PENDINGINAN PASIF - Spada UNS

(1)

MATA KULIAH FISIKA BANGUNAN 1 | P-24110 PROGRAM STUDI ARSITEKTUR FAKULTAS TEKNIK

#9

Laboratorium Sains Bangunan Fakultas Teknik Jurusan Arsitektur Universitas Sebelas Maret Surakarta

(2)

Referensi

•

Boutet, Terry. S (1987) CONTROLLING AIR MOVEMENT, McGraw Hill Book Company, New York

•

Koenigsberger, OH (1975) MANUAL OF TROPICAL HOUSING AND BUILDING, Orient Longman, New Delhi

•

Syahmir Nasution (1994) BANGUNAN TROPIS terjemahan dari Lippsmeier,Georg : TROPENBAU BUILDING IN THE TROPIC,

Erlangga, Jakarta

•

Satwiko, Prasasto (2004) FISIKA BANGUNAN 1 dan 2, Penerbit Andi, Yogyakarta

•

Szokolay, SV (1979) ENVIRONMENTAL SCIENCE HANDBOOK, The Construction Press, New York

(3)

Angin

: Udara yang bergerak

 Akibat perbedaan tekanan dan temperatur udara

 Perubahan secara vertikal dan horisontal

 Udara bergerak dari tempat bertekanan tinggi ke

tempat bertekanan rendah

(4)

Secara Vertikal

Bouyancy (gaya apung)

: naiknya udara akibat perbedaan panas

Reverse Bouyancy

: adalah turunnya udara yang akibat perbedaan termal

(5)

Secara Horisontal Tekanan

: bergeraknya udara akibat perbedaan densitas

(6)

Sistem pergerakan udara



Pergerakan udara akibat pemanasan yang tidak merata pada atmosfir (Boutet, 1987)



Arus konveksi pada atmosfir, akibat pengaruh panas dari berbagai zona.

Pola gerakan berubah mengikuti rotasi bumi (Koenigsberger, 1975)

Pada saat panas, udara mengembang, naik, dan ditempati oleh udara yang lebih dingin

Sirkulasi tersebut disebut General Circulation

(7)

General Circulation

Sistem pergerakan utama angin di bumi

(8)

Reaksi dari gerakan udara

 < 0,25 m/dtk : tidak terasa

 0,25 - 0,50 m/dtk : sepoi-sepoi

 0,50 - 1,00 m/dtk : terasa ada gerakan udara

 1,00 - 1,50 m/dtk : berangin

 > 1,50 m/dtk : berangin dan mengganggu

(9)

Di daerah panas

: Gerakan udara 1 m/dtk adalah normal dan terasa sepoi-sepoi, dan kecepatan 1,5 m/dtk masih bisa diterima

Di daerah dingin

: Gerakan udara 0,25 m/dtk sudah melampaui

batas

(10)

SKALA BEAUFORT

Skala

Beaufort Gejala terlihat Kecepatan

m/det

Kecepatan Km / jam

0 Asap mengepul vertikal 0,5 4,6

1 Arah angin tampak dari serabut-serabut lepas dari asap, belum dari

kepulan asap yang condong 1,7 1,6-4,8

2 Angin terasa di wajah, daun berisik, kepulan asap condong menunjuk

arah angin 3,3 6,4-11,2

3 Daun dan ranting-ranting kecil bergerak terus, angin dapat

mengangkat kibaran bendera ringan 5,2 12,8-19,2

4 Menghambur debu dan menerbangkan kertas. Dahan-dahan kecil

bergerak 7,4 20,8-29,6

5 Pohon-pohon kecil bergoyang, riak-riak kecil mengombak di kolam,

danau 9,8 31,2-39,2

6 Cabang-cabang besar bergerak, kawat-kawat telegrap terdengar

saling bersinggung, payung sulit dikuasai 12,4 40,8-50,4

7 Pohon-pohon bergoyang, berjalan melawan angin harus cukup

bertenaga 15,2 52-61,6

8 Dahan-dahan kecil putus, berjalan melawan arus angin sudah sulit 18,2 63,2-74,4 9 Timbul kerusakan-kerusakan kecil pada bangunan, genting-genting

mulai beterbangan 21,5 76-87,2

10 Pohon-pohon ambruk, keruskan bangunan lebih parah 25,1 88,8-103,6

11 Malapetaka kerusakan meluas 29 105,2-120

12 Angin taufan >29 120

(11)

Arah angin Surakarta

(12)

Kelembaban ( humidity )

RH relatif tinggi berkisar pada angka 75 %, namun bervariasi dalam rentang 55 – 100 %.

40 50 60 70 80 90 100

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Pagi Siang Rata-rata

Sumber : Data DITBANGKOPSAU Bandara Adisumarmo, Solo 2000

(13)

Efek Pergerakan Udara

Mempengaruhi langsung:

1. Kemurnian udara

2. Temperatur

3. Kelembaban

Mempengaruhi tidak langsung :

1. Kesehatan manusia

2. Kenyamanan

(14)

Fungsi Pergerakan Udara

Boutet (1987) :

• Kualitas Udara

• Energi

• Kenyamanan

(15)

Kualitas Udara

• Gerakan udara akan menghilangkan gas- gas yang tidak menyenangkan

• Menghilangkan uap air (kelembaban)

• Menghilangkan kalor

(16)

Gas yang tidak menyenangkan :

 Keringat

 Sisa pembakaran (CO

₂

)

 Sisa respirasi

 Polusi zat kimia :

– Formaldehyde

(karpet, panel dinding, partikel kabinet, wallpaper, tirai dan plastik)

– Radon (produk radioaktif)

(beton, pasir, gravel, batu, bata, tanah, air minum) – Produk pembersih rumah tangga

(17)

Energi

• Mengendalikan gerakan udara secara tepat akan mengurangi kebutuhan

energi, sedemikian sehingga akan

mereduksi biaya dalam menyediakan

rumah yang nyaman

(18)

Kenyamanan

• Kenyamanan termal ( Thermal Comfort ) :

Adalah suatu kondisi dimana menghasilkan aktivitas

minimal dari mekanisme pengatur termal tubuh manusia

• Zona Nyaman ( Comfort Zone ) :

Rentang suatu kondisi dimana lebih dari 50 % manusia yang diteliti merasa nyaman.

24 °C < T < 26 °C 40 % < RH < 60 % 0,6 m/det < V < 1,5 m/det

(19)

Ventilasi Alami

: Pergantian udara secara alami (tanpa peralatan mekanis)

Syarat awal :

1.

Udara luar yang sehat (bebas bau,debu dan polutan)

2.

Temperatur luar tidak terlalu tinggi

3.

Aliran udara horisontal tidak terhalang

4.

Lingkungan relatif tidak bising

(20)

Nilai negatif Ventilasi Alami :

1. Suhu tidak mudah diatur

2. Kecepatan angin tidak mudah diatur

3. Kelembaban tidak mudah diatur

4. Gangguan serangga

5. Gangguan lingkungan

(21)

Kualitas ventilasi

Kenyamanan termal ( Thermal Comfort )

1.

Suhu udara / Temperature / T / ( °C )

2.

Kecepatan angin / Wind velocity / V / ( m/dtk )

3.

Kelembaban udara /Relative Humidity / RH / ( % )

4.

Rata-rata suhu permukaan ruang / Mean Surface Radiant Temperature / MRT / ( °C )

5.

Aktivitas manusia / metabolism / met / ( W/m² )

6.

^{Pakaian /}clothing / clo / ( m²K/W ) 1 clo = 0,155 m²K/W

(22)

Fungsi Ventilasi

1. Suplai udara segar

2. Pendinginan secara konveksi

3. Pendinginan fisiologis

(23)

1.Suplai udara segar

4 – 22 l/detik (Szokolay, 1979) 17-26 m³/jam (Soegijanto, 1998) tergantung

densitas kepenghunian (m³/orang)

Dipengaruhi oleh :

 Jenis penggunaan ruang

 Jumlah pengguna ruang

 Aktivitas pengguna ruang

 Usia pengguna ruang

(24)

2.Pendinginan Konveksi

Pertukaran udara dalam ruang dengan udara

segar dari luar dapat menghasilkan pendinginan, jika temperatur di luar menunjukkan angka

dibawah temperatur ruang dalam.

( penyejukan dengan memanfaatkan aliran angin )

(25)

3.Pendinginan fisiologis

Sensasi sejuk yang dirasakan manuaia akibat hembusan angin yang mengenai kulitnya.

Pergerakan udara yang melewati kulit mendorong kehilangan panas dengan dua jalan :

1. Meningkatkan kehilangan panas secara konveksi

2. Percepatan evaporasi

(26)

Kebutuhan Ventilasi

Jika temperatur udara di dalam ruangan naik melebihi temperatur udara luar, maka Laju aliran udara V (m³/detik) yang diperlukan untuk

mengeluarkan panas sebesar q (Watt) untuk menurunkan temperatur udara di dalam ruangan menjadi t₁

V = q

^m³/detik

ρ c ( t

₀

- t

₁

)

• ρ = kepadatan massa (kg/m3)

• c = kapasitas panas spesifik (J/kg °C)

• t₀ = temperatur udara luar

Jika diinginkan kenaikan temperatur di dalam ruangan terhadap luar sekecil mungkin, maka dibutuhkan laju aliran udara yang besar

(27)

Ventilasi Angin

Laju aliran udara yang mengalir ke dalam bangunan yang disebabkan oleh gaya angin dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (Van Straaten, 1967)

V

_a

= C

₁

A √ k .v

• V_a = Laju aliran udara dari ventilasi angin

• C₁ = Koefisien aliran, dipengaruhi tahanan yang diberikan lubang udara terhadap aliran udara dan jumlah lubang udara yang dilewati aliran udara

• A = Luas bebas dari lubang udara masuk dan lubang udara keluar

• k = rasio tekanan, yang merupakan ukuran keefektifan dari bangunan untuk mengubah tekanan angin menjadi tekanan statis

• V = Kecepatan angin di luar bangunan

(28)

Persyaratan

Ventilasi

(29)

Perencana arsitektur dapat melakukan :

1.

Orientasi massa dan bukaan bangunan secara tepat

2.

Teknik pembayangan untuk menghindari perolehan panas matahari

3.

Ventilasi atap (pada loteng) untuk mereduksi sebagian besar perolehan panas di siang hariVentilasi atap (pada loteng) untuk mereduksi sebagian besar perolehan

panas di siang hari

4.

Menghindarkan dari pengaruh permukaan yang bersifat reflektif di sekitar bangunan

5.

Vegetasi untuk mereduksi panas yang jatuh pada bangunan dan lingkungan sekitar

6.

Pendinginan selubung bangunan

(30)

Aliran udara disekitar bangunan

menciptakan area bertekanan tinggi (+) dan area bertekanan rendah (-)

Perencana dapat memanfaatkan wind shadow pada sisi bangunan yang

berlawanan dengan arah datangnya

angin ^Eddy

(31)

Jarak antar bangunan untuk aliran udara

6 h (h=tinggi bangunan) adalah jarak ideal antar bangunan yang

memungkinkan aliran udara masih dapat mengalir

(32)

Pusaran ( Vortex )

Pada bangunan tinggi efek dari aliran udara jauh lebih besar.

2/3 bagian dari angin terpecah dan terjadi pusaran (vortex) pada bagian yang lebih rendah

(33)

Perlakuan angin pada bangunan tinggi

Beberapa tipe denah dan

potongan serta efek aliran udara

(34)

Mengendalikan aliran udara

• Bentuk Massa bangunan

• Topografi

• Vegetasi

• Device

(35)

Bentuk Massa Bangunan

(36)

Topografi

Pemanfaatan kontur muka tanah

(37)

•Vegetasi

Pemanfaatan Jenis dan bentuk vegetasi untuk mengendalikan angin

(38)

Device

Jendela sebagai device yang mengendalikan aliran udara

(39)

Aplikasi disain

Pemanfaatan bentuk massa bangunan, topografi dan device dalam menciptakan aliran udara dalam bangunan

(40)

Mekanisme fisik Sistem Ventilasi

Tidak terjadi ventilasi silang

Ventilasi Silang & Efeknya terhadap posisi bukaan

(41)

Faktor Desain yang mempengaruhi Sistem Ventilasi

Efek bukaan pada daun jendela

(42)

Efek kanopi / kantilever

Efek louvre / jalusi

(43)

Zona bukaan pada bangunan yang disarankan

(44)

APLIKASI

PERANCANGAN

Denah Rumah kelas menengah Darwin, Australia

UTARA

SELATAN

LR

TERRACE MBR

BR BR

TO

PANTRY

(45)

PERSPEKTIF TAMPAK

(46)

POTONGAN A-A

Wind flow

(47)

PENYATUAN RUANG DENGAN MENGGUNAKAN CEROBONG SENTRAL RUANG-RUANG UTAMA YANG TERBUKA DAN MEMBERIKAN SUATU KORIDOR ANGIN UNTUK VENTILASI SILANG

Logan House, Tampa, Florida Architect : Rowe Holmes Associates

LIVING ROOM

BR BR

GUEST

BR BR b r e e z e

breeze