Tugas Fisika Bangunan

FISIKA BANGUNAN Dosen : Ir. Suryo Tri Harjanto, MT

TUGAS AKHIR UJIAN SEMESTER

GENAP

Judul Tugas :

Bangunan Thermal

Oleh :

Heri Kiswanto

( 11.22.079 )

Program Studi Arsitektur

Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan

Institut Teknologi Nasional Malang

2012

TUGAS UAS FISIKA BANGUNAN July 5, 2012

1

BANGUNAN THERMAL(MEREDAM PANAS)

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.

o PENGENDALIAN MATAHARI

Pengendalian Radiasi Matahari (Solar Radiation Control) merupakan salah satu

langkahutama yang harus dilakukan dalam proses pendinginan secara pasif. Pendinginan secara

pasif dapat dilakukan dengan mengatur 3 elemen, yaitu:

1.Suhu udara.Mengatur suhu udara di dalam bangunan, seperti suhu pada pagi hari tidak

terlaludingin dan pada malam hari tidak terlalu panas.

2.RH / kelembaban udara.Mengatur kelembaban udara di dalam bangunan, seperti saat pagi dan

malam haritidak terlalu lembab dan pada saat siang hari tidak terlalu kering.

3.Kecepatan angin.Mengatur kecepatan angin yang masuk ke dalam bangunan dengan ventilasi

alami.Proses pengaturan sinar radiasi matahari dapat dicapai dengan memperhatikan 3

hal(Santamouris dkk, 1996), yaitu:

1.Orientation dan aperture geometry

2.Shading devices

3.Property of opague dan transparent surfaces

1.Orientation dan aperture geometry (orientasi dan bukaan jendela)

Orientasi dan bukaan jendela merupakan aspek yang selalu berkaitan erat

dalammengendalikan radiasi matahari yang masuk bangunan. Bangunan dengan kebutuhansinar

matahari untuk menghangatkan ruangan membutuhkan bukaan dari arah orientasi menuju sinar


2

matahari. Sebaliknya bangunan dengan tingkat kebutuhan radiasi panas yang rendah membutuhkan

bukaan dan ara orientasi yang menghindari bertatapanlangsung dengan sinar matahari. Contohnya

yaitu orientasi bangunan Timur-Barat berartisisi bangunan yang terbesar mengadap arah Timur dan

Barat, yang mengakibatkan keduasisi tersebut mendapat radiasi matahari pagi dan sore yang relative

berpotensimemanaskan ruang-ruang di dalamnya dan menimbulkan ketidaknyamanan

termal.Pengguna bangunan dapat terganggu dan membutuhkan aksesoris bangunan sepert

pembayang matahari dan pengkondisian udara buatan agar dapat menggunakan

ruangantersebut dengan baik. Sebaliknya dengan bangunan yang berorientasi Utara-

Selatan,bangunan tidak akan mendapat radiasi matahari sebesar sisi Timur dan Barat,

sehinggaruang-ruang yang menghadap Utara dan Selatan lebih nyaman untuk digunakan dan tidak

membutuhkan pembayang matahari dan pengkondisi udara buatan. Contoh yangdiberikan

merupakan contoh dalam mengatur bentuk dan arah orientasi bangunan dariradiasi langsung

matahari. Selain itu, posisi lokal dari equator perlu diperhatikan.Misalnya pada daerah dingin, radiasi

matahari sangat diperlukan banyak pada waktumusim 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 prosespenghawaan di dalam bangunan akan berjalan lebih baik dan mengurangi panas

yangtersimpan di dalam bangunan. Pada daerah tropis, dianjurkan dalam mebuat

orientasibangunan, sumbu panjang bangunan sejajar dengan sumbu timur dan barat dan bersudut

5derajat dari sumbu timur barat. Hal tersebut dimaksudkan agar bukaan yang adamenghadap utara

dan selatan, sehingga bangunan berorientasi Utara-Selatan. Penetrasisinar matahari langsung dapat

diminimalkan karena sisi terpendek yang berhadapandengan matahari berada pada sisi timur dan

barat.

2. Shading devices (elemen pembayangan)

Penggunaan elemen pembayang merupakah langkah lanjutan yang dapat ditempuhsetelah

mengendalikan orientasi dan bukaan jendela. Orientasi dan bukaan jendala tak dapat ditoleransi

dikarenakan kebutuhan perancangan, sehingga elemen pembayanganmenjadi hal yang sangat

penting dalam proses pengendalian radiasi matahari. Elemenpembayangan sangat fleksibel, karena

dapat dirancang sesuai dengan posisi dan arahkedatangan radiasi matahari, sehingga bukaan dapat

terlindung dari radiasi sinarlangsung. Elemen pembayangan dibagi menjadi 2 klarifikasi, yaitu :

• Elemen pembayangan permanen (fixed shading elements)

Elemen pembayangan jenis ini bersifatpermanen, yang terbagi menjadi 2 elemendilihat

berdasarkan posisi, yaitu posisieksternal dan posisi internal. Posisieksternal meliputi bentuk

overhang, vertical

fins,

kombinasi

horizontal

dan

vertical


3

(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.

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.

3. 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


4

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 yangterdiri 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.

o Kegunaan Ventilasi Pada Bangunan

� Ventilasi

Lubang yang dibuat pada dinding ruang dapat digunakan untuk ventilasi. Fungsi ventilasi antara

lain:

Menjaga kualitas udara di dalam ruangan

Menghasilkan kenyamanan penghuninya

Mempermudah/memperbesar gerakan udara dalam ruangan.

Untuk memperlancar penyaluran kalor dari dalam ruangan ke luar bangunan.

Ventilasi pada hakekatnya dapat dibedakan:

Ventilasi alami

tergantung dari faktor alam: kecepatan angin, tekanan kecepatan karena gerakan udara atau aliran

angin bergerak

penempatannya dapat diatur di bagian bawah dekat lantai atau di bagian atas dekat atau pada

langit-langit.


5


6

Ventilasi buatan

Kegunaan ventilasi

Kesehatan

Suatu ruangan yang sehat ialah bila kebutuhan akan O2 dipenuhi dengan baik, kira-kira 1/5 dari

laju metabolismenya.

Kenyamanan

Tujuan ventilasi

Menghembuskan udara dalam ruangan dan mengeluarkan udara yang sudah terpakai

Thermal Insulation

o Tipe insulasi berbeda-beda, menurut karakter iklim dan beban panas pada bangunan. Tipe-

tipe tersebut adalah :

1. Reflective : reflector solar radiation

2. Resistive : lapisan convective atau conductive

3. Capasitive : kesenjangan panas dan masa tunggu

(waktu tunda)

Letak lapisan insulasi sangat penting artinya dalam

proses perambatan panas. Letak lapisan insulasi

seharusnya sedekat mungkin dengan lingkungan luar.

Pemakaian lapisan insulasi pada dinding dan atap

perlu diperhatikan. Bila dinding dan atap sudah cukup

mampu menahan, maka lapisan insulasi tidak

diperlukan lagi. Jika tetap dipasang insulasi, maka

apabila ada kelebihan panas di dalam, justru

kelebihan panasnya terhambat dilepas keluar,

sehingga mengakibatkan suhu naik.


7

� PEMBAYANGAN

Pembayang sinar matahari adalah

satu-satunya cara yang efisien untuk

mengurangi beban panas, walaupun rambatan

panas juga dapat dikontrol dengan

perancangan luas jendela.

Pembayang sinar matahari merupakan

usaha pengkondisian thermal dengan

menyeleksi sinar matahari yang masuk ke

dalam bangunan dengan

menggunakan sun shading

(pembayang matahari).

Hal-hal yang perlu diketahui sehubungan dengan pembayangan:

- Sinar langsung yang membawa panas harus dibayangi

- Sinar diffuse/tidak langsung/refleksi/terang langit (yang tidak menyilaukan) bila masuk ke

dalam bangunan untuk kebutuhan penerangan alami.

- Kita perlu mempelajari SBV (Sudut Bayangan Vertikal) dan SBH (Susut Bayangan Horisontal)

Matahari terbit di timur, tenggelam di barat, hanya pada tanggal 21 September dan 21

Maret (panjang siang = panjang malam) atau Equinox

- Alat bantu lainnya, Solar Chart (diagram matahari, seperti bola dunia di tengah dan kita

melihat dari atas.


8

a = AZIMUTH (SUDUT SAY HORIZONTAL

β = ALTITUDE fSUDUT BAY VERTIKALI

Hal-hal yang perlu diperhatikan dalam perancangan pembayang sinar matahari adalah:

a. Mampu mengontrol hantaran panas

b. Jumlah sinar yang masuk yang diperlukan untuk penerangan alam

c. Silau yang terjadi

d. Waktu penyinaran matahari:

- Waktu dimana matahari mencapai titik terjauh di sebelah selatan khatulistiwa 21

Desember

- Waktu dimana matahari mencapai titik terjauh di sebelah utara katulistiwa 21 ]uni

- Waktu matahari mencapai titik kulminasi

- Waktu matahari mulai memancarkan radiasinya yang dianggap sudah mulai panas 08.30 - 09.00

pagi

- Waktu matahari telah mengumpulkan radiasi terbanyak selama sehari (15.00)

Sudut pembayangannya sendiri berubah-rubah pada setiap saat, tergantung pada posisi matahari.

Oleh sebab itu. Ada tiga macam pembayangan, yaitu:

a. Pembayangan vertikal

b. Pembayangan horisontal

c. Kombinasi pembayangan vertikal dan horisontal

Tipe yang terakhir adalah tipe yang paling efektif, karena sekaligus dapat menyelesaikan arah sinar

vertikal dan horisontal. Secara diagramatis dapat dilihat pada contoh berikut:

Secara terinci, aspek-aspek penting yang harus diperhatikan dalam perancangan pembayang

matahari adalah:

a. Pembayang akan lebih efisien apabila berada di sebelah luar daripada di sebelah dalam

bangunan

b. Perbedaan efisiensi ini akan lebih nyata apabila pembayang tersebut berwarna gelap.

c. Pembayang luar akan lebih efisien apabila mempunyai warna gelap

d. Pembayang dalam bangunan akan efisien apabila menggunakan warna terang

e. Pemakaian pembayang dalam bangunan akan menyebabkan penambahan panas apabila

menggunakan warna gelap

f. Pembayang matahari sebaiknya dari bahan yang mempunyai kapasitas termis yang rendah.

Maksudnya agar cepat dingin setelah matahari terbenam, sehingga tidak memberikan rambatan

panas ke dalam bangunan.

Sebaliknya apabila pembayang matahari mempunyai kapasitas panas yang tinggi, misalnya beton,

panas yang tersimpan akan dilepaskan dan merambat ke dalam bangunan pada waktu malam hari.

Akibatnya akan menaikkan suhu udara dalam ruangan.

g. Pembayang matahari tidak saja berfungsi menghalangi masuknya radiasi matahari ke dalam

bangunan, namun juga jangan sampai berfungsi sebagai perangkap radiasi matahari. Apabila

radiasi matahari yang terperangkap telah terkumpul cukup, maka selanjutnya panas sebagian akan

merambat ke dalam bangunan.

h. Pembayang matahari tidak selalu berupa sirip vertikal atau horisontal, atau keduanya secara


9

bersama-sama, tetapi ide self shading juga merupakan suatu potensi rancang arsitektur, sehingga

bentuk bangunan lebih bisa memberikan arti

� DESKRIPSI BANGUNAN

Bangunan ini memiliki lantai dua tingkat dan memiliki fungsi yang berbeda. Pada Lantai bawah

bangunan ini berfungsi sebagai ruangan yang berguna untuk menerima tamu,kamar tidur utama,

ruang makan,teras dan KM/WC. Dan untuk lantai dua ruangan berfungsi sebagai ruangan yang

digunakan untuk ruangan berkumpul dengan keluarga,kamar anak-anak,balkon dll.


10

Tentunya dengan perbedaan ruangan tersebut memiliki penghawaan atau suasana yang

berbeda,dilantai satu memiliki ruangan yang publik dan yang diatas semi publik.

Pada gedung bertingkat untuk strategi perencanaan termal,diruangan tingkat atas aliran

udara bergerak dekat dengan langit-langit. Pengaruh elemen peneduh yang mengakibatkan

perbedaan tekanan pada setiap sisi lubang masuk udara.

o Tampak Depan


11

o Tampak S.Kanan


12

o Tampak S.Kiri


13

o Tampak Belakang


14

o Denah Arah Angin lantai Satu


15

o Denah Arah Angin Lantai Dua


16

o Potongan A-A dan Arah Angin


17

o Potongan B-B dan Arah Udara

Tugas Fisika Bangunan

Documents

Transcript of Tugas Fisika Bangunan