Perpindahan Panas Melalui Perpindahan Panas Melalui Bangunan Bangunan

Bahan Kuliah Bangunan Pertanian by : Bahan Kuliah Bangunan Pertanian by : Tamaria Panggabean, S.TP., M.SiTamaria Panggabean, S.TP., M.Si

PengantarPengantar

Kondisi termal bangunan merupakan Kondisi termal bangunan merupakan faktor–faktor yang merupakan karakteristik faktor–faktor yang merupakan karakteristik dari aspek-aspek susunan bangunan yang dari aspek-aspek susunan bangunan yang berhubungan dengan persoalan termal.berhubungan dengan persoalan termal.

Sistem termal (Sistem termal (thermal systemthermal system) dalam ) dalam bangunan bangunan berartiberarti selalu terjadi selalu terjadi keseimbangan termal antara dalam keseimbangan termal antara dalam bangunan dan luar bangunan.bangunan dan luar bangunan.

Untuk mencapai kondisi nyaman, maka Untuk mencapai kondisi nyaman, maka kondisi termal dalam bangunan harus kondisi termal dalam bangunan harus seimbangseimbang..

Persamaan Sistem TermalPersamaan Sistem Termal

Qi + Qs ± Qv ± Qc ± Qm – Qe = 0Qi + Qs ± Qv ± Qc ± Qm – Qe = 0Dimana :Dimana :Qi : Qi : Internal Heat GainInternal Heat Gain Panas yang timbul dari dalam Panas yang timbul dari dalam ruangan (dari tubuh manusia, ruangan (dari tubuh manusia, artificial lightingartificial lighting, , alat-alat-alat elektronik)alat elektronik)Qs : Qs : Solar Heat GainSolar Heat Gain Panas yang masuk akibat radiasi Panas yang masuk akibat radiasi mataharimatahariQc : Qc : Conduction HeatConduction Heat Panas akibat konveksi dan Panas akibat konveksi dan konduksi/transmisikonduksi/transmisiQv :Qv :Ventilation HeatVentilation Heat Panas akibat aliran udara Panas akibat aliran udara ventilasiventilasiQe : Qe : Evaporation CoolingEvaporation Cooling Pendinginan evaporatif Pendinginan evaporatifQm : Qm : Mechanical HeatingMechanical Heating Untuk Untuk kontrol aktifkontrol aktif

keberhasilan bangunan dalam merespon keberhasilan bangunan dalam merespon lingkungan termal secara keseluruhan lingkungan termal secara keseluruhan terkait dengan aspek-aspek pembentuk terkait dengan aspek-aspek pembentuk kinerja termal, yaitu antara lain desain kinerja termal, yaitu antara lain desain atap, plafon, lantai, serta atap, plafon, lantai, serta building building envelopesenvelopes (dinding luar/ (dinding luar/ exterior wallexterior wall, , jendela/ bukaan pencahayaan, ventilasi/ jendela/ bukaan pencahayaan, ventilasi/ bukaan udara).bukaan udara).

Bagaimana metode panas masuk

dalam bangunan?

Cara Aliran Panas Masuk dalam Cara Aliran Panas Masuk dalam BangunanBangunan

(1) (1) Konduksi Konduksi ; melalui selubung bangunan dan ; melalui selubung bangunan dan partisi interior, partisi interior,

(2) (2) KonveksiKonveksi; melalui infiltrasi udara lewat ; melalui infiltrasi udara lewat celah-celah atau bukaan pada selubung celah-celah atau bukaan pada selubung bangunan,bangunan,

(3) (3) RadiasiRadiasi; disebabkan oleh radiasi panas ; disebabkan oleh radiasi panas matahari yang masuk ke dalam bangunanmatahari yang masuk ke dalam bangunan..

Perpindahan Panas KonduksiPerpindahan Panas Konduksi

Adalah proses pindah panas dari daerah Adalah proses pindah panas dari daerah bersuhu tinggi ke daerah bersuhu rendah dalam bersuhu tinggi ke daerah bersuhu rendah dalam satu medium (padat, cair atau gas), atau antara satu medium (padat, cair atau gas), atau antara medium–medium yang berlainan yang medium–medium yang berlainan yang bersinggungan secara langsung.bersinggungan secara langsung.

Dinyatakan dengan :Dinyatakan dengan :

dx

dTkAq

Lanj. Perpindahan Panas KonduksiLanj. Perpindahan Panas Konduksi

Dimana :Dimana :

q = Laju perpindahan panas (W)q = Laju perpindahan panas (W)

A = Luas penampang dimana panas A = Luas penampang dimana panas mengalir (mmengalir (m22))

dT/dx = Gradien suhu pada penampang, atau laju dT/dx = Gradien suhu pada penampang, atau laju perubahan suhu T terhadap jarak dalam arah perubahan suhu T terhadap jarak dalam arah aliran panas xaliran panas x

k = Konduktivitas k = Konduktivitas thermalthermal bahan (w/m bahan (w/mooC)C)

Perpindahan Panas KonveksiPerpindahan Panas Konveksi

Adalah perpindahan kalor yang terjadi perpindahan kalor yang terjadi pada zat yang mengalir, seperti pada zat pada zat yang mengalir, seperti pada zat cair dan gas. Perpindahan kalor yang cair dan gas. Perpindahan kalor yang diikuti oleh perpindahan partikel-partikel diikuti oleh perpindahan partikel-partikel zatnyazatnya..Perpindahan kalor secara konveksi terjadi Perpindahan kalor secara konveksi terjadi karena adanya perbedaan massa jenis karena adanya perbedaan massa jenis dalam zat tersebut. dalam zat tersebut.

q = h A (∆T)

Dimana :Dimana :

q = q = Laju perpindahan panas konveksi (W)Laju perpindahan panas konveksi (W) h = Koefisien perpindahan panas konveksi h = Koefisien perpindahan panas konveksi

(W/m(W/m2 02 0C)C) A = Luas penampang (mA = Luas penampang (m22)) ∆ ∆T=T= Perubahan atau perbedaan suhu Perubahan atau perbedaan suhu ((00C; C; 00F)F)

Lanj. Perpindahan Panas KonveksiLanj. Perpindahan Panas Konveksi

Perpindahan Panas RadiasiPerpindahan Panas Radiasi

Radiasi adalah perpindahan kalor dalam Radiasi adalah perpindahan kalor dalam bentuk gelombang elektromagnetik. Pada bentuk gelombang elektromagnetik. Pada radiasi, kalor atau energi merambat tanpa radiasi, kalor atau energi merambat tanpa membutuhkan zat perantara.membutuhkan zat perantara.

q = q = δδ A (T A (T1144 – T – T22

44))

Lanj. Perpindahan Panas RadiasiLanj. Perpindahan Panas Radiasi

Dimana :Dimana :

δδ = Konstanta Stefan-Boltzman = Konstanta Stefan-Boltzman

5,669 x105,669 x10- 8- 8 w/m w/m22 k k44

A = Luas penampang,A = Luas penampang,(m(m22))

T = Temperatur, (T = Temperatur, (00C)C)

Kondisi apa saja yang berpengaruh

dalam perancangan bangunan ?

Kondisi yang berpengaruh dalam Kondisi yang berpengaruh dalam perancangan bangunanperancangan bangunan

1. Kenyamanan termal1. Kenyamanan termal

2. Aliran udara melalui bangunan2. Aliran udara melalui bangunan

3. Radiasi matahari3. Radiasi matahari

4. Penerangan alami pada siang hari4. Penerangan alami pada siang hari

Apa definisi kenyamanan

thermal ?

Definisi Kenyamanan ThermalDefinisi Kenyamanan Thermal

Kenyamanan thermal adalah suatu kondisi Kenyamanan thermal adalah suatu kondisi thermal yang dirasakan oleh manusia, thermal yang dirasakan oleh manusia, bukan oleh benda, binatang, dan bukan oleh benda, binatang, dan arsitektur, tetapi dikondisikan oleh arsitektur, tetapi dikondisikan oleh lingkungan dan benda-benda disekitar lingkungan dan benda-benda disekitar arsitekturnya atau kondisi pikir seseorang arsitekturnya atau kondisi pikir seseorang yang mengekspresikan kepuasan dirinya yang mengekspresikan kepuasan dirinya terhadap lingkungan thermalnya.terhadap lingkungan thermalnya.

Bagaimana prinsif kenyamanan termal

dapat tercapai?

Prinsif Kenyamanan TermalPrinsif Kenyamanan Termal

kenyamanan termal suatu bangunan kenyamanan termal suatu bangunan dapat dicapai bila aliran panas (dapat dicapai bila aliran panas (heat flowheat flow) ) dari ruang luar (dari ruang luar (outdoor environmentoutdoor environment) dan ) dan ruang dalam (ruang dalam (indoor environmentindoor environment) atau ) atau sebaliknya dapat diminimalkan.sebaliknya dapat diminimalkan.

Cara Mendapat Kenyamanan TermalCara Mendapat Kenyamanan Termal

1. mengurangi perolehan panas, 1. mengurangi perolehan panas,

2. memberikan aliran udara yang cukup dan2. memberikan aliran udara yang cukup dan

3. membawa panas ke luar bangunan serta 3. membawa panas ke luar bangunan serta mencegah radiasi panas, baik radiasi mencegah radiasi panas, baik radiasi langsung matahari maupun dari langsung matahari maupun dari permukaan dalam yang panas.permukaan dalam yang panas.

Bagaimana cara mengurangi

perolehan panas ?

Cara Mengurangi Perolehan PanasCara Mengurangi Perolehan Panas

menggunakan bahan atau material yang menggunakan bahan atau material yang mempunyai tahan panas yang besarmempunyai tahan panas yang besar

memperkecil luas permukaan yang memperkecil luas permukaan yang menghadap ke timur dan barat.menghadap ke timur dan barat.

melindungi dinding dengan alat peneduh.melindungi dinding dengan alat peneduh. memperkecil penyerapan panasmemperkecil penyerapan panas

dari permukaan, terutama untuk dari permukaan, terutama untuk permukaan atap.permukaan atap.

Apa standard Kenyamanan

thermal?

1. Kecepatan udara1. Kecepatan udara

Lippsmeier menyatakan bahwa patokan untuk Lippsmeier menyatakan bahwa patokan untuk kecepatan angin ialahkecepatan angin ialah

0,25 m/s ialah nyaman, tanpa dirasakan adanya 0,25 m/s ialah nyaman, tanpa dirasakan adanya gerakan udaragerakan udara

0,25-0,5 m/s ialah nyaman, gerakan udara 0,25-0,5 m/s ialah nyaman, gerakan udara terasaterasa

1,0-1,5 m/s aliran udara ringan sampai tidak 1,0-1,5 m/s aliran udara ringan sampai tidak menyenangkanmenyenangkan

Di atas 1,5 m/s tidak menyenangkanDi atas 1,5 m/s tidak menyenangkan

2. Suhu2. Suhu

Menyatakan daerah kenyamanan thermal pada Menyatakan daerah kenyamanan thermal pada bangunan yang dikondisikan untuk orang bangunan yang dikondisikan untuk orang Indonesia yaitu :Indonesia yaitu :

Sejuk nyaman, antara suhu efektif 20,8º C – Sejuk nyaman, antara suhu efektif 20,8º C – 22,8º C22,8º C

Nyaman optimal, antara suhu efektif 22,8º C -Nyaman optimal, antara suhu efektif 22,8º C -25,8º C25,8º C

Hangat nyaman, antara suhu efektif 25,8º C – Hangat nyaman, antara suhu efektif 25,8º C – 27,1º C27,1º C

Apa kegunaan aliran udara?

Kegunaan aliran udaraKegunaan aliran udara

1. Untuk memenuhi kebutuhan kesehatan 1. Untuk memenuhi kebutuhan kesehatan yaitu penyediaan oksigen untuk yaitu penyediaan oksigen untuk pernafasan, membawa asap dan uap air pernafasan, membawa asap dan uap air ke luar ruangan, mengurangi konsentrasi ke luar ruangan, mengurangi konsentrasi gas-gas dan bakteri serta menghilangkan gas-gas dan bakteri serta menghilangkan bau.bau.

2. Untuk memenuhi kebutuhan kenyamanan 2. Untuk memenuhi kebutuhan kenyamanan thermalthermal, mengeluarkan panas,membantu , mengeluarkan panas,membantu mendinginkan bagian dalam bangunan.mendinginkan bagian dalam bangunan.

Bagaimana terjadinya aliran udaraBagaimana terjadinya aliran udara

adanya gaya adanya gaya thermalthermal yaitu terdapat yaitu terdapat

perbedaan temperatur antara udara di perbedaan temperatur antara udara di dalam dan di luar ruangan dan dalam dan di luar ruangan dan

perbedaan tinggi antara lubang ventilasi.perbedaan tinggi antara lubang ventilasi.

Jumlah aliran udara dapat memenuhi Jumlah aliran udara dapat memenuhi kebutuhan kesehatan pada umumnya kebutuhan kesehatan pada umumnya lebih kecil daripada yang diperlukan untuk lebih kecil daripada yang diperlukan untuk memenuhi kenyamanan memenuhi kenyamanan thermalthermal. .

Untuk yang pertama sebaiknya digunakan Untuk yang pertama sebaiknya digunakan lubang ventilasi tetap yang selalu terbuka. lubang ventilasi tetap yang selalu terbuka.

Untuk memenuhi yang kedua, sebaiknya Untuk memenuhi yang kedua, sebaiknya digunakan lubang ventilasi yang digunakan lubang ventilasi yang bukaannya dapat diatur.bukaannya dapat diatur.

Lanj. Aliran Udara

Radiasi PanasRadiasi Panas

Radiasi panas dapat terjadi oleh sinar Radiasi panas dapat terjadi oleh sinar matahari yang langsung masuk ke matahari yang langsung masuk ke dalam dalam bangunan dan dari permukaan yang lebih bangunan dan dari permukaan yang lebih panas dari sekitarnya, untuk mencegah panas dari sekitarnya, untuk mencegah hal itu dapat digunakan alat-alat peneduh hal itu dapat digunakan alat-alat peneduh ((Sun Shading DeviceSun Shading Device).).

Lanj. Radiasi PanasLanj. Radiasi Panas

Pancaran panas dari suatu permukaan Pancaran panas dari suatu permukaan akan memberikanakan memberikan ketidaknyamanan ketidaknyamanan thermalthermal bagi penghuni, jika beda bagi penghuni, jika beda temperatur udara melebihi 4 derajat temperatur udara melebihi 4 derajat Celcius. hal ini sering kali terjadi pada Celcius. hal ini sering kali terjadi pada permukaan bawah dari langit-langit atau permukaan bawah dari langit-langit atau permukaan bawah dari atap.permukaan bawah dari atap.

Penerangan alami pada siang hariPenerangan alami pada siang hari

Cahaya alami siang hari terdiri dari :Cahaya alami siang hari terdiri dari :

1. Cahaya matahari langsung.1. Cahaya matahari langsung.

2. Cahaya matahari difusi2. Cahaya matahari difusi Untuk bangunan berlantai banyak, makin Untuk bangunan berlantai banyak, makin

tinggi lantai bangunan makin kuat potensi tinggi lantai bangunan makin kuat potensi cahaya matahari yang bisa dimanfaatkan.cahaya matahari yang bisa dimanfaatkan.

Faktor-faktor yang mempengaruhi Faktor-faktor yang mempengaruhi besarnya tingkat penerangan pada besarnya tingkat penerangan pada bidang bidang kerja :kerja :

1. Luas dan posisi lubang cahaya.1. Luas dan posisi lubang cahaya.

2. Lebar teoritis2. Lebar teoritis

3. Penghalang yang ada di muka lubang 3. Penghalang yang ada di muka lubang cahayacahaya

4. Faktor refleksi cahaya dari permukaan 4. Faktor refleksi cahaya dari permukaan dalam dari ruangan.dalam dari ruangan.

5. Permukaan di luar bangunan di sekitar 5. Permukaan di luar bangunan di sekitar lubang cahaya.lubang cahaya.

SekianSekian