S6 Topik 2 Kawalan Termal

1,404 views

Published on

Semester 6
CB603 Enviromental Science
Topik 2 Kawalan Termal

Published in: Education
0 Comments
2 Likes
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

No Downloads
Views
Total views
1,404
On SlideShare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
2
Actions
Shares
0
Downloads
16
Comments
0
Likes
2
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

S6 Topik 2 Kawalan Termal

  1. 1. BAB 2 KAWALAN TERMAL
  2. 2. KAWALAN TERMAL Sumber haba bangunan Sumber haba dari luar bangunan Sumber haba dari dalam bangunan 1. Haba di struktur binaan 2. Pancaran/bahangan matahari 3. Haba panas udara luar melalui pengudaraan dan penyusupan 1. Haba dari manusia/penghuni itu sendiri 2. Haba dari pekakasan elektrik yang digunakan di dalam bangunan 3. Contoh, lampu, pemampat, heater, lperalatan memasak dll. Haba semulajadi- matahari Haba ciptaan - lampu
  3. 3. PRINSIP PEMGALIRAN HABA DALAM BANGUNAN Proses pengaliran dan pertukaran haba Haba mengalir dari jasad yang panas ke jasad sejuk. Panas Sejuk Pengalir haba Penebat haba Proses pengaliran haba ke dalam bangunan Vapor Conduction Solid Radiation convection liquid Convection current flame
  4. 4. PENGALIRAN HABA DIPENGARUHI OLEH : Keadaan jirim Pepejal Gas Cecair 1. Gerakan rawak & bebas & kelajuan tinggi 2. Ikut bentuk bebas 1. Gerakan secara rawak & kelajuan sederhana 2. Bentuk tak tetap. Isipadu malar ttpi ikut bekas 1. Gerakan atom setempat 2. Bentuk tegar serta mempunyai bentuk tertentu Suhu 1. Disukat dalam º C ºF & K (Haba disukat dalam Btu(1Btu = 1.055kJ) 2. Takat suhu : 37ºC : 100ºC : 0ºC 1. tak sama dengan haba 2. Suhu sukat darjah kepanasan 3. Alat sukat : termometer Cth : Suhu 1 butir bara Suhu 1 baldi air panas Haba 1 butir bara Haba 1 baldi air panas Haba 1. Pengaliran dari suhu ke suhu 2. Proses perpindahan/pengaliran haba 3. Unit haba dalam joule & unit pengaliran haba dalam Watt@ J/s 1. Tiada haba mengalir – adiabatik 2. Bila ditebat dgn baik sehingga terlalu sedikit @ tiada haba terlepas Q tve Q -ve Q = 0
  5. 5. PRINSIP PEMGALIRAN HABA DALAM BANGUNAN Proses pengaliran dan pertukaran haba Panas Sejuk Pengalir haba Penebat haba Rintangan terhadap pengaliran haba (heat resistance) R-value Semakin rintangan terhadap pengaliran haba Pengukuran pengaliran haba melalui sesuatu bahan yang diberikan suhu kedua dua belah. Tenaga yang menerusi 1 kaki persegi bahan dalam masa 1 jam bagi setiap darjah F perbezaan suhu ( Unit Btu/ft²hrºF) R-value U faktor penebat yang baik
  6. 6. Pemindahan haba, Rintangan Haba & Penebat Pemindahan Haba U = Q T1 – T2 Q = jumlah haba merentasi seunit luas T1 = suhu luar T2 = suhu dalam Rintangan Haba R = 1 U Contoh : Penambahan ketebalan konkrit daripada 6 inci ke 8 inci ( 33%++) hanya akan menambah R dari 1.66 ft²hºF (Btu) kepada 1.88 ft²hºF (Btu) (Btu) sahaja Tetapi sekiranya penggunaan 2 bahan sebagai dinding : Seperti contoh : 2“ wool/bulu fibre R = 9.07 1.88 ft²hºF (Btu) + 6” konkrit R = 1.66 1.88 ft²hºF (Btu) Jadi RT = 10.73 1.88 ft²hºF (Btu)
  7. 7. Soalan : Kirakan kadar rintangan dinding sebuah bangunan sekiranya diberikan m = 3600g T1 = 31ºF T2 = 26ºF Specific heat =0.88 joule/gºC Pengiraan 1. Q = mcΔT = 3600g (0.88)(31-26) = 15843 Watt = 15.843 kWatt 2. U = Q T1 – T2. = 15.843 31 – 26 = 3.1686 3. R = 1 U = 1 3168.6 = 0.316 Btu Dinding ini bukan penebat yang baik.
  8. 8. BAHAN PENEBAT 1. Penting dalam kawalan termal di dalam bangunan terutama dalam kawasan beriklim sejuk 2. Ianya juga menjimatkan tenaga Suhu dapat disederhanakan melalui kaedah Bahan penebatRongga/ lapisan udara Pemantul yang baik 1. Bahan yang perangkap udara panas 2. Cth bahan penebat yang baik : Kayu, gabus, fibre ringan, wool, polystren, foam 1. Pemantul yang baik adalah penebat yang baik 2. Contoh: Bright metal foil diletakkan dibawah bumbung 1. Udara yang terperangkap boleh digunakan semula dalam penebatan bangunan 2. Contoh : Pengudaraan diloteng, dinding dwi lapisan
  9. 9. PEMINDAHAN TENAGA MELALUI DINDING BERONGGA PENEBAT DINDING BERONGGA 1. Dinding bangunan dibina dinding berongga terdiri dpd 2 barisan dinding dan lapisan kosong atau berisi bahan penebat 2. Udara akan memindahkan haba melalui perolakan/ convection melalui rongga PROSES PEMINDAHAN HABA DALAM DINDING BERONGGA 1. Mengurangkan kehilangan tenaga/haba melalui rongga 2. Dinding ini lebih effisien dalam penebatan haba apabila rongga tersebut dipenuhi bahan yang poros dan berongga 3. Haba tidak boleh dipindahkan melalui perolakan kerana ruang udara telah digantikan dengan foam/wool (contoh insulator) 4. Bahan bahan insulator ini merupakan bahan penebat yang baik - oleh itu pengaliran haba tidak dapat berlaku.
  10. 10. PENEBATAN DINDING BERONGGA Dinding luar Dinding dalam 1. Bahan penebat/insulator yang poros memerangkap haba yang datang dari luar. 2. Haba yang terperangkap ini tidak dapat dialirkan ke dinding dalam bangunan Bahan penebat Bahan penebat Penebat lembapan/ vapor barier Plaster board
  11. 11. MASA UNTUK HABA MENGALIR MELALUI DINDING Dinding tidak bertebat, kekisi keluli Dinding kayu (25 mm) Dinding konkrit (200mm) Dinding marmar & batu kapor Beberapa saat 20 minit 3 jam 3 hari BAHAN PENEBAT Galvanised hexagon wire netting Kaca gentian Sheep wool Aluminum foil Eco insulator Reflective thin insulator
  12. 12. PEMBEBASAN HABA DARI BANGUNAN 25% 35% 15% 15% 10%
  13. 13. PENEBATAN BUMBUNG Objektif : 1. Jimat kos & bil elektrik 2. Penebatan haba – good investment Pitched roof/ bumbung rabung 1. Bahan penebat : fibreglass, mineral fibre yang diletakkan antara gelagar bumbung & dihampar sekeping2. 2. Satu lagi kaedah penebatan bumbung : Fibre glass/ mineral fibre disemburkan kedalam attik , didlm dan diluar gelegar. Pitched roof/ bumbung rata 1. Bergantung kepada struktur bumbung 2. Konkrit slab baru – papan separa penebat spt polystyrene phenolic foam board diletakkan di bawah lapisan bumbung 3. Struktur kayu baru --- kepingan fibre glass diantara roof slab.
  14. 14. PENEBATAN TINGKAP 1. Elemen paling lemah dalam mengekalkan haba dari dalam ataupun luar 2. Single glaze window memindahkan haba 10X dari dinding berpenebat 3. Kaedah mengawal thermal a. Limit bilangan tingkap b. Limit saiz tingkap c. berpenebat
  15. 15. KEAMATAN PANCARAN SURIA DI DALAM BANGUNAN Masalah utama pancaran suria Tidak dapat memisahkan antara haba dan cahaya yang datang dari sumber yang sama. Kaedah pencegahan haba masuk terus ke dalam bangunan Penggunaan alat peneduhan mencukupi Pemilihan warna dan bahan komponen luar bangunan Orientasi bangunan yang sesuai 1. Tumbuh an 2. Awning/juntaian 3. bidai 1. Tingkap/dinding - konkrit, steel @ kayu 2. Warna – gelap/legap (serap haba/cahaya) & cerah berkilat (balik haba/cahaya) 1. Bukaan tidak menghadap matahari pagi dan petang
  16. 16. CARA/KAEDAH SINARAN MATAHARI MASUK KE DALAM BANGUNAN Teresap cahaya langit Cahaya matahari pantulan luar Cahaya matahari pantulan dlm Cahaya matahari langsung Cahaya matahari langsung
  17. 17. BAHAN PENGHADANG PANCARAN SURIA Permukaan Lutsinar Bahan yang memancarkan sebahagian besar cahaya. Permukaan Legap Bahan yang halang laluan cahaya dan bentuk bayang dibelakang nya Permukaan lutcahaya Bahan yang sebarkan cahaya ke semua arah untuk hasilkan cahaya resap
  18. 18. PENDEDAHAN SAMPUL BANGUNAN KEPADA ELEMEN IKLIM Bangunan rendah – bumbung kritikal Bangunan tinggi – dinding kritikal ANGIN ANGIN HUJAN SURIA HUJAN SURIA ANGIN ANGIN HUJAN SURIA
  19. 19. PENGALIRAN HABA DALAM RUANGAN Haba Pengaliran Haba yang serap ke dalam bangunan melalui dinding, bumbung, tingkap(kaca) Bergantung kepada a. perbezaan suhu b. Jenis bahan c. Luas permukaan Q = A X U X TD Q = Jumlah pengaliran haba A = Luas permukaan bahan U = Faktor U TD= Perbezaan suhu luar dan dalam
  20. 20. U = 1/ ((X1/K1) + (X2/K2) + (X3/K3) + …. Rsi = Jumlah pengaliran haba A = Luas permukaan bahan U = Faktor U TD= Perbezaan suhu luar dan dalam FAKTOR U Dikenali sebagai pekali pemindahan haba Kuantiti haba yang mengalir dalam 1 bahan pada keluasan 1m² U = 1 / Rt U = 1 / (Rsi + R1 + R2 + Rso) Rt = (X1/K1) + (X2/K2) + (X3/K3) + ….
  21. 21. Sebuah dinding diperbuat daripada kayu pine 0.3m, kertas atap 0.02m dan papan asbestos 0.01m. Kirakan faktor U dinding tersebut. Diberikan : k kayu pine = 0.546 k kertas atap = 0.378 k asbestos = 0.546 Sebuah bumbung rata yang mengandungi konkrit setebal 150mm yang diselaputi 20mm asphalt dan berada dalam keadaaan terlindung. Hitungkan penghantaran haba (U) bagi bumbung itu. Diberikan : k asphalt = 1.2 kJ/hr/m/ºC k konkrit = 1.4 kJ/hr/m/ºC Rintangan haba : permukaan dalam = 0.11 permukaan luar = 0.07
  22. 22. PENINGKATAN HABA DI DALAM BANGUNAN/RUANGAN 1. Haaba Pengaliran 2. Haba pengudaraan dan penyusupan 3. Haba dari dalam ruangan HABA PENGALIRAN 1. Haba matahari yang menyerap ke dalam bangunan melalui kaca, dinding & bumbung 2. Bergantung kepada perbezaan suhu luar dan dalam 3. Haba yang mengalir bergantung kepada jenis bahan binaan dan keluasan permukaan 4. Setiap jenis bahan mempunyai faktor penghantaran haba (faktor U) yang berlainan Q = A X U X TD Dimana Q = jumlah pengaliran haba A = luas permukaan U = U faktor TD= perbezaan suhu
  23. 23. Sebuah dinding batu bata bersaiz 9m X 3m dengan ketebalan 105 mm mempunyai u faktor 3.0. Suhu diluar pada ketika itu adalah 32 ºC dan suhu di dalam ruangan adalah 22ºC. Kirakan jumlah pengaliran haba . Lantai sebuah bilik yang dinyamankan berukuran 4m X 2m dan diperbuat daripada mortar, konkrit dan jubin. Suhu bumi dianggarkan 32ºC dan suhu di dalam bilik dirancangkan ialah 26ºC. Jika diberikan faktor U bagi lantai ialah 6.72 . Kirakan haba bocor melalui lantai.
  24. 24. HABA PENGUDARAAN DAN PENYUSUPAN 1.Udara luar mengandungi haba pendam dan haba deria 2.Udara ini membawa haba secara menyusup dicelah celah bukaan pintu 3.Berapa banyak haba/kadar kelembapan yang masuk kedalam ruangan bergantung kpd kelajuan angin, saiz tingkap & pintu 4.Sumber haba dari luar bergantung kepada keadaan cuaca, matahari dan masa 5.Penggunaan pelindung dapat mengurangkan kemasukan haba ke dalam ruang 6.Penggunaan pelindung luar dapat mengurangkan pengaliran haba secara terus kedlm ruang sebanyak 25% berbanding bukaan tingkap 7.Penggunaan pelindung dalam dapat mengurangkan sebanyak 65% haba Q = A X U X TD X faktor pelindung Dimana Q = jumlah pengaliran haba A = luas permukaan U = U faktor TD= perbezaan suhu
  25. 25. Andaikan sebuah pejabat mempunyai 4 tingkap. Tiap satu tingkap seluas 1.5m². Dua daripada tingkap tersebut terletak disebelah barat & berpelindungan dalam manakala 2 tingkap sebelah utara dan selatan tidak berpelindungan. Andaikan faktor U kaca adalah 6. Hitungkan gandaan haba suria pada tingkap tersebut. Waktu perkiraan adalah pada pukul 4 petang. Jadual persamaan Perbezaan suhu suria bagi kaca pada pukul 10 pagi dan 4.0 ptg. ARAH TERDEDAH PERBEZAAN SUHU 10.00 PAGI 4 PETANG sELATAN 9 9 TENGGARA 26 9 TIMUR 59 8 TIMUR LAUT 86 8 UTARA 57 18 BARAT LAUT 8 68 BARAT 8 97 BARAT DAYA 8 80
  26. 26. HABA DARI DALAM RUANGAN 1. Haba yang wujud di dalam ruangan itu sendiri 2. Contoh : haba yang dikeluaarkan manusia dan pekakasan elektrik 3. Haba yang dikeluarkan manusia berbeza mengikut saiz, jantina & aktiviti fizikal Q = Bil penghuni X Haba Pendam+ haba deria) X jam BUTIRAN WATT HABA DERIA HABA PENDAAM Pengering rambut (serkup) 550 100 Pengering rambut semburan 800 200 Penulas kopi kecil 260 65 Penulas kopi saiz 5kW 1900 600 Pemanas makanan (setiap m luas) 1000 1000 Mesin elektronok Watt masuk - Motor Watt masuk - Peti sejuk Watt masuk - Lampu pendarflour Kadar watt X 1.25 - Lmpu pijar Watt masuk -
  27. 27. Sebuah pejabat mempunyai 15 orang pekerja dengan suhu bilik 24 ºC dan haba pendam & haba deria yang dihasilkan setiap aktiviti adalah 75W dan 65 W. Hitung haba yang terhasil dipejabat tersebut.
  28. 28. PRINSIP ASAS PENERAPAN PENCAHAYAAN SEMULAJADI DI DALAM BANGUNAN • Masalah utama pencahayaan semulajadi adalah pemisahahn antara tenaga haba dan cahaya (datang dari sumber yang sama) • Kaedah pencegahan haba matahari terus masuk ke dalam bangunan: 1. pemilihan bahan dan komponen luar bangunan yang betul 2. penggunaan alat peneduhan yang mencukupi 3. orientasi bangunan yang sesuai • Sumber utama waktu siang adalah matahari tetapi ianya perlu ditangkis oleh elemen luar bangunan. • Cahaya resapan/cahaya yang tidak langsung daripada kecerahan langit merupakan cahaya yang diperlukan utk pencahayaan di dalam bangunan.
  29. 29. •Cara/ kaedah cahaya tiba daripada matahari : Teresap cahaya langit Cahaya matahari pantulan luar Cahaya matahari pantulan dlm Cahaya matahari langsung Cahaya matahari langsung
  30. 30. Cahaya yang teruju ke suatu objek disebarkan dalam 3 cara •Terpantul , r •Teresap , a •Terpancar , t r t a Dalam semua kes , r + a + t = 1 Dalam kes bjek legap , t = 0 r + a = 1 Kebaikan cahaya semulajadi 1. Memberikan kesan 3 D yang berkualiti terhadapa objek yang dilihat 2. Menyediakan satu gambaran yang jelas atau kesedaran tentang keadaan diluar 3. Memberikan nilai keamatan pada tahap 500 lux dipermukaan tanah pada keadaan langit yang cerah Keburukan cahaya semula jadi 1. Perubahan diluar kawalan baik dari segi kualiti mahupun kuantiti 2. Bahagian cahaya yang masuk adalah terhad kepada saiz bukaan 3. Banyak kehilangan haba melalui tingkap samada secara biasan / pantulan
  31. 31. Cahaya ciptaan /ciptajadi Faktor pemilihan jenis pencahayaan 1. Kuantiti cahaya 2. Cahaya semulajadi 3. Penggunaan tenaga 4. Kos 5. Sifat sifat fizikal Sifat sifat lampu 1. Jangka hayat lampu 2. Penonjolan warna 3. Suhu dan warna Kebaikan pengabungan antara pencahayaan semulajadi dan cahaya ciptaan 1. Pencahayaan dalaman yang bebas dpd masalah silau 2. Menghasilkan suasana yang lebih hidup dan tidak membosankan 3. Memberikan pencahayaan yang sempurna utk bekerja 4. Berupaya menghasilkan persekitaran visual yang selesa 5. Penggunaan siling yang rendah dan bilik yang lebih dalam dapat diterapkan
  32. 32. Merekabentuk alat alat peneduhan Sudut tuju bahangan matahari terbahagi kepada 2 1. Sudut altitud suria (γ) Sudut tegak pada titik pemerhatian di antara satah mengufuk dengan garisan yang menghubungkan matahari dengan pemerihati. 2. Sudut azimut matahari Sudut pada titik pemerhati yang disukat pada satu satah mengufuk diantara satah utara dengan satu titik pada bulatan ufuk tempat persilangan lengkuk bulatan tegak melalui jenis dan kedudukan matahari θ U θ

×