน้ำ (Dehydration) อนึ่ง การใช้ประโยชน์จากความเร็วลมยังขึ้นอยู่กับ ชนิด ประเภท พันธุ์ แหล่งกำเนิด อายุสัตว์ และสภาวะอากาศแวดล้อมอีกด้วย

2.    อุณหภูมิและความชื้นของอากาศ ตามธรรมชาติ อุณหภูมิและความชื้นในอากาศจะมีค่าผกผันกัน กล่าวคือ เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นความชื้นจะต่ำลงหรือเมื่ออุณหภูมิต่ำลงความชื้นจะสูงขึ้น และอากาศที่มีความชื้นสูง จะมีค่าความร้อนจำเพาะ (Specific Heat) และพลังงานความร้อนรวม (Enthalpy) สูงกว่าอากาศที่มีความชื้นต่ำ จะเห็นว่า อุณหภูมิและความชื้นในอากาศเป็นสิ่งสำคัญที่บ่งบอกถึงปริมาณพลังงานความร้อนในอากาศ ซึ่งสามารถวัดค่าได้ในรูปของค่าอุณหภูมิเป็น °Cหรือ°F แล้วแต่กรณี ดังนั้น การระบายอากาศในโรงเรือนอีแว๊ป จึงจำเป็นต้องใช้ความเร็วลมที่เหมาะสม เพื่อทำให้อุณหภูมิอากาศลดลงอย่างเพียงพอต่อความต้องการของสัตว์

เพื่อความเข้าใจเกี่ยวกับปฏิกิริยาความเย็นจากลม (Effective Temperature หรือ Wind Chill Effect) ให้ชัดเจนยิ่งขึ้น จึงขอให้ดูตัวอย่างจากกราฟที่แสดงข้างล่างนี้ โดยแบ่งออกเป็น 3 กรณี ดังนี้

1) กรณีที่ 1 อากาศมีอุณหภูมิตุ้มแห้ง 35 ^oC อุณหภูมิตุ้มเปียก 23.8 ^oC ความชื้นสัมพัทธ์จะมีค่า 38% ถ้าลมมีความเร็ว 3.5 m/s อุณหภูมิอากาศจะลดลงเหลือ 26 ^oC ถ้าลมมีความเร็ว 2.5  m/s อุณหภูมิอากาศจะลดลงเหลือ 26.5 ^oC และถ้าลมมีความเร็ว 1.5 m/s อุณหภูมิอากาศจะลดลงเหลือ 27 ^oC (ข้อมูลโดยประมาณ)

 2) กรณีที่ 2 ในทำนองเดียวกับ กรณีที่ 1 อากาศมีอุณหภูมิตุ้มแห้ง 35 oC แต่อุณหภูมิตุ้มเปียกเปลี่ยนเป็น 30 oC ความชื้นสัมพัทธ์จะมีค่า 68% ถ้าลมมีความเร็ว 3.5, 2.5 และ 1.5 m/s อุณหภูมิอากาศจะลดลงเหลือ 29, 29.7 และ 30.2 oC ตามลำดับ (ข้อมูลโดยประมาณ)

พิจารณาเปรียบเทียบความแตกต่างระหว่าง กรณีที่ 1 กับ กรณีที่ 2 จะเห็นว่าอากาศมีอุณหภูมิเท่ากันคือ 35 C แต่มีความชื้นสัมพัทธ์ต่างกันคือ 38 และ 68 % ตามลำดับ ในขณะที่ลมมีความเร็วเท่ากัน ใน กรณีที่ 1 อุณหภูมิอากาศจะลดต่ำลงมากกว่า กรณีที่ 2 เพราะอากาศที่มีความชื้นสูงจะมีพลังงานความร้อนสูงด้วย ดังนั้น กรณีที่ 1 จึงสามารถลดอุณหภูมิอากาศลงได้มากกว่า กรณีที่ 2

3) กรณีที่ 3 ในทำนองเดียวกับ กรณีที่ 1 แต่อากาศมีอุณหภูมิตุ้มแห้ง 26.8 C ในขณะที่อุณหภูมิตุ้มเปียกเท่าเดิมคือ 23.8 C ความชื้นสัมพัทธ์จะมีค่า 80% ถ้าลมมีความเร็ว 3.5, 2.5 และ 1.5 m/s อุณหภูมิอากาศจะลดลงเหลือ 21, 22 และ 22.5 oC ตามลำดับ (ข้อมูลโดยประมาณ) จะเห็นว่า ในกรณีนี้ อากาศเสมือนไหลผ่านการระเหยน้ำมาแล้ว ทำให้อากาศมีอุณหภูมิต่ำลงและความชื้นสูงขึ้น เมื่อลมมีความเร็วเท่ากัน อุณหภูมิอากาศจะลดลงได้มากกว่า กรณีที่ 1 และ กรณีที่ 2 ทั้งนี้เพราะ อากาศที่มีอุณหภูมิต่ำจะทำให้ประสิทธิภาพของปฏิกิริยาความเย็นจากลม (Effective Temperature หรือ Wind Chill Effect) สูงขึ้น หรือทำให้อุณหภูมิอากาศลดต่ำลงได้มากกว่าอากาศที่มีอุณหภูมิสูง แม้ว่าอากาศที่มีอุณหภูมิต่ำจะมีความชื้นสูงมากกว่าก็ตาม

กล่าวโดยสรุป

แม้ว่า WindChill Index และ Wind Chill Effect (Effective Temperature) จะมีหลักการเช่นเดียวกัน แต่ความเข้าใจและวัตถุประสงค์ในการใช้งานนั้นต่างกันมาก