Tingkat 1

Tingkat 3

Tingkat 2

Desain Bangunan

Sistem Pasif

Penghangatan dan Pendinginan mekanis

Peralatan Mekanis Untuk Pemanasan dan Pendinginan

1.1 Pendahuluan

Pada sebagian besar bagunan peralatan mekanis (tingkat 3) diperlukan untuk

membawa beban termal yang tetap sisa setelah teknik penolakan atau penyimpan panas

(tingkat 1) dan pemanasan dan pendinginan pasif (tingkat 2) diaplikasikan (Gbr. 1.1).

dengan rancangan bangunan yang tepat, kebutuhan energi dan ukuran pemanasan

peralatan pemanas dan pendingin cukup kecil. Karena peralatan pemanas dan pendingin

cukup besar dan harus mencapai kesetiap ruangan, hal ini sangat penting untuk

diperhatikan oleh seorang arsitek.

Gambar 1.1. Kebutuhan Pemanasan dan pendinginan sebuah bangunan akan menjadi yang

terbaik dan berkelanjutan dengan menggunakan tiga strata/tingkat pendekatan

perencanaan ini

Meskipun sistem pendingin merupakan keharusan untuk seluruh bangunan –

dominasi - internal dengan tingginya beban pendinginan dari cahaya, manusia, dan

peralatan, sistem pendinginan tidak terlalu dibutuhkan untuk seluruh bangunan-

envelope. Pada daerah dingin dengan musim panas yang lembut atau singkat, hanya

sistem pemanas yang diperlukan.

1.2. Pemanasan

Secara konseptual, pemanasan sangat sederhana: bahan bakar dibakar dan panas

dikeluarkan. Hal yang paling sederhana dari keseluruhan sistem adalah memiliki

perapian dalam ruang yang dihangatkan. Metode penghangatan ini memang efisien,

tetapi asap dapat membuat konsep kebersihan terabaikan. Sekitar laut mediterania dan

dibeberapa daerah beriklim hangat, pemanas kecil portable sudah popular, seperti tempat

pembakaran arang, (Gbr. 1.2). Hibatchi jepang juga merupakan peralatan serupa.

Pengecualian dari pemanas primitif ini adalah Hypocaust Romawi, dimana udara hangat

dari pemanas melewati bawah lantai dan naik melalui dinding. Bangunan tradisional

korea juga menggunakan sistem pemanas bawah lantai yang serupa.

Gambar 1.2. Tempat pembakar arang portable dan

pemanas Hypocaust Romawi. (dari Wirsbo Company)

Pemanasan terpusat menjadi popular pada bangunan yang lebih besar pada abad

ke-19. Sistem gravitasi udara dan air bekerja dengan baik, khusunya pada bangunan

bertingkat banyak dengan basemant. Pemanas atau boiler, yang diletakan di basemant

dekat dengan tempat kayu atau arang, memanaskan udara atau air untuk menciptakan

konveksi natural yang kuat (Gbr 1.3).

Dengan menambahkan pompa dan kipas, sistem pemanasan modern dapat

menjadi lebih fleksibel dan merespon lebih cepat. Ketika memilih atau merancang

pemanas pada sistem pendingin untuk bangunan, kita harus mengetahui berapa banyak

perbedaan zona termal yang diperlukan.

1.3. Zona Termal

Karena tidak semua bagian memiliki kebutuhan pemanasan dan pendinginan yang

sama, sistem mekanis dibagi menjadi area pengendali individual yang disebut zona.

Setiap zona memiliki alat pengatur panas (thermostat) terpisah untuk mengendalikan

temperatur dan kadang-kadang memiliki alat pengatur kelembapan (humidistat) untuk

mengatur kelembapan yang terkandung di udara.

Alasan yang paling umum untuk zona terpisah ini adalah perbedaan penekanan.

Ruang yang menghadap utara mungkin membutuhkan pemanasan pemanasan, sementara

yang menghadap selatan, dalam bangunan yang sama, membutuhkan pendinginan. Jadi,

ruang yang menghadap barat membutuhkan pemanasan di pagi hari dan pendinginan di

sore hari (Gbr. 1.4).

Gambar 1.4. Sebuah bangunan perkantoran yang besar akan memerlukan sedikitnya lima zona

berdasarkan perbedaan eksposur. Setiap zona akan memiliki alat pengukur suhu

otomastis (thermostat) masing-masing

Penambahan zona selalu diperlukan karena perbedaan penggunaan. Sebaagi

contoh, ruang konferensi besar memerlukan kendali pembagi termal, jika tidak ruang

tersebut menjadi sangat dingin ketika tidak banyak orang yang hadir dan panas apabila

ruang penuh. Ruang komputer harus berada pada zona terpisah dengan dua alas an.

Pertama, memiliki banyak sumber pengumpul panas internal yang tidak biasa dan kedua,

jam operasinya berbeda dari bagian lainnya. Sering kali bangunan juga dikelompokan

atas dasar area yang disewakan. Jumlah zona diperlukan dan menjadi faktor penting

dalam menentukan sistem mekanis tertentu.

1.4. Sistem Pemanasan

Dua pertimbangan utama dalam menentukan sistem pemanasan adalah sumber

energi (bahan bakar) yang digunakan dan metode distribusi di dalam bangunan.

Pemilihan bahan bakar biasanya tergantung dari faktor ekonomi dan apa yang tersedia.

Pilihan utamanya adalah gas, minyak, batu bara, listrik, energi matahari, dan pemulihan-

panas-buangan. Kecuali di wilayah pedesaan, kayu yang terpolusi untuk dijadikan bahan

bakar praktis.

Minyak, batu bara, kayu, gas dalam botol, dan energi matahri memerlukan ruang

penyimpanan dalam bangunan (Gbr. 1.5). listrik menjadi popular karena kenyamanannya

yang sangat besar. Energi matahari, satu-satunya sumber yang dapat diperbaharui,.

Gambar 1.5. Minyak, batu bara, kayu, gas botolan, serta energi penyinaran matahari memerlukan ruang penyimpanan yang cukup luas dan sebuah system udara memerlukan volume bangunan yang luas untuk perangkat penanganan udara (1-5%).

Tabel 1.1. Sistem Distribusi Pemanasan

Sistem Kelebihan Kekurangan

Udara

Mampu melakukan fungsi lainnya seperti ventilasi, pendinginan, pengendali kelembapan, dan penyaringan.

Menghindari susunan berlapis serta suhu yang tidak rata dengan mencampur udara.

Sangat cepat tanggap terhadap perubahan suhu.

Perangkat tidak diperlukan di dalam ruangan yang sedang dipanaskan.

Saluran udara yang besar memerlukan perencanan yang detail serta alokasi ruang.

Jika tidak dirancang dengan baik akan menjadi bising.

Sangat sulit digunakan dalam renovasi. Sulit untuk menentukan zona. Lantai menjadi dingin jika saluran

keluar udara di dalam ruang tinggi.

Air

Pipa-pipa kecil dapat disembunyikan dengan mudah di dalam dinding dan lantai.

Dapat dikombinasikan dengan sistem air panas untuk keperluan rumah tangga.

Baik untuk pemancaran panas lantai

Pada dasarnya hanya bias memanaskan dan tidak bias mendinginkan (kecuali : unit kipas-koil dan unit valensi).

Lantai yang terkena pancaran lambat terhadap perubahan suhu.

Listrik

Paling kecil.Cepat tanggap terhadap perubahan suhu.Sangat mudah untuk dikelompokan.Ongkos awal murah

Sangat mahal untuk dioperasikan (kecuali pompa kalor).

Boros, tidak ramah lingkungan. Tidak mampu mendinginkan (kecuali

untuk pompa kalor).

1.5. Pemanasan Elektrik

Meskipun terdapat banyak perbedaan tipe alat pemanas listrik, kebanyakan

menggunakan elemen resistor panas untuk mengubah listrik menjadi panas. Terkecuali

adalah pompa kalor dan panas dari sistem pencahayaan.

Gambar 1.6. menggambarkan tipe umum alat resistor yang ada. Keuntungan besar

seluruh alat yang ditunjukan adalah alat tersebut membiarkan banyak zona pemanasan

menjadi lebih mudah terbentuk – setiap ruang atau bagiannya dapat menjadi zona

terpisah-pisah. Pemanas listrik atau perangkat pemanas air atau udara terpusat tidak

memiliki keuntungan ini. Karena pengoperasian resistor pemanas elektrik ini mahal dan

boros energi, orang seharusnya hanya menggunakannya pada iklim yang sejuk atau untuk

titik pemanasan tertentu.

Gambar 1.6. Berbagai macam tipe pemanas listrik

Unit dasar (baseboard) dipanaskan dengan konveksi alami, sedangkan unit

pemanas tersebut memiliki kipas untuk mengalirkan udara panas yang dihasilkan.

Pemansan radiasi dimungkinkan pada tiga intensitas yang berbeda. Karena luasnya area

mereka, daerah lantai dan plafon disekitarnya mendapat suhu cukup rendah (80oF dan

110oF).

Sementara itu, daerah panel pada dinding atau plafon menjadi lebih panas

(190oF) untuk mengimbangi areanya yang lebih kecil. Lampu inframerah berintensitas

tinggi dioperasikan pada suhu di atas 1.000oF, sehingga dapat menjadi sangat kecil.

Lampu itu terlihat sama dengan peralatan fluroscent kecuali lampu linear quartz yang

memancarkan warna merah yang panas. Pemanas inframerah berintensitas tinggi ini tidak

memanaskan udara, tetapi hanya obyek yang padat, seperti dinding, manusia, dan

perabotan.

Jadi, pemanas ini dapat digunakan di luar ruangan dengan beberapa tujuan, seperti

menjaga manusia tetap hangat di depan pintu masuk bioskop atau hotel. Pemanasan

tersebut juga cocok untuk bangunan, seperti gudang atau hangar, di mana di sana tidak

praktis memanaskan udara. Pemanas inframerah berintensitas tinggi juga dapat diberi

kekuatan jika dengan gas di samping dengan listrik.

Dengan alat resistor panas yang telah disebutkan sebelumnya, 1 BTU energi

listrik setara dengan 1BTU panas. Namun dengan pompa kalor, 1 BTU listrik

dikonversi setara dengan 3 BTU panas. Pompa kalor cocok di mana pendinginan pada

musim panas dan pemanasan pada musim dingin diperlukan. Karena efisiensi pompa

kalor menurun seiring dengan suhu luar, pompa tersebut tidak cocok bagi iklim yang

sangat dingin. Efisiensi pompa kalor digambarkan dengan koefisien performa

(Coefficient of Performance/COP) yang dijabarkan sebagai berikut :

Pada iklim yang sejuk, COP setinggi empat dapat dicapai, sedangkan pada iklim

dingin COP berada di bawah dua. Efisiensi yang lebih baik dimungkinkan dengan

memasang pompa kalor dengan air tanah dibanding dengan udara luar karena tanah jauh

lebih hangat saat musim dingin dan lebih dingin saat musim panas.

Gambar 1.6. Udara

dipanaskan dengan mengembalikan melalui alat pencahayaan.

Pada bangunan perkantoran besar, daerah interior hanya diterangi oleh lampu

listrik dan memerlukan pendinginan bahkan saat musim dingin. Jika udara hangat yang

kembali dari core dipanaskan lebih jauh melalui fitur cahaya, ia akan cukup hangat

memanaskan area pinggir bangunan (Gbr. 1.7). keuntungan lain sistem ini adalah lampu

dan fitur akan tahan lebih lama karena didinginkan oleh udara kembali.

1.6. Pemanasan Air Panas (Hydronic)

Bahan bakar mana pun yang telah disebutkan sebelumnya dapat digunakan untuk

memanasakan air dalam sebuah pemanas (Gbr. 1.8). Air panas tersebut dapat

menyebarkan panas melalui bangunan dengan beberapa cara.

COP =

Energi KeluarEnergi masuk

Salah satu sistem pemanasan hidronik yang paling nyaman didasarkan pada

hypocaust Romawi. Selain api, air panas dipompa melalui koil tabung plastik yang

ditanam di lantai (Gbr 1.9a dan b). jika lempengan (slab) beton digunakan, koil dapat

dicor tepat pada lempengan (slab). Jika lantai kayu digunakan, gulungan diletakan pada

lantai bawah, ditutup pertama dengan beton ringan atau gypsum, kemudian dilapisi oleh

lantai kayu.

Gambar 1.9a. Sistem pemanas lantai-radian air panas seringkali

menggunakan tabung plastik melingkar secara

berkesinambungan untuk meminimalisasi sambungan.

Gambar 1.8. Pemanas untuk system pamanasan air panas (hydronic)

Kebanyakan system air-panas menggunakan konvektor untuk memindahkan air

panas adri air ke udara pada setiap ruang (Gbr. 1.10). pada masa lalu, system air panas

menggunakan radiator besi, dimana kenyataannya, juga dipanaskan dengan konveksi

(Gbr. 1.11). Saat ini, kebanyakan konvektor terdiri dari tabung-bersirip atau koil-bersirip

untuk memaksimalkan pemindahan panas dengan konveksi alami (Gbr. 1.12). Baseboard

konvektor adalah unit lurus yang ditempatkan parallel dinding eksterior, sedangkan

cabinet konvektor mengonsentrasikan pemanasan yang paling dibutuhkan – di bawah

jendela. Ketika ada area kaca dan lantai ke plafon, konvektor di bawah lantai dapat

digunakan.

Kebanyakan penampilan konvektor dirancang tidak ditonjolkan karena

diasumsikan penampilan peralatan mekanis biasanya buruk. Beberapa arsitek dan

pabrikan mengambil pendapat berbeda, seperti yang biasa terlihat pada

radiator/konvektor yang elegan (Gbr. 1.13.).

Karena konvektor tergantung pada konveksi alam, konvektor harus ditempatkan

serendah mungkin dalam ruang. Akan tetapi, jika kipas digunakan untuk menekan

Gambar 1.9a. Untuk pemanasan lantai-radian (radiant) pada struktur slab-on-grade, cairan beton

dituangkan diatas tabung plastik. Zona pemanasan yang bervariasi dibuat dengan

tabung yang menyambung yang semua sambungannya dibuat di atas slab beton unyuk

meminimalkan kebocoran pada beton.

konveksi, posisi tertanam di mana pun dimungkinkan. Karena unit koil kipas juga dapat

digunakan untuk pendinginan.

Gambar 1.10. Sistem pemanas air dengan konvektor tipe baseboard

Gambar 1.11. Radiator besi tempa dipanaskan dengan radiasi dan konveksi.

Gambar 1.12. Konvektor tipe baseboard memiliki penampilan yang menonjol, namun masih bisa dihalangi oleh mebel

Gambar 1.13. Radiator/konvektor ini dirancang untuk diperlihatkan sebagai pemandangan