KENYAMANAN THERMAL PADA
BANGUNAN
Makalah Fisika Bangunan
Anggota Kelompok : Hafizh Satria Ramadhan
M. Nur Hidayat Danan Jaya Tri Yanuar
Gege
UNIVERSITAS NEGERI SURABAYA
FAKULTAS TEKNIK
PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL
2012
PEMBAHASAN MATERI 1.1 PENGERTIAN
kalor yaitu bentuk energi yang berpindah dari benda yang suhunya lebih tinggi ke benda yang suhunya lebih rendah ketika benda bersentuhan. Sementara ilmu bangunan adalah ilmu pengetahuan yang mempelajari hal-hal yang berhubungan dengan perencanaan dan pelaksanaan pembuatan maupun perbaikan bangunan
kondisi termal bangunan merupakan faktor–faktor yang merupakan karakteristik dari aspek-aspek susunan bangunan yang berhubungan dengan persoalan termal. Secara sistematik kondisi termal bangunan menyangkut pertama, segala sesuatu yang berhubungan dengan bagaimana proses keseimbangan termal tersebut berjalan dalam status kondisi tertentu. Selain hal tersebut proses penghantaran dan kelakuan panas yang terjadi juga merupakan persoalan-persoalan dasar yang harus dipahami secara menyeluruh.
Sistem termal (thermal system) dalam bangunan dapat dijelaskan bahwa selalu terjadi keseimbangan termal antara dalam bangunan dan luar bangunan. Untuk mencapai kondisi nyaman, maka kondisi termal dalam bangunan harus seimbang (Szokolay, 1980). Arsitektur yang
berlandaskan pada pendekatan disain pasif dan minimum energi dengan memanfaatkan energi alam iklim setempat untuk menciptakan kondisi kenyamanan bagi penghuninya.
Dicapai dengan organisasi morfologi bangunan dengan metode pasif antara lain konfigurasi bentuk massa bangunan dan perencanaan tapak, orientasi bangunan, disain fasade,peralatan pembayangan, instrumen penerangan alam, warna selubung bangunan, lansekap horisontal dan vertikal, ventilasi alamiah.
1.2 PENJELASAN
Orientasi bangunan selalu dikaitkan dengan kenyamanan thermal dan penggunaan energi bangunan. Orientasi bangunan Timur–Barat pada makalah ini berarti sisi bangunan yang terbesar menghadap Timur dan Barat. Hal ini berakibat kedua sisi tersebut mendapat radiasi matahari pagi dan sore yang relatif berpotensi memanaskan ruang-ruang di dalamnya dan menimbulkan ketidaknyamanan thermal. Pengguna bangunan dapat terganggu dan membutuhkan berbagai asesoris bangunan seperti pembayang matahari dan pengkondisisan udara buatan agar dapat menggunakan ruang tersebut dengan baik. Berbeda dengan bangunan yang berorientasi Utara dan Selatan, bangunan tidak mendapatkan radiasi matahari sebesar sisi Timur dan Barat,
sehingga ruang-ruang yang menghadap Utara dan Selatan lebih nyaman untuk digunakan dan tidak membutuhkan pembayang matahari yang besar atau pengkondisian udara buatan.
Orientasi bangunan ini merupakan salah satu aspek dalam penataan bangunan yang harus dipertimbangkan dengan baik tetapi seringkali kondisinya memaksakan bangunan tersebut beorientasi Timur dan Barat. Beberapa aspek yang memaksa bangunan berorientasi Timur dan Barat adalah struktur jalan, harga tanah, topografi atau aspek lainnya. makalah ini berusaha membahas pengaruh orientasi bangunan pada suatu kawasan terhadap temperatur udara kawasan, hal ini terkait dengan karakteristik sudut datang horisontal dan vertikal radiasi matahari di daerah katulistiwa sepanjang tahun pada pagi dan sore dominan dari arah Timur dan Barat. Terlebih lagi sebagai daerah tropis, memiliki lingkungan yang panas hamper sepanjang tahun.
Pembayang matahari dan pengkondisian udara buatan agar dapat menggunakan ruangan dengan baik. Sebaliknya dengan bangunan yang berorientasi Utara-Selatan,bangunan tidak akan mendapat radiasi matahari sebesar sisi Timur dan Barat, sehingga ruang-ruang yang menghadap Utara dan Selatan lebih nyaman untuk digunakan dan tidak membutuhkan pembayang matahari dan pengkondisi udara buatan. Contoh yang diberikan merupakan contoh dalam mengatur bentuk dan arah orientasi bangunan dari radiasi langsung matahari. Selain itu, posisi lokal dari equator perlu diperhatikan.Misalnya pada daerah dingin, radiasi matahari sangat diperlukan banyak pada waktu musim dingin. Berbeda dengan tempat pada iklim tropis, dimana perambatan panas kedalam ruangan harus memperhatikan kenaikan suhu udara di dalam ruangan. Fungsi laindari adanya bukaan jendela yaitu untuk lebih merespons arah angin datang agar proses penghawaan di dalam bangunan akan berjalan lebih baik dan mengurangi panas yang tersimpan di dalam bangunan. Pada daerah tropis, dianjurkan dalam membuat orientasi bangunan, sumbu panjang bangunan sejajar dengan sumbu timur dan barat dan bersudut 5derajat dari sumbu timur barat. Hal tersebut dimaksudkan agar bukaan yang ada menghadap utara dan selatan, sehingga bangunan berorientasi Utara-Selatan. Penetrasi sinar matahari langsung dapat diminimalkan karena sisi terpendek yang berhadapandengan matahari berada pada sisi timur dan barat.
1. Orientation dan aperture geometry (orientasi dan bukaan jendela)
Orientasi dan bukaan jendela merupakan aspek yang selalu berkaitan erat dalam mengendalikan radiasi matahari yang masuk bangunan. Bangunan dengan kebutuhan sinar matahari untuk menghangatkan ruangan membutuhkan bukaan dari arah orientasi menuju sinar matahari. Sebaliknya bangunan dengan tingkat kebutuhan radiasi panas yang rendah
membutuhkan bukaan dan ara orientasi yang menghindari bertatapan langsung dengan sinar matahari. Contohnya yaitu orientasi bangunan Timur-Barat berarti sisi bangunan yang terbesar mengadap arah Timur dan Barat, yang mengakibatkan kedua sisi tersebut mendapat radiasi matahari pagi dan sore yang relative berpotensi memanaskan ruang-ruang di dalamnya dan menimbulkan ketidaknyamanan termal. Pengguna bangunan dapat terganggu dan membutuhkan aksesoris bangunan seperti pembayang matahari dan pengkondisian udara buatan agar dapat menggunakan ruangan tersebut dengan baik. Sebaliknya dengan bangunan yang berorientasi Utara-Selatan, bangunan tidak akan mendapat radiasi matahari sebesar sisi Timur dan Barat, sehingga ruang-ruang yang menghadap Utara dan Selatan lebih nyaman untuk digunakan dan tidak membutuhkan pembayang matahari dan pengkondisi udara buatan. Contoh yang diberikan merupakan contoh dalam mengatur bentuk dan arah orientasi bangunan dari radiasi langsung matahari. Selain itu, posisi lokal dari equator perlu diperhatikan. Misalnya pada daerah dingin, radiasi matahari sangat diperlukan banyak pada waktu musim dingin. Berbeda dengan tempat pada iklim tropis, dimana perambatan panas ke dalam ruangan harus memperhatikan kenaikan suhu udara di dalam ruangan. Fungsi lain dari adanya bukaan jendela yaitu untuk lebih merespons arah angin datang agar proses penghawaan di dalam bangunan akan berjalan lebih baik dan mengurangi panas yang tersimpan di dalam bangunan. Pada daerah tropis, dianjurkan dalam mebuat orientasi bangunan, sumbu panjang bangunan sejajar dengan sumbu timur dan barat dan bersudut 5 derajat dari sumbu timur barat. Hal tersebut dimaksudkan agar bukaan yang ada menghadap utara dan selatan, sehingga bangunan berorientasi Utara-Selatan. Penetrasi sinar matahari langsung dapat diminimalkan karena sisi terpendek yang berhadapan dengan matahari berada pada sisi timur dan barat.
2. Shading devices (elemen pembayangan)
Penggunaan elemen pembayang merupakah langkah lanjutan yang dapat ditempuh setelah mengendalikan orientasi dan bukaan jendela. Orientasi dan bukaan jendala tak dapat ditoleransi dikarenakan kebutuhan perancangan, sehingga elemen pembayangan menjadi hal yang sangat penting dalam proses pengendalian radiasi matahari. Elemen pembayangan sangat fleksibel, karena dapat dirancang sesuai dengan posisi dan arah kedatangan radiasi matahari, sehingga bukaan dapat terlindung dari radiasi sinarlangsung. Elemen pembayangan dibagi menjadi 2 klasifikasi, yaitu :
•Elemen pembayangan permanen (fixed shading elements)Elemen pembayangan jenis ini bersifat permanen, yang terbagi menjadi 2 elemen dilihat berdasarkan posisi, yaitu posisi eksternal dan posisi internal. Posisieksternal meliputi bentuk overhang, vertical fins,
kombinasi horizontal dan vertical (egg-crate type). Sedangkan posisi internalmeliputi bentuk ligh-shelves dan louvre di atas jendela.
•Elemen yang dapat diatur (adjustable/retracable shading elements)Merupakan elemen pembayangan yang dapat diatur, terdiri dari 2 elemen berdasarkanposisinya, yaitu posisi eksternal dan internal. Elemen eksternal yaitu tenda, awning,blinds, pergola. Sedangkan yang termasuk elemen internal yaitu curtains, rollers,venetian blinds.Elemen-elemen tersebut penggunaan operasionalnya sangat tergantungdari kebutuhan dari ruangan tersebut. Kombinasi dari penggunaanelemen pembayangan eksternal dan internal dapat memberikanpengendalian radiasi matahari yang lebih efisien, karena elementersebut dapat diubah menurut musim maupun harian. Elemenpembayangan yang sering digunakan yaitu teritisan yang terletak diatap rumah. Panjang teritisan pada keempat sisi rumah berbeda karenaberhubungan pada bukaan dinding (jendela) tidak sama pada keempat sisi. Teritisanberfungsi untuk pembayangan dan bermanfaat untuk menghidari tampias jika musimpenghujan dan melindungi bukaan. Pelindung lain dapat berupa pohon dan tirai
untuk menghindari sinar matahari langsung.Shading yang efektif digunakan harus sesuai dengan posisi lokal dan ekuator. Untuk wilayah yang berada di daerah equator atau khatulistiwa, lebih baik menggunakan elemenpembayangan permanen, sedangkan untuk daerah yang jauh dari khatulistiwa tidak diperlukan elemen pembayangan. Bangunan yang memiliki orientasi bukaan ke sisiBarat-Timur membutuhkan tambahan elemen pembayangan berupa elemen pembayanganyang dapat diatur, yaitu Louvres.
3. Prperty of opaque dan transparent surface (bahan yang tak tembus cahaya dan transparan)
Bahan yang bersifat opaque dan permukaannya transparan mempunyai sifat yang berbeda dalam meneruskan radiasi langsung sinar matahari. Bahan yang bersifat transparan contohnya adalah kaca. Cara yang dilakukan untuk mengendalikan radiasi matahari dengan
mengendalikan thermal property dari material kaca, sehingga penetrasi radiasi matahari dapat diatur jumlahnya. Penetrasi radiasi matahari menuju bangunan melalui jendela ditentukan oleh kualitas solar optical dari material kaca tersebut. Sifat material transparan dapat dikendalikan melalui aspek reflectivity, solar transmittance, dan absoprptance. Material transparan yang baik adalah dapat melewatkan cahaya tampak matahari namun mencegah masuknya panas dari radiasi matahari (infra-merah), untuk itulah dilakukan manipulasi sifat dari suatu bahan material yang sampai saat ini masih dikembangkan. Bahan yang bersifat opaque yang dapat dimanfaatkan untuk mengendalikan radiasi matahari contohnya adalah dinding bata dan beton. Penggunaanya seperti untuk dinding bangunan maupun sebagai langit-langit. Radiasi matahari langsung akan masuk melalui atap, sehingga diperlukan pemasangan langit-langit, sehingga panas yang masuk dari atap dapat dicegah. Dinding bangunan sebaiknya menggunakan yang terdiri dari material yang dapat menghambat terjadinya perambatan panas secara cepat, baik memiliki sifat resistif maupun kapasitif. Penggunaan material tersebut dapat mengatur time lag atau keterlambatan waktu panas yang masuk dari luar bangunan ke dalam bangunan. Contohnya ialah apabila radiasi panas matahari mencapai puncaknya saat jam 12 siang yaitu misalnya 34°C, maka panas yang dirasakan di dalam bangunan mencapai maksimal dapat diatur misalnya panas maksimal dalam bangunan mencapai suh 28°C pada jam 3 sore. Hal tersebut dapat meringankan beban dari pendingin, karena tidak perlu dipakai terus-menerus dan lebih menghemat energi. Pemakaian beton, aspal, dan paving block di sekeliling bangunan harus dihindari agar panas dari radiasi matahari tidak menyebar dan masuk ke dalam bangunan.
FAKTOR LUAR BANGUNAN
Faktor diluar bangunan yang dapat berfungsi sebagai elemen pembayangan adalahvegetasi di sekitar bangunan. Vegetasi yang berada dekat dengan jendela dapatmemberikan efek pembayangan dan mengakibatkan berkurangnya radiasi langsungmatahari. Penempatan vegetasi yang baik biasanya berada pada sisi Barat atau Timur,karena akan memanfaatkan panas untuk proses asimulasi sehingga akan menambah sejuk udara sekeliling bangunan.
Prperty of opaque dan transparent surface (bahan yang tak tembus cahaya dantransparan) Bahan yang bersifat opaque dan permukaannya transparan mempunyai sifat yang berbedadalam meneruskan radiasi langsung sinar matahari. Bahan yang bersifat
transparancontohnya adalah kaca. Cara yang dilakukan untuk mengendalikan radiasi mataharidengan mengendalikan thermal property dari material kaca, sehingga penetrasi radiasimatahari dapat diatur jumlahnya. Penetrasi radiasi matahari menuju bangunan melalui jendela ditentukan oleh kualitas solar optical dari material kaca tersebut. Sifat materialtransparan dapat dikendalikan melalui aspek reflectivity, solar transmittance, danabsoprptance. Material transparan yang baik adalah dapat melewatkan cahaya tampak matahari namun mencegah masuknya panas dari radiasi matahari (infra-merah), untuk itulah dilakukan manipulasi sifat dari suatu bahan material yang sampai saat ini masihdikembangkan. Bahan yang bersifat opaque yang dapat dimanfaatkan untuk mengendalikan radiasi matahari contohnya adalah dinding bata dan beton. Penggunaanyaseperti untuk dinding bangunan maupun sebagai langit-langit. Radiasi matahari langsungakan masuk melalui atap, sehingga diperlukan pemasangan langit-langit, sehingga panas yang masuk dari atap dapat dicegah. Dinding bangunan sebaiknya menggunakan yang terdiri dari material yang dapat menghambat terjadinya perambatan panas secara cepat,baik memiliki sifat resistif maupun kapasitif. Penggunaan material tersebut dapatmengatur time lag atau keterlambatan waktu panas yang masuk dari luar bangunan kedalam bangunan. Contohnya ialah apabila radiasi panas matahari mencapai puncaknyasaat jam 12 siang yaitu misalnya 34°C, maka panas yang dirasakan di dalam bangunanmencapai maksimal dapat diatur misalnya panas maksimal dalam bangunan mencapai suh28°C pada jam 3 sore. Hal tersebut dapat meringankan beban dari pendingin, karena tidak perlu dipakai terus-menerus dan lebih menghemat energi. Pemakaian beton, aspal, danpaving block di sekeliling bangunan harus dihindari agar panas dari radiasi matahari tidak menyebar dan masuk ke dalam bangunan
Radiasi matahari (orientasi/posisi bangunan terhadap arah radiasi) Bentuk-bentuk dan orientasi yang di anjurkan :
1. Daerah Dingin
Mengurangi area permukaan bangunan akan mengurangi eksposur terhadap suhu rendah.
Memaksimalkan serapan radiasi matahari.
Mengurangi kehilangan panas melalui radiasi konduksi dan penguapan.
Menyediakan pelindung angin
2. Daerah Temperatur Sedang
Perpanjangan bentuk bangunan dalam arah timur-barat dan memaksimalkan bidang
selatan.
Meminimumkan eksposur bidang timur dan barat, yang biasanya lebih hangat di musim panas dan lebih dingin dimusim dingin daripada bidang selatan.
Menyeimbangkan pemanasan matahari dengan bayangan peneduh pada setiap musim.
Memberi pergerakan udara ketika cuaca panas, perlindungan terhadap angin ketika cuaca dingin.
3. Daerah Panas-kering
Bangunan harus membentuk halaman dalam. Mengurangi pemanasan matahari akibat konduksi.
Mengupayakan pendinginan melalui fitur kolam air dan tumbuh-tumbuhan. Sebaiknya memasang kisi peneduh matahari pada jendela dan ruang outdoor.
4. Daerah Panas-lembab
Bentuk bangunan memanjang arah timur-barat dengan bidang timur dan barat sekecil mungkin.
Mengurangi pemanasan matahari.
Memanfaatkan angin agar terjadi pendinginan karena penguapan.
Sebaiknya memasang kisi peneduh matahari pada jendela dan ruang outdoor.
Matahari Pasif Adalah penggunaan energi matahari untuk memanaskan ruang interior bangunan tanpa mengandalkan peralatan mekanikal yang memerlukan energi tambahan. Sistem matahari pasif mengandalkan proses perpindahan panas alami berupa konduksi, konveksi dan radiasi untuk pengumpulan, penyimpanan, distribusi dan pengendalian energi matahari. Berdasarkan hubungan antara matahari, ruang interior, dan sistem pengumpulan panas terdapat tiga cara untuk memperoleh pemanasan matahari pasif.
1. Perolehan panas langsung 2. Perolehan panas tidak langsung
3. Perolehan panas isolasi.
Ada dua elemen penting dalam sistem matahari pasif, yaitu
a. Kaca atau plastik transparan yang menghadap matahari sebagai pengumpul sinar matahari. b. Massa thermal untuk mengumpulkan, penyimpanan dan distribusi panas, diorientasikan agar dapat menerima ekspos sinar matahari maksimum
PENUTUP
KESIMPULAN
Kondisi thermal sangat dipengaruhi oleh kondisi lingkungan, seperti kerimbunan pohonyang dapat mereduksi panas lingkungan. Namun bangunan rumah yang dijadikan objekpengamatan tidak dikelilingi oleh rindangnya pepohonan dan tidak memiliki (area untuk)penghijauan. Sehingga mengharapkan kenyaman thermal hadir dari rimbunnya pepohonantidak bisa dilakukan.Untuk menghadirkan kenyamanan thermal cukup banyak hal yang harus dilakukan namunmengingat bangunan adalah rumah kontrakan maka perubahan struktur yang mencolokrelative dihindari.Perubahan terjadi hampir diseluruh bangunan mulai dari depan hingga belakang. Meskipunsporadis namun semuanya terintergrasi yaitu bertujuan untuk menghadirkan kenyamananthermal melalui pengudaraan yang lebih baik.
Daftar Pustaka : http://herusu71.blogspot.com http://mengerjakantugas.blogspot.com/2009/02/lingkungan-thermis.html http://dahlanforum.wordpress.com http://fisbang.wordpress.com http://squ1.org/wiki/Shading_design http://en.wikipedia.org
