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
TUGAS UAS FISIKA BANGUNAN July 5, 2012
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
TUGAS UAS FISIKA BANGUNAN July 5, 2012
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
TUGAS UAS FISIKA BANGUNAN July 5, 2012
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.
TUGAS UAS FISIKA BANGUNAN July 5, 2012
5
TUGAS UAS FISIKA BANGUNAN July 5, 2012
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.
TUGAS UAS FISIKA BANGUNAN July 5, 2012
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.
TUGAS UAS FISIKA BANGUNAN July 5, 2012
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
TUGAS UAS FISIKA BANGUNAN July 5, 2012
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.
TUGAS UAS FISIKA BANGUNAN July 5, 2012
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
TUGAS UAS FISIKA BANGUNAN July 5, 2012
11
o Tampak S.Kanan
TUGAS UAS FISIKA BANGUNAN July 5, 2012
12
o Tampak S.Kiri
TUGAS UAS FISIKA BANGUNAN July 5, 2012
13
o Tampak Belakang
TUGAS UAS FISIKA BANGUNAN July 5, 2012
14
o Denah Arah Angin lantai Satu
TUGAS UAS FISIKA BANGUNAN July 5, 2012
15
o Denah Arah Angin Lantai Dua
TUGAS UAS FISIKA BANGUNAN July 5, 2012
16
o Potongan A-A dan Arah Angin
TUGAS UAS FISIKA BANGUNAN July 5, 2012
17
o Potongan B-B dan Arah Udara