1
KONDISI IKLIM RATA-RATA DAN ANALISA IKLIM
Kota Surabaya terletak antara 07.210 Lintang Selatan sampai dengan 112.540Bujur Timur . wilayahnya merupakan dataran rendah dengan ketinggian 3-6 m di atas permukaan air laut, kecuali di sebelah selatan ketinggian 25-50 m di atas permukaan air laut. Batas wilayah Surabaya:
Sebelah Utara : Selat Madura Sebelah Timur : Selat Madura Sebelah Selatan : Kabupaten Sidoarjo Sebelah Barat : Kabupaten Gresik.
Desain Lingkungan Termal
2
TEMPERATURE (
oC)
Dari grafik temperature di atas dapat dilihat bahwa kecenderungan temperature tahunan di iklim tropis adalah rata. Temperatur tiap bulannya tidak mengalami fluktuasi yang besar, dengan nilai diurnal 12.58C. Nilai yang kecil bila dibandingkan dengan di iklim yang lain. Pada Bulan Agustus, nilai rata-rata temperaturnya adalah yang paling dingin dibandingkan dengan bulan-bulan yang lain dalam satu tahun, yaitu 26.88C. Sedangkan Bulan Oktober dan November tercatat sebagai bulan yang paling panas dalam satu tahun, dengan suhu 28.98C. Tetapi suhu minimum terendah terdapat pada Bulan Juli, yaitu 19.88C, dan suhu maksimum tertinggi terdapat pada Bulan November, yaitu 308C. Dari sini dapat dilihat bahwa Bulan Agustus adalah bulan terdingin, dan Bulan November adalah bulan terpanas.
Jan Feb Mar Apr Mei Jun Jul Agt Sept Okt Nov Des Rata2
min 22.3 21 22.7 22 22 23.2 19.8 20.2 21 21.6 20.1 22.2 21.5 max 34.8 34.6 34.6 33 32.5 32.8 32.8 33.2 34.5 34.9 35 34.7 34 rata-rata 27.8 27.9 27.7 28 27.9 26.9 26.9 26.8 28.2 28.9 28.9 27.1 27.8 0 5 10 15 20 25 30 35 40 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 bulan te m pe ra tu re min max rata-rata
Figure 1. grafik temperatur satu tahun Table 1. Data temperatur satu tahun
KELEMBABAN (%)
Dari data dan grafik Kelembaban di atas, dapat dilihat bahwa kecenderungan kelembaban dalam satu tahun tidak jauh beda dengan temperatur, yaitu rata, tidak mengalami fluktuasi yang berarti. Hal ini terutama dilihat dari kelembaban rata-rata tiap bulan dalam satu tahun. Rata-rata kelembaban tertinggi adalah di Bulan Maret, yaitu 83%, sedangkan Rata- rata-rata kelembaban terendah adalah di Bulan Oktober, yaitu 73.3%. Yang terlihat memiliki fluktuasi yang sedikit lebih besar adalah pada grafik kelembaban minimum, di mana kelembaban terendah terdapat pada Bulan November, yaitu 31%. Sedangkan pada kelembaban maksimum, yang memiliki nilai paling tinggi adalah di Bulan April yang mencapai 100%.
Jan Feb Mar Apr Mei Jun Jul Agt Sept Okt Nov Des Rata2
min 52 51 52 57 50 61 47 45 40 31 37 53 48
max 95 97 97 100 97 98 98 93 87 87 98 98 95.4
rata-rata 81.2 81.6 83 80 77 79.4 77.9 74 74.5 73.3 73.8 83.6 78.2
Table 2. Data kelembaban dalam satu tahun
0 20 40 60 80 100 120 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 bulan ke le m ba ba n min max rata-rata
Desain Lingkungan Termal
4
ANGIN (knot)
Kondisi angin tahunan bila dilihat dari kecepatan rata-rata tiap bulan dalam satu tahun, cenderung cukup rata terutama pada Bulan Januari sampai Maret hanya berkisar di 6.1 sampai 6.4 knot, atau 3.05 sampai 3.2 m/s. Memasuki Bulan Mei kecepatan angin bertambah dan mencapai puncaknya pada Bulan Juni, yaitu 10.9 knot atau 5.45 m/s. Sedangkan kecepatan rata-rata angin yang paling rendah adalah pada Bulan November, yaitu sebesar 4.4 knot atau 2.2 m/s. Sedangkan bila diperhatikan pada grafik kecepatan angin maksimum, terdapat fluktuasi yang besar dari kecepatan angin tiap Bulannya kecuali Bulan Oktober sampai Desember. Bahkan terdapat satu kondisi khusus yang terjadi di Bulan April, di mana terdapat hari tertentu yang kondisi anginnya sangat kencang, yaitu mencapai 40 knot, atau 20 m/s.
Jan Feb Mar Apr Mei Jun Jul Agt Sept Okt Nov Des Rata2
max 28 25 30 40 21 24 27 25 20 25 25 25 26.3 rata-rata 6.1 6.4 6.1 6.4 10.2 10.9 7.7 7 6.7 5.3 4.4 7.2 7 arah utama 330 320 300 60 160 80 90 100 100 330 350 330 212.5 frekuensi barat laut barat
laut barat timur timur timur timur timur timur timur timur timur
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 bulan ke ce pa ta n an gi n min max rata-rata
Table 3. Data angin dalam satu tahun
Figure 3. Grafik Kecepatan angin dalam satu tahun
LAMA PENYINARAN MATAHARI (%)
Dari grafik di atas dapat dilihat bahwa lama penyinaran matahari di iklim tropis adalah sepanjang hari, meskipun terdapat bulan-bulan tertentuk yang lama penyinaran mataharinya sedikit terganggu dengan adanya awan, yaitu terjadi di Bulan Desember dan Januari, dengan angka 42.8% dan 45%. Sedangkan durasi penyinaran matahari yang paling lama adalah pada Bulan Agustus dan September, yaitu 95.7% dan 93.8%. Jadi bisa dipastikan bahwa pada Bulan Agustus dan September kondisi langit sangat cerah, hanya sedikit sekali awan yang menutupi.
Jan Feb Mar Apr Mei Jun Jul Agt Sept Okt Nov Des Rata2
sunshine
duration 45 67.6 64.5 70 88.1 77.3 85.2 95.7 93.8 75.9 77.9 42.8 41.6
Table 4. Data lama penyinaran matahari dalam satu tahun
0 20 40 60 80 100 120
Jan Feb Mar Apr Mei Jun Jul Agt Sept Okt Nov Des
bulan su ns hi ne du ra tio n sunshine duration
Desain Lingkungan Termal
6
CURAH HUJAN
Dari grafik curah hujan di atas, dapat dilihat bahwa hujan terjadi hampir sepanjang tahun di iklim tropis. Setiap bulan di tahun 2005 terjadi hujan. Hanya 4 bulan dalam satu tahun yang memiliki curah hujan sedikit, yaitu Bulan Agustus sampai November. Curah hujan yang paling sedikit ada pada Bulan Agustus dengan nilai 4.5 mm. Sementara pada bulan-bulan yang lain memiliki curah hujan yang cukup tinggi. Curah hujan yang paling tinggi ada pada Bulan Desember dengan nilai 393 mm.
Jan Feb Mar Apr Mei Jun Jul Agt Sept Okt Nov Des Rata2
hari 24 21 19 18 8 9 8 4 3 7 9 26 13
mm 205.3 292.2 319 256 283 176 121 4.5 15.2 52.9 80.4 393 183.2
Table 5. Data curah hujan dalam satu tahun
Figure 5. Grafik curah hujan dalam satu tahun
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450
Jan Feb Mar Apr Mei Jun Jul Agt Sept Okt Nov Des
bulan cu ra h hu ja n hari mm
ANALISA IKLIM SATU TAHUN
Gambar di samping adalah grafik dari seluruh data iklim yang dibutuhkan untuk memprediksi kondisi lingkungan termal di dalam bangunan.
Dari grafik di samping, tercatat Bulan Terdingin adalah Bulan Agustus dengan suhu rata-rata 26.88C dan Bulan terpanas adalah Bulan November dengan suhu rata-rata 28.98C.
Pada Bulan terdingin yaitu Agustus terdapat potensi dari temperatur itu sendiri yang paling dingin, kelembaban rata-rata, dan kecepatan angin rata-rata. Yang jadi masalah pada bulan ini adalah sunhine duration yang sangat besar, jadi matahari menyinari sepanjang hari hampir tanpa awan, bangunan terkena radiasi yang cukup besar. Curah hujan yang sedikit juga menjadi masalah di bulan ini. Dengan sinar matahari yang tinggi dan curah hujan yang sedikit, akan menyebabkan keadaan iklim di luar bangunan panas dan kering. Panas dalam hal ini adalah panas dari radiasi sinar matahari langsung, untuk temperatur udaranya, Bulan Agustus adalah yang paling dingin dan paling nyaman.
0 5 10 15 20 25 30 35 40 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 bulan te m pe ra tu re min max rata-rata 0 20 40 60 80 100 120 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 bulan ke le m ba ba n min max rata-rata 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 bulan ke ce p at an an gi n min max rata-rata 0 20 40 60 80 100 120
Jan FebMar Apr Mei Jun Jul Agt Sept Okt Nov Des
bulan su ns hi ne du ra tio n sunshine duration 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450
Jan Feb Mar Apr Mei Jun Jul Agt Sept Okt Nov Des
bulan cu ra h hu ja n hari mm
Desain Lingkungan Termal
8
Untuk bulan yang paling panas adalah Bulan November. Masalah yang ada pada bulan ini adalah temperatur udaranya yang tinggi, kecepatan angin rendah, sunshine duration yang masih tinggi, dan curah hujan yang rendah. Potensi yang ada pada bulan ini hanyalah terletak pada kelembabannya yang rendah. Untuk sunshine duration memang masih lebih rendah dan curah hujan masih lebih tinggi daripada Bulan Agustus. Hanya saja, dalam hitungan satu tahun, sunshine duration masih tinggi, dan curah hujan masih sangat rendah. Yang dirasakan di Bulan ini adalah suhu yang tinggi, radiasi matahari yang tinggi, kondisinya kering karena jarang hujan, dan kecepatan angin yang sangat rendah tidak mampu mengurangi hawa panas yang ada. Jadi kondisi paling tidak nyaman terjadi di Bulan November.Dari data iklim di atas bisa didapat degree hour iklim yang diambil dar suhu udara luar. Di sini dapat dilihat bahwa overheating dan underheating hampir sama tingginya. Bahkan dari gambar 8 bisa dilihat bahwa batang underheating lebih tinggi daripada nilai overheating. Hal ini menunjukkan bahwa iklim tropis pada dasarnya masih memberi kenyaman bagi manusia. Tetapi desain dari bangunan merubah kondisi tersebut.
DATA IKLIM : TEMPERATURE DAN GLOBAL IRRADIANCE 24 JAM
DEGREE HOUR IKLIM-40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 AGT NOV C-Kh H+Kh
Figure 7. Degree hour dari data iklim
0 2 4 6 8 10 12 AGT NOV NYAMAN OVERHEATING UNDERHEATING
Figure 8. kondisi kenyamanan iklim
BULAN AGUSTUS
Temperature min : 20.28C Temperataure max : 33.28C Temperature rata-rata : 26.88C GLOBAL IRRADIANCE (Wh/m2) HOUR To agt(0C) HORISONTAL NORTH EAST SOUTH WEST
1 22.4 0 0 0 0 0 2 22 0 0 0 0 0 3 21.6 0 0 0 0 0 4 21 0 0 0 0 0 5 20.6 0 0 0 0 0 6 20.2 0 0 0 0 0 7 20.5 116 168 326 40 40 8 21.4 292 270 421 93 93 9 23.8 476 365 460 141 141 10 28 637 444 433 180 180 11 29.9 758 503 350 206 206 12 31.4 809 528 216 216 216 13 32.6 758 503 205 206 350 14 33.2 637 444 180 180 433 15 33 476 365 141 141 460 16 32.2 292 270 93 93 421 17 31 116 168 40 40 326 18 29.1 0 0 0 0 0 19 27.4 0 0 0 0 0 20 26 0 0 0 0 0 21 25 0 0 0 0 0 22 24.2 0 0 0 0 0 23 23.5 0 0 0 0 0 24 22.8 0 0 0 0 0 223.625 167.83333 119.375 64 119.42
Table 6. Data temperature dan Global Irradiance tiap jam pada Bulan terdingin (Bulan Agustus)
Desain Lingkungan Termal
10
BULAN NOVEMBER
Temperature min : 20.18C Temperataure max : 358C Temperature rata-rata : 28.98C GLOBAL IRRADIANCE(Wh/m2) HOUR To nov(0C) HORISONTAL NORTH EAST SOUTH WEST
1 22.67 0 0 0 0 0 2 22.21 0 0 0 0 0 3 21.68 0 0 0 0 0 4 21 0 0 0 0 0 5 21.5 0 0 0 0 0 6 20.1 13 4 4 4 4 7 20.46 194 55 484 101 55 8 21.5 408 107 570 144 107 9 24.2 625 155 587 178 155 10 29.05 814 194 529 204 194 11 31.25 960 221 409 222 221 12 33 1023 265 232 232 232 13 34.35 960 221 221 222 409 14 35 814 194 194 204 529 15 34.7 625 155 155 178 587 16 33.8 408 107 107 144 570 17 32.4 194 55 55 101 484 18 30.3 13 4 4 4 4 19 28.45 0 0 0 0 0 20 26.72 0 0 0 0 0 21 25.6 0 0 0 0 0 22 24.7 0 0 0 0 0 23 23.9 0 0 0 0 0 24 23.12 0 0 0 0 0 293.792 72.375 147.9583 80.75 147.96
Table 7. Data temperature dan Global Irradiance tiap jam pada Bulan terpanas (Bulan November)
KONDISI IKLIM AGUSTUS
400 500 600 700 800 900 To agt GLOBAL IRRADIANCE HORISONTAL GLOBAL IRRADIANCE NORTH GLOBAL IRRADIANCE EAST
Dari dua grafik kondisi iklim tersebut, bisa dilihat bahwa global irradiance untuk bulan panas lebih besar daripada di bulan dingin. Kejadian ini
Figure 9. Kondisi Iklim Bulan Agustus KONDISI IKLIM NOVEMBER
-200 0 200 400 600 800 1000 1200 0 5 10 15 20 25 30 HOUR To nov GLOBAL IRRADIANCE HORISONTAL GLOBAL IRRADIANCE NORTH GLOBAL IRRADIANCE EAST GLOBAL IRRADIANCE SOUTH GLOBAL IRRADIANCE WEST
Desain Lingkungan Termal
12
berlaku di sisi horizontal, barat, dan timur. Dari sisi selatan sama untuk bulan panas dan dingin, sedangkan dari sisi utara bulan dingin justru memilki global irradiance yang lebih tinggi bila dibandingkan dengan bulan panas.2
DESKRIPSI BANGUNAN
Bangunan yang akan diprediksi lingkungan termalnya adalah bangunan pendidikan IAIN Sunan Ampel Surabaya, khususnya gedung perkuliahan klas B Fakultas Tarbiyah yang lokasinya terletak di dalam kompleks IAIN Sunan Ampel di Jalan A. Yani Surabaya.
Bangunan ini terdiri dari tiga lantai dengan bentuk denah persegi panjang dengan rasio 1:2, tepatnya berukuran 12 x 24 m2. Bangunan ini memilki 10 ruang kelas yang disekat sempurna. Di bawah ini adalah gambar denah dari gedung perkuliahan Fakultas Tarbiyah IAIN Sunan Ampel beserta deskripsi bangunan berupa data dimensi, material, dan thermal properties. Untuk gambar yang lebih jelas dan lebih lengkap bisa dilihat di lampiran.
Figure 11. Denah lantai 1 Figure 12. Denah lantai 2
Desain Lingkungan Termal
14
DATA DIMENSI PARTISI
NORTH EAST SOUTH WEST TOTAL
P (m) (m)L (m)A % (m)P (m)L A (m) % (m)P (m)L (m)A % (m)P (m)L (m)A % AREA 100 312 24 11.5 186.9 67.72 15 11.5 101.22 58.68 24 11.5 204.7 74.17 15 11.5 101.2 59 594.06 2.7 2.2 89.1 32.28 2.7 2.2 71.28 41.32 2.7 2.2 71.28 25.83 2.7 2.2 71.28 41 302.94 100 312 276 172.5 276 172.5 1521
LANTAI 1 LANTAI 2 LANTAI 3 TOTAL
JML A (m) % P (m) L(m) JML A (m) % P (m) L(m) JML A(m) % AREA 24 & 8 12 & 3 312 100 24 & 8 12 & 3 312 100 624 218.55 95.86 12,12,8,8,8,3 4 194.55 95.368 12,12,8,3 3.5 113.1 92.29 526.2 5 9.45 4.14 2.7 0.7 5 9.45 4.6324 2.7 0.7 5 9.45 7.714 28.35 228 204 122.5 1179
Table 8. Data dimensi bangunan
Table 9. Data dimensi partisi
Desain Lingkungan Termal
15
DATA MATERIAL DAN THERMAL PROPERTIES
INTERNAL HEAT GAIN
material U Y sgf abs asg tlg dcr Rso sc sgfxsc
cncrte slab on ground
4 edges exposed 0.36 6 0.02
brick single skin 120 mm
plastrd both sides 15 mm 1.78 4.1 0.25 3 0.83 0.06
wood frame single
6 mm clear glass 5 5 0.76 0.64 0 1 0.25 0.19
pitched roof,tiles,sarking
attic,plastrd board ceiling 2.59 2.6 0.65 0.5 1 0.04
Table 10. Data material dan thermal properties
HOUR
5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 TOTAL
86800 86800 86800 86800 86800 86800 86800 86800 86800 781200 Wh
1600 1600 1600 1600 1600 1600 1600 1600 1600 14400 Wh
88400 88400 88400 88400 88400 88400 88400 88400 88400 795600 Wh
Table 11. Internal Heat Gain.
Perkuliahan dimulai pada pukul 07.00-15.00. sehingga internal heat gain yang berasal dari tubuh manusia hanya berada pada jam-jam tersebut. Sedangkan lampu tidak dinyalakan karena semua ruangan memiliki jendela yang menyebabkan semua ruangan tersebut mendapatkan cahaya matahari. Ketika malam hari lampu juga
Desain Lingkungan Termal
16
3
LINGKUNGAN TERMAL BANGUNAN
Untuk memprediksi lingkungan termal bangunan, setelah data iklim, data bangunan, dan internal heat gain didapat, terlebih dahulu dilakukan perhitungan air change per hour (N) untuk siang dan malam. Pada siang hari diasumsikan jendela dibuka mulai pukul 06.00-18.00. Pada malam hari diasumsikan jendela ditutup pada pukul 18.00-06.00.
Untuk perhitungan air change per-hour digunakan rumus:
Untuk menghitung air change per-hour dibutuhkan nilai Q (air flow rate). Untuk perhitungan Q (air flow rate) digunakan rumus1:
Dari perhitungan tersebut didapatkan nilai air change per-hour yang berbeda untuk bulan panas dan dingin, siang dan malam.
o Agustus siang : 18.4 o Agustus malam : 2.62 o November siang : 11.5 o November malam : 2
Perbedaan ini disebabkan oleh kecepatan angin yang berbeda di bulan yang berbeda. Kecepatan angin digunakan untuk menghitung p (tekanan). Sedangkan perbedaan yang terjadi antara siang dan malam adalah karena luasan bukaan yang berbeda.
1
Markus dan Morris, 1980,Building, Climate and Energy, London:Pitman Publishing Limited
3600 × = V Q N
()Τϕ /Φ9 21.121 Τφ 1 0 0 1 297.12 353.01 Τµ ()
()Τϕ /Φ9 15.809 Τφ 1 0 0 1 344.64 365.73 Τµ ()
0.5 3 1 5 . 0 2 2 2 1 2 1 827 . 0 × ∆ − + = p m s A A A A QEquation 1. air change per hour
Equation 2. air flow rate
Setelah nilai air change per-hour didapatkan, maka perhitungan prediksi lingkungan termal dalam bangunan sudah bisa dilakukan. Perhitungan yang dilakukan adalah perhitungan pada bulan terdingin dan terpanas. Rumus-rumus2 yang digunakan dalam perhitungan tersebut antara lain:
Qs (opaque) = (A x U) x abs x Rso x G Qs (transparent) = A x Sgf x G Qv = 0.33 x N x V
()Τϕ /Φ9 15.887 Τφ 1 0 0 1 255.12 565.41 Τµ ()
qc
qv
Q
Toav
Tiav
s i+
+
=
+ sQv = 0.33 x N x V x (Tot – Tav) sQcg=A x U x (Tot – Tav) sQcs=A x U x dcr x (Tot-tlg– Tav) sQsg=A x asg x (Gt – Gav)sQss=A x U x dcr x abs x Rso x (Gt-tlg– Gav)
()Τϕ /Φ9 15.898 Τφ 1 0 0 1 246 430.05 Τµ ()
qa
qv
sQt
Tiav
Ti
t=
+
+
Dengan menggunakan rumus-rumus di atas didapatkan lingkungan termal bangunan. Untuk perhitungan lebih detail dapat dilihat di lampiran, yaitu perhitungan pukul 06.00, 14.00, 20.00, 24.00 untuk bulan terdingin dan terpanas. Dari perhitungan ini didapatkan profil temperatur selama 24 jam yang akan dianalisa kenyamanan termalnya dengan menggunakan degree hours.
Desain Lingkungan Termal
18
PROFIL TEMPERATUR BULAN AGUSTUS
Toav = 26,80C Tn = 17.6 + 0.31Toav = 25.9 GLOBAL IRRADIANCE(Wh/m2) HOUR To agt
(0C) Ti(0C) Tn-2 Tn+2 H+Kh C-Kh HORISONTAL NORTH EAST SOUTH WEST
1 22.4 26.4 23.9 27.9 0 0 0 0 0 2 22 26.3 23.9 27.9 0 0 0 0 0 3 21.6 26.2 23.9 27.9 0 0 0 0 0 4 21 26 23.9 27.9 0 0 0 0 0 5 20.6 25.9 23.9 27.9 0 0 0 0 0 6 20.2 22.6 23.9 27.9 -1.29 0 0 0 0 0 7 20.5 27 23.9 27.9 116 168 326 40 40 8 21.4 27.9 23.9 27.9 292 270 421 93 93 9 23.8 29.7 23.9 27.9 1.76 476 365 460 141 141 10 28 32.4 23.9 27.9 4.536 637 444 433 180 180 11 29.9 33.8 23.9 27.9 5.889 758 503 350 206 206 12 31.4 34.7 23.9 27.9 6.831 809 528 216 216 216 13 32.6 35.7 23.9 27.9 7.774 758 503 205 206 350 14 33.2 36 23.9 27.9 8.117 637 444 180 180 433 15 33 35.7 23.9 27.9 7.811 476 365 141 141 460 16 32.2 31.4 23.9 27.9 3.51 292 270 93 93 421 17 31 30.3 23.9 27.9 2.346 116 168 40 40 326 18 29.1 28.8 23.9 27.9 0.873 0 0 0 0 0 19 27.4 28.2 23.9 27.9 0.263 0 0 0 0 0 20 26 27.7 23.9 27.9 0 0 0 0 0 21 25 27.3 23.9 27.9 0 0 0 0 0 22 24.2 27 23.9 27.9 0 0 0 0 0 23 23.5 26.8 23.9 27.9 0 0 0 0 0 24 22.8 26.6 23.9 27.9 0 0 0 0 0 -1.29 49.71
Table 12. profil temperature 24 jam Bulan Agustus
Dari grafik profil temperature Bulan Agustus dapat dilihat kondisi termal di dalam bangunan pada bulan tersebut. Temperatur di dalam bangunan hampir sepanjang tahun berada di atas temperatur di luar bangunan, atau dengan kata lain suhu di dalam lebih panas daripada di luar. Tetapi hal ini tidak berlaku pada pukul 16.00, 17.00, dan 18.00. Pada jam-jam tersebut suhu udara luar adalah 32.20C, 310C, 29.10C, sedangkan suhu di dalam bangunan adalah 31.40C, 30.30C, 28.80C. Hal ini disebabkan karena pada pukul 16.00 dan 17.00, aktivitas di dalam bangunan sudah tidak ada, sementara kondisi jendela masih terbuka sehingga air change per-hour masih besar. Sedangkan pada pukul 18.00, internal heat gain = 0, tetapi jendela sudah ditutup sehingga air change per hour kecil, yaitu 2.62. Tetapi suhu di dalam bangunan tetap lebih rendah. Ini disebabkan karena pada pukul 18.00 matahari sudah tidak bersinar sehingga nilai G=0. Secara umum, suhu di dalam bangunan tidak berbeda terlalu jauh dengan suhu di luar bangunan.
Dari grafik tersebut juga bisa dilihat bahwa kenyamanan sempat dirasakan pada pukul 20.00-05.00 dan pukul 07.00-08.00. sedangkan pada pukul
Figure 15. Profil Temperature Agustus PROFIL TEMPERATURE AGUSTUS
-10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 101112131415161718192021222324 HOUR To agt Ti Tn-2 Tn+2 GLOBAL IRRADIANCE HORISONTAL GLOBAL IRRADIANCE NORTH
GLOBAL IRRADIANCE EAST GLOBAL IRRADIANCE SOUTH
Desain Lingkungan Termal
20
06.00 dicapai keadaan underheating dengan suhu 22.60C. Hal ini disebabkan karena pada pukul 06.00 aktivitas masih belum berjalan sehingga Qi = 0, jendela sudah terbuka sehingga air change per-hour besar, yaitu 18.4, dan suhu di luar bangunan mencapai suhu minimum, yaitu 20.20C. Selebihnya keadaan underheating yang terjadi. Suhu terpanas dicapai pada pukul 14.00, yaitu 360C. Hal ini disebabkan karena suhu udara luar pada jam tersebut juga mencapai titik tertinggi yaitu 33.20C. Keadaan ini juga diperkuat oleh global irradiance dari sisi barat yang mencapai puncaknya pada pukul 15.00, tetapi sudah tinggi pada pukul 14.00.PROFIL TEMPERATUR BULAN NOVEMBER
Toav = 28,90C Tn = 17.6 + 0.31Toav = 26.60C GLOBAL IRRADIANCE(Wh/m2) HOUR To NOV(0C) Ti(0C) Tn-2 Tn+2 H+Kh C-Kh HORISONTAL NORTH EAST SOUTH WEST
1 22.67 28.4 24.6 28.6 0 0 0 0 0 2 22.21 28.3 24.6 28.6 0 0 0 0 0 3 21.68 28.1 24.6 28.6 0 0 0 0 0 4 21 28 24.6 28.6 0 0 0 0 0 5 21.5 28.2 24.6 28.6 0 0 0 0 0 6 20.1 24.4 24.6 28.6 -0.2 13 4 4 4 4 7 20.46 30.6 24.6 28.6 194 55 484 101 55 8 21.5 31.6 24.6 28.6 408 107 570 144 107 9 24.2 33.2 24.6 28.6 625 155 587 178 155 10 29.05 35.8 24.6 28.6 7.279 814 194 529 204 194 11 31.25 37.1 24.6 28.6 8.545 960 221 409 222 221 12 33 38 24.6 28.6 9.46 1023 265 232 232 232 13 34.35 39 24.6 28.6 10.45 960 221 221 222 409 14 35 39.4 24.6 28.6 10.87 814 194 194 204 529 15 34.7 39.2 24.6 28.6 10.62 625 155 155 178 587 16 33.8 33.3 24.6 28.6 4.716 408 107 107 144 570 17 32.4 32.2 24.6 28.6 3.639 194 55 55 101 484 18 30.3 31 24.6 28.6 2.392 13 4 4 4 4 19 28.45 30.3 24.6 28.6 1.692 0 0 0 0 0 20 26.72 29.8 24.6 28.6 1.198 0 0 0 0 0 21 25.6 29.3 24.6 28.6 0.75 0 0 0 0 0 22 24.7 29 24.6 28.6 0.462 0 0 0 0 0 23 23.9 28.8 24.6 28.6 0.208 0 0 0 0 0 24 23.12 28.5 24.6 28.6 0 0 0 0 0 -0.2 72.28
Table 13. profil temperature 24 jam Bulan November
Dari grafik profil temperature Bulan November dapat dilihat kondisi termal di dalam bangunan pada bulan tersebut. Temperatur di dalam bangunan hampir sepanjang tahun berada di atas temperatur di luar bangunan, atau dengan kata lain suhu di dalam lebih panas daripada di luar. Tetapi hal ini tidak berlaku pada pukul 16.00, 17.00, dengan selisih yang tipis antara suhu luar dan dalam. Pada jam-jam tersebut suhu udara luar adalah 33.80C, 32.40C, sedangkan suhu di dalam bangunan adalah 33.30C dan 32.20C. Hal ini disebabkan karena pada pukul 16.00 dan 17.00, aktivitas di dalam bangunan sudah tidak ada, sementara kondisi jendela masih terbuka sehingga air change per-hour masih besar.
Dari grafik tersebut juga bisa dilihat bahwa kenyamanan sempat dirasakan pada pukul 24.00-05.00 dan pukul 07.00-09.00. sedangkan pada pukul 06.00 dicapai keadaan underheating dengan suhu 24.40C. Hal ini disebabkan karena pada pukul 06.00 aktivitas masih belum berjalan sehingga Qi = 0, jendela sudah terbuka sehingga air change per-hour besar, yaitu 11.5, dan suhu
Figure 16. Profil Temperature November PROFIL TEMPERATURE NOVEMBER
-20 0 20 40 60 80 100 120 0 5 10 15 20 25 30 HOUR To NOV Ti Tn-2 Tn+2 GLOBAL IRRADIANCE HORISONTAL GLOBAL IRRADIANCE NORTH GLOBAL IRRADIANCE EAST GLOBAL IRRADIANCE SOUTH GLOBAL IRRADIANCE WEST
Desain Lingkungan Termal
22
di luar bangunan mencapai suhu minimum, yaitu 20.10C. Selebihnya keadaan underheating yang terjadi. Suhu terpanas dicapai pada pukul 14.00, yaitu 39.40C. Hal ini disebabkan karena suhu udara luar pada jam tersebut juga mencapai titik tertinggi yaitu 350C. Keadaan ini juga diperkuat oleh global irradiance dari sisi barat yang mencapai puncaknya pada pukul 15.00, tetapi sudah tinggi pada pukul 14.00.DEGREE HOUR
Dari grafik degree hour di atas dapat dilihat bahwa kondisi yang paling banyak adalah kondisi overheating, di mana overheating di Bulan November jauh lebih tinggi daripada di Bulan Agustus. Keadaan underheating sempat dirasakan, tetapi sangat kecil dibandingkan dengan overheating, dan keadaan underheating lebih besar di Bulan Agustus daripada Bulan November.
DEGREE HO UR -1 0 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 A G T NO V C- K h H+K h
Figure 17. Degree hour
Bila dibandingkan antara Degree hour bangunan dan degree hour iklim, terdapat perbedaan yang cukup besar. Keadaan overheating pada degree hour bangunan lebih tinggi daripada degree hour iklim, dan keadaan underheating pada bangunan jauh lebih sedikit dibandingkan dengan degree hour iklim. Dari sini dapat dilihat bahwa desain bangunan sangat mempengaruhi kondisi termal. Dalam hal ini membuat suhu udara menjadi lebih panas.
WAKTU DAN DURASI KENYAMANAN
BULAN JAM AGT NYAMAN 1-5, 7-9 OVER 9 s/d 19 UNDER 6 NOV NYAMAN 24-5, 7-9 OVER 10 s/d 1 UNDER 6
Table 14. waktu kenyamanan. DEG REE HO UR IKL IM
- 4 0 - 3 0 - 2 0 - 1 0 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 A G T NO V C- K h H+ K h
Desain Lingkungan Termal
24
AGT NOV
NYAMAN 12 9
OVERHEATING 11 14
UNDERHEATING 1 1
Dari grafik durasi kenyamanan dapat dilihat bahwa pada Bulan Agustus, kondisi nyaman lebih banyak dirasakan daripada kondisi overheating dan underheating. Sementara itu pada Bulan November, kondisi nyaman berkurang, sementara kondisi overheating bertambah. Dari sini dapat disimpulkan bahwa AC lebih banyak dibutuhkan di Bulan November daripada Agustus.
Table 15. durasi kenyamanan.
0 2 4 6 8 10 12 14 16 AGT NOV NYAMAN OVERHEATING UNDERHEATING
Figure 18. durasi kenyamanan
0 2 4 6 8 10 12 A G T N O V N Y A M A N O V E RH E A TING U ND E RH E A TING
Figure 19. durasi kenyamanan iklim
Bila dibandingkan antara kondisi kenyamanan bangunan dan kondisi kenyamanan iklim, sangat jauh berbeda. Kondisi nyaman di iklim lebih sedikit daripada dalam bangunan. Kondisi overheating juga mengalami hal yang sama. Sedangkan untuk kondisi underheating pada iklim jauh lebih tinggi dibandingkan dengan di dalam bangunan. Dari sini juga dapat disimpulkan bahwa desain bangunan sangat mempengaruhi kondisi termal dan membuat suhu udara jauh lebih panas sehingga AC sangat dibutuhkan.
Desain Lingkungan Termal
26
4
PERAIN DESAIN DALAM KAITANNYA DENGAN
KENYAMANAN TERMAL
Bila dilihat dari analisa grafik profil temperatur dan degree hour, dapat disimpulkan bahwa kondisi termal di dalam bangunan berbeda dengan di luar bangunan, di mana keadaannya yaitu di dalam bangunan jauh lebih panas daripada di luar bangunan. Di atas sudah disebutkan bahwa pada waktu-waktu tertentu terjadi hal sebaliknya di mana disebabkan oleh aktivitas di dalam bangunan dan air change per hour. Lalu bagaimana dengan peran desain bangunan itu sendiri dalam memodifikasi iklim? Pada tabel 16 disebutkan mateial pada setiap elemen bangunan. Tabel 17 dan figure 20 menunjukkan panas yang disumbangkan oleh
tiap-tiap elemen bangunan dan
orientasinya. Agt Nov % bangunan Area U Q Q area Floor 312 0.36 N. wall 187 1.78 837.53 361.1679 67.7 window 89.1 5 2841.3 4900.946 32.3 E. wall 101 1.78 322.62 399.8683 58.7 window 71.3 5 1616.7 8015.317 41.3 S. wall 205 1.78 349.83 441.3814 74.2 window 71.3 5 866.76 4374.454 25.8 W. wall 101 1.78 322.73 399.8683 58.7 window 71.3 5 1617.3 8015.317 41.3 roof 312 2.59 4698.4 6172.586 BUILDING ELEMENT material
cncrte slab on ground
FLOOR 4 edges exposed
brick single skin 120 mm WALL plastrd both sides 15 mm
wood frame single
WINDOW 6 mm clear glass
pitched roof,tiles,sarking ROOF attic,plastrd board ceiling
Table 16. material bangunan
Table 17. panas yang disumbangkan oleh elemen bangunan dan orientasi
PERAN DESAIN DAN ORIENTASI 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000
Floor N. wall window E. wall window S. wall window W. wall window roof
Area U Agt Q Nov Q
Dari grafik di atas dapat dilihat bahwa panas terbesar pada Bulan Agustus disumbangkan oleh atap bangunan, kemudian jendela juga berperan tapi tidak terlalu banyak, sedangkan dinding tidak terlalu berarti menyumbang panas. Jendela yang paling banyak menyumbang panas adalah yang berada di sisi utara, sementara sisi selatan merupakan penyumbang panas yang paling kecil. Dinding sebelah utara juga yang menyumbang panas paling besar bila dibandingkan dengan dinding di sisi-sisi yang lain. Hal ini disebabkan radiasi di sisi utara pada Bulan Agustus memiliki nilai yang besar.
Pada Bulan November, penyumbang panas yang paling besar justru pada jendela di sisi timur dan barat. Radiasi di kedua sisi ini memiliki nilai yang tinggi dibanding kedua sisi lainnya. Penyumbang panas terbesar berikutnya adalah dari atap.
Dari sini dapat disimpulkan bahwa sisi yang paling panas dari bangunan adalah atap serta jendela di sisi barat dan timur. Di sini jendela di sisi barat dan timur memiliki peran yang paling besar menyumbang panas. Sedangkan sisi yang terdingin terletak pada sisi selatan. Hal ini juga disebabkan oleh area jendela pada dinding. Di sisi timur, jendela memiliki area 41,3%. Hampir seluas dinding. Hal ini juga terjadi di sisi barat. Sedangkan di sisi selatan, jendela
Desain Lingkungan Termal
28
memiliki area 25,8%. Merupakan area yang paling kecil dari seluruh sisi. Hal inilah yang menyebabkan area ini menyumbangkan panas yang paling kecil.PERAN DESAIN 0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 Q Q
Area U Agt Nov
Floor wall window roof
Bila dilihat dari total area keseluruhan, dapat dipastikan bahwa jendelalah yang menjadi penyumbang panas terbesar, terutama pada Bulan November. Yang menduduki peringkat kedua adalah atap, dan penyumbang terakhir adalah dinding.
Jendela berperan paling banyak dalam membuat bangunan menjadi lebih panas karena di antara semua elemen, nilai u dari jendela memiliki nilai yang paling tinggi, yaitu 5. Atap menduduki peringkat kedua dengan nilai u 2,59, sedangkan dinding hanya 1,78. dari sini dapat dilihat bahwa jendela mempunyai kemampuan menyalurkan panas paling besar.
Agt Nov bangunan Area U Q Q Floor 312 0.36 wall 594.06 1.78 1832.705 1602.286 window 302.94 5 6942.019 25306.03 roof 312 2.59 4698.379 4698.379
Table 18. panas yang disumbangkan oleh total area elemen bangunan
Figure 21. grafik peran desain
5
DAFTAR PUSTAKA
Markus dan Morris, 1980, Building, Climate and Energy, London:Pitman Publishing Limited
Szokolay, 1987, Thermal Design of Building, Canberra: RAIA Education Division Surabaya dalam Angka 2005, Surabaya: Badan Pusat Statistik
Desain Lingkungan Termal
30
6
LAMPIRAN
BUILDING
ELEMENT material
cncrte slab on ground
FLOOR 4 edges exposed
brick single skin 120 mm WALL plastrd both sides 15 mm
wood frame single
WINDOW 6 mm clear glass
pitched roof,tiles,sarking ROOF attic,plastrd board ceiling
