Lingkungan Thermis

Faktor penting yang berpengaruh dalam perancangan lingkungan panas untuk bangunan ialah:

1. Batasan minimum dan maksimum dan kenyamanan thermis (thermal comfort) pemakai bangunan. Misalnya thermal comfort untuk orang Indonesia ialah antara 25,4 - 28,9 derajat Celcius.
2. Gambaran tentang iklim setempat, yaitu suhu udara, kecepatan angin, kelembaban relatif dan solar radiasi.
3. Prosedur perancangan serta kelakuan fisik dari material bangunan dan sistem konstruksi bangunan.

Faktor penting yang menentukan respon panas dari bangunan ialah:

1. Kemampuan menyimpan panas dari semua elemen bangunan
2. Kemampuan mengisolasi panas dari semua elemen bangunan
3. Radiasi matahari langsung dan tak langsung
4. Sistem penghawaan
5. Produksi panas dalam ruang, misalnya dari manusia, sistem penerangan.

Respon panas suatu bangunan sangat dipengaruhi oleh beberapa faktor kunci, yaitu:

Kemampuan Menyimpan Panas oleh Elemen Bangunan:

Elemen-elemen bangunan memiliki peran penting dalam menentukan sejauh mana panas dapat disimpan. Struktur bangunan, bahan dinding, dan material lainnya dapat berkontribusi pada kapasitas total bangunan untuk menyimpan panas.

Kemampuan Mengisolasi Panas oleh Elemen Bangunan:

Kemampuan elemen-elemen bangunan dalam mengisolasi panas juga menjadi faktor krusial. Isolasi termal yang efektif dapat mencegah panas dari merambat atau keluar dari bangunan, memastikan lingkungan internal tetap nyaman.

Radiasi Matahari Langsung dan Tidak Langsung:

Radiasi matahari, baik yang langsung maupun tidak langsung, turut berperan dalam memengaruhi respon panas bangunan. Penempatan dan desain jendela, penutup jendela, dan orientasi bangunan dapat memoderasi pengaruh radiasi matahari terhadap suhu dalam bangunan.

Sistem Penghawaan:

Sistem penghawaan yang efisien sangat berdampak pada pengaturan suhu dalam bangunan. Ventilasi yang baik dapat membantu mengatur sirkulasi udara dan membuang panas berlebih, menciptakan lingkungan yang lebih sejuk dan nyaman.

Produksi Panas dalam Ruang:

Faktor internal seperti manusia yang berada dalam ruang, sistem penerangan, dan peralatan elektronik juga ikut berkontribusi pada produksi panas di dalam bangunan. Pengelolaan panas yang dihasilkan oleh sumber-sumber ini menjadi bagian penting dalam merencanakan sistem pengaturan suhu.

Memahami dan mengelola faktor-faktor ini secara holistik membantu menciptakan bangunan yang responsif terhadap perubahan suhu dan kondisi lingkungan. Pemilihan material yang tepat, desain yang mempertimbangkan aspek termal, dan penerapan sistem pengaturan suhu yang efektif menjadi kunci dalam mencapai kenyamanan termal dan efisiensi energi dalam suatu bangunan.

Pengukuran Kenyamanan Thermal

Untuk mengetahui kenyamanan thermal, perlu adanya ukuran pasti terhadap kenyamanan thermal, yang menjadi patokan terhadap unsur-unsurnya di dalam perancangan arsitektur. Kenyamanan thermal merupakan aspek alam yang mempengaruhi manusia secara langsung dan dapat dikendalikan oleh arsitektur/lingkungan binaannya (primer/utama).
Alat-alat ukur yang dipakai untuk mengetahui ET (Effective Temperature)
- Tunggal (thermal comfort meter)
- Parsial
V : Anemometer
MRT : Bola hitam
T : Termometer udara
RH : Termometer/ hygrometer ( termometer sling)

Suhu Udara

Suhu udara diukur dengan termometer. Jenis-jenis termometer:
- termometer air raksa,
- termometer alkohol
- termometer elektronis (thermocouple)
Kelebihan dari termometer ini adalah sangat teliti, hingga 50 angka di belakang koma. Kegunaan thermocouple:
- Mengukur suhu udara
- Mengukur suhu permukaan
- Konduktivitas/Isolasi
- Time fag
- Kapasitas panas tidak langsung

Kecepatan Angin

Kecepatan angin adalah perpindahan udara tiap satu satuan waktu.
Satuannya: m/dt atau m/menit.
Kecepatan angin berbanding lurus dengan tekanan udara. Kecepatan angin diukur dengan anemometer. Ada 2 jenis anemometer, yaitu:
- mekanis - elektronis
Kecepatan angin memicu beda potensial pada anemometer. Alat ini bisa mengevaluasi pergerakan dan kecepatan angin, serta mengukur kontur kecepatan angin pada denah dan bagian yang kecepatan anginnya tinggi atau rendah.
Kelembaban Udara Relatif
Disebut relatif karena ditentukan oleh suhu udara, misalnya kelembaban pada suhu 20°C dengan kandungan air dalam mg/m3, berbeda dengan kelembaban pada 30°C dengan kandungan air dalam mg/m3. Kandungan air ini sangat tergantung pada suhu udara. Saat suhu udara naik, kandungan air juga naik.

Alat ukur:

Higrometer

Panjang pendeknya pengukuran dipengaruhi oleh kandungan air dalam udara (%) Contoh: 100%, merupakan udara jenuh.
Pada suhu tertentu, udara tidak mampu menerima air lagi (bila diberi air lagi, pasti mengembun). Daerah tropis, angka kelembabannya 70% - 90%. Pada saat hujan bisa mencapai 100%.
- Termometer sling - Termometer bola basah dan kering

Cara kerja higrometer:

- Penguapan air pada thermometer akan menurunkan suhu (perlu kalor untuk penguapan). Dengan berkurangnya kalor, suhu akan turun.
- Berdasarkan suhu, dapat diketahui berapa kelembabannya.
Untuk menentukan suhu kenyamanan thermal, diperlukan:
- DBT ( Dry Bulb Temperature )
- WBT ( Wet Bulb Temperature )
- Temperatur bola basah dan kering

Untuk mencari kelembaban dari DBT dan WBT digunakan tabel yang disebut psychometric chart. Saat radiasi masuk ada faktor GT (masuknya MRT, digunakan bola hitam /GT)
Gambar: Psychometric chat.
Sumber: Passive Cooling, Conference Miami 1981; EarthCooling Tubes, Case Studies of Three Midwest Installations, C.E. Francis, Prof, h. 173.
Nomogram Effective Temperature:Untuk menentukan suhu kenyamanan thermal dapat digunakan Nomogram ET. Dengan menambah kecepatan angin, kelembaban bisa turun, suhu juga kemungkinan besar turun. Kelembaban udara rendah bisa menurunkan suhu dengan menambah kecepatan udara bergerak (angin). Pada saat GT tinggi (temperatur bola hitam tinggi), maka jalan yang bisa ditempuh adalah mengurangi radiasi misalnya dengan cara membentuk shading dan pepohonan (self shading).

Menurut CC. Webb temperatur nikmat adalah 26o C. dan menurut Bedfort temperatur nikmat dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut:
S = P + 0,25 (tl + ts) + 0,1 X – 0,1 (37,8 – tl)  V
Dimana:
S = angka kenikmatan
P = angka konstanta = 10,6 (untuk tropis lembab/pada musim panas)
tl = suhu udara (o C) (ditempat teduh)
ts = temperatur udara pada pancaran cahaya matahari (o C)
X = kelembaban absolut (g/kg)
V = kecepatan angin (m/detik)

Berdasarkan perhitungan tersebut dapat diketahui nilai S (angka kenikmatan) yang bila bernilai +3 berarti sangat panas, bila S = +2 berarti panas, S = +1 berarti panas nikmat, dan bila S = 0 berarti nikmat, dan bila S = -1 termasuk dingin, dan jika nilai S = -2 dikategorikan sangat dingin.
Siklus Kenyamanan Thermal dan Potensi Pendinginan Pasif (Passive Cooling)

Pengendalian suhu (ET) secara pasif / pendinginan pasif:
1. Suhu udara
Pagi hari tidak terlalu dingin. Malam hari tidak terlalu panas
2. RH (Termometer/ hygrometer)
Pagi hari tidak terlalu lembab, malam hari tidak terlalu lembab, siang tidak terlalu kering
3. V (kecepatan angin)

Meningkatkan kecepatan angin di pagi/sore hari dan menurunkan kecepatan angin di siang hari.
Grafik Sikius Kenyamanan Thermal dan Potensi Pendinginan Pasif:
Potensi pendinginan pasif:
- Pada siang hari :
- Suhu udara tidak tinggi (kita berkeringat)
- RH naik/tinggi
- Kecepatan angin tinggi
- Manfaat kecepatan angin tinggi adalah untuk :
- Mengurangi RH dalam bangunan sehingga suhu turun
- Membawa keluar udara panas
- Pada pagi hari
- V luar tinggi
- RH tinggi
- T luar rendah

Jendela harus ditutup agar kelembaban udara tidak masuk dan suhu dalam ruangan tidak keluar.
Pendinginan pasif dengan insulasi panas dapat dilakukan dengan cara;
1. Reflective (memantulkan)
2. Resistive (tahan panas)
- Atap merupakan bagian bangunan yang paling banyak menerima radiasi matahari
- Atap sebaiknya bersifat resistive terhadap radiasi matahari
- Atap juga sebaiknya bersifat reflektif terhadap pancaran radiasi panas (bukan cahaya)
3. Capacitive (menyimpan)

Mengatur udara yang masuk (pengendalian thermal) dengan memasukkan udara lewat pembukaan-pembukaan

Hal ini dapat dilakukan dengan:
- Menabung panas
- Menunda 15 jam, dari jam 3 sore (paling panas) sampai jam 6 pagi (paling dingin), dengan bahan yang mampu menunda panas selama 15 jam, sehingga pada pagi hari menjadi dingin
Radiasi matahari tertinggi pada pukul 12 siang, tetapi udara dan panas bumi perlu waktu untuk mengumpulkan panas sekitar 2-3 jam, sehingga bumi terpanas pada pukul 13.00-14.00 (menjadi panas sekali sebab radiasi matahari ditambah dengan udara panas).