Cara Menghitung Perpindahan Panas Pada Bangunan _ Materi Fisika Bangunan Arsitektur

Cara menghitung perpindahan panas pada bangunan_Fisika Bangunan

tugas

FISIKA BANGUNAN

semester 2 tahun akademik 2013/2014

 

A.                 PENDAHULUAN

Banyak aspek yang harus dipertimbangkan dalam merancang bangunan, diantaranya adalah aspek kenyamanan. Pada tugas ini hitunglah aspek thermal baik buatan (lampu) maupun alam (matahari) sebuah ruang kelas yang memiliki karakteristik sebagai berikut :

B.                 DATA

Sebuah Ruang Kelas.

·           Jumlah orang          = 90 orang

·           Jumlah lampu         = 6 lampu @ 20 watt

·           Komputer               = 1 buah 30 watt

·           LCD                      = 1 buah 15 watt           

·           Bahan                    = Dinding Batu Bata di plester pada 2 sisi

·           Tebal bata              = 8 cm

·           Tebal plester          = 2 cm

·           Panjang dinding      = 12 m

·           Lebar dinding          = 11 m

·           Tinggi dinding         = 3 m

·           Luas Bidang kaca Dinding barat   = 55 %

·           Luas Bidang Kaca Dinding Timur = 45%

·           Suhu luar (To)         = 35⁰C

·           Suhu dalam (Ti)      = 30⁰C

C.                 SOAL:

·           Menghitung transmitan dan resistan elemen bangunan berlapis

·           Kenaikan suhu benda oleh radiasi matahari

·           Panas yang menembus elemen bangunan

·           Panas yang menembus kaca

·           Aliran udara untuk membuang panas dengan memperhatikan volume ruang

D.                 PERHITUNGAN

1.         MENGHITUNG TRANSMITAN DAN RESISTAN ELEMEN BANGUNAN BERLAPIS

·           Diketahui sebuah bangunan memiliki struktur dinding bata dengan lapisan plester

·           Tebal plester luar dan plester dalam (d plester) @ 2 cm

·           T ebal batu bata (d bata) 8 cm.

·           Konduktivitas plester (k plester) 0.9 W/m20C,

·           Konduktivitas batu bata (k bata) 0.8 W/m20C

·           Konduktan permukaan dalam dinding (f1) 8.12 W/m^{2 0}C.

Maka

·           Resistan plester (R1 plester)    = d plester/k plester = 0,02m/0,9 W/m2 0C

= 0,022 m^{2 0}C/W

·           Resistan Bata (R1 bata)                       = 0,08 m/0,8 W/m^{2 0}C = 0,1 m^{2 0}C/W

·           Resistan total                          = R1 plester + R1 bata + R1 plester

= 0,022 + 0,1+ 0,022

    = 0,144 m²⁰C /W

a.         TRANSMITAN (U)

       DINDING TIMUR (terlindungi)

       fo = 13,18 W/m²⁰C

       Resistan dinding (R dinding timur)         = 1/f1+ R total + 1/fo

                                                                 = 1/8,12 + 0,144 + 0,076

                                                                 = 0,334 ⁰C/W

       Transmitan dinding (U dinding timur)      = 1/R dinding

                                                                 = 1/0,334 = 2,994 W/m^{2 0}C

b.        DINDING UTARA (terlindungi)

Resisten dinding (R dinding utara)         =1/f1+ R total + 1/fo

                                                          =1/8,12 + 0.144 + 1/13,18

                                                          =0.123 + 0.144 + 0.076

                                                          = 0,334 ⁰C/W

Transmitan dinding (U dinding utara)      = 1/R dinding

                                                          =1/0.334

                                                          =2,994 W/m^{2 0}C

c.         DINDING SELATAN (terlindungi)

       Resistan dinding (R dinding selatan)      = 1/f1+ R total + 1/fo

                                                                 = 1/8,12 + 0,144 + 1/7,78

                                                          =0.123 + 0.144 + 0.129

                                                          =0,396 ⁰C/W

       Transmitan dinding (U dinding selatan) = 1/R dinding

                                                          =1/0.396

                                                          =2,525  W/m^{2 0}C

d.        DINDING BARAT (normal)

       Resisten dinding (R dinding barat)         =1/f1 + R total + 1/fo

                                                                 =1/8.12 + 0.144 + 1/13.18

                                                                 =0.123 + 0.144 + 0.076

                                                                 =0.334 ⁰C/W

Transmitan dinding (U dinding utara)      = 1/R dinding

                                                          =1/0.334

                                                          = 2,994 W/m^{2 0}C

2.         KENAIKKAN SUHU BENDA OLEH RADIASI MATAHARI

a.         PADA DINDING TIMUR

Intensitas Radiasi matahari  untuk bagian barat (I)          = 97 W/m2
Suhu dalam ruang (Ti)                                                  = 30⁰C
Suhu luar ruangan (To)                                     = 35⁰C
Bilangan Serap arbsorsi (α) Cat putih                            = 0,58
Sudut datang matahari (β)                                            = 60º
Konduktan permukaan dinding bata bagian barat (fo))     = 13,18 W/m^{2 0}C

Maka,suhu permukaan yang terkena sinar matahari :

Ts      = To + (I α/fo) ⁰C

I         = Icosβ

Ts      = 35+ (97xcos 60 x 0,58/13,18)

= 35 + 2,134
= 37, 134 ⁰C

b.        DINDING UTARA

Ts      = To + (I α/fo) ⁰C

Ts      = 35+ (97xcos 60 x 0,58/13,18)
= 35 + 2,134
= 37, 134 ⁰C

c.         DINDING SELATAN

Ts      = To + (I α/fo) ⁰C

Ts      = 35+ (97xcos 60 x 0,58/7,78)

           = 35 + (36,375)

= 71,375

d.        DINDING BARAT

Ts      = To + (I α/fo) ⁰C

Ts      = 35+ (97xcos 60 x 0,58/13,18)

           = 35 + (2,134)

= 37,134

3.         PANAS YANG MENEMBUS ELEMEN BANGUNAN

a.       DINDING TIMUR

Luas dinding                            = 37,2
          Panjang                        = 12 m
          Lebar                            = 11 m
Suhu dalam ruangan                = 30⁰C
Suhu luar ruangan                    = 35⁰C sehingga ∆t= 5⁰C
Suhu permukaan luar dinding    = 32,813 ⁰C

Maka jumlah panas yang dipindahkan:

Q_c                  =A.U.∆t

U dinding                                = 2,994 W/m^{2 0}C
Luas dinding + bukaan             = 37,2 m2
Luas bukaan                            = 16,74 m2
A.dinding luas total – luas bukaan

=37,2 m2 -16,74m2

= 20,46 m2

∆t                                           = 35 ⁰C – 30 ⁰C = 5 ⁰C

Q_c                                          = A.U.∆t

= 20,46 x  2,994 x 5

= 306,2862 Watt

           

b.      DINDING UTARA

Q_c                  =A.U.∆t
U dinding                                = 2,994  W/m^{2 0}C
Luas dinding + bukaan             = 122 m2
Luas bukaan                            = 0 m2
A.dinding luas total – luas bukaan

=122 m2 - 0 m2

= 122 m2

∆t                                           = 35 ⁰C – 30 ⁰C = 5 ⁰C

Q_c                                          = A.U.∆t

= 122 x  2,994  x 5

= 1826,34 Watt

c.       DINDING SELATAN

:

Q_c                  =A.U.∆t
U dinding                                = 2,525 W/m^{2 0}C
Luas dinding + bukaan             = 122 m2
Luas bukaan                            = 0 m2
A.dinding luas total – luas bukaan

=122 m2 – 0  m2

= 122 m2

∆t                                           = 35 ⁰C – 30 ⁰C = 5 ⁰C

Q_c                                          = A.U.∆t

= 122 x 2,525  x 5

= 1540,25 Watt

d.      DINDING BARAT

Q_c                  =A.U.∆t
U dinding                                = 2,994  W/m^{2 0}C
Luas dinding + bukaan             = 37,2 m2
Luas bukaan                            = 20,46 m2
A.dinding luas total – luas bukaan

=37,2 m2 –20,46 m2

= 16,74 m2

∆t                                           = 35 ⁰C – 30 ⁰C = 5 ⁰C

Q_c                                          = A.U.∆t

= 16,74 x  2,994 x 5

= 250,6 Watt

4.         PANAS YANG MENEMBUS KACA

a.         DINDING BARAT

·                 Luas Kaca         (A)                    = 55% x luas dinding) = 55% x 37,2 = 20,46

·                 Intensitas radiasi matahari (I)      = 97 W/m2

·                 β                                              = 60º

·                 sgf (Soalr Gaint Factor) = 0,76

Qs                    = A.I.θ W

A                      = 20,46

Qs                    =  20,46  × 97 cos 60 × 0,76
=  754,1556    W

b.        DINDING TIMUR

Luas Kaca       (A)                    = 45% x 37,2 = 16,74

Intensitas radiasi matahari (I)    = 97 W/m2

β                                            = 60º

sgf (Soalr Gaint Factor)            = 0,76

Qs                    = A.I.θ W

A                      = 16,74

                                               

Qs                    =  16,74 × 97 cos 60 × 0,76
=  617,0364 W

5.         ALIRAN UDARA UNTUK MEMBUANG PANAS (Q) DENGAN MEMPERTAHANKAN VOLUME RUANG

a.         Jumlah orang (90)

b.         Lampu TL (20)

c.         Komputer  200 watt. T

d.         LCD 400 watt

e.         Volume Ruang (V) = 396

f.          ti = 35⁰C

g.         to = 30⁰C (suhu yang diinginkan)

penyelesayan :

H = (90 x115) + (6x20) +200 +400

= 11070

N              = H/ 0,33 V× (ti – to)

                   =11070 / 0,33 x 396 x 5

                   = 66420000

Q                = V.N / 3600

                   = 396 x 66420000 / 3600

                   = 7306200

Keterangan :

Q               = aliran udara untuk membuang panas

N               = pergantian udara per jam

H               = panas yang dipindahkan