6 Beban Panas Konduksi (qc).pdf

BEBAN PANAS KONDUKSI (Qc) SISTEM TERMAL BANGUNAN KELAS B

Beban Panas Konduksi Perpindahan panas melalui bahan selubung bangunan, tergantung dari: » Luas bidang permukaan yang dilalui panas (A) » Nilai transfer panas bahan dari udara luar ke udara dalam (U) » Selisih temperatur luar dan dalam (To-Ti) TO = Outside Temperature

Qc = A x U x (To-Ti)

TO

Qc = laju perpindahan panas secara konduksi (W) A = area permukaan (m2) U = nilai transmittance (W/m2degC) To-Ti = ΔT=perbedaan temperature (degC) BEST FOR You O R G A N I C S

C O M P A N Y

T1 T1 = Inside Temperature DX

Beban Panas Konduksi » Pada bidang opaque, pengaruh panas radiasi diperhitungkan bersama dengan temperatur luar, sebagai temperatur sol air (Tsa),

Tsa =To + (Ig x α x Rso) sehingga

Qc = A x U x (Tsa-Ti) Tsa= Temperatur sol-air To = Temperatur outdoor (ºC) α = absorbtansi permukaan Ig = global irradiance (komponen direct+diffuse/+reflected) (W/m2) Rso= resistansi (m2degC/W)

Qc= laju perpindahan panas secara konduksi (W) A= area permukaan (m2) U= nilai transmittance (W/m2degC) Ti= Temperatur udara dalam (ruang/bangunan) (°C) BEST FOR You O R G A N I C S

C O M P A N Y

BEBAN PANAS SOLAR Konsep Sol-air

panas radiasi solar yang diserap oleh material opaque diperhitungkan. (termal udara) konsep sol air, yaitu panas akibat radiasi ditambahkan pada temperatur udara luar terlindung dan karakter penyerapan material. Tsa= To + (Ig * α * Rso) To = Temperatur outdoor (ºC) α = absorbtansi permukaan Ig = global irradiance (komponen direct+diffuse/+reflected) (W/m2) BEST You Rso= FOR resistansi (m2degC/W) O R G A N I C S

C O M P A N Y

Nilai Transfer Panas bahan bangunan » Konduktivitas (Conductivity) (k): laju aliran panas/ nilai penerusan panas per unit waktu (Joule/s=Watt), untuk suatu bahan yang tebalnya 1m, per satu unit luas (m2), per satu unit selisih temperatur (K)

Satuan:

nilai k Luas bidang (A) = 1 m2

Tebal (b)= 1m

BEST FOR You O R G A N I C S

C O M P A N Y

Watt x m ------------- = Watt/mK m2 x K

NILAI TRANSFER PANAS BAHAN BANGUNAN

» Konduktivitas (Conductivity) (k): Bervariasi:  0.03 W/mK untuk material insulasi  400 W/mK untuk metal Semakin rendah nilai konduktivitas, material makin bersifat insulator

Cork Metal

BEST FOR You O R G A N I C S

C O M P A N Y

6

Helix Bridge, Singapore

Cork-insulasi

BEST FOR You O R G A N I C S

C O M P A N Y

7

NILAI TRANSFER PANAS BAHAN BANGUNAN » Resistivitas (resistivity) (r) adalah nilai tahanan panas untuk suatu bahan yang tebalnya 1m1, merupakan kebalikan dari konduktivitas (k) 1 r = -----k

satuan r : mK/Watt

k = 0,03 Watt/mK : isolator terbaik k = 400 Watt/mK : konduktor terbaik (metal)

BEST FOR You O R G A N I C S

C O M P A N Y

8

NILAI TRANSFER PANAS BAHAN BANGUNAN » Konduktansi (Conductance) (C) laju aliran panas/ nilai penerusan panas suatu bahan dengan ketebalan tertentu per unit waktu (Joule/s=Watt), per satu unit luas (m2), per satu unit selisih temperatur (K)

C=k/b

nilai C

Satuan:

Watt ---------- = Watt / m2K m2 x K

Luas bidang (A) = 1 m2

Tebal tertentu BEST FOR You O R G A N I C S

C O M P A N Y

9

NILAI TRANSFER PANAS BAHAN BANGUNAN » Resistansi (resistance)(R) adalah nilai tahanan panas suatu bahan dengan ketebalan tertentu merupakan kebalikan dari konduktansi (C) 1 b R = --- = --satuan R : m2K/Watt C k Untuk bahan berlapis, yang dijumlahkan adalah nilai R bukan nilai C R total = b1/k1 + b2/k2 k1

C total = 1/ R total

k2

C = k1/b1 + k2/b2 b1

b2

BEST FOR You O R G A N I C S

C O M P A N Y

10

NILAI TRANSFER PANAS BAHAN BANGUNAN Konduktansi permukaan (surface conductance) (f)

Luar/ outdoor

dalam/ indoor

fo

fi

Watt/m2K

Watt/m2K

BEST FOR You O R G A N I C S

C O M P A N Y

Nilai konduktansi lapisan tipis pada permukaan bahan yang dipengaruhi oleh kualitas permukaan bahan tersebut.

11

NILAI TRANSFER PANAS BAHAN BANGUNAN Resistansi permukaan (surface resistance) (Rs) nilai tahanan panas permukaan, kebalikan dari konduktansi permukaan

Rs = 1 / f Luar/ outdoor

satuan m2K/Watt

dalam/ indoor

fo

fi

Watt/m2K

Watt/m2 K

R (air to air resistance) keseluruhan: Penjumlahan dari body ‘s resistance dan surface resistances Ra= 1 + Rb +1 fo fi 1/fi = resistansi permukaan internal Rb= resistansi dari body (dinding, atap, dll) 1/fo= resistansi permukaan eksternal BEST FOR You O R G A N I C S

C O M P A N Y

12

KONDUKTANSI PERMUKAAN kasar

normal

halus

metalik

Resistansi permukaan bergantung pula pada kualitas permukaan Kasar, contoh: bata tanpa di plester, beton expose Normal, contoh: bata dengan plester Halus, contoh : bata dengan plester, plamur dan cat tembok, logam buram. Metalik: logam cerah berkilau BEST FOR You O R G A N I C S

C O M P A N Y

KONDUKTANSI PERMUKAAN kasar

normal

halus

metalik

α = absorbtance α = 0.9 for a black asphalt α = 0.2 for a shiny aluminium or white painted surface. BEST FOR You O R G A N I C S

C O M P A N Y

Nilai U Nilai penerusan panas dari udara luar melalui suatu bidang yang terdiri atas satu lapis, atau beberapa lapis bahan ke udara dalam Nilai U adalah kebalikan dari nilai R total, dimana R total adalah hasil penjumlahan dari resistansi permukaan luar + jumlah resistansi dari seluruh lapisan bahan penyusun + resistansi permukaan dalam

R total = Rso + R1 + R2 + … + Rn + Rsi U = 1/ Rtotal satuan W/m2K BEST FOR You O R G A N I C S

C O M P A N Y

Contoh soal : Hitung nilai U untuk dinding yang tersusun dari material sebagai berikut!

Indoor

Outdoor

Surface resistnce outdoor Rso = 0,076 m2K/W 1 10 mm plastering 2 3

k = 0,461 W/mK

120 mm engineering brickwork k = 1,150 W/mK

10 mm plastering

k = 0,461 W/mK

BEST FOR You O R G A N I C S

C O M P A N Y

Surface resistance indoor Rsi = 0,123 m2K/W

Jawaban

U = 1 / R total R total = Rso + R1+R2 + R3+ Rsi = Rso + bplastering/ kplastering + beng.b.w/ keng.b.w + bplastering/ kplastering + Rsi = 0,076m2K/W + (0,01m / 0,461W/mK) + (0,12m / 1,150W/mK) + (0,01m / 0,461W/mK) + 0,123 m2K/W = 0,346732 m2K/W

U = 1/ 0,346732 = 2,884074 W/m2K BEST FOR You O R G A N I C S

C O M P A N Y

Contoh soal : Hitung nilai U untuk dinding yang tersusun dari material sebagai berikut!

Indoor

Outdoor

Surface resistance outdoor 1/fo = 0,076 m2K/W 1

12 mm plastering

2

100 mm dense concrete block

3

4 5

50 mm cavity

k = 0,461 W/mK k = 1,440 W/mK

C = 5,670 W/m2K

114 mm engineering brickwork k = 1,150 W/mK 25 mm wood wool slab

k = 0,093 W/mK

BEST FORresistance You Surface indoor 1/fi = 0,123 m2K/W O R G A N I C S

C O M P A N Y

Steady state vs Periodic heat flow » Steady state (keadaan mantap): • kondisi dimana suhu pada tiap titik dalam suatu obyek adalah tetap (konstan) • Kondisi dimana beban/kehilangan panas adalah tetap, tidak ada perubahan/fluktuasi. » Periodic heat flow (arus panas periodik) • Kondisi yang senantiasa berubah/fluktuatif. • Kondisi luar yang fluktuatif dengan selang waktu tertentu mempengaruhi kondisi di dalam bangunan. BEST FOR You O R G A N I C S

C O M P A N Y

Beberapa pengertian sehubungan dengan aliran panas periodik melalui dinding

» Time Lag, waktu tunda, pergeseran waktu: yaitu waktu yang dibutuhkan agar panas dapat merambat dari sisi luar ke sisi sebelah dalam. » Decrement Factor, pengurangan: perbandingan antara selisih temperatur luar maksrata-2, dengan temperatur dalam maks – rata-2. BEST FOR You O R G A N I C S

C O M P A N Y

BEST FOR You O R G A N I C S

C O M P A N Y

21

Insulasi » Reflective : digunakan hanya pada cavity, yaitu pada bagian perpindahan panas yang terjadi secara radiasi. Material yang dipakai: refleksi tinggi, absorsi dan emisi rendah, contoh yang paling umum dipakai: Aluminium foil. Contoh perbedaan nilai konduktansi akibat penambahan insulasi reflektif - Konstruksi tanpa

: C = 5,56 W/m2K

- dg ins. reflektif pd satu sisi : C = 2,86 W/m2K - dg ins. reflektif pd 2 sisi : C = 1,61 W/m2K BEST FOR You O R G A N I C S

C O M P A N Y

Insulasi Reflective :

BEST FOR You O R G A N I C S

C O M P A N Y

23

Insulasi » Resistive: menghambat penerusan panas dengan material yang resistansi tinggi/konduktansi rendah. Material dasar yang digunakan adalah udara/ udara diam. Material yang banyak dipakai adalah yang berkepadatan rendah dan porous. Bandingkan nilai k beberapa material berikut: - Steel : 53,00 W/mK - Bata, rata-rata : 1,20 W/mK - Kayu, rata-rata : 0,138 W/mK - Glass wool : 0,034 W/mK - Udara diam : 0,026 W/mK - Air : 0,68 W/mK BEST FOR You O R G A N I C S

C O M P A N Y

BEST FOR You O R G A N I C S

C O M P A N Y

25

Insulasi » Capacitive : Tidak terjadi pada kondisi steady state. Termal kapasitas dinding terjadi karena kepadatan permukaannya (surface density, Kg/m2) dan kapasitas panas spesifik (specific heat capacity, J/kgK).

BEST FOR You O R G A N I C S

C O M P A N Y

DAFTAR PUSTAKA

Lechner N. (2014), Heating, Cooling, Lighting: Sustainable Design Methods for Architects, 4th edition, John Wiley & Sons Koenigsberger, dkk (1975), Manual of Tropical Housing and Building, Orient Longman Private Limited Szokolay SV, (2004), Introduction to Architectural Science: The Basis of Sustainable Design, Architectural Press, London, Great Britain

BEST FOR You O R G A N I C S

C O M P A N Y

27

BEST FOR You ORGANICS COMPANY

Perhitungan Nilai U untuk dinding berongga x 45

45

45

45

45

45 Outdoor Section x-x

45

x

Indoor

45

90

90

Surface resistance outdoor Rso = 0,076 m2K/W 12 mm Plywood, R = 0,11 m2K/W

frame: wood 3cm x 5 cm, r = 1,732 mK/W 12 mm Plywood, R = 0,11 m2K/W

Surface resistance indoor 1/fi = 0,123 m2K/W BEST FOR You O R G A N I C S

C O M P A N Y

Nilai U dinding didapat dari super proporsi nilai U bagian2nya U = n U diantara rangka + (1-n) U

pada rangka

Dimana n adalah proporsi luasan bidang diantara rangka terhadap luasan bidang keseluruhan 1 modul rangka

Luas keseluruhan 1 modul = 90x45 = 4050

3

Diantara rangka

45 45

3

3

Luas diantara rangka = (90-3) x (45-3) = 87x42 = 3654 n = luas bidang diantara rangka / luas keseluruhan = 3654/4050 = 0.9022

3 90 90

U diantara rangka = 1/R diantara rangka BEST FOR You

U pada rangka = 1/R pada rangka

O R G A N I C S

C O M P A N Y

Luas pada rangka = (3x87)+ (3x45)= 396 (1-n) = 1- 0.9022=0.0978 Cek: 396/4050 = 0,0978

R diantara rangka R pada rangka Surface resistnce outdoor (Rso )

0,0760 m2K/W

0,0760 m2K/W

12 mm Plywood, R = 0.11 m2K/W

0,1100 m2K/W

0,1100 m2K/W

-

0,3155 m2K/W

Nonreflective airspace

0,1161 m2K/W

-

12 mm Plywood, C = 0.11 W/mK

0,1100 m2K/W

0,1100 m2K/W

Surface resistance indoor (Rsi)

0,1230 m2K/W

0,1230 m2K/W

0,4591 m2K/W

0,6585 m2K/W

frame: wood 3cm x 5 cm, r = 6.31mK/W

U = 0,9022 U diantara rangka + 0,0978 U pada rangka = (0,9022 x (1/R diantara rangka))

+ ((0,0978 x (1/R pada rangka)) = (0,9022 x 1 / 0.4591) + (0,0978 x 1 / 0,6585) = 2,1137

BEST FOR You O R G A N I C S

C O M P A N Y