UIN MALANG
THERMAL CONTROL SAINS BANGUNAN KELOMPOK 2 INKA MAULIDAH (210606110085) LEONITA MARZA RIZALDHIE (210606110097) NAILA MUNA NAJWA (210606110119)
DAFTAR ISI KENYAMANAN THERMAL................................................................................................01 FAKTOR KENYAMANAN THERMAL............................... ...................................................02 KENDALA KENYAMANAN THERMAL................................................................................04 SHADER & FILTER.............................................................................................................05 THERMAL INSULATION....................................................................................................11 ZONE.......................................................................... ...................................................16 GREEN............................................................................................................................17
KENYAMANAN TERMAL Kenyamanan termal (55-1992 ASHRAE) adalah pikiran kepuasan manusia terhadap lingkungannya karena keseimbangan termal.
Tiga cara Perpindahan panas yaitu 1. Konduksi: antar benda. 2. Konveksi: melalui udara. 3. Evaporasi pelepasan panas melalui keringat, peluh, dan pernapasan.
1
FAKTOR KENYAMANAN TERMAL
Faktor
Internal suhu udara Kelembapan udara Kecepatan udara Radiasi termal Eksternal (Flutuatif) Tingkat aktifitas pakaian
SUHU UDARA Intensitas radiasi matahari
Suhu udara
Faktor penentu penerimaan intensitas radiasi matahari: Rotasi bumi: perubahan sudut jatuh sinar matahari (siang-malam) Revolusi bumi:pergantian musih Kondisi langit: partikel debu, gas, polusi Topografi: elevasi dataran (mdpl). Elevasi = 1/suhu udara
KELEMBAPAN UDARA KELEMBAPAN UDARA Uap air
Kelembapan
Pengukuran : Absolute Humiduty (AH) > Unit massa udara Saturation-point (g/kg atau g/m3). Saturation-point Humidity (SH) > udara pada suhu tertentu (g/kg, kg/m3, g/m3). Relative Humidity (RH) > Perbandingan AH terhadap SH (%) RH = (AH/SH)x100. Sumber Penguapan adalah air penguapan, air tanah, air pada tumbuhan. Semakin lembap udara, keringat semkain sukar menguap sehingga pelepasan keringat terganggu.
2
SUHU UDARA
RADIASI TERMAL
Perbedaan suhu dan tekanan
Kecepatan Udara
Arah: kecenderungan terjadi
yang
sering
Faktor Acuan Kecepatan: rata-rata harian-bulanan
Energi matahari terdiri dari panas dan cahaya. Pemilihan material, orientasi, dan bukaan menentukan perolehan radiasi panas matahari dan kenyamanan termal
Udara hangat naik ke atas
dingin (tinggi) Udara dingin terdorongdari laut
Udara hangat naik ke atas
Panas (rendah) Udara dingin terdorongdari darat
Pengendalian on site : Desain bangunan. Penataan tanaman
Faktor radiasi yang mempengaruhi peningkatan suhu: Jenis material (albedo): rasio radiasi matahari yang dipantulkan Sudut jatuh sinar matahari terkait waktu: sudut altitude = panas yang diterima. lokasi di bumi terkait sunpath, pola lintasan matahari yang spesifik Orientasi bangunan dan bukaan, ntensitas radiasi setiap sisi bangunan berbeda.
3
SHADER and FILTER Shader adalah strategi pendinginan termal menggunakan komponen fasad sebagai pembayangan, bersifat masif (tidak berlubang). Filter adalah strategi pengendalian termal dengan komponenn fasad untuk menyaring sinar matahari, tidak masif (berlubang/transparan). Strategi Shading device Recessed sun spaces Transitional spaces Secondary skin Double glass Absorbsing dan reflective glass Low-e glass Pemilohan kaca
SO HO
5
Kisi-kisi
SHADING DEVICES
sirip pendek yang disusun rapat memiliki sudut kemiringan sebagi filter radiasi. Terdapat celah diantara sirip-siripnya sehingga tidak terjadi akumulasi udara panas.
Peneduh berupa sirip penangkal sinar matahari, bidang dinding, atap balkon, atap lebar, kisis-kisi, kerai otomatis. Pertimbangan Kebutuhan pembayangan Kebutuhan view Kebutuhan estetika
Kerai otomatis Louvre yang bersifat fleksibel, sudutnya dapat berubah menyesuikan sudut jatuh sinar matahari.
Tipe SPSM: Horizontal: timur- barat vertikal: utara-selatan gabungan (egg craete): efektif untuk semua
Horizontal
Vertikal
Eggcrate
Balkon
Atap lebar
Luas balkon mempengaruhi perolehan pembayangan dan lebar bukaan cahaya
Sisi yang dinaungi lebih sejuk sehingga dapat optimalisasi penghawaan alami
6
RECESSED SUN SPACE Substarct pada suatu lantai bangunan, sehingga diperoleh pembayangan terhadap radiasi panas matahari. Bentuknya dapat berupa balkon pada lantai satu. Suhu udara yang terbayang akan menjadi lebih sejuk, sehingga dapat dimanfaatkan untuk penghawaan alami. Pertimbangan : Kebutuhan pembayangan Kebutuhan view Kebutuhan estetika
KELEMBAPAN TRANSITIONALUDARA SPACES Substract pada bangunan dengan dimensi cukup besar sebagai pembayang terhadap radiasi panas matahari dan ruang transisi udara sebelum masuk ke dalam bangunan, sehingga diperoleh iklim mikro. Pertimbangan : Kebutuhan pembayangan Kebutuhan estetika Dengan adanya ruang transisi, ada bagian lantai yang harus dialihkan menjadi ruang terbuka. Untuk sirkulasi udara, pada fasad dibuat bukaan udara dan pintu untuk akses keluar bangunan. Sementara untuk estetika dan suplai O2, ruang terbuka dapat diolah menjadi taman (skycourt) Arsitektur Bioklimatik berperan dalam memperkenalkan transitional spaces. Contohnya Mesiniaga Tower di Malaysia, Transitional Spacesnya dibuat spiral melingkari bangunan dengan dimensi dua hingga tiga lantai.
7
SECONDARY SKIN
DOUBLE GLASS
Kulit atau selubung bangunan kedua yang berfungsi sebagai filter penerimaan radiasi panas matahari. Pertimbangan Kebutuhan pembayangan Kebutuhan estetika Ada berbagai material yang dapat digunakan sebagai secondary skin dan terdapat teknis pemasangan tertentu agar sirkulasi udara yang keluar masuk bukaan tetap lancar
Pada rumah disamping memakai secondary skin Kayu Beton untuk melindungi fasad bagian barat dari panas matahari. Kaca ganda yang digunakan untuk memfilter transmisi radiasi panas matahari masuk ke dalam bangunan. Secara teoritis, hanya sebagain kecil energi panas (termasuk sinar ultraviolet) yang ditransmisikan. Keuntungan lain memakai double glass yakni dapat mengurangi suara bising dari kemampuan insulasi spacer atau rongga udara. Dengan penggunaan double glass beban kerja ac dapat diturunkan.
8
Absorbing glass
ABSORBING & REFLECTIVE GLASS Energi radiasi matahari terdiri atas cahaya dan panas. Setiap kaca memiliki kemampuan spesifik terkait radiasi matahari. Spesifikasi kaca serap (absorrbing glass) dan kaca pantul (reflective glass) meliputi : Light Characteristic Energy Characteristic Reflectance (%) Absorbsi (a, %) Transmittance (%) Reflektans (p, %) Perolehan panas relative Transmitans (t, %) (kcal/m2 atau Btu/ft2hr) Solar Factor (%) Koefisien peneduh UV Transmission (%)
mono tintes glass, kaca tunggal dengan pemberian sedikit warna dari logam sehingga memiliki kemmapuan menyerap energi radiasi panas matahari.
Reflective glass Kaca berlapis atau satu yaitu kaca tunggal dengan lapisan tipis campuran oksida logam sehingga memiliki kemampuan memantulkan energi radiasi panas matahari.
RUMUS : a + p + t = 1 Baca : alpa + rho + tau = 1
Kemampuan absorbing glass dan reflective glass Ketebalan kaca Dengan warna yang sama, semakin tebal kaca kemampuan serap makin tinggi dan kemampuan transmittan, angka solar factor, relative heat gain dan shading coefficient glass makin rendah. Untuk reflective glass dengan warna sama, makin tebal kaca reflectance cenderung makin rendah. Warna kaca Dengan tebal yang sama, makin gelap kaca, kemampuan serap makin tinggi dan kemampuan transmission, angka solar factor, relative heat gain dan shading coefficient glass makin rendah.
9
LOW -E GLASS
Kaca dengan emisivitas (kemampuan permukaan material melepas energi panas dengan cara radiasi dengan angka antara 0-1) rendah, sehingga mampu memfilter penerimaan radiasi panas matahari. Kualitas low- e glass ditentukan oleh beberapa hal Kualitas Coating Terkait jumlah layer dan komposisi metal yang digunakan untuk coating. Lokasi coating material Jenis gas pengisi rongga udara Gas yang umu dipakai adalah udara kering atau gas argon untuk mecegah heat loss dari dalam bangunan. Jenis kaca Kesimpulan 1. Sedikit
perbedaan
ketebalan
kaca
tidak
mempengaruhi
spesifikasi. 2. Agar low e glass makin efektif, pilih coating metal dua lapis dengan kualitas kaca dalam yang baik 3. Makin rendah angka transmittance dan solat heat gain, makin tinggi angka reflectance.
10
Insulasi Termal (Thermal Insulation) Insulasi termal adalah upaya mengendalikan perpindahan panas dengan menggunakan bahan yang dapat mengurangi perpindahan panas. Ini terjadi melalui kemampuan konduksi panas yang rendah dan kemampuan memantulkan radiasi panas daripada menyerapnya. Kemampuan insulasi dipengaruhi oleh konduktivitas panas, kerapatan massa, transmitans panas, kapasitas panas spesifik. Strategi insulasi termal melibatkan insulative wall, thermal mass, dan roof thermal insulation untuk efektif mengurangi perpindahan panas dalam bangunan.
11
Kemampuan insulasi dipengaruhi oleh Konduktivitas panas (thermal conductivity): Dipengaruhi oleh kerapatan massa, semakin tinggi konduktivitas panas, semakin mudah panas dihantarkan, meningkatkan suhu dalam ruangan. Kerapatan massa (density): Jumlah massa per volume material, semakin tinggi kerapatan massa, semakin mudah panas dihantarkan. Transmitans panas (thermal transmittance): Jumlah panas yang ditransmisikan dalam satu detik melalui material, semakin tinggi transmitans panas, semakin mudah panas dihantarkan. Kapasitas panas spesifik (specific heat capacity): Jumlah panas yang dibutuhkan untuk meningkatkan suhu satu kilogram material sebesar satu Kelvin, semakin tinggi kapasitas panas spesifik, semakin lama material memanas, menghambat perpindahan panas.
12
Insulative wall Material dengan konduktivitas panas tinggi (logam) memiliki kemampuan isolasi termal rendah. Material dengan konduktivitas panas sedang (beton, batu alam, batu bata, semen, kaca, dan keramik) memiliki kemampuan isolasi termal sedang. Material dengan konduktivitas panas rendah (kayu, PVC, glass wool, mineral wool, rock wool, bitumen, fiberglass, dan gypsum board) memiliki kemampuan isolasi termal tinggi. Material tumbuhan memiliki kemampuan isolasi termal lebih baik daripada beton dan batu bata. Beton dan batu bata memiliki kemampuan isolasi termal lebih baik daripada batu alam. Jika logam digunakan sebagai material dinding, perlu dilapisi dengan material insulator panas berkonduktivitas rendah dan transmitans panas rendah.
SO HO
dinding dan atap baja ringan pada rumah tinggal
dinding material alam bambu pada rumah tinggal
13
Thermal Mass Thermal mass menggunakan material dinding dengan density tinggi dan specific heat capacity tinggi untuk menghambat perpindahan panas masuk ke dalam bangunan. Pertimbangan pemilihan material thermal mass: Kerapatan massa (density): Semakin tinggi density, semakin mudah menyimpan panas. ketebalan: Material yang lebih tebal dapat menyimpan lebih banyak panas dan menghambat perpindahan panas lebih lama.
SO
HO
Masa termal cocok digunakan di iklim panas kering, seperti pada tanah liat (adobe) di mana panas disimpan siang hari dan dilepaskan pada malam hari. Di Indonesia, beton dan batu alam, terutama sebagai struktur dinding geser (shear wall) atau pembungkus dinding bangunan (cladding), merupakan material thermal mass yang potensial.
14
ROOF THERMAL Roof thermal insulation melibatkan penggunaan material sebagai insulasi termal untuk mengurangi perpindahan panas ke ruangan di bawah atap. Pemilihan material tergantung pada sumber panas dari dalam atau luar bangunan. Beberapa material insulasi termal atap antara lain: Glass wool dan rock wool: Efektif di iklim dingin. Lembaran dengan ketebalan 2-4 inci. Terpasang di antara rangka atap.
Aspal (bitumen) dan serat kayu: Digunakan di iklim panas. Campuran bitumen dan serat kayu pada penutup atap untuk kemampuan insulasi termal yang baik.
Styrofoam: Digunakan di iklim panas. Berupa panel komposit diperkuat kawat dan dilapisi beton. Memiliki thermal conductivity rendah. Aluminium foil: Digunakan di iklim panas. Emissivity rendah, reflectivity tinggi. Berbentuk lembaran tipis, dipasang di antara rangka atap. Efektif untuk sumber panas dari radiasi matahari. Dalam pemilihan material insulasi termal, terutama di iklim panas, disarankan menggunakan tanah liat dan batu bata untuk dinding insulasi. Batasan penggunaan beton dan batu alam diterapkan untuk massa termal, sementara aluminium efektif untuk insulasi termal pada iklim yang panas.
15
ZONE Zone adalah strategi pengendalian termal melalui pengaturan orientasi bangunan dan alokasi zona bangunan sebagai buffer radiasi panas matahari. Strategi zone terdiri dari: Building Orientation: Alokasi bukaan cahaya dan udara untuk mengatur penerimaan radiasi panas matahari ke dalam bangunan. Pertimbangan melibatkan sudut jatuh sinar matahari tergantung pada pola lintasan matahari dan arah angin untuk penghawaan alami. Corezone: Penggunaan zona servis dan zona core sebagai buffer/penahan radiasi panas matahari.
COREZONE Zona inti bangunan (core zone) adalah perencanaan alokasi inti bangunan untuk menjadi buffer penerimaan radiasi panas matahari. Pertimbangan dalam alokasi core zone: Arah datang radiasi panas matahari: Core ditempatkan di sisi timur atau barat bangunan. Fungsi: Core berisi ruang-ruang servis dan bukan prioritas dalam mencapai kenyamanan termal.
BUILDING ORIENTATION Pertimbangan dalam building orientation mencakup sudut jatuh sinar matahari berdasarkan sunpath dan arah angin untuk mencapai penghawaan alami. Dalam konteks Indonesia, radiasi panas matahari menjadi pertimbangan penting dengan penekanan pada orientasi bangunan terhadap utara dan selatan.
Dalam strategi core zone, untuk mengatasi kendala radiasi panas matahari, disarankan untuk mengatur building orientation ke arah utara dan selatan. Core dialokasikan pada sisi timur dan barat bangunan.
16
GREEN Green adalah strategi pengendalian thermal menggunakan vegetasi melalui desain lanskap dan pengadaan vegetasi di bangunan, baik pada atap dan dindingnya. Sehingga diperoleh iklim mikro yang menunjang perolehan kenyamanan thermal. Vegetasi mampu membentuk iklim mikro melalui efek pembayangan, fungsi insulasi thermal, dan pendinginan udara secara pasif.
SO HO
17
STRATEGI GREEN LANDSCAPE Strategi pengendalian termal mengacu pada vegetasi sebagai pembayangan dan passive cooling. Pertimbangan pemilihan dan penataan vegetasi:
KELEMBAPAN UDARA
Optimasi Pembayangan
Alokasi Vegetasi
Pohon berdaun lebat dengan tajuk yang lebar. full-crowned, ex: Sugar maple vase, ex: hawthorn spreading, ex: oaktree layered, ex: Bayan tree weeping, ex: Willow
Kendala: Jarak vegetasi lebih rapat dan menjadi penahan angin.
Potensi: jarak vegetasi tidak rapat agar tidak menghalangi aliran udara
18
GREEN ROOF
SKYCOURT
Green roof adalah pengadaan vegetasi di atap sebagai insulasi termal 87% meredam panas. Green Roof
Traditional Roof
Pertimbangan: Jenis taman: intensi atau ektensif Teknis: struktur bangunan, sistem drainase.
Modern Roof
waterprof,
Intensive Garden
Extensive Garden
Vegetasi keras seperti pohon tinggi besar. tebal green roof ±150 cm
Vegetasi lunak seperti semak,perdu, dan rumput.tebal green roof ±15 cm
Pengadaan vegetasi di recessed sun spaces dan traditional spaces sebagai passive cooling. Pertimbangan: Jenis vegetasi Teknis: struktur bangunan, sistem waterprof, irigasi, drainase.
irigasi,
Kemampuan insulasi termal dipengaruhi oleh: Ketebalan media tanam : semakin tebal semakin efektif Jenis Vegetasi: kanopi vegetasi yang lebat efektif menurunkan suhu.
19
GREEN WALL Pengadaan vegetasi di fasad/ dinding sebagai insulasi termal dan passive cooling. Pertimbangan: Jenis vegetasi, media tanam terbatas. Teknis: struktur bangunan, sistem waterprof, irigasi, drainase.
Strategi Green wall
Green facades Dinding fasad lngsung dirambati vegetasi, akar berada di tanah.
KELEMBAPAN UDARA Living wall/biowall VGM (vertical greening module), berbahan plastik lengkap dengan geotectile, irigasi,media tanam disusun vertikan pada dinding.
COOLING EFFECT Strategi pengendalian udara melalui efek pendinginan secara pasif.
ventilasi/sirkulasi udara harus berjalan dengan baik agar udara yang bertambah lembap oleh uap air tidak mengganggu kenyamanan termal.
20
SECONDARY SKIN Kulit/selubung bangunan kedua sebagai filter radiasi. terpasang pada fasad dengan jarak tertentu/tidak menempel. Pertimbangan: Kenyamanan termal Kemudahan konstruksi Estetika dan kebutuhan view Durability
Teknis Pemasangan: Terdapat ruang antara (min. 40-60 cm) Celah minimal 3 cm (papan,batang,bilah) Ruang antara bagian atas dan bawah terbuka
REFUGE FLOOR Ventilasi/sirkulasi udara harus berjalan dengan baik agar udara yang bertambah lembap oleh uap air tidak mengganggu kenyamanan termal. Material: kayu bambu alumunium besi
baja ringan panel fristed glass vegetasi
Berfungsi sebagai filter radiasi penunjang kenyamanan termal sehingga view keluar tidak menjadi prioritas utama.
21
TERIMA KASIH