MATA KULIAH FISIKA BANGUNAN 1 | P-24110 PROGRAM STUDI ARSITEKTUR FAKULTAS TEKNIK
#12
Overview Materi Keseluruhan
Pertama cari T Kaca 1
2
3
4
Akan ketemu T Dinding 5
5
6
7
Sedangkan transmitan material kaca bisa dilihat dari spesifikasi material pabrik
8
Sehingga beban penyejukan 9
DAYA INPUT A/C DAYA OUTPUT A/C
1 ½ PK 5.000 BTU
2 ¾ PK 7.000 BTU
3 1 PK 9.000 BTU
4 1,5 PK 12.000 BTU
5 2 PK 18.000 BTU
6 2,5 PK 24.000 BTU
Beban penyejukan (cooling load) 5.67 kW, dalam spesifikasi AC, kapasitas pendinginan terdekat 5,20kW butuh daya listrik 1,65 kW, berarti kalau biaya listrik Rp 1.467,28,-/kWh maka biaya yang dikeluarkan per jamnya= 1,65 x Rp 1.467,28,- = Rp 2.421,012,-
Beban penyejukan (cooling load) 5669 W ~ 5.67 kW = 5669: 0,293 = 19.351 BTU/hr, daya listrik yang dibutuhkan 1,6 kW, berarti kalau biaya listrik Rp 1.467,28,-/kWh maka biaya yang dikeluarkan per jamnya= 1,6 x Rp 1.467,28,- = Rp 2.347,648,-
1 Btuh = 0,293 Wh
❑ Mahasiswa mampu menerapkan sistem kontrol lingkungan fisik meliputi suhu udara, kelembaban, kecepatan angin & radiasi matahari
❑ yang berpengaruh pada kenyamanan thermal bangunan melalui
❑ strategi desain penghawaan alami, buatan
Merancang Harus mengetahui konteks lingkungan
Karakteristik Lingkungan ( Tropis Lembab ) -> Iklim sistem kontrol lingkungan fisik
meliputi suhu udara, kelembaban, kecepatan angin dan radiasi matahari
Untuk mencapai kenyamanan termal
Penghawaan Alami
Penghawaan Buatan
Kenyamanan Termal
MATA KULIAH FISIKA BANGUNAN 1 | P-24110 PROGRAM STUDI ARSITEKTUR FAKULTAS TEKNIK
#2 IKLIM DAN CUACA
TROPIS-LEMBAB
Radiasi Matahari tinggi
Curah Hujan tinggi
Kelembaban Udara tinggi
PERMASALAHAN IKLIM TROPIS-LEMBAB
( LIPPSMEIER, 1994 )
WAJAH ARSITEKTUR PERMUKIMAN KOTA INDONESIA MASA DEPAN ?
upaya untuk mengantisipasi iklim pada permukiman masyarakat modern
dengan menggunakan perangkat teknologi yang membutuhkan energi besar Dalam bidang arsitektur, iklim tropis-lembab merupakan iklim yang paling sulit untuk diantisipasi terutama dalam pencapaian kenyamanan
termal ruang
(Szokolay, 1981).
▪ Radiasi matahari merupakan energi panas radiatif dari matahari yang besarnya energi ketika diterima bumi tergantung dari posisi matahari dan sudut jatuhnya (Sangkertadi, 2013:13).
Di negara tropis yang berada persis di lintasan khatulistiwa atau
garis edar matahari seperti di Indonesia, posisi matahari hampir
tegak lurus dengan bumi dan dalam jarak paling dekat dengan
bumi, sehingga temperatur relatif tinggi
(Sangkertadi, 2013:15).16
▪ Hujan lebat di daerah tropis pada umumnya disebabkan oleh konvergensi angin pasat yang berasal dari belahan bumi utara maupun selatan equator serta selalu
mengikuti gerakan matahari
Kelembaban diukur dengan dua pendekatan :
2. Kelembaban udara relatif (RH) yaitu prosentase kandungan uap air di udara dalam suhu dan tekanan tertentu. Satuannya dinyatakan dalam %.
Kelembaban absolut di wilayah iklim tropis-lembab adalah tinggi, sekitar 25 mm sampai dengan 30 mm.
Kelembaban relatif berkisar antara 55 % sampai dengan 100 % , umumnya di atas 75 % (Lippsmeier, 1994:16).
1. Kelembaban udara mutlak (rasional) yaitu berat uap air
dibagi berat udara kering, dinyatakan dengan satuan kg (uap
air) / kg (udara kering) atau dapat juga dengan g (uap air) / g
(udara kering).
Elemen Iklim unt k Desain Arsitektur
ELEMEN IKLIM YANG BERGUNA UNTUK DESAIN ARSITEKTUR
ELEMEN u SATUAN Suhu
( Temperatur )
Rerata dalam sebulan suhu harian maksimum ( °C ) Rerata dalam sebulan suhu harian minimum ( °C ) Rerata dalam sebulan suhu harian minimum
Kelembaban Relative humidity dini hari ( RH Max dalam %) ( Humidity ) Relative humidity dini hari ( RH Min dalam %) Panas Matahari Rerata Total Harian
( Solar Radiation ) dalam satu bulan ( MJ/m² atau Wh/m² )
Relative humidity dini hari ( RH Min dalam %)
Angin Rerata kecepatan angin ( m/det ), arah dan frekuensi ( Air Flow / Wind )
Curah Hujan Total tiap bulan ( mm )
( Presipitation )
glare
perubahan
temperatur
Faktor yang mempengaruhi keselamatan bangunan (Lippsmeier, 1997) :
1. Gempa bumi ( Earthquake ) 2. Badai
3. Hutan Lebat dan Banjir 4. Gelombang pasang
5. Bahan biologis
Sumber : BMKG
POTENSI TSUNAMI DI INDONESIA
POTENSI BENCANA DI INDONESIA
POTENSI KERUSAKAN AKIBAT ABU VULKANIK DI INDONESIA
suatu keadaan dimana seseorang merasakan temperatur yang nyaman dengan kondisi udara sekitar .
▪ Terjadi kesesuaian pembuangan panas tubuh ke lingkungan
▪ Tubuh manusia dapat diibaratkan sebagai
mesin biologis dengan efisiensi rendah, yang hanya dapat memanfaatkan sebagian energi dan harus membuang bagian panas ke udara lingkungan
Kenyamanan termal :
Standart Kenyamanan Termal
Standart Kenyamanan Termal
suhu nyaman untuk orang Indonesia adalah sebagai berikut:
• Sejuk nyaman antara 20,5 - 22,8 °C ET*
• Nyaman optimal antara 22,8 - 25,8 °C ET*
• Hangat nyaman antara 25,8 - 27,1 °C ET*
*ET : Effective Temperature / Temperatur Efektif
( Standar Tata Cara Perencanaan Teknis Konservasi Energi pada Bangunan
Gedung - Yayasan LPMB – PU )
Standar zona kenyamanan termal di Indonesia
(berdasarkan temperatur efektif) : SNI T-14-1993-037
• Dingin tidak nyaman (TE) = < 20.5 o C
• Sejuk - nyaman (TE) = 20.5 o C – 22.8 o C
• Nyaman optimal (TE) = 22.8 o C – 25.8 o C
• Hangat - nyaman (TE) = 25.8 o C – 27.2 o C
• Panas tidak nyaman (TE) = > 27.2 o C
Faktor – faktor yang mempengaruhi kenyamanan termal pada manusia :
▪ Suhu udara lingkungan, T (Temperature), C
▪ Kecepatan angin, V (velocity), m/s
▪ Kelembapan Udara, RH (Relative Humidity), %
▪ Rata – rata suhu permukaan ruang, MRT (Mean Surface Radiant Temperature), C
▪ Aktivitas manusia, met (metabolism), W/m2.
1 met : 58,15 W/m2 58 W/m2
▪ Pakaian, clo (cloathing), m2degC/W ( 1 clo : 0,155 m2degC/W
Internal
Eksternal
Kesetimbangan Energi
▪ Perpindahan kalor dari tubuh ke lingkungan serta dari lingkungan ke tubuh manusia
melalui beberapa cara (Szokolay, 1980:270) :
▪ Tubuh manusia bermetabolisme.
▪ Aktivitas manusia juga menghasilkan kalor.
1. Kalor yang masuk ke dalam tubuh
2. Kalor yang keluar ke Lingkungan
Insulasi Pakaian
▪ Pada temperatur di atas kondisi tersebut manusia akan berkeringat, dan jika di bawah kondisi itu manusia akan kedinginan
(Idham, 2016:38-39).
▪ Hambatan termal dari pakaian ditentukan oleh daya tembus kain, kekakuan dan ketat atau longgarnya pakaian.
▪ Nilai 1 Clo setara dengan 0,155 m
2K/W atau setara
dengan penggunaan satu stel jas lengkap dengan dasi.
▪ Kondisi pakaian ini memungkinkan seorang dalam
keadaan istirahat untuk mendapatkan keseimbangan termal pada temperatur 21 °C dengan ventilasi
berkecepatan udara 0,1 m/detik.
Insulasi Pakaian (dalam Clo)
( Idham, 2016 )
( Winarto, 2017 )
PENDINGINAN PASIF PENDINGINAN AKTIF
- Motor Fan
- Active ventilation - Air Conditioner - Ventilasi
- Shading Device - Insulasi Termal - Koridor Angin
- Cerobong Sentral
‘Penyejuk Ruang’
1. Building Orientation – Orientasi Bangunan
2. Openings Orientation – Orientasi Bukaan
3. Minimize Conduction – Pemilihan Material
4. Comfort Zone with Shading (barrier, vegetasi)
1. Building Orientation – Orientasi Bangunan
Orientasi bangunan dihadapkan searah dengan arah angin berhembus . Bagi beberapa lokasi yg memiliki hembusan angin yang cukup kencang (seperti di daerah pesisir/pinggir pantai) bisa menggunakan kombinasi strategi dengan menambahkan penghalang/filter (vegetasi) untuk meminimalkan hembusan angin yg akan masuk ke dalam bangunan/ruang.
1. Building Orientation – Orientasi Bangunan
1. Building Orientation – Orientasi Bangunan
Sumbu panjang bangunan setidaknya sejajar dengan sumbu barat-timur. Ini akan meminimalkan permukaan bangunan yang terkena sinar matahari secara langsung. Bukaan menghadap ke Selatan / utara agar penetrasi sinar matahari langsung dapat diminimalkan.
Kondisi di iklim tropis lembab intensitas hembusan angin cenderung minim, biasanya hanya berhembus agak kuat di siang hari atau pada musim pancaroba. Kelembapan yang
tinggi menyumbang
ketidaknyamanan termal sehingga harus diimbangi dengan kecepatan angin yg cukup menerus. Untuk itu konsep dasar massa bangunan di iklim tropis lembab adalah tersebar (tidak saling berhimpitan). Oleh karena itu jarak antar massa menjadi penting (aturan sempadan).
1. Building Orientation – Orientasi Bangunan
JARAK ANTAR BANGUNAN UNTUK ALIRAN UDARA
6 h (h=tinggi bangunan) adalah jarak ideal antar bangunan yang memungkinkan aliran udara masih dapat mengalir
1. Building Orientation – Orientasi Bangunan
Mengingat kecepatan angin meningkat sesuai dengan ketinggian, maka bangunan berlantai lebih dari satu akan menempatkan ruang – ruang yg membutuhkan intensitas angin yg cukup tinggi di lantai atas. Jika digabungkan dengan bukaan – bukaan lebar potensi timbulnya ventilasi silang (cross ventilation) akan lebih besar.
1. Building Orientation – Orientasi Bangunan
Akibat dari gaya gesekan, kecepatan angin akan lebih lambat jika dekat dengan permukaan bumi dan lebih kencang jika berada di krtinggian. Karena hal tersebut dipengaruhi oleh kekerasan permukaan, maka kecepatan angin sangat bervariasi di tiap – tiap daerah
1. Building Orientation – Orientasi Bangunan
1. Building Orientation – Orientasi Bangunan
Untuk menentukan orientasi bangunan – juga
ditentukan dari organisasi ruang (penentuan ruang)
• Kelompokan ruang – ruang yang berpotensi menambah beban panas dan kelembapan (seperti dapur & kamar mandi
• Hal ini akan melokalisasi sumber panas dan kelembapan. Pada ruang dengan fungsi – fungsi tersebut, pergantian udara harus sangat lancar.
• Pasanglah cerobong asap (exhaust fan) di atas kompor atau kamar mandi agar udara panas atau bau dapat keluar.
• Letakkan kompor jangan merapat pada dinding yang membatasi dapur dengan kamar tidur. Panas kompor akan menghangatkan dinding dan pada akhirnya panas akan dilepaskan di sisi kamar tidur. Suhu ruang di kamar tidur akan meningkat.
• Setiap rumah tinggal seharusnya mempunyai minimal 1 ruangan yg nyaman, sehingga dapat digunakan untuk beristirajat dengan santai &
nyaman. Ruang – ruang untuk bersantai & beristirahat seperti Ruang Keluarga & Kamar Tidur, diletakkan di daerah yg terlindung dari panas matahari sore. Oleh karena itu sebaiknya ruang – ruang tersebut tidak diletakkan di sisi barat.
• Hindarilah kamar mandi yang langsung berhubungan dengan kamar tidur karena kelembapan dari kamar mandi akan dialirkan ke kamar tidur. Bisa juga dipasang exhaust fan untuk mengeluarkan udara lembab keluar ruangan
1. Building Orientation – Orientasi Bangunan
Untuk menentukan orientasi bangunan – juga ditentukan dari organisasi ruang (penentuan ruang)
2. Openings Orientation – Orientasi Bukaan
Bukaan menghadap ke Selatan / utara agar penetrasi
sinar matahari langsung dapat diminimalkan.
2. Openings Orientation – Orientasi Bukaan
• Usahakanlah ada 3 lubang pada dinding yg berbatasan dengan ruang luar (dinding eksterior) yaitu : lubang atas (ventilasi atas), lubang tengah (jendela) dan lubang bawah (ventilasi bawah).
• Lubang atas akan melepaskan udara panas yang biasa terjebak di atas, terutama apabila jendela tertutup. Lubang bawah untuk melepaskan udara lembab yg biasa terjebak di bagian bawah ruang.
Lubang bawah saat ini tidak populer lagi, padahal bermanfaat untuk ventilasi. Bangunan – bangunan kolonial biasanya memiliki lubang bawah ini.
2. Openings Orientation – Orientasi Bukaan
Orientasi Bukaan – juga dipengaruhi oleh besar kecilnya bukaan -> Disesuaikan dengan kebutuhan sinar matahari/ angin yang ingin dimasukkan dalam bangunan / ruang -> kebutuhan tersebut dipengaruhi oleh aktivitas yg ada dalam ruang/bangunan tersebut
Besar kecil bukaan sangat berpengaruh terhadap cahaya matahari / angin yang masuk ke dalam ruang
Ilustrasi Pengaruh Besar Kecil Bukaan Sumber : Ir. Setyo Soetiadji. 1993
Terang gelap ruangan juga dipengaruhi oleh tinggi bukaan dan banyaknya bukaan, satu sisi atau multi sisi
Efek Ketinggian Bukaan Pada Satu Sisi Sumber : Ir. Setyo Soetiadji. 1993
2. Openings Orientation – Orientasi Bukaan
Efek Ketinggian Bukaan Pada Dua Sisi Sumber : Ir. Setyo Soetiadji. 1993
2. Openings Orientation – Orientasi Bukaan
MEKANISME FISIK SISTEM VENTILASI
Ventilasi Silang & Efeknya terhadap posisi bukaan
Tidak terjadi ventilasi silang
FAKTOR DESAIN YANG MEMPENGARUHI SISTEM VENTILASI
Efek bukaan pada daun jendela
Efek kanopi / kantilever
Efek louvre / jalusi
Agar nyaman, jendela diletakkan setara dengan ketinggian penghuni di dalam ruangan.
Tambahan jendela tinggi juga harus diperhatikan untuk mengeluarkan udara panas yang
sering terkumpul di dekat langit – langit.
3. Minimize Conduction – Pemilihan material
Berkaitan dengan perletakan bangunan / orientasi bangunan
Jika terpaksa perletakan bangunan harus tidak sejajar dengan pergerakan matahari – pemilihan material menjadi hal yg penting untuk dipertimbangkan yaitu Material yg memiliki nilai transmisi yg kecil atau dilai absorbsi besar
4. Comfort Zone with Shading – barrier, vegetasi
▪ Apabila cahaya terlalu banyak masuk ke dalam ruangan – tirai dapat digunakan untuk menutup sebagian jendela agar penerangan sesuai dengan yang dikehendaki
▪ Jendela Timur & barat perlu
dilindungi tirai, agar panas
dan sinar matahari pagi dan
sore hari yang tajam tidak
mengganggu
Berdasarkan (Watson, 1993), ada 3 dasar cara perletakkan sun shading pada fasad bangunan, yaitu vertical shading device, horizontal shading device, dan eggcrate shading type device
Lechner,2001
Bukaan di timur dan barat ketika fasad menghadap utara atau selatan.
Sumber : Lechner, 2001
▪ Tanaman rambat juga baik untuk menahan panas matahari yg mengenai dinding secara langsung. Daun tidak akan sepanas dinding bila terkena panas matahari yang panas, karena sebagian panas akan dipakai dalam proses evapotranspirasi dan fotosintesis.
Selisih antara suhu dan daun dan
permukaan lain dapat mencapai 30
derajat Celcius. Permukaan dinding
yang dipenuhi daun dengan suhu
rendah tentu akan memancarkan radiasi
ke lingkungan lebih rendah pula. Jadi
dapat membantu suhu lingkungan agar
tetap sejuk. Selain itu daun membantu
mengurangi gas CO2 & menambahkan
O2 pada lingkungan
PENDINGINAN PASIF PENDINGINAN AKTIF
- Motor Fan
- Active ventilation - Air Conditioner - Ventilasi
- Shading Device - Insulasi Termal - Koridor Angin
- Cerobong Sentral
‘Penyejuk Ruang’
1. Peningkatan tingkat ekonomi dan standart hidup
2. Trend desain arsitektur : kedap suara dan kenyamanan ruang.
3. Peningkatan temperatur siang hari (efek pemanasan global)
4. Peningkatan polusi lingkungan
5. Teknologi A/C semakin efisien dan ekonomis
▪
Penghawaan yang melibatkan peralatan mekanik. Penghawaan buatan sering juga disebut pengondisian udara (air conditioning), yaitu proses perlakuan terhadap udara di dalam bangunan/ruang yang meliputi suhu, kelembaban, kecepatan dan arah angin, kebersihan, bau, serta distribusinya untuk menciptakan kenyamanan bagi penghuninya.
▪
Di daerah tropis lembab yang suhu rata-ratanya tinggi, pengondisian udara (atau
penghawaan buatan) diasosiasikan dengan penyejukan udara oleh mesin
penyejuk udara/mesin pengondisi udara yang dikenal luas dengan istilah Air
Conditioner (AC)
Tubuh manusia mempunyai kemampuan menyesuaikan diri dengan lingkungan
a. Di lingkungan dingin pembuluh darah akan mengkerut untuk mengurangi kerugian panas yang diakibatkan oleh radiasi dari kulit.
b. Di lingkungan hangat pembuluh darah akan mengembang sehingga radiasi dari kulit meningkat.
c. Di lingkungan panas tubuh akan berkeringat dan proses
penguapan keringat akan mendinginkan kulit.
1. Temperatur dapat diatur
2. Kecepatan dan arah aliran udara dapat dikendalikan dan diatur
3. Kelembaban dapat diatur
4. Kebersihan udara dapat dikendalikan 5. Reduksi kebisingan lingkungan
6. Pengendalian serangga
7. Aroma ruang dapat dipilih
8. Teknologi A/C terkini : membunuh bakteri, jamur, virus
dan menciptakan ion positif.
1. Kebutuhan energi yang sangat besar
2. Polutan dan CO² dalam ruangan tidak disirkulasi keluar.
Lama-kelamaan udara menjadi tidak sehat.
Berpotensi Sick Building Syndrome.
3. Pelepasan udara panas ke lingkungan berpotensi
memanaskan lingkungan.
1. Orientasi bangunan sejajar arah lintas matahari
2. Penataan program ruang dengan melokalisasi panas dan kelembaban
3. Perletakan ruang berdasarkan tingkat persyaratan ruang
4. Hindari ruang yang menghambat aliran udara sejuk 5. Penempatan bukaan yang strategis
6. Pemilihan bahan bangunan pereduksi termal
7. Penempatan sistem A/C
▪
Tipe Paket Tunggal / Tipe Jendela (windows type)
Pada tipe ini seluruh bagian AC ada dalam satu wadah. AC tipe
ini dipasang dengan meletakkan mesin langsung menembus
dinding. Jadi dinding dilubangi sebesar AC tersebut. Karena
seluruh komponen menjadi satu, AC ini agak sedikit bising.
▪ Tipe Paket Terpisah/ Tipe Split (split type)
Pada tipe ini AC memiliki 2 bagian yang terpisah, yaitu unit dalam ruang (indoor unit) dan unit luar ruang (outdoor unit). Unit ruang luar berisi kipas,kompresor dan kondensor untuk membuang panas, sedang unit daam ruang berisi evaporator dan kipas untuk mengambil panas dari udara dalam ruangan..
Antara unit dalam ruang dan luar ruang dihubungkan dengan pipa untuk bolak – balik refrigerant. Karena hanya pipa tersebut yang perlu menembus dinding maka perlubangan cukup kecil saja. Selain itu, karena unit yang menimbulkan bising berada di luar ruangan, maka kebisingan dalam ruang dapat terkurangi.
Namun yang perlu diperhatikan adalah unit luar yang menempel langsung pada dinding ruang dapat menimbulkan getaran ke dalam ruang dan menyebabkan kebisingan.
Tipe AC split :
Split tunggal (single split), satu unit ruang luar melayani satu unit dalam ruang, Split ganda (multi split), satu unit ruang luar melayani beberapa unit dalam ruang.
▪
AC Terpusat (central AC)
AC tipe besar yang dikendalikan secara terpusat untuk melayani
satu gedung besar. AC central melibatkan system jaringan
distribusi udara (ducting).
▪
KOMPRESOR, pemompa gas pendingin yang bersirkulasi dalam pipa
▪
KONDENSOR, tempat mendinginkan gas yang dipompa, membuang ke udara luar
▪
EVAPORATOR, penghasil temperatur gas yang dingin
▪ Beban penyejukan (cooling load)adalah
panas yang harus dibuang oleh AC di dalam ruang ke luar agar suhu udara pd kondisi
yang dikehendaki
▪ Beban penyejukan dipresentasikan dg Watt atau Btu
▪ 1 Btuh (british thermal unit hour)=
pemakaian energi sebesar 1 Btu dlm 1 jam
▪ 1 Btuh ~ 0,293 Wh
▪
Qi=internal heat gain, W
▪
Qs=solar heat flow, W
▪
Qc=conduction heat flow, W
▪
Qv=convection heat flow, W
▪
Qm=mechanical cooling, W
▪
