FISIKA BANGUNAN

1.      Diketahui :       a. Volume ruang      = 10 m x 12 m x 4,5 m

                                    b. Kapasitas ruang  = 100 orang

                                    c. Waktu Kerdam      = 0,5 detik

                                    d. Koefisien penyerapan (a)          = manusia (0,5), lantai keramik

(0,04), plafon (0,6), pintu kayu (0,06), jendela kaca (0,01), 

kursi (0,08)

                                    e. Luas pintu             = 10 m² ,           luas jendela   = 8 m²

           

         Ditanya :          a. Besarnya koefisien penyerapan dinding (a_dinding)

                                    b. Jenis material penutup dinding yang sesuai koefisien

    penyerapannya

         Dijawab :

         Rumus Waktu Kerdam       

T    = 0,16 V

           ∑Aa

         0,5 = 0,16 (10x12x4,5)

                           ∑Aa     diuraikan a_manusia           = 100 x 0,5                = 50

                                                                        a_{lantai keramik}    = (10x12) x 0,04       = 4,8

                                                                        a_plafon               = (10x12) x 0,6         = 72

                                                                        a_pintu                 = 10 x 0,06                = 0,6

                                                                        a_jendela             = 8 x 0,01                   = 0,08

                                                                        a_kursi               = 100 x 0,08              = 8

                                                                        a_dinding             = {(10x4,5x2)+(12x4,5x2)}- (10+8)

                                                                                                = 180 x a_{dinding              =} 180a_dinding

        

         0,5 =              0,16 (10x12x4,5)

                  50+4,8+72+0,6+0,08+8+180a_dinding

         0,5 =             86,4

                  135,48 + 180a_dinding

        

         135,48 + 180a_dinding    = 86,4 : 0,5

         135,48 + 180a_dinding    = 172,8

                          180a_dinding    = 172,8 - 135,48

                                a_dinding      = (172,8 – 135,48) / 180

                                a_dinding      = 0,2

           

maka besarnya koefisien penyerapan dinding adalah 0,2. Material penutup

dinding yang memiliki koefisien penyerapan sebesar 0,2 adalah panil-panil

papan atau jenis karpet (lihat tabel 3.11 Buku FISIKA BANGUNAN I , Prasasto

Satwiko, halaman 160)

2.      Diketahui :        a. Ruang kantor berukuran 14 m x 9 m dan tinggi 3 m

                                    b. Kapasitas ruang 40 orang, kalor dihasilkan 100 watt/orang

                                    c. Dinding luar seluas 27 m², dari batu bata diplester (U _dinding

      =3,24 W/m²deg C, dan daya serap radiasi a=0,86) berwarna cat

    putih, daya serap radiasi a=0,30

d. Jendela kaca (pada permukaan dinding luar) seluas 9 m², U _kaca

      =4,48 W/m²deg C

e. Pencahayaan ruang dengan TL di 8 titik (masing-masing 2 lampu),

    dengan kalor yang dihasilkan 40 watt/lampu.

f. Suhu stabil (nyaman optimal) dalam ruang 25ºC, luar ruang 31ºC,

    radiasi matahari (I)  600 W/m²

g. Daya transmisi lapisan udara ruang luar (f_outdoor) 10 W/m²deg C

h. Sudut datang matahari b=60º sehingga faktor panas matahari yang

    tersimpan dalam permukaan bidang kaca (solar gain factor) u =0,60

i.  Panas jenis udara 1300 joule/m³deg C

j. Pergantian udara perjam (ACH) = 3 kali

Ditanya  :           a. Besarnya beban penyejukan oleh mesin AC

                           b. Jumlah mesin AC yang diperlukan agar terjadi keseimbangan

    termal

c. Upaya untuk mengurangi/ meringankan  beban kerja AC

Dijawab :           Rumus Keseimbangan Termal :

                           Qm = Qi + Qs + Qc + Qv

a.    Menghitung perbedaan suhu luar dan dalam ruang, berdasarkan bidang

permukaan ruang yang berhubungan langsung dengan luar ruang.

ΔT_kaca          = T_outdoor – T _indoor                             

= 31ºC – 25 ºC

= 6 ºC

ΔT_dinding         = ?       Penyerapan panas dari dinding luar adalah rata-rata

penyerapan material dinding (bata) dan cat dinding :
            a = ½ (a_dinding +a _cat)

a = ½ (0,86+0,30)

a = ½ (1,16)                            a = 0,58

Suhu permukaan luar dinding :

T = T_outdoor + (I x a  x cos b /f_outdoor

T = 31 + (600 x 0,58 x cos 60º)/10

T = 31 + 17,4                          T = 48,4 ºC

ΔT_dinding         = 48,4 ºC – 25 ºC

= 23,4 ºC

            Mencari panas dari setiap komponen ruang :

            Qi        = ∑panas manusia dan lampu

= (40 orang x 100 watt) + (16 lampu x 40 watt)

= 4000 + 640

= 4640 watt

 Qs      = panas matahari yang menembus kaca

            = A _kaca x I x u

= 9 x 600 x 0,60

= 3240 watt

Qc       = panas yang masuk ke ruang melalui bidang dinding dan kaca

            = (A_dinding x U_dinding x ΔT_dinding ) + (A_kaca x U_kaca x ΔT_kaca)

= (18 x 3,24 x 23,4) + (9 x 4,48 x 6)

= 1606,6 watt

            Qv       = panas karena ventilasi (adanya aliran udara)

                        = (panas jenis udara x volume aliran udara x selisih suhu ruang )

                                                mencari dahulu volume aliran udara :

                                                = volume ruang x jumlah pergantian udara / 3600 detik

                                                = (14 x 9 x 3 ) x 3 ACH / 3600

                                                = 0,315 m ³ / detik

           

            Qv       = 1300 x 0,315 x 6

                        =2457 watt

            Maka besarnya beban penyejukan adalah :

            Qm      = Qi + Qs + Qc + Qv

            Qm      = 4640 + 3240 + 1606,6 + 2457

            Qm      = 11943,6 watt atau 11,9 kiloWatt

b.    Jumlah mesin AC yang diperlukan agar terjadi keseimbangan termal adalah

dengan melihat konversi 1 PK = 767 watt (sumber : Hartono Purbo, Utilitas Bangunan, hal 99), maka diperlukan 11943,6 / 767 = 15 PK. Untuk efisiensi, maka dapat dipilih jenis AC split 2 PK, sehingga hanya diperlukan 7 – 8 mesin AC saja.

c.    Berdasarkan hasil perhitungan di atas, maka upaya untuk mengurangi beban kerja AC bisa dilakukan dengan cara :

1.    Mengurangi jumlah lampu (karena beban terbesar adalah dari dalam ruang, mencapai 4640 watt)

2.    Mengurangi daya lampu

3.    Memberikan shading / penghalang cahaya pada jendela kaca, agar radiasi matahari bisa berkurang (lebih kecil dari 600 watt/m²