Slide 1

Prinsip Desain Pengendalian Termal BangunanSains & Teknologi Bangunan I Semester Genap 2013/2014

Bromberek, 2009STB 1 Prinsip Desain Pengendalian Termal

Bromberek, 2009STB 1 Prinsip Desain Pengendalian TermalDesign variables

The four design variables that have the greatest influence on thermal performance are:

ShapeFabricFenestrationVentilationSzokolay, 2004STB 1 Prinsip Desain Pengendalian TermalShapeSURFACE-TO-VOLUME RATIO

The heat loss or gain depends on the envelope area

(Szokolay, 2004)Szokolay, 2004STB 1 Prinsip Desain Pengendalian TermalORIENTATION

if the plan is other than a circle, orientation in relationto solar gain will have a strong effect.

The term aspect ratio is often used to denote the ratio of the longer dimension of an oblong plan to the shorter. In most instances the N & S walls should be longer than the E & W and the ratio would be around 1.3 to 2.0, depending on temperature and radiation conditions. It can be optimised in terms of solar incidence and wanted or unwanted solar heat gain or heat dissipation.Shape(Szokolay, 2004)Szokolay, 2004STB 1 Prinsip Desain Pengendalian TermalHalliday, 2008STB 1 Prinsip Desain Pengendalian Termal

Yeang, 1994Szokolay, 2004STB 1 Prinsip Desain Pengendalian Termal

FabricSHADING

of wall and roof surfaces can control the solar heatinput.

A west-facing wall may be shaded to eliminate the late afternoon solar input.

If the plan shape is complex, then the shading of one surface by another wing should be considered.(Szokolay, 2004)Szokolay, 2004STB 1 Prinsip Desain Pengendalian Termal

http://images-2.domain.com.au/2011/08/19/2567827/mornington_5_1024-600x400.jpg

http://mimbeo.com/vacation-rentals/wp-content/uploads/classipress/the-bali-cottage-at--1496233443.jpgSTB 1 Prinsip Desain Pengendalian Termal

http://construction.com/CE/CE_images/2011/Dec_manko_7.jpgSTB 1 Prinsip Desain Pengendalian Termal

http://www.somfy-architecture.com/buildings/common/img/library/epa-5.jpg

http://bloombety.com/wp-content/uploads/2013/05/Shelves-With-Fabric-Window-Shades-Design.jpgSTB 1 Prinsip Desain Pengendalian TermalSURFACE QUALITIES

absorptance/reflectance will strongly influencethe solar heat input; if it is to be reduced, reflectivesurfaces are preferred.

A white and a shiny metal surface may have the same reflectance, but the white would have an emittance similar to a black body at terrestrial temperatureswhilst the emittance of the shiny metal is practically negligible.

Thus if heat dissipation is the aim, a white surface would be preferred.Fabric(Szokolay, 2004)Szokolay, 2004STB 1 Prinsip Desain Pengendalian TermalFabricRESISTIVE INSULATION CONTROLS

the heat flow in both directions; it is particularly important in very cold climates (heated buildings) or in very hot climates (air-conditioned buildings).

In nonconditioned buildings it is important for elements exposed to solar radiation.

In an overheated situation any wall shouldeither be shaded or have good resistive insulation.(Szokolay, 2004)Szokolay, 2004STB 1 Prinsip Desain Pengendalian TermalREFLECTIVE INSULATION

the best effect is achieved if the (doublesided)foil is suspended in the middle of a cavity, so that boththe high reflectance and low emittance are utilised. This is rarely achievable.

There is no difference in magnitude between the low emittance and high reflectance effects. Deterioration in time, e.g. dust deposit should be considered, hence a foil under the roof skin, face down is better than one on top of the ceiling, face up. It affects downward heat flow more than the upward flow.Fabric(Szokolay, 2004)Szokolay, 2004STB 1 Prinsip Desain Pengendalian TermalFabricCAPACITIVE INSULATION

provides a very powerful control of the timing of heat input especially in climates with a large diurnal temperature swing, as it can store the surplus heat at one time, for release at another time, when it is needed.(Szokolay, 2004)Szokolay, 2004STB 1 Prinsip Desain Pengendalian Termal

http://www.davidhealdphotographs.com/data/photos/114_1guggenheim_bilbao_ph005.jpg

http://www.biawow.com/wp-content/uploads/2013/08/Modern-House-Facade-Square-White-Wall-Glass-Window-Design.jpg

http://www.colourbox.com/preview/1696525-206164-skyscraper-with-reflection-of-buildings-on-facade-low-angle-abstract-view.jpg

Halliday, 2008STB 1 Prinsip Desain Pengendalian TermalFenestrationSIZE, POSITION AND ORIENTATION OF WINDOWS affect sun penetration, thus solar heat input, but also affect ventilation, especially where cross ventilation (physiological cooling) is desirable.GLASS: single, double, multiple and glass quality: special glasses(heat absorbing or heat reflecting glasses) may be used toameliorate an otherwise bad situation, by reducing the solarheat input. Their qualities are constant, they would reducesolar heating even when it would be desirable and wouldreduce daylighting. They should be considered as a last resort.CLOSING MECHANISM: fixed glass, louvres, opening sashes, type ofsashes used(Szokolay, 2004)Szokolay, 2004STB 1 Prinsip Desain Pengendalian TermalFenestrationINTERNAL BLINDS AND CURTAINS can slightly reduce the solar heatinput, by reducing the beam (direct) radiation, but they become heated and will re-emit that heat, thus causing convective gains.EXTERNAL SHADING DEVICES are the most positive way of controlling solar heat input. The effect of such devices on wind(thus ventilation) and on daylighting and views must be kept in mind.INSECT SCREENS (part of fenestration) may be a necessity in hothumid climates (with their large insect population), but theireffect on air flow and on daylighting must be recognised. Airflow may be reduced by 30% even by the best, smooth nylonscreen and daylighting may also be reduced by 25%. To keepthe same effect, the window size may have to be increased.(Szokolay, 2004)Szokolay, 2004STB 1 Prinsip Desain Pengendalian TermalVentilationair-tight construction to reduce air infiltration is importantboth in a cold climate and in a hot climate in air-conditionedbuildingsbeyond the provision of fresh air, ventilation can be relied onto dissipate unwanted heat, when To < Tiphysiological cooling can be provided even when To > Ti andfor this not the volume flow but the air velocity is important.This can only be achieved by full cross-ventilation (or mechanicalmeans) and it may be the main determinant of not onlyfenestration and orientation but also of internal layout (e.g.single row of rooms)(Szokolay, 2004)Szokolay, 2004STB 1 Prinsip Desain Pengendalian Termal

Ventilasi BuatanVentilasi Silang(Wind Effects)AtauVentilasi Gaya Angin(Wind Driven Ventilation)Ventilasi Apung(Stack Effect)AtauVentilasi Gaya Termal(Stack Driven Ventilation)Ventilasi AlamiSistem VentilasiVentilasi HybridSTB 1 Prinsip Desain Pengendalian Termal22Szokolay, 2004STB 1 Prinsip Desain Pengendalian TermalWind Effect

Wind Effect : Cross VentilationAir inletAir outlet

Szokolay, 2004STB 1 Prinsip Desain Pengendalian TermalStack EffectStack effect in a roomStack effect in a chimneyPrinsip desain pengendalian termal di daerah tropis lembabDalam Szokolay, 2004, daerah beriklim tropis lembab merupakan salah satu daerah yang paling sulit untuk didesain bangunannya, karena memiliki karakteristik:

Perbedaan temperatur harian yang tidak signifikan, sehingga tidak dapat menggunakan prinsip mass effect;

Kelembaban yang tinggi sehingga tidak dapat memanfaatkan pendinginan evaporatif; sedangkan pendinginan evaporatif secara tidak langsung dapat digunakan selama tidak menambah kelembaban.Szokolay, 2004STB 1 Prinsip Desain Pengendalian TermalTujuan dari pengendalian termal pada daerah yang mengalami permasalahan ketidaknyamanan termal akibat tingginya temperatur meliputi:

Mencegah perolehan panas;Memaksimalkan pelepasan panas; sertaMembuang panas yang tidak dibutuhkan melalui pendinginan.

Upaya tersebut diatas dapat dilakukan melalui sistem pasif maupun aktif pada desain bangunan.Koenigsberger, 1974STB 1 Prinsip Desain Pengendalian Termal

Prinsip desain pada daerah beriklim tropis lembab

Sistem rumah panggung atau mengangkat level ketinggian lantai dari permukaan tanah untuk memanfaatkan pergerakan angin di bawah bangunan;Menyediakan ventilasi udara yang cukup untuk membuang panas dan mengkondisikan temperatur ruang dalam yang tidak lebih tinggi daripada temperatur di luar bangunan, dan bahkan lebih rendah;Mencegah peningkatan temperatur pada ruang atap;Menghindari bukaan pada sisi timur dan barat untuk mengurangi perolehan panas;Memanfaatkan strategi pendinginan pasif untuk mereduksi perolehan panas;Memperbesar bukaan pada sisi utara dan selatan;Menyusun ruangan secara linier (single loaded) untuk memungkinkan ventilasi silang.Szokolay, 2004STB 1 Prinsip Desain Bangunan TropisBentuk bangunan memanjang, dengan susunan ruang satu baris untuk memungkinkan ventilasi silangBanyak menggunakan pembayang (shading devices), baik pada bukaan maupun dinding massif untuk menghindari panas matahariBanyak bukaan penghawaan alami yang menghadap ke arah sumber anginBukaan dan pembayang menjadi karakteristik utama bangunanOrientasi bangunan memanjang ke arah timur-barat, untuk memperkecil bidang bangunan yang terpapar radiasi panas matahari (hal ini dapat bertentangan dengan kebutuhan orientasi bangunan untuk menangkap angin)Semakin tinggi atau luas bidang vertikal pada selubung bangunan, semakin besar resiko penerimaan radiasi panas matahariPemanfaatan tanaman untuk mengendalikan pola dan meningkatkan kecepatan aliran udara; serta sebagai pembayang matahariFORM AND PLANNINGKoenigsberger, 1974STB 1 Prinsip Desain Bangunan TropisPrinsip desain pada daerah beriklim tropis Material bangunan yang memiliki kapasitas kalor rendah (low thermal capacity) dan ringan (lightweight construction)Penggunaan material atap yang reflektif, serta menyediakan ruang atap (di atas plafon) yang dilengkapi ventilasi udaraMaterial atap dan plafon sebaiknya memiliki kapasitas kalor yang rendahPenggunaan atap miring untuk mengalirkan air hujanBidang dinding yang terpapar radiasi panas matahari sebaiknya diberi perlakuan khusus seperti menambahkan pembayang matahari, menggunakan material reflektif, atau membuatnya dari material berinsulasi termal

(Koenigsberger, dkk., 1974)ROOFS AND WALLSKoenigsberger, 1974STB 1Prinsip Desain Bangunan TropisJenis dan posisi bukaan mampu menangkap aliran udara alami ke dalam bangunanFungsi bukaan akan sangat dipengaruhi oleh orientasi bangunan terhadap arah angin dominan, serta elemen penghalang di sekitar bangunanAliran udara yang masuk ke dalam bangunan diupayakan tidak melalui permukaan yang bersifat panas sebelumnya (contoh: jalan aspal)Upaya untuk menyediakan bukaan penghawaan alami yang luas/besar bertentangan dengan berbagai hambatan seperti turut masuknya air hujan dengan curah yang tinggi, serangga, polusi udara, serta polusi suara dari luar bangunanTanpa adanya pertukaran udara, temperatur dan kelembaban udara di dalam bangunan akan meningkat bahkan hingga di atas temperatur dan kelembaban udara di luar bangunanPenyediaan ventilasi pada ruang dalam, maupun ruang atap

(Koenigsberger, dkk., 1974)AIR FLOW, OPENINGS & VENTILATIONKoenigsberger, 1974STB 1 Prinsip Desain Bangunan TropisPola dan kecepatan aliran udara dipengaruhi oleh:orientasi bangunan terhadap arah anginkondisi lingkungan sekitar yang mempengaruhi pergerakan udaradesain ventilasi silang pada bangunanposisi bukaan, dimensi bukaan, dan mekanisme pengendalian bukaan.

Untuk itu, terdapat beberapa prinsip desain bukaan pada dinding untuk meningkatkan sirkulasi udara dalam ruang, antara lain:

Menghadapkan bukaan dengan dimensi terbesar terhadap arah angin untuk meningkatkan sirkulasi udara dalam ruang. Memposisikan lubang inlet dan outlet udara pada ketinggian yang tidak sejajar untuk menghasilkan pergerakan udara yang merata pada ruang.Luas lubang outlet udara yang lebih besar daripada luas lubang inlet udara mampu meningkatkan kecepatan angin dalam ruang.CKoenigsberger, 1974STB 1 Prinsip Desain Bangunan TropisSTB 1 Prinsip Desain Pengendalian TermalPENJELASAN BRIEF TUGAS