PEMBANGUNAN PROGRAM TROPIC UNTUK SIMULASI PEMBOLEHUBAH BUMBUNG TERHADAP KESELESAAN DALAMAN DI MALAYSIA.
MUHAMMAD SYARIF HIDAYAT
Tesis ini dikemukakan
sebagai memenuhi syarat penganugerahan
ijazah Doktor Falsafah
Fakulti Alam Bina
Universiti Teknologi Malaysia
Ogos 2 0 0 4
iii
DEDIKASI
Untuk kesabaran isteriku Yayah Salamah dan
anakku Indah Siti Muthmainnah
iv
PENGHARGAAN
Penulis ingin mengucapkan penghargaan ikhlas kepada Kementrian Sains
dan Teknologi yang telah memberikan beasiswazah untuk penyelidikan ini.
Penulis juga ingin mengucapkan penghargaan ikhlas kepada penyelia
pertama tesis, Profesor Dr. Md. Najib bin Ibrahim dan Prof. Madya Dr. Mohd.
Hamdan bin Ahmad, selaku penyelia kedua atas bimbingan dan dorongan yang
diberi sepanjang tempoh penyelidikan ini.
Penulis ingin merakamkan penghargaan ikhlas kepada Dr. Mohd. Yusoff
bin Senawi daripada Fakulti Kejuruteraan Mekanikal UTM yang telah sudi
meluangkan masa untuk melakukan perbincangan mengenai sistem pendinginan dan
pembangunan program.
Terakhir, penulis juga ingin merakamkan penghargaan ikhlas kepada Puan
Halimah bte. Yahya sebagai pembantu makmal yang telah banyak membantu
kelancaran penyelidikan ini.
v
ABSTRAK
Program-program simulasi bangunan yang dibangunkan masih berorientasi
kepada penyelidikan. Oleh itu, sukar bagi para arkitek yang merekabentuk bangunan
dengan pengalihudaraan semulajadi untuk menilai bangunannya. Tesis ini
membincangkan usaha-usaha untuk memperolehi program simulasi bangunan yang
cukup mudah dan mudahsuai sehingga boleh digunakan untuk menilai bangunan
pada peringkat konseptual. Matlamat utama tesis ini adalah membangunkan sebuah
program simulasi yang boleh menilai keadaan terma dalaman bangunan yang
menggunakan pengalihudaraan semulajadi. Pada bahagian pertama tesis ini
diterangkan prinsip-prinsip kawalan terma dalaman secara pasif melalui litupan
bangunan. Gandaan haba yang diakibatkan oleh sinaran suria pada unsur-unsur
litupan bangunan juga dibincangkan. Sebuah program baru, TROPIC, telah
dibangunkan untuk mengira suhu udara ruang. Program baru ini menjalankan
analisis sensitivitinya dengan menggunakan pembolehubah bumbung. Simulasi
menunjukan bahawa penebatan merupakan parameter yang paling sensitif dalam
bumbung. Julat suhu udara yang diperolehi dalam ruang hunian adalah 1.7 0C.
Pembolehubah ini boleh menurunkan suhu udara untuk ruang hunian sehingga
kepada 29.3 0C. Gabungan pembolehubah yang menghasilkan suhu terendah
menunjukkan bahawa terdapat sedikit penurunan suhu dalam ruang hunian iaitu 29.2
0
C. Suhu udara yang dihasilkan ini menghampiri julat selesa penduduk Malaysia.
Program baru ini diharapkan dapat membantu para arkitek di dalam menilai prestasi
rekabentuk bangunannya sehingga keadaan dalaman yang lebih baik tercapai.
vi
ABSTRACT
Building simulation program developed still refers to the research purpose.
So, it is difficult for architects to evaluate their buildings, especially for naturally
ventilated buildings. This thesis discusses the efforts to obtain a suitable building
simulation program, which in turn can be used in conceptual stage. The main aim of
this study is to develop building simulation program, which can be used in naturally
ventilated buildings. In the first part of the thesis, the principles of passively
controlled indoor temperature through building envelope are explained. The
principles of heat gain calculation of each part of the building are also explained. The
new computer programming, TROPIC, has been developed to calculate room air
temperature. This program demonstrates sensitivity analysis, which use roof
variables. The study indicates that insulation is the most sensitive parameter of the
roof. The range of temperatures obtained in the living room is 1.7 0C. This parameter
could achieve the lowest living room temperature as 29.3 0C. Parameters resulting
lower indoor air temperature which run together in the program indicates a slightly
lower air temperature than before, that is 29.2 0C. This temperature almost achieves
the comfort range for Malaysian. This new program is expected to help architects
and designers in evaluating their design in the preliminary design stage, so that the
thermal indoor conditions would be better.
vii
KANDUNGAN
Judul
i
Pengakuan
ii
Dedikasi
iii
Penghargaan
iv
Abstrak
v
Abstract
vi
Kandungan
vii
Senarai Jadual
xiii
Senarai Rajah
xvi
Senarai Simbol
xxi
Senarai Lampiran
xxviii
BAB I
PENDAHULUAN
1
1.1 Latar Belakang
1
1.2 Pernyataan Masalah
2
1.3 Matlamat dan Objektif Penyelidikan
4
1.4 Ruang Lingkup dan Had Penyelidikan
4
1.5 Kepentingan Penyelidikan
5
1.6 Persoalan Penyelidikan
6
1.7 Kaedah Penyelidikan
6
1.8 Kerangka Tesis
7
viii
BAB II
KESELESAAN TERMA
9
2.1 Pendahuluan
9
2.2 Pemikiran Dasar Keselesaan Terma
9
2.2.1 Sistem Pengawalan Terma
10
2.2.2 Imbangan Haba
11
2.3 Faktor-Faktor Keselesaan Terma
BAB III
12
2.3.1 Suhu Udara (Ta)
12
2.3.2 Suhu Sinaran Purata (Tmrt)
13
2.3.3 Kelembapan Relatif (RH)
14
2.3.4 Laju Udara (Va)
14
2.3.5 Aktiviti
15
2.3.6 Pakaian
16
2.3.7 Faktor-Faktor Lain
16
2.4 Pengukuran Keselesaan Terma
17
2.4.1 Sensasi Keselesaan Terma
17
2.4.2 Indeks Keselesaan Terma
18
2.5 Pendekatan kepada Keselesaan Terma
20
2.5.1 Model Universal
20
2.5.2 Model Adaptif
21
2.6 Piawai Keselesaan Terma
22
2.7 Penyelidikan Keselesaan di Malaysia
23
2.8 Ringkasan
24
REKABENTUK PASIF
26
3.1 Pendahuluan
26
3.2 Kawalan Terma dan Rekabentuk Pasif
26
3.3 Pengalihudaraan Semulajadi dan Sistem Penyaman
Udara
3.4 Bumbung sebagai Alat Rekabentuk Pasif
27
29
3.4.1 Pengertian bumbung
29
3.4.2 Jenis-jenis bumbung
30
ix
3.4.3 Pembolehubah Bumbung
31
3.4.4 Aliran Haba dalam Bumbung
36
3.4.4.1 Sinaran
36
3.4.4.2 Perolakan
37
3.4.4.3 Pengaliran
38
3.4.4.4 Penyejatan
38
3.4.5 Sifat Terma Bahan
3.4.5.1 Haba Tentu dan Muatan Terma
39
3.4.5.2 Keberaliran Terma dan Daya Aliran
40
3.4.5.3 Keberintangan Terma dan Rintangan
41
3.4.5.4 Daya Aliran dan Rintangan Permukaan
42
3.4.5.5 Keberpancaran
42
3.4.5.6 Rintangan Terma Ruang Udara
43
3.4.5.7 Rintangan Menyeluruh
44
3.4.5.8 Keberhantaran atau Nilai-U
45
3.5 Perbaikan Prestasi Terma Bumbung
BAB IV
39
45
3.5.1 Mengurangkan Keberserapan Atap
46
3.5.2 Mengurangkan Keberaliran Atap
46
3.5.3 Pengalihudaraan Loteng
47
3.5.4 Memberikan Penebatan
48
3.5.5 Mengurangkan Keberpancaran Siling
49
3.6 Ringkasan
50
PENGANGGARAN TENAGA DAN SUHU RUANG
51
4.1 Pendahuluan
51
4.2 Penganggaran Tenaga dalam Bangunan
51
4.3 Kaedah Penganggaran Tenaga dalam Bangunan
53
4.3.1 Kaedah Single Measure
54
4.3.2 Kaedah Multiple Measure
55
4.3.3 Kaedah Detailed Simulation
55
4.4 Faktor-Faktor Gandaan Haba
61
x
4.4.1 Suhu Udara-Suria
61
4.4.2 Sinaran Gelombang Pendek
63
4.4.3 Gandaan Haba Pengaliran Bumbung dan
Dinding Luar
68
4.4.4 Gandaan Haba Pengaliran Pemisah Dalaman,
Siling dan Lantai
BAB V
69
4.4.5 Gandaan Haba Tingkap Cermin
70
4.4.6 Gandaan Haba Lampu
75
4.4.7 Gandaan Haba Manusia
76
4.4.8 Gandaan Haba Peralatan
77
4.4.9 Gandaan Haba Penembusan Udara
78
4.5 Pengiraan Beban Pendinginan
79
4.6 Pengiraan Suhu Udara Ruang
79
4.7 Ringkasan
80
KAEDAH PENYELIDIKAN
81
5.1 Pendahuluan
81
5.2 Rekabentuk Penyelidikan
81
5.2.1 Model Berskala
82
5.2.2 Kajian Empirik
82
5.2.3 Simulasi Komputer
83
5.3 Kaedah Pengesahan Program
84
5.4 Perbandingan Program Simulasi
85
5.5 Penjelasan Terperinci Program SHEAP-2
92
5.5.1 Teori Dasar SHEAP
93
5.5.2 Struktur Program SHEAP
97
5.5.3 Data Iklim
101
5.5.4 Pengesahan Program SHEAP-2
102
5.5.5 Kelemahan Program SHEAP-2
106
5.6 Ringkasan
107
xi
BAB VI
PEMBANGUNAN PROGRAM SIMULASI
BANGUNAN TROPIC
109
6.1 Pendahuluan
109
6.2 Prinsip Asas Program Simulasi Bangunan TROPIC
109
6.2.1 Matlamat Program Simulasi
110
6.2.2 Pendekatan Program Simulasi
111
6.2.3 Konsep Pembangunan Progam Simulasi
114
6.3 Pembangunan Program Simulasi TROPIC
118
6.3.1 Pembangunan Model
118
6.3.2 Pengubahsuaian Cartalir
123
6.3.3 Pengubahsuaian Sumber Kod
126
6.3.4 Penambahan Sumber Kod
127
6.3.5 Masalah Pembangunan TROPIC
131
6.4 Ujikaji Sensitiviti Program TROPIC
133
6.4.1 Data Model Bangunan
133
6.4.2 Data Parameter Bangunan
139
6.4.3 Data Iklim
140
6.5 Pengesahan Program TROPIC
142
6.6 Ringkasan
147
BAB VII ANALISIS SENSITIVITI PROGRAM TROPIC
148
7.1 Pendahuluan
148
7.2 Analisis Sensitiviti
148
7.3 Sensitiviti Suhu Udara terhadap Bahan Atap
149
7.4 Sensitiviti Suhu Udara terhadap Warna Atap
154
7.5 Sensitiviti Suhu Udara terhadap Bahan Siling
158
7.6 Sensitiviti Suhu Udara terhadap Pengalihudaraan
Loteng
162
7.7 Sensitiviti Suhu Udara terhadap Penebatan
165
7.8 Sensitiviti Suhu Udara terhadap Sudut Bumbung
169
xii
7.9 Sensitiviti Suhu Udara terhadap Orientasi Bumbung
173
7.10 Ringkasan
176
BAB VIII KESIMPULAN
178
8.1
Pendahuluan
178
8.2
Penemuan Penyelidikan
178
8.3
Perbincangan
183
7.1
Cadangan
184
RUJUKAN
LAMPIRAN
185
203 - 251
xiii
SENARAI JADUAL
NO. JADUAL
2.1.
Skala tujuh-mata Bedford, Humphreys dan Nicol,
dan ASHRAE
2.2
MUKA SURAT
18
Ringkasan penyelidikan berkenaan dengan julat
keselesaan terma di Semenanjung Malaysia
24
3.1
Pengaruh warna pada suhu atap keluli
31
3.2
Ringkasan penyelidikan yang dijalankan berkenaan
dengan bumbung
35
4.1
Nilai-nilai daya serapan bahan binaan yang umum
62
4.2
Nilai-nilai daya pantulan suria untuk pelbagai jenis
penutup bumi
4.3
65
Pekali cermin kuat ganda yang lazim untuk
keberhantaran dan keberserapan yang digunakan
dalam pengiraan komputer
4.4
72
Kadar metabolisme untuk manusia dewasa (Moller
dan Woolridge, 1985)
77
5.1
Perbandingan Program Simulasi Bangunan
90
5.2
Parameter Iklim dan Data Rumah Model Houston
104
6.1
Perbandingan antara Program Simulasi SHEAP dan
TROPIC
115
6.2
Jenis-jenis bumbung dalam Program TROPIC
128
6.3
Kod suhu udara zon dalam Program TROPIC
129
6.4
Data pembolehubah bumbung yang digunakan
137
6.5
Parameter bahan dinding dan tingkap
137
6.6
Parameter keluasan dan isipadu ruang
138
xiv
6.7
Parameter haba deria dan pendam
138
6.8
Perbandingan Program ARCHIPAK dan TROPIC
145
6.9
Data parameter model untuk pengesahan
145
7.1
Daya keberhantaran untuk lima bahan atap
150
7.2
Suhu udara maksimum untuk lima bahan atap dalam
loteng (Zon 1) dan bilik tidur depan (Zon 4)
7.3
Suhu udara maksimum untuk lima bahan atap dalam
loteng (Zon 2) dan bilik tidur belakang (Zon 5)
7.4
151
152
Suhu udara maksimum untuk lima bahan atap dalam
loteng (Zon 3) dan ruang tetamu (Zon 6)
152
7.5
Keberserapan untuk tiga warna atap
154
7.6
Suhu udara maksimum untuk tiga warna atap dalam
loteng (Zon 1) dan bilik tidur depan (Zon 4)
7.7
Suhu udara maksimum untuk tiga warna atap dalam
loteng (Zon 2) dan bilik tidur belakang (Zon 5)
7.8
155
156
Suhu udara maksimum untuk tiga warna atap dalam
loteng (Zon 3) dan ruang tetamu (Zon 6)
156
7.9
Daya keberhantaran untuk empat bahan siling
158
7.10
Suhu udara maksimum untuk empat bahan siling dalam
loteng (Zon 1) dan bilik tidur depan (Zon 4)
7.11
Suhu udara maksimum untuk empat bahan siling dalam
loteng (Zon 2) dan bilik tidur belakang (Zon 5)
7.12
162
Suhu udara maksimum untuk lima kadar pengalihudaraan
loteng terhadap loteng (Zon 1) dan bilik tidur depan (Zon 4)
7.15
160
Suhu udara maksimum untuk empat bahan siling dalam
loteng (Zon 1,2,3) dan ruang hunian (Zon 4,5,6)
7.14
159
Suhu udara maksimum untuk empat bahan siling dalam
loteng atas ruang tetamu (Zon 3) dan ruang tetamu (Zon 6)
7.13
159
163
Suhu udara maksimum untuk lima kadar pengalihudaraan
dalam loteng (Zon 2) dan bilik tidur belakang (Zon 5)
164
7.16
Daya keberhantaran untuk tiga penebatan
166
7.17
Suhu udara maksimum untuk tiga bahan penebatan dalam
loteng (Zon 1) dan bilik tidur depan (Zon 4)
7.18
Suhu udara maksimum untuk tiga bahan penebatan dalam
167
xv
loteng (Zon 2) dan bilik tidur belakang (Zon 5)
7.19
Suhu udara maksimum untuk tiga bahan penebatan dalam
loteng (Zon 3) dan ruang tetamu (Zon 6)
7.20
8.3
175
Elemen bumbung yang menghasilkan suhu udara loteng
maksimum tertinggi dan terendah
8.2
174
Suhu udara maksimum untuk dua orientasi bumbung dalam
loteng (Zon 3) dan ruang tetamu (Zon 6)
8.1
174
Suhu udara maksimum untuk dua orientasi bumbung dalam
loteng (Zon 2) dan bilik tidur belakang (Zon 5)
7.25
172
Suhu udara maksimum untuk dua orientasi bumbung dalam
loteng (Zon 1) dan bilik tidur depan (Zon 4)
7.24
171
Suhu udara maksimum untuk lima sudut bumbung dalam
loteng (Zon 3) dan ruang tetamu (Zon 6)
7.23
170
Suhu udara maksimum untuk lima sudut bumbung dalam
loteng (Zon 2) dan bilik tidur belakang (Zon 5)
7.22
168
Suhu udara maksimum untuk lima sudut bumbung dalam
loteng (Zon 1) dan bilik tidur depan (Zon 4)
7.21
167
181
Perbezaan suhu udara maksimum dalam loteng dan ruang
hunian
182
Perbandingan elemen bumbung pada tiga jenis bumbung
182
xvi
SENARAI RAJAH
NO. RAJAH
2.1
MUKA SURAT
Kesan suhu udara Ta ke atas suhu kulit purata Tsk
(disesuaikan daripada Hoppe, 1988)
2.2
Kesan suhu sinaran purata Tmrt ke atas suhu kulit
purata Tsk (disesuaikan daripada Hoppe, 1988)
2.3
14
Kesan kelembapan relatif RH ke atas suhu udara
purata Tmrt (disesuaikan daripada Hoppe, 1988)
2.4
13
15
Kesan laju udara Va ke atas suhu kulit purata Tsk
(disesuaikan daripada Hoppe, 1988)
15
3.1
Faktor-faktor yang mempengaruhi keselesaan terma
29
4.1
Kaedah Rangkap Pindah untuk mengira Kadar
Penyingkiran Haba dan suhu udara bebuli kering zon
59
4.2
Sudut suria untuk permukaan curam
67
4.3
Imbangan haba untuk cermin lutsinar
70
4.4
Cermin lutsinar dengan bentuk bayangan yang disebabkan
oleh sirip tepi dan unjuran
5.1
Cartalir dipermudah aturcara komputer untuk untuk proses
analisis tenaga dalam bangunan.
5.2
73
94
Pemahagian program SHEAP kepada program WFAC,
SHEAP-2 dan PLASIM
98
5.3
Suhu udara dalaman yang dikira dan sebenar
105
5.4
Kadar pembebasan haba yang dikira dan sebenar
105
5.5
Suhu udara loteng yang dikira dan sebenar
105
6.1
Struktur Program TROPIC
112
6.2
Gandaan haba pada model
113
xvii
6.3
Cartalir aturancangan yang dimudahkan program TROPIC
124
6.4
Perbandingan hasil ujian yang dikeluarkan oleh TROPIC
132
6.5
Pelan lantai rumah sebenar
134
6.6
Pelan lantai rumah model
134
6.7
Pengagihan zon zon dalam loteng
135
6.8
Pengagihan zon zon dalam ruang hunian
135
6.9
Keratan bumbung rumah kos rendah
136
6.10
Orientasi bumbung rumah-rumah pada taman perumahan
di Johor Bahru (Lokasi perumahan Taman Universiti dan
Taman Mutiara Rini, Skudai, Johor Bahru)
138
6.11
Peta lokasi Johor Bahru dan Singapura
141
6.12
Perbandingan data iklim Johor Bahru dan Singapura
143
6.13
Perbandingan suhu udara enam hari seragam
143
6.14
Pengesahan program ARCHIPAK dengan TEMPER,
CHEETAH dan QUICK
6.15
Perbandingan suhu udara loteng antara TROPIC dan
ARCHIPAK
6.16
144
146
Perbandingan suhu udara ruang hunian antara TROPIC
dan ARCHIPAK
146
xviii
SENARAI SIMBOL
A
-
Keluasan permukaan dalaman bagi sebuah bumbung atau dinding,
(m2)
Ac
-
Keluasan koridor, (m2)
Af
-
Keluasan lantai bagi ruang yang dinyamankan, (m2)
Ai
-
Keluasan permukaan bagi permukaan i, (m2)
Aow
-
Keluasan dinding luar, (m2)
Ar
-
Keluasan bumbung, (m2)
AST
-
Masa Suria Ketara, (Apparent Solar Time)
Aw
-
Keluasan dinding, (m2)
bn
-
Pekali rangkap pindah, (W/j/m2/0C)
C
-
Haba tentu udara, (W/kg/0C)
cn
-
Pekali rangkap pindah, (W/j/m2/0C)
D
-
Pemisahan (jarak unjuran dengan tingkap cermin), (m)
dn
-
Pekali rangkap pindah, (W/j/m2/0C).
dn
-
Nombor rujukan hari, bermula daripada 1 pada hari pertama bulan
Januari hingga 365 pada 31 haribulan Disember. Februari dianggap
memiliki 28 hari.
det
-
Didefinisikan sebagai pengimbang (offset) antara projeksi mendatar
dan tepi atas tingkap yang dipisahkan oleh jarak antara projeksi
mendatar dan tepi bawah tingkap, (m)
ERk
-
Kadar penyingkiran haba deria daripada ruang pada masa k, (W/j)
ER k
-
Kadar pemindahan haba daripada sistem HVAC pada masa k, (W/j)
ER k-1 -
Nilai awal daripada kadar pemindahan haba, (W/j)
ER max -
Penyingkiran haba deria maksimum oleh satuan pendingin, (W/j)
ER min -
Penyingkiran haba deria minimum oleh satuan pendingin, (W/j)
Et
Persamaan waktu, (minit)
-
xix
FRADE -
Pecahan haba deria sinaran yang dilepaskan oleh peralatan.
FRADP -
Pecahan haba deria sinaran yang dilepaskan oleh manusia
Fsg
-
Faktor pandang antara permukaan dan langit
Fss
-
Faktor pandang antara permukaan dan langit
Fs-sur
-
Faktor pandang antara permukaan dan sekitarnya
GL , k
-
Kadar pemindahan jisim udara luar yang menembusi ke dalam ruang
pada masa k, (kg/j)
Gv, k
-
Kadar pemindahan jisim pengalihudaran pada masa k, (kg/j)
g
-
Pekali rangkap pindah udara ruang
gij
-
Faktor pemindahan haba sinaran antara permukaan i dan permukaan
dalam j pada masa k, (W/j/m2/0C)
g0, g1
-
Faktor pemberat suhu udara ruang, (W/j/0C)
h
-
Pekali pemindahan haba permukaan, (W/j/ m2/0C)
h ci
-
Pekali pemindahan haba perolakan pada permukaan dalam i,
(W/j/ m2/0C)
hi
Pekali gabungan sinaran-perolakan pada permukaan dalaman,
-
(W/j/ m2/0C)
ho
-
Pekali pemindahaan haba oleh sinaran gelombang panjang dan
perolakan pada permukaan luar, (W/m2/ 0C)
H
-
Tinggi tingkap, (m)
HSB
-
Nisbah penapis mendatar
I
-
Sinaran suria keseluruhan, (W/j)
IAD
-
Sinaran suria terus yang diserap secara terus oleh tingkap cermin,
(W/j/m2)
IAd
-
Sinaran suria serakan yang diserap secara terus oleh tingkap cermin,
(W/j/m2)
ITD
-
Komponen terus daripada sinaran suria terhantar melalui tingkap
cermin, (W/j/m2)
ITd
-
Komponen serakan daripada sinaran suria terhantar melalui tingkap
cermin, (W/j/m2)
Id
-
Sinaran langit serakan pada permukaan bumi, (W/j/m2)
IDH
-
Sinaran suria terus pada permukaan mendatar, (W/j/m2)
IDH,k
-
I DH pada masa k pada hari terpilih, (W/j/m2)
IdH
-
Sinaran langit serakan menuju permukaan mendatar, (W/j/m2)
xx
IdH,k
-
I dH pada masa k pada hari terpilih, (W/j/m2)
IDN
-
Sinaran suria terus pada satu permukaan bergarisan normal sinar
suria, (W/j/m2)
Ir
-
Sinaran suria yang dipantulkan dari permukaan persekitaran, dan
berlaku pada satu keluasan permukaan, (W/j/m2)
It
-
Sinaran suria menyeluruh yang berlaku pada permukaan, (W/j/m2)
k
-
Masa, (hari)
k
-
Keberaliran terma, (W/j/m/0C)
kT
-
Unit panjang daya aliran antara ruang udara dan persekitarannya,
(W/j/m/0C)
L
-
Garis lintang lokasi dalam darjah, positif untuk belahan utara, (darjah)
Le
-
Garis bujur tempatan, negatif apabila berada sebelah barat Greenwich,
(darjah)
LF
-
Panjang dinding luar, (m)
Ls
-
Garis bujur piawai, (darjah)
LON
-
garis bujur tapak, (darjah)
LSM
-
Masa piawai tempatan meridian, (darjah)
LST
-
Masa piawai tempatan, (jam, setelah tengah malam)
m
-
Jumlah permukaan dalam sebuah ruang
n
-
Indeks penjumlahan
Ni
-
Pecahan sinaran suria yang diserap yang mengalir ke dalam ruang
ohw
-
Lebar unjuran (m)
p0, p1 -
Pekali rangkap pindah udara ruang
p2, pi
Faktor pemberat suhu udara ruang
-
pikinf -
Jumlah puncak daripada penembusan udara untuk ruang, (m3/min)
q e, k
Gandaan haba pengaliran melalui sebuah bumbung atau dinding pada
-
masa k, (W/j)
qinfs k -
Gandaan haba deria bagi penembusan udara pada masa k, (W/j)
qinfl k -
Gandaan haba pendam bagi penembusan udara pada masa k, (W/j)
q i, k
Kadar haba yang dilepaskan permukaan i pada permukaan dalaman
-
pada masa k dan merupakan sebuah rangkap kompleks daripada
faktor-faktor iklim luaran, sifat-sifat terma litupan bangunan, (W/j/m2)
q L, k.
-
Kadar gandaan haba ketika (instantaneous) daripada lampu pada masa
k, (W/j)
xxi
qk
-
Nilai semasa gandaan haba (W/j)
q k-1
-
Nilai awal gandaan haba (W/j)
q p, k
-
Gandaan haba secara pengaliran melalui sebuah pemisah dalaman
pada masa k, (W/j)
ql p, k
-
Haba pendam bagi manusia pada masa k, (W/j)
ql e, k
-
Haba pendam bagi peralatan pada masa k, (W/j)
Qk
-
Nilai semasa beban pendinginan, (W/j)
Q k-1
-
Nilai awal beban pendinginan, (W/j)
Q’ k
-
beban pendinginan seluruh pada masa k, (W/j)
Q’ k-1
-
Nilai awal daripada beban pendinginan seluruh, (W/j)
Q L,k
-
Beban pendinginan ruang pada masa k, (W/j)
Q*k
-
Beban pendinginan keseluruhan suatu ruang pada masa k, (W/j)
q p, k
-
Gandaan haba secara pengaliran melalui sebuah pemisah dalaman
pada masa k, (W/j)
qsc e,k
Bahagian perolakan daripada qst e,k , (W/j)
-
qsc p,k -
Gandaan haba perolakan pada masa k, (W/j)
qsr e,k -
Bahagian sinaran daripada qst e,k , (W/j)
qsr p,k -
Gandaan haba deria pada masa k, (W/j)
qst e,k -
Kadar gandaan haba ketika daripada peralatan (W/j)
qst p,k
-
Haba ketika yang dilepaskan orang, (W/j)
RT
-
Rintangan menyeluruh bagi bidang, (0C/W)
R1,R2 -
Rintangan setiap lapisan, (0C/W)
RE a , k -
Kadar pemindahan haba perolakan lampu kepada ruang udara pada
masa k, bagi peralatan dan penghuni (W/j)
RE i , k -
Kadar haba sinaran yang dilepaskan peralatan dan penghuni oleh
permukaan i pada masa k, (W/j/m2)
RL i , k -
Kadar haba sinaran yang dilepaskan lampu dan diserap oleh
permukaan i pada masa k, (W/j/m2)
RL a , k -
Kadar pemindahan haba perolakan lampu pada masa k, (W/j)
RS a , k -
Kadar haba suria yang masuk ke dalam tingkap dan ditiupkan ke
dalam bilik dalam masa k, (W/j)
RS i , k -
Kadar tenaga suria yang masuk melalui tingkap dan diserap oleh
permukaan i pada masa k dan bergantung pada data suria dan juga
sifat-sifat cermin serta alat pembayang, (W/j/m2)
xxii
S
-
Parameter prestasi unit pendingin.
SC
-
Pekali pembayang
SCHE k -
nisbah haba deria peralatan dilepaskan pada masa k terhadap haba
deria peralatan maksimum yang dilepaskan
SCHI k-
Nisbah penembusan pada masa k terhadap kadar aliran penembusan
udara maksimum yang mungkin.
SCHLk -
Nisbah jumlah Watt yang dipakai antara masa k dan k-1 terhadap
yang digunakan.
SCHPk -
Faktor penghunian pada masa k; pecahan daripada penghunian
maksimum yang mungkin.
sfw
-
Lebar sirip tepi, (m)
sh
-
Tinggi bayangan, (m)
SHGa -
Gandaan haba daripada sinaran suria terserap oleh tingkap cermin,
(W/j)
SHGt -
Gandaan haba daripada sinaran suria yang masuk ke dalam melalui
tingkap cermin, (W/j)
SLF
-
Pecahan keluasan tingkap lutsinar pada suatu waktu tertentu pada
suatu hari
sw
-
Lebar bayangan, (m)
ta
-
Suhu bebuli kering udara luar, (0C)
t a,k
-
Suhu udara luar pada masa k, (0C)
t b,k
-
Suhu dalam ruang sebelahan ruang pada masa k n ', (0C)
t b,
-
Suhu dalam ruang sebelahan ruang pada masa k, (0C)
te
-
Suhu Udara-Suria, (0C)
t e,k
n'
n'
Suhu Udara Suria pada masa k n ', (0C)
-
t i,k
-
Suhu seragam permukaan dalaman i pada masa k, (0C)
t j,k
-
Suhu seragam permukaan dalaman j pada masa k, (0C)
to
-
Suhu udara luar, (0C)
tr, k
-
Suhu permukaan dalam pada masa k, (0C)
tr,c
-
Andaian suhu udara dalaman tetap, (0C)
t*r,k
-
Suhu larasuhu yang ditetapkan pada masa k, (0C)
tv ,k
-
Pengalihudaraan suhu udara pada masa k, (0C)
T
-
Suhu udara dalam ruang pada suatu masa, (K)
Ta
-
Suhu udara ambient, (0K)
xxiii
Ti
-
Suhu udara dalaman, (0K)
Tk
-
Suhu udara ruang daripada nilai rujukan pada masa k, (0C)
Tk-1
-
Suhu udara ruang daripada nilai rujukan pada masa k, (0C)
THRAN -
Selang penginjapan larasuhu, (0C)
Tsa
-
Suhu udara-suria, (K)
T sky
-
Suhu langit, (K)
T sur
-
Suhu objek di sekitar, (K)
U
-
Penghantaran terma udara ke udara suatu unsur, (W/j/m2/0C)
Uc
-
Nilai U untuk koridor, (W/j/m2/0C)
Uow
-
Nilai U untuk dinding luar, (W/j/m2/0C)
Ur
-
Nilai U untuk bumbung, (W/j/m2/0C)
Uw
-
Nilai U untuk dinding, (W/j/m2/0C)
VSB
-
Nisbah penapis menegak
v0 , v1
-
Faktor pemberat gandaan haba
w0, w1 -
Faktor pemberat gandaan haba
W
-
Parameter yang menjadi sifat prestasi unit pendingin
x
-
Dimensi ruang (m)
Į
-
Keberserakan terma (diffusivity)
Įs
-
Keberserapan permukaan terhadap sinaran suria;
E
-
Sudut Ketinggian suria, (darjah)
6
-
Sudut curam, diukur daripada garis mendatar, (darjah)
J
-
Sudut azimut permukaan didefinisikan sebagai penyimpangan
daripada garisan normal terhadap permukaan (digambarkan pada
permukaan mendatar) dengan mengarah kepada Selatan, (darjah)
(negatif apabila berada di utara daripada meridian tempatan).
G
-
Sudut cerun curam suria (darjah)
W
-
Keberhantaran, (W/m2/oC )
M
-
Bahagian tuju sinaran dipantulkan (darjah)
O
-
Sudut masa, bernilai kosong pada tengahari dan positif di sebelah
pagi, (darjah)
'R
-
Perbezaan antara sinaran gelombang panjang yang berlaku pada
permukaan daripada langit dan sekitarnya dan sinaran yang
dilepaskan oleh jasad hitam pada suhu udara luar, (W/m2).
xxiv
'
-
Selang masa, (1 jam)
U
-
Ketumpatan udara, (kg/m3)
H
-
Keberpancaran hemisfera (hemispherical emittance) permukaan
V
-
Pemalar Stefan Boltzman, 1.797x108
6
-
Sudut permukaan, (darjah)
T
-
Sudut ketibaan, didefinisikan sebagai sudut antara sinar suria tiba dan
garisan normal terhadap permukaan, darjah (untuk 0 < T < 90 darjah)
I
-
Sudut azimut suria, diukur searah jarum jam dari utara, (darjah)
\
-
Sudut orientasi dinding (azimut dinding), diukur searah jarum jam
dari utara, (darjah)
:
-
Sudut susuk, (darjah)
:
-
Sudut azimut suria, diukur searah jarum jam dari utara, (darjah)
]
-
Sudut azimut suria, dan adalah sudut azimut permukaan, (darjah)
ASHRAE -
American Society of Heating, Refrigerating and Air Conditioning
Engineers.
DOE
-
Department of Energy
DOD
-
Department of Defense
xxv
SENARAI LAMPIRAN
LAMPIRAN
TAJUK
A
PROGRAM TROPIC
B
SENARAI PEMBOLEHUBAH/ PARAMETER
MUKA SURAT
203
DALAM PROGRAM TROPIC
206
C
DATA BAHAN BINAAN
209
D
COMPRESSED SINGAPORE WEATHER
DATA FOR SIX TYPICAL DAYS (Mohd. Yusoff
Senawi,1992)
212
E
PENERBITAN PENYELIDIKAN
213
F
SUMBER KOD TROPIC
221
BAB I
PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Kebiasaannya arkitek merekabentuk litupan bangunan. Hasil rekabentuk ini
kemudian dihantarkan kepada jurutera penyaman udara (HVAC). Para jurutera ini
kemudian melaksanakan analisis terma dan merekabentuk keperluan sistem untuk
mencapai tahap keselesaan (Ellis dan Mathews, 2001). Dalam hal ini masalah timbul
kerana menurut Holm dalam Mathews (2001) analisis terma ini dilakukan pada
peringkat di mana keputusan rekabentuk telah dibuat. Oleh itu, sukar bagi arkitek
untuk mengubah rekabentuknya sesuai dengan hasil analisis terma. Hal ini yang
menyebabkan bangunan-bangunan tidak jimat dan memerlukan sistem penyaman
udara yang besar.
Untuk rekabentuk litupan bangunan yang menggunakan sistem penyaman
udara terdapat program simulasi yang dapat digunakan untuk membantu arkitek dan
jurutera. Tetapi program simulasi itu tidak dapat digunakan secara terus untuk
bangunan yang menggunakan pengalihudaraan semulajadi. Seterusnya program
simulasi yang sediada lebih sesuai untuk penyelidikan kerana sungguhpun program
ini jitu tetapi memakan masa yang lama (Shaviv, 1996). Program seperti ini juga
tidak sesuai untuk digunakan pada tahap rekabentuk konseptual. Ini kerana pada
peringkat ini kejituan tidak begitu penting tetapi program itu haruslah mampu
menghasilkan banyak alternatif rekabentuk dalam masa yang singkat (Gratia, dan De
Herde, 2002).
2
Untuk bangunan yang menggunakan pengalihudaraan semulajadi, keadaan
selesa dalam bangunan agak sukar dicapai kerana iklim di negara ini agak panas.
Bagi daerah beriklim tropika dan lembap, seperti Malaysia, sinaran suria adalah
merupakan sumber haba utama dalam bangunan. Daerah ini berada dalam laluan
utama matahari sehingga mendapat pancaran yang cukup kuat. Arah sinar matahari
yang bergerak antara 23.50 LU dan 23.50 LS menyebabkan matahari kadang-kadang
berada pada posisi menegak. Di kawasan ini bumbung merupakan bahagian yang
cukup penting daripada bangunan kerana ia menerima secara terus sinaran suria
(Koenigsberger, 1965). Oleh itu, perlu penyelesaian khusus daripada bumbung
sehingga boleh mengurangkan pancaran haba daripada suria. Oleh itu, keselesaan
dalam bangunan di kawasan ini lebih bermaksud mengurangkan ketidak selesaan
yang diakibatkan oleh kesan-kesan negatif daripada litupan (CSC, 1987).
Pada umumnya simulasi digunakan pada bangunan yang menggunakan
penyaman udara. Daripada program-program simulasi yang sudah dihasilkan, sangat
sedikit program yang diperuntukkan bagi bangunan yang menggunakan
pengalihudaraan semulajadi. Tesis ini telah mengenalpasti struktur masukan
program-program simulasi sediada untuk dilihat kesesuaiannya digunakan dalam
menilai keadaan terma bangunan pada peringkat konseptual. Perbandingan di antara
program simulasi sediada juga dilakukan untuk melihat masa operasi yang
diperlukan untuk menghasilkan keluaran. Selain itu, dilihat kemungkinankemungkinan daripada program sediada untuk dikembangkan menjadi program yang
sesuai bagi menilai keadaan terma dalam bangunan yang menggunakan
pengalihudaraan semulajadi. Kaedah pengiraan yang jitu untuk program simulasi
bagi menilai keadaan terma dalaman dalam bangunan juga dikenalpasti. Akhirnya,
perancangan untuk membangunkan sebuah program simulasi baru juga
diketengahkan.
1.2
Pernyataan Masalah
Tidak ada program simulasi bangunan yang mudah tapi jitu yang dapat
3
digunakan arkitek dalam rekabentuk bangunan. Secara umumnya, semua program
simulasi sukar digunakan. Sebagai contoh Seperti program perisian DOE-2 yang
dikeluarkan oleh Department of Energy (DOE) USA, merupakan salah satu program
popular yang jitu kerana memiliki kaedah pengiraan terkini, iaitu pengiraan keadaan
dinamik terma dalaman bangunan dengan menggunakan Faktor Pemberat (Hong,
2000). Program ini pula mengambil kira simpanan terma dalam litupan bangunan. Ia
dapat menjalankan simulasi pemakaian tenaga setiap jam, loji pendinginan, kos
tenaga dan jadual operasi. Walaupun perisian ini memiliki kelebihan-kelebihan
sedemikian, namun perisian ini tidak dapat digunakan secara terus untuk menilai
bangunan dengan pengalihudaraan semulajadi. Perisian ini pula sukar digunakan
kerana tidak ramah pengguna.
Selain program DOE-2, terdapat juga program perisian BLAST. Program ini
dikembangkan oleh Departement of Defence (DOD) USA. Program ini dirancang
untuk mengira beban dan sistem tenaga terma dalam bangunan. Terdapat satu
kelebihan program BLAST ini, iaitu ia telah menggunakan kaedah Imbangan Haba
yang lebih tepat berbanding dengan kaedah Faktor Pemberat (Hong, 2000). Oleh itu,
progam ini memiliki kelebihan di dalam menyelesaikan persoalan-persoalan yang
berkaitan dengan tenaga dalam bangunan. Namun persoalannya hampir sama seperti
DOE-2, iaitu kelebihan yang dimiliki oleh perisian ini belum dapat dimanfaatkan
secara optimal oleh pengguna awam kerana ia masih merupakan alat bantu dalam
penyelidikan.
Daripada dua contoh program perisian di atas, jelas bahawa program-program
yang menggunakan kaedah pengiraan yang jitu masih memberikan tumpuan pada
bangunan yang menggunakan tenaga untuk pendinginannya. Program-program di
atas pula memerlukan masa yang panjang untuk difahami kerana tidak ramah
pengguna dan lama pula masa operasinya. Program simulasi sedemikian tidak
membantu para arkitek dalam rekabentuk bangunan dengan pengalihudaraan semula
jadi pada peringkat konseptual.
4
1.3
Matlamat dan Objektif Penyelidikan
Matlamat utama tesis ini adalah membangunkan sebuah program simulasi
yang boleh menilai keadaan terma ruang dalaman bangunan yang menggunakan
pengalihudaraan semulajadi.
Objektif tesis ini adalah sebagai berikut.
1. Memilih satu program simulasi bangunan untuk pengiraan pendinginan yang
mudah digunakan.
2. Mengubahsuai program simulasi bangunan yang dipilih itu supaya dapat
digunakan untuk tujuan simulasi bangunan yang menggunakan
pengalihudaraan semulajadi.
3. Melakukan ujikaji sensitiviti ke atas program simulasi yang telah diubahsuai
untuk pembolehubah bumbung.
1.4
Ruang Lingkup dan Had Penyelidikan
Dalam pengiraan gandaan haba, beban pendinginan dan suhu udara, rumusan-
rumusan yang digunakan secara terperinci adalah rumusan yang berkenaan dengan
pemindahan haba. Oleh itu, rumusan yang berkenaan dengan penembusan
(infiltration) dan penyejatan (evaporation) hanya merupakan rumusan hampiran
(approximate).
Rumusan bagi penebatan yang digunakan dalam simulasi hanya mengambil
kira penebatan jenis rintangan dan tidak mengambil kira penebatan jenis memantul
sinaran (reflective).
Semasa ujikaji sensitiviti bangunan yang akan disimulasikan adalah rumah
kos rendah yang menggunakan pengalihudaraan semulajadi. Permukaan bahan atap
yang diguna untuk bumbung dianggap rata untuk memudahkan proses pengiraan.
Walaubagaimanapun, celah diantara bahan atap tetap dianggap ujud kerana ia
membolehkan masuknya udara daripada luar. Kadar tukaran udara setiap jam yang
5
digunakan dalam ruang hunian dianggap tetap selama 24 jam. Data daripada
ASHRAE dan ARCHIPAK dianggap dapat mewakili dengan tepat sifat termofizikal
bahan.
Ujikaji sensitiviti simulasi ini telah dijalankan bagi kawasan Johor Bahru.
Jabatan Perkhidmatan Kajicuaca Malaysia hanya memiliki data sinaran umum tetapi
belum memiliki data sinaran serakan dan terus bagi Stesen Kajicuaca Johor Bahru.
Oleh itu, data iklim yang digunakan sebagai masukan bagi simulasi ini adalah data
iklim dari Singapura. Data iklim Singapura digunakan kerana Singapura berhampiran
dengan Johor Bahru berbanding Bandar lain di Malaysia yang mempunyai stesen
kajicuaca.
1.5
Kepentingan Penyelidikan
Dengan adanya program simulasi ini arkitek lebih mudah menghasilkan
rekabentuk alternatif pada peringkat konseptual. Program ini sesuai untuk digunakan
oleh arkitek pada peringkat rekabentuk konseptual, kerana pada peringkat ini
kejituan tidak penting tetapi alternatif rekabentuk litupan perlu dihasilkan dengan
banyak dan cepat. Programnya jitu tetapi indeks keselesaannya tidak perlu jitu.
Dengan adanya program ini juga simulasi terma dapat dijalankan pada
rekabentuk bangunan yang menggunakan pengalihudaraan semulajadi. Kebiasaannya
simulasi tidak dijalankan pada bangunan dengan pengalihudaraan semulajadi kerana
ketiadaan program simulasi yang sesuai. Masih banyak bangunan di Malaysia yang
menggunakan pengalihudaraan semulajadi seperti sekolah, masjid dan rumah
kediaman kos rendah. Dengan demikian program ini dapat membantu meningkatkan
keselesaan pada rekabentuk bangunan sedemikian.
6
1.6
Persoalan Penyelidikan
1. Apakah program simulasi sediada sesuai dan dapat memberi hasil dengan
cepat untuk digunakan pada peringkat rekabentuk konseptual?
2. Apakah program simulasi sediada dapat digunakan untuk rekabentuk
litupan bangunan yang menggunakan pengalihudaraan semulajadi ?
3. Bagaimanakah hasil ujian sensitiviti daripada program ubahsuai untuk
bangunan yang menggunakan pengalihudaraan semulajadi?
4. Apakah kekurangan-kekurangan daripada data tempatan untuk digunakan
dalam program simulasi?
1.7
Kaedah Penyelidikan
Penyelidikan ini dimulakan dengan melakukan kajian literatur terhadap
program-program simulasi sediada yang berkenaan dengan bangunan. Programprogram ini akan disenaraikan dan dibandingkan berdasarkan aspek-aspek tertentu,
seperti matlamat utama program, kaedah pengiraan yang digunakan dalam program,
jenis program dan kemudahan program untuk diubahsuai. Program simulasi yang
cukup mudah digunakan akan diubahsuai sehingga boleh menilai keadaan terma
dalaman bangunan dengan pengalihudaraan semulajadi.
Pengubahsuaian program simulasi meliputi dua aspek. Pertama, berkaitan
dengan perubahan konsep: SHEAP-2 untuk bangunan yang menggunakan hawa
dingin manakala TROPIC untuk bengunan yang menggunakan pengalihudaraan
semulajadi. Kedua, pengembangan aturancangan TROPIC yang merangkumi
pengubahsuaian cartalir, sumber kod dan penambahan sumber kod. Untuk
mengesahkan hasilnya, program simulasi TROPIC dibandingkan dengan program
simulasi ARCHIPAK.
Ujikaji sensitiviti telah dijalankan ke atas program TROPIC untuk
memastikan program ini berjalan dengan baik. Ujikaji sensitiviti ini berkaitan dengan
tujuh pembolehubah bumbung iaitu bahan atap, warna atap, bahan siling,
7
pengalihudaraan bumbung, penebatan, sudut bumbung dan orientasi bumbung.
1.8
Kerangka Tesis
Bab Dua menerangkan faktor-faktor yang mempengaruhi keselesaan terma,
yang meliputi suhu bebuli kering, suhu sinaran purata, kelembapan relatif, laju udara,
tahap aktiviti dan rintangan pakaian. Selain itu, juga diterangkan indeks keselesaan
terma dan pendekatan kepada keselesaan terma. Keselesaan terma untuk daerah
tropika lembap juga telah diterangkan dalam bab ini.
Bab Tiga membincangkan rekabentuk pasif dalam bangunan, pengertian dan
perbezaan rekabentuk pasif dan aktif. Perbincangan juga dilanjutkan dalam konteks
bangunan dengan pengalihudaraan semulajadi dan strategi rekabentuk pasif. Dalam
bab ini juga dibincangkan pemindahan haba pada bumbung yang merupakan
tumpuan daripada strategi kawalan pasif bagi bangunan.
Bab Empat membincangkan kaedah penganggaran tenaga, iaitu kaedah
single measure, multiple measure dan detailed simulation, termasuk seluruh aspek
yang mempengaruhi faktor-faktor gandaan haba melalui pengiraan gandaan haba dan
beban pendinginan pada bangunan. Akhir daripada perbincangan ini adalah
pengiraan suhu udara ruang.
Bab Lima membincangkan kaedah penyelidikan yang digunakan dalam tesis
ini. Perbincangan ditumpukan kepada pemilihan program simulasi yang sesuai. Halhal yang juga dibincangkan adalah rekabentuk penyelidikan berupa model berskala,
kajian empirik dan simulasi komputer, termasuk perbandingan simulasi bangunan
dan pemilihannya. Simulasi komputer terpilih SHEAP-2 yang meliputi struktur
program, data iklim, pengesahan program SHEAP-2 dan kelemahannya juga
dibincangkan.
Bab Enam membincangkan pembangunan program simulasi TROPIC. Halhal yang dibincangkan adalah pengubahsuaian program SHEAP-2 kepada TROPIC
8
yang meliputi pengubahsuaian model matematik, pengembangan aturancangan
TROPIC termasuk pengubahsuaian cartalir, sumber kod, dan penambahan sumber
kod. Pengesahan program TROPIC dan ujikaji sensitiviti program ini terhadap
pembolehubah bumbung juga dibincangkan.
Bab Tujuh membincangkan analisis sensitiviti program TROPIC. Analisis ini
meliputi sensitiviti pembolehubah bumbung terhadap suhu udara loteng dan ruang
hunian. Pembolehubah yang terlibat adalah bahan atap, warna atap, bahan siling,
kadar pengalihudaraan, bahan penebatan, sudut bumbung dan orientasi bumbung.
Analisis sensitiviti juga dilakukan ke atas gabungan pembolehubah bumbung yang
menghasilkan suhu udara ruang tertinggi dan terendah.
Bab Lapan menerangkan kesimpulan dan cadangan daripada penyelidikan ini.
Kesimpulan ini mengandungi jawapan daripada persoalan yang diajukan di dalam
Bab I. Bab ini diakhiri dengan perbincangan dan cadangan untuk penyelidikan
lanjutan.
BAB II
KESELESAAN TERMA
2.1
Pendahuluan
Bab ini akan membincangkan perihal keselesaan terma dalam bangunan.
Bahagian pertama membincangkan pemikiran dasar keselesaan terma yang meliputi
sistem pengawalan terma dan imbangan haba juga termasuk faktor-faktor yang
mempengaruhi keselesan terma. Selanjutnya, pengukuran keselesaan terma yang
meliputi sensasi keselesaan terma dan indeks keselesaan dan pendekatan keselesaan
terma juga diterangkan. Penyelidikan keselesaan terma di Malaysia juga akan
dibincangkan.
2.2
Pemikiran Dasar Keselesaan Terma
Angus (1968) menyatakan bahawa matlamat kajian keselesaan terma adalah
untuk membina ‘zon selesa’ atau julat suhu di mana sebahagian besar manusia
merasa selesa. Apabila dihubungkan dengan bangunan, keselesaan didefinisikan
sebagai keadaan tertentu yang menghasilkan perasaaan menyenangkan bagi
penghuninya (Karyono, 1989). Seorang manusia dikatakan selesa secara terma
apabila ia tidak mengatakan persekitarannya perlu lebih sejuk atau lebih panas
(McIntyre, 1980).
10
Olgyay (1963) mendefinisikan zon keselesaan sebagai suatu keadaan di mana
manusia berjaya mengurangkan pengeluaran tenaga dalam badannya untuk
menyesuaikan dirinya dengan persekitarannya. ASHRAE Standard 55-1992
mendefinisikan keselesaan terma sebagai keadaan minda yang menyatakan puas
terhadap persekitaran terma. Piawai ini juga menentukan persekitaran terma yang
boleh diterima sebagai keadaan di mana 90% penghuni berasa selesa.
Auliciems (1977) menyatakan bahawa keselesaan terma adalah suatu
interaksi terma antara manusia dan persekitarannya yang memuaskan minda
manusia. Manusia sebagai individu memiliki sifat-sifat yang sangat pelbagai seperti
sifat-sifat fizik, perangai dan keboleh ubahsuaiannya, sehingga tidak mungkin
menyedia sebuah ‘suhu unggul’ yang boleh memuaskan semua kelompok pelbagai
persekitaran terma.
2.2.1
Sistem Pengawalan Terma
Manusia menghasilkan tenaga dalam badannya berbentuk haba yang
disebabkan oleh penghadaman makanan (Humphreys,1981). Haba ini diangkut ke
sekeliling tubuh oleh darah. Dalaman tubuh memerlukan suhu tetap, yang dipanggil
suhu ‘tubuh dalam’ atau ’inti’ (sekitar 37 0C) supaya tubuh dapat berfungsi dengan
baik. Untuk menetapkan suhu inti ini, haba yang dihasilkan oleh tubuh harus
dikeluarkan ke persekitaran melalui kulit dan permukaan paru-paru. Mekanisma ini
dikawal oleh otak. Apabila otak menerima maklumat bahawa suhu inti bukan 37 0C,
ia akan mengirim pesan kepada bahagian tubuh yang berkenaan untuk bertindakbalas
secara fisiologikal supaya mengekalkan semula keseimbangan haba.
Menurut Olesen (1982) terdapat penerima terma, khususnya pada kulit, yang
berfungsi sebagai penerima deria sejuk dan panas. Apabila suhu berubah, penerima
terma ini akan membalas dan mengirim maklumat melalui gerakan urat saraf ke otak.
Otak pula akan menyelaraskan semua tindak balas penerima terma supaya suhu inti
menjadi tetap.
11
Dalam keadaan sejuk, proses penyempitan pembuluh (vaso-constriction)
berlaku yang menyebabkan berkurangnya peredaran darah di sekeliling tubuh,
khususnya tangan dan kaki. Hal ini mengurangkan bekalan haba yang seterusnya
mengurangkan suhu kulit dan menyebabkan kehilangan haba ke persekitaran.
Apabila suhu inti turun, otot akan meningkatkan tegangannya dan menyebabkan gigil
yang kemudian meningkatkan keluaran haba metabolik dalam badan.
Apabila suhu inti naik, terdapat proses pembesaran pembuluh (vasodilation) di mana bekalan darah ke sekeliling meningkat dan menyebabkan suhu kulit
naik. Hal ini bererti kehilangan haba tubuh ke persekitaran meningkat dengan cara
transpirasi dan perolakan pada permukaan kulit. Demikian pula sebaliknya,
persekitaran sekeliling melepaskan haba kepada tubuh apabila suhu inti turun.
2.2.2 Imbangan Haba
Givoni (1976) menyatakan bahawa seorang manusia menghasilkan haba
melalui proses penghadaman makanan dalam tubuh secara berterusan di mana tenaga
kimia diubah kepada haba. Proses ini dipanggil metabolisma. Pada metabolisma
dasar (basal), tenaga dihasilkan melalui aktiviti yang tidak dikawal sedangkan pada
metabolisma otot, tenaga dihasilkan melalui aktiviti yang sedar. Metabolisma dasar
menggunakan tenaga setiap unit luas tubuh lebih kurang 47 kcal/m2 (45 W/m2) untuk
manusia berbadan sederhana. Metabolisma otot menggunakan tenaga yang lebih
tinggi. Contohnya, kerja-kerja ringan dalam pejabat menggunakan 60 hingga 70
W/m2. Jumlah tenaga bersih yang dihasilkan oleh tubuh manusia adalah haba
metabolik keseluruhan tolak kerja luar otot. Tenaga bersih ini menaikkan suhu badan
atau dikeluarkan ke persekitaran melalui saluran pernafasan dan permukaan kulit.
Givoni (1976) menyatakan bahawa secara purata 20% daripada haba yang
dihasilkan oleh tubuh digunakan, manakala 80% lagi dilepaskan ke persekitaran.
Haba tidak dikeluarkan secara merata pada seluruh tubuh sehingga berlaku
kepelbagaian suhu kulit daripada satu tempat ke tempat lain (McIntyre, 1980). Haba
dilepaskan ke persekitaran melalui empat cara, iaitu sinaran, perolakan, pengaliran
12
dan penyejatan. Tubuh manusia melepaskan haba ke persekitarannya dengan cara
sinaran. Pada masa yang sama tubuh menerima sinaran daripada permukaan
sekitarnya, yang kebanyakannya berlaku seragam pada seluruh badan, sesuai dengan
tahap pendedahannya terhadap permukaan sekitar. Pertukaran haba antara tubuh
dengan persekitarannya adalah berkadar terus dengan perbezaan kuasa empat suhu
tubuh dan suhu permukaan ‘purata’. Agar menjadi seimbang, tubuh akan melepaskan
haba apabila permukaan sekitar lebih sejuk, atau, tubuh akan menggandakan haba
apabila permukaan sekitar lebih panas. Pertukaran haba antara tubuh manusia dan
permukaan sekitarnya dipengaruhi oleh bentuk tubuh.
2.3
Faktor-Faktor Keselesaan Terma
Fanger (1976) menyatakan bahawa keselesaan terma dipengaruhi oleh faktor
iklim dan peribadi. Faktor iklim terdiri daripada suhu udara, suhu sinaran purata,
kelembapan relatif dan laju udara, manakala faktor peribadi terdiri daripada aktiviti
dan pakaian. Hoppe (1988) mengkaji tahap sensitiviti daripada setiap faktor iklim
dalam konteks keselesaan terma manusia. Beliau mengukur sensiviti suhu kulit
purata, Tsk sebuah model manusia. Model manusia ini berumur 35 tahun, memakai
pakaian bisnes (1.0 clo), serta melakukan aktiviti ringan seperti melakukan pekerjaan
ringan sambil duduk (metabolisma 60 W/m2). Hasil-hasil kajiannya adalah sebagai
berikut:
2.3.1
Suhu Udara (Ta)
Suhu udara merupakan parameter penting yang mempengaruhi keselesaan
terma. Ini berdasarkan ujikaji ke atas model manusia yang dilaksanakan pada suhu
sinaran purata Tmrt = 20 0C, kelembapan relatif RH = 50% dan laju udara Va =
0.05 m/s. Didapati suhu kulit purata Tsk daripada model manusia menaik apabila suhu
udara Ta naik, sehingga Ta = 21 0C (Rajah 2.1). Jika Ta naik lagi, transpirasi bermula
yang menyebabkan kenaikan suhu kulit hampir dapat diabaikan. Suhu kulit yang
13
selesa dicapai pada suhu udara Ta = 200C iaitu semasa transpirasi belum berlaku.
Rajah 2.1 Kesan suhu udara Ta ke atas suhu kulit purata Tsk.
(disesuaikan daripada Hoppe, 1988)
2.3.2 Suhu Sinaran Purata (Tmrt)
Suhu sinaran purata (Tmrt) adalah ukuran haba sinaran daripada permukaan
sekitar seperti siling, dinding, pintu, tingkap dan lantai. Tmrt setara dengan suhu
permukaan seragam sebuah jasad hitam dengan pekali pemancaran = 1 yang akan
melakukan gandaan atau kehilangan haba yang serupa. Tmrt dikira dalam keadaan
tidak ada sinaran suria yang masuk melalui tingkap dan merupakan nilai purata
daripada suhu permukaan dinding, lantai dan siling.
Pengaruh Tmrt terhadap keselesaan terma telah diukur sebagai fungsi daripada
suhu kulit purata Tsk. Dengan menggunakan model manusia yang sama, di mana Ta =
20 0C, RH = 50% dan Va =0.05 m/s, tahap Tsk menaik berkadar dengan penaikan Tmrt
(Rajah 2.2). Pengaruh Tmrt terhadap keselesaan terma dalam keadaan laju udara yang
rendah (Va = 0.05 m/s) hampir sama keadaannya dengan suhu udara. Contohnya,
perubahan Tmrt sebesar 1 0K hampir sama pengaruhnya kepada anggaran haba
manusia apabila suhu udara berubah 1 0K. Selain itu, pada laju udara yang lebih
tinggi contohnya 0.1 m/s, perubahan Ta sebesar 1 0K dapat digantikan oleh
perubahan Tmrt sebesar 1.1 0K dan penggantian menjadi 1.4 0K dengan laju udara
0.2 m/s. Keadaan ini berlaku selaras dengan kenaikan pekali pemindahan haba.
14
Rajah 2.2 Kesan suhu sinaran purata Tmrt ke atas suhu kulit purata Tsk
(disesuaikan daripada Hoppe, 1988)
2.3.3 Kelembapan Relatif (RH)
Kelembapan relatif memberi kesan kecil kepada Tsk. Pada Ta = 20 0C, Tmrt =
20 0C dan Va = 0.05 m/s, peningkatan kelembapan relatif, RH, daripada 30% kepada
kira-kira 75% hanya memberi kesan sebesar 1 0C sahaja kepada Tsk (Rajah 2.3).
Walaubagaimanapun, kajian itu tidak membincangkan kesan peningkatan RH di atas
75% kepada keselesaan terma.
2.3.4 Laju Udara (Va)
Pengaruh laju udara terhadap keselesaan seorang manusia berbeza berbanding
dengan faktor-faktor iklim yang diterangkan di atas. Semakin tinggi nilai laju udara
semakin rendah suhu kulit purata Tsk (Rajah 2.4). Apabila laju udara meningkat
daripada udara tenang Va = 0 m/s kepada Va = 0.2 m/s, nilai Tsk menurun sebanyak
2 0C. Walaubagaimanapun, perhitungan sedemikian hanya benar jika suhu udara di
bawah suhu kulit. Apabila suhu udara di atas suhu kulit, kesan gerakan udara akan
sama dengan kesan faktor-faktor iklim lain yang telah diterangkan di atas, di mana
peningkatan laju udara akan menaikkan suhu kulit.
15
Rajah 2.3 Kesan kelembapan relatif RH ke atas suhu kulit purata Tsk
(disesuaikan daripada Hoppe, 1988).
Rajah 2.4 Kesan laju udara Va ke atas suhu kulit purata Tsk
(disesuaikan daripada Hoppe, 1988).
2.3.5 Aktiviti
Aktiviti mempengaruhi kadar pengeluaran metabolik tubuh (Fanger, 1976).
Kadar metabolik bersandar kepada jenis aktiviti yang dijalankan. Kadar metabolik
dinyatakan dalam ‘met’ yang didefinisikan sebagai kadar metabolik seorang yang
sedang melakukan kerja ringan (seperti duduk, rehat) untuk setiap keluasan Dubois.
Satu met sama dengan 50 kcal/j.m2 (ASHRAE, 1989).
16
2.3.6 Pakaian
Pakaian yang digunakan akan mempengaruhi pertukaran haba antara tubuh
dan persekitaran sekelilingnya, yang juga akan memberi kesan kepada keselesaan
(Fanger, 1976). Apabila haba yang dihasilkan tubuh harus dilepaskan kepada
persekitarannya agar suhu inti tetap, maka pakaian akan melambatkan hilangnya
haba daripada tubuh. Pada suhu udara yang rendah, pakaian yang tebal diperlukan
untuk menjaga pelepasan haba daripada tubuh kepada persekitarannya. Pakaian
merupakan juga alat penunjuk keadaan iklim tempatan. Di daerah yang beriklim
panas, manusia cenderung menggunakan pakaian nipis dan longgar berbanding
dengan daerah yang beriklim sederhana. Penggunaan pelbagai pakaian menunjukkan
bahawa manusia telah menyesuaikan kepada iklim tempatan.
2.3.7 Faktor-Faktor Lain
Selain daripada faktor-faktor di atas, Humphreys (1976) pula menyatakan
bahawa terdapat faktor-faktor lain yang mempengaruhi keselesaan. Faktor-faktor ini
meliputi jantina, bentuk tubuh badan (gemuk, keluasan Dubois), perbezaan bangsa,
lokasi geografi atau keadaan iklim yang biasa untuk manusia, ritme sirkadia,
perubahan terma, persekitaran sebelumnya, penyesuaian (aklimatisasi), pemakanan
dan minuman yang digunakan setiap hari oleh manusia, warna, kesesakan, tekanan
udara dan beberapa faktor yang lain. Penyelidikan pada aspek-aspek ini dijalankan
pada tempat yang berbeza-beza yang melibatkan manusia yang berbeza pula dengan
berbagai hasil. Walaubagaimanapun, menurut Fanger (1976) faktor-faktor tersebut di
atas tidak memberikan pengaruh yang penting terhadap keselesaan terma.
17
2.4
Pengukuran Keselesaan Terma
Pengukuran keselesaan terma cuba mengaitkan perasaan terma manusia dan
rangsangan daripada iklim di sekitarnya. Pengukuran ini melibatkan tiga faktor
penting. Pertama, bagaimana menilai secara kuantitatif perasaan manusia terhadap
persekitarannya. Kedua, bagaimana mengukur pembolehubah fizik dengan tepat.
Ketiga, bagaimana menggabungkan semua pembolehubah ke dalam satu nilai yang
mewakili keseluruhan. Bahagian berikut akan menerangkan sensasi keselesaan terma
yang merupakan wakil daripada perasaan manusia kepada persekitarannya.
Kemudian dilanjutkan dengan indeks keselesaan terma yang membincangkan
pengukuran keselesaan daripada aspek persekitaran.
2.4.1 Sensasi Keselesaan Terma
McIntyre (1980) menyatakan bahwa sensasi muncul sebagai tindak balas
terhadap rangsangan. Manusia menderia persekitaran termanya sebagai tindak balas
terhadap rangsangan terma. Hal ini yang dipanggil dengan psikofizik. Sensasi terma
bukan merupakan sesuatu hal yang mudah, dan sensasi yang dialami manusia tidak
dapat diramalkan hanya dengan suhu (sekalipun dengan parameter iklim lain
termasuk kelembapan dan laju udara) daripada rangsangan. Beliau menyatakan
bahawa tidak mungkin untuk meramalkan sensasi terma secara tepat bahkan dengan
menggabungkan semua maklumat yang dimiliki. Pemikiran berkenaan keselesaan
terma adalah untuk mendapatkan pendekatan optimal dalam mencapai keadaan terma
terbaik untuk manusia dalam suatu aktiviti tertentu.
Untuk memahami secara kuantitatif, mengukur sensasi terma adalah melalui
rangsangan termanya yang berasal daripada parameter iklim dan dinyatakan dengan
bilangan atau skala. Penggunaan skala dalam kajian keselesaan terma telah
digunakan sejak tahun 1927 oleh Yaglou di USA dan Bedford pada tahun 1936 di
UK. Bedford menggunakan skala tujuh-mata untuk sensasi terma
18
Skala sensasi terma yang paling banyak digunakan sekarang adalah skala
tujuh-mata ASHRAE, yang merupakan perkembangan daripada skala tujuh-mata asal
Bedford. Humphreys dan Nicol (1970) juga menggunakan skala tujuh-mata tetapi
mengubah sedikit persepsi skala Bedford dalam penyelidikannya. Skala yang
berbeza, yang mempunyai julat daripada 3 hingga 25 mata telah digunakan oleh para
penyelidik, bagaimanapun penyelidikan terkemudian telah menunjukkan bahawa
skala tujuh-mata adalah pilihan paling sesuai (McIntyre, 1980). Jadual 2.1
menunjukkan perbandingan skala-skala tujuh mata yang paling popular digunakan
oleh para penyelidik keselesaan terma.
Jadual 2.1 Skala tujuh-mata Bedford, Humphreys dan Nicol,
dan ASHRAE
Bedford
Mata
Humphreys dan Nicol
Mata
ASHRAE
Mata
Sangat sangat panas
7
Sangat sangat panas
7
Panas
7
Terlalu panas
6
Terlalu panas
6
Hangat
6
Selesa panas
5
Selesa panas
5
Agak panas
5
Selesa
4
Tidak sejuk atau panas
4
Neutral
4
Selesa sejuk
3
Selesa sejuk
3
Agak sejuk
3
Terlalu sejuk
2
Terlalu sejuk
2
Sejuk
2
Sangat sangat sejuk
1
Sangat sangat sejuk
1
Sangat sejuk
1
Skala lain yang umum digunakan selain skala tujuh-mata, iaitu skala tigamata McIntyre. Skala ini digunakan untuk memperoleh maklumat lanjut mengenai
kesukaan manusia (subjek) terhadap persekitaran terma di sekelilingnya. Skala
McIntyre menanyakan kepada subjek samada mahu: Lebih panas (+1), Tidak
berubah (0) dan Lebih sejuk (-1) dalam kaitannya dengan persekitaran terma di
sekelilingnya (McIntyre, 1980).
2.4.2 Indeks Keselesaan Terma
Untuk menilai keselesaan terma, tidak mungkin menyatakan balasan manusia
19
terhadap persekitaran termanya sebagai fungsi daripada sebuah faktor iklim tunggal,
seperti suhu udara, suhu sinaran purata, kelembapan udara, laju udara, aktiviti atau
nilai pakaian sahaja. Oleh itu perlu untuk merumuskan sebuah parameter tunggal
yang boleh menyatakan gabungan kesan rangsangan terma pada balasan fisiologi dan
sensor tubuh manusia. Nilai tunggal, yang disebut dengan indeks terma, adalah
merupakan gabungan sifat-sifat persekitaran terma di tempat atau keadaan manapun
yang dapat diwakilkan secara kuantitatif. Dengan demikian, deria panas dari suatu
keadaan tertentu dapat difahami, dibayangkan atau diramalkan. Dengan kata lain,
indeks terma adalah peramal panas atau lebih tepat lagi peramal keselesaan. Berikut
akan diterangkan indeks-indeks terma iaitu Effective Temperature (ET), Resultant
Temperature (RT), Predicted Four Hours Sweat Rate (P4SR), Heat Stress Index
(HSI), Index of Thermal Stress (ITS), Predicted Mean Vote (PMV) dan Predicted
Percentage Dissatisfied (PPD).
Effective Temperature (ET), atau Indeks Suhu Cekap, dibangunkan oleh
Houghten, Yaglou dan Miller antara tahun 1923 dan 1925 di makmal penyelidikan
ASHRAE. Indeks ini berbentuk nomogram yang menggabungkan tiga faktor iklim:
suhu udara, kelembapan dan laju udara. ET dapat ditentukan untuk setiap gabungan
(kombinasi) suhu udara kering dan basah dan laju udara. Untuk mengambil kira suhu
sinaran purata, suhu glob dapat digunakan untuk menggantikan suhu udara. Julat
keadaan yang dijangkau oleh ET adalah: suhu udara bebuli kering dan suhu udara
bebuli basah sebesar 1 oC hingga 43 oC, laju udara 0.1 m/s hingga 3.3 m/s (Givoni,
1976). ET adalah suhu persekitaran penuh dalam udara tenang yang menghasilkan
sensasi yang sama seperti persekitaran sebenar.
Resultant Temperature (RT) dibangunkan oleh Missenard di Perancis. Serupa
dengan ET, indeks ini menggabungkan suhu udara bebuli kering, suhu bebuli basah
dan laju udara. Indeks ini juga diberikan dalam bentuk nomogram, dan menjangkau
julat faktor-faktor iklim seperti suhu udara daripada 20 oC hingga 45 oC, suhu udara
bebuli basah daripada 18 oC hingga 40 oC dan laju udara daripada 0 m/s hingga 3 m/s
(Givoni, 1976).
Indeks keselesaan terma yang lain adalah seperti Predicted Four Hours Sweat
Rate (P4SR) yang dibangunkan oleh Mc Ardle et al. di Royal Naval Research
20
Establishment di England, Heat Stress Index (HSI) dibangunkan oleh Belding dan
Hatch di Universiti Pittsburgh, USA, dan Index of Thermal Stress (ITS) yang
dibangunkan oleh Givoni pada tahun 1969 (Givoni, 1976).
International Standard ISO 7730-1994 mencadangkan PMV dan PPD sebagai
indeks keselesaan. Predicted Mean Vote (PMV) meramalkan undi purata (pada skala
tujuh-mata ASHRAE) daripada sekumpulan subjek dengan aktiviti, nilai pakaian
dan persekitaran terma tertentu. Predicted Percentage Dissatisfied (PPD)
meramalkan peratusan ketidakpuasan daripada subjek dengan aktiviti, nilai pakaian
dan persekitaran terma tertentu.
2.5
Pendekatan kepada Keselesaan Terma
Terdapat dua pendekatan untuk menilai keselesaan sekumpulan subjek iaitu,
pendekatan universal dan adaptif. Pendekatan universal yang dipelopori oleh Fanger
memberi tumpuan pada hasil ujikaji makmal. Pendekatan adaptif pula yang
dipelopori oleh Auliciems memberi tumpuan pada hasil ujikaji lapangan. Kedua
pendekatan ini akan diterangkan pada bahagian berikut ini.
2.5.1 Model Universal
Model universal merujuk terutama kepada penemuan penyelidikan yang
dijalankan oleh Fanger (1970). Model ini menyatakan bahawa faktor-faktor yang
mempengaruhi keselesaan terma hanya terdiri daripada empat pembolehubah fizikal
(suhu udara, suhu sinaran purata, kelembapan relatif dan laju udara) dan dua
pembolehubah peribadi (aktiviti dan pakaian). Faktor-faktor lain seperti lokasi
negara dan geografi, umur, jantina bentuk tubuh badan dan perbezaan bangsa tidak
mempunyai pengaruh secara statistik. Persamaan keselesaan, PMV dan PPD adalah
merupakan satu-satunya alat untuk menyatakan keadaan keselesaan terma
dimanapun dan untuk siapapun di dalam persekitaran terma sederhana. Dengan kata
21
lain, model ini dianggap dapat dipakai secara universal untuk semua orang dan lokasi
geografi.
Kelebihan daripada model ini adalah disebabkan oleh penggunaan model
matematik. Model ini mengaitkan secara kuantitatif setiap pembolehubah yang
dipercayai memberi kesan terhadap keselesaan terma. Pembolehubah suhu udara,
suhu sinaran purata, laju udara, kelembapan relatif, aktiviti dan pakaian yang
dijalankan dalam secara kuatitatif boleh diukur dalam satu persamaan terma.
Walaubagaimanapun, masih terdapat masalah yang belum diselesaikan seperti
apakah manusia dari daerah sejuk atau iklim sederhana akan lebih menyukai suhu
yang sama seperti manusia yang berasal dari daerah tropika lembab.
2.5.2 Model Adaptif
Model adaptif kali pertama dikenalkan oleh Humphreys dan Nicol (1970).
Model ini timbul kerana ketidakpuasan dengan konsep suhu selesa statik atau umum
yang diramalkan oleh model Imbangan Haba Fanger, yang tidak mengambil kira
kepelbagaian suhu lebih disukai. Banyak bukti yang menunjukkan bahawa PMV
berbeza daripada pilihan purata sebenar (Actual Mean Vote =AMV) dalam pelbagai
kajian keselesaan. Terdapat beberapa minat bahawa faktor-faktor lain, khususnya
penyesuaian diri, akan mengarah kepada penyimpangan PMV. Pekerja yang telah
menyesuaikan diri dengan suhu yang lebih rendah dalam bangunan berhawa dingin
akan merasakan suhu rendah lebih selesa. Nicol (1993) mengambil berat hal ini
kerana ianya akan menghala kepada kebergantungan akan sistem penyaman udara
dalam rekabentuk bangunan, yang juga bererti menggalakkan penggunaan kawalan
persekitaran dengan tenaga tinggi. Hal ini tak dapat dielakkan lagi akan
merendahkan piawai rekabentuk persekitaran diantara arkitek dan pada masa yang
sama meningkatkan pemakaian tenaga yang besar dalam bangunan.
Model adaptif menekankan bahawa keselesaan terma merupakan hubungan
yang kompleks dan aktif antara manusia dan persekitarannya yang meliputi iklim,
bentuk bangunan, keadaan sosial, ekonomi dan faktor-faktor lain seperti persekitaran
22
fizikal. Persekitaran kompleks ini menyatakan secara tidak langsung bahawa
pelbagai piawai suhu selesa diperlukan, di mana nilainya bersandar kepada musim,
iklim dan budaya.
Model adaptif mengambilkira keupayaan manusia untuk menyesuaikan
persekitaran fizikalnya pada tahap tertentu. Penyesuaian ini dilaksanakan dengan
menukar aktiviti ataupun pakaiannya. McIntyre (1980) menunjukkan contoh klasik
bagaimana manusia secara tidak sedar menyesuaikan diri terhadap persekitaran terma
sediada. Nicol (1993) menyatakan bahawa pendekatan adaptif kepada keselesaan
terma bermula daripada pemerhatian bahawa terdapat julat tindakan bahawa manusia
dapat lakukan agar boleh mencapai keselesaan terma. Pendekatan ini berbeza dengan
Fanger yang memulakan dengan pertukaran haba antara manusia dan
persekitarannya.
Beberapa kelebihan daripada pendekatan ini adalah mengenali kepelbagaian
suhu selesa antara kumpulan manusia dari iklim yang berbeza. Kepelbagaian ini
dipengaruhi oleh pengalaman terma yang lama; seperti manusia dari iklim sederhana
lebih menyukai suhu selesa yang lebih sejuk berbanding dengan yang berasal dari
iklim tropika. Selain itu, pendekatan ini merupakan pendekatan praktikal, di mana
situasi sebenar adalah merupakan asas pengembangan teori ini.
Walaubagaimanapun, persamaan yang dibuat oleh Humphreys hanya merupakan
pendekatan interaksi antara manusia dan persekitaran terma sediada. Tidak ada
penjelasan dalam keadaan bagaimana penyesuaian boleh berlaku dalam tubuh
manusia seperti kadar metabolik.
2.6
Piawai Keselesaan Terma
Berdasarkan kepada kajian-kajian secara luas dengan menggunakan pelbagai
pendekatan, piawai untuk keselesaan telah dibangunkan. Bagaimanapun, beberapa
piawai untuk keselesaan dalaman kebanyakannya dikembangkan untuk sistem
penyaman udara. Dua piawai paling penting yang secara luas digunakan sampai
sekarang adalah ASHRAE Standard 55-1992 dan ISO 7730-1994.
23
ASHRAE Standard 55-1992 mendefinisikan zon keselesaan di mana 90%
atau lebih manusia akan berasa selesa secara terma. Nilai sempadan julat merupakan
hasil daripada kerja-kerja ujikaji yang amat sesuai dengan pelbagai manusia dalam
bilik terma. ASHRAE Standard mendefinisikan persekitaran selesa berdasarkan suhu
operatif (To).
ISO 7730-1994 berasas kepada persamaan Fanger (1970) yang
mendefinisikan zon selesa berada pada ‘predicted percentage dissatisfied’ (PPD)
kurang daripada 10 % dan ‘predicted mean vote’ (PMV) antara –0.5 hingga +0.5.
Piawai ini secara matematik dan fizikal berorientasi kepada ASHRAE. Dengan
menggunakan persamaan Fanger, semua gabungan yang mungkin daripada
parameter (suhu udara, suhu sinaran purata, kelembapan relatif dan laju udara),
parameter peribadi (aktiviti dan pakaian), keadan selesa dapat dilibatkan dalam
ramalan.
2.7
Penyelidikan Keselesaan di Malaysia
Menurut Abdulmalik (1992), di Semenanjung Malaysia, penyelidikan
keselesaan terma dimulakan dalam lingkungan tahun 1950-an oleh orang Inggeris.
Kerja-kerja dijalankan dengan cara klasik iaitu dalam bentuk kajian lapangan. Hasil
kajian ini masih merupakan rujukan yang selalu digunakan. Selain itu, kajian yang
dijalankan oleh de Dear dan lain-lain di Semenanjung Malaysia menunjukkan
keunggulan model malar (constancy model). Kajian berkenaan keselesaan ini
kemudian berkembang dengan pelbagai kaedah dan kawasan kajian yang berbeza
seperti Abdulmalik (1992) yang bertumpu untuk bangunan pejabat. Adnan (1997)
menjalankan kajian dengan fokus kepada bangunan kilang dan penyelidik-penyelidik
lain yang disenaraikan secara ringkas dalam Jadual 2.2.
24
Jadual 2.2 Ringkasan penyelidikan berkenaan dengan julat
keselesaan terma di Semenanjung Malaysia
No
Penyelidik
1
Adnan, 1997
2
Zain Ahmad,
1997
Samirah Abdul
Rahman, 1998
Kaedah
Julat selesa.
penyelidikan
Kajian lapangan 23.4 0C – 27.70C
RH 51.5%-69%
Kajian lapangan 24.5 0C –28 0C
RH 72%-74%
Kajian lapangan 27.0 0C - 27.6 0C
RH 54%-76%
Mohd. Syarif
Hidayat, 1999
Kajian lapangan 27 0C - 29 0C
RH 70%-75%
3
4
Situasi
penyelidikan
Kilang yang
dinyamankan
Ruang kuliah
Ruang kuliah dgn.
pengalihudaraan
semulajadi
Rumah dengan
pengalihudaraan
semulajadi
Salah satu penemuan penting dalam penyelidikan di bidang keselesaan terma
ini adalah zon keselesaan terma untuk penduduk Malaysia yang berada dalam sebuah
bangunan. Daripada jadual di atas terlihat jelas bahawa hampir keseluruhan
bangunan yang dibuat kajian adalah merupakan bangunan awam. Hanya satu
daripada jadual di atas yang menggunakan rumah kediaman sebagai tempat ujikaji.
Kajian yang dijalankan oleh Mohd. Syarif (1999) ke atas penghuni yang berada di
rumah teres di Johor Bahru menambahkan penemuan dalam bidang keselesaan terma
dalam bangunan, khususnya julat suhu selesa dalam rumah tinggal dengan
pengalihudaraan semulajadi. Kajian ini menunjukkan bahawa julat suhu selesa
maksimum yang masih diterima oleh penghuni lebih tinggi berbanding yang
dicadangkan, iaitu 29 0C. Julat suhu selesa yang dicadangkan oleh para penyelidik
kira-kira antara 27 0C sehingga 28 0C.
2.8
Ringkasan
Keselesaan terma memiliki matlamat untuk membina ‘zon selesa’ atau julat
suhu di mana sebahagian besar manusia merasa selesa. Ini dicapai apabila berlaku
perasaaan menyenangkan bagi penghuninya. ASHRAE Standard 55-1992
25
mendefinisikan keselesaan terma sebagai keadaan minda yang menyatakan puas
terhadap persekitaran terma.
Faktor-faktor keselesaan terma daripada faktor iklim adalah suhu udara, suhu
sinaran purata, kelembapan relatif dan laju udara, manakala faktor peribadi terdiri
daripada aktiviti dan pakaian. Selain itu, terdapat faktor-faktor yang juga
mempengaruhi keselesaan, diantaranya ialah jantina, bentuk tubuh badan (gemuk,
keluasan Dubois) dan perbezaan bangsa.
Keselesaan terma boleh diukur daripada pelbagai kaedah. Diantaranya adalah
skala tujuh-mata ASHRAE, skala Bedford dan skala Humphreys dan Nicol. Selain
itu juga ada skala tiga-mata McIntyre. Skala ini digunakan untuk memperoleh
maklumat lanjut mengenai kesukaan manusia (subjek) terhadap persekitaran terma di
sekelilingnya.
Penyelidikan keselesaan terma di Malaysia terus berkembang dan melibatkan
beberapa jenis bangunan seperti ruang kelas, kilang dan bilik iklim dan telah
dikenalpasti sifat keadaan keselesaan masing-masing. Untuk rumah tinggal pula,
penyelidikan yang dilakukan Mohd. Syarif (1999) menambahkan hasil-hasil
penyelidikan dalam bidang keselesaan yang sudah dicapai.
BAB III
REKABENTUK PASIF
3.1
Pendahuluan
Bab Dua telah membincangkan keadaan dan faktor-faktor yang
mempengaruhi keselesaan terma. Bab ini akan membincangkan rekabentuk pasif
yang dapat digunakan untuk mencapai keselesaan tanpa menggunakan penyaman
udara termasuk definisi rekabentuk pasif, perbezaan rekabentuk pasif dengan
rekabentuk aktif, dan strategi rekabentuk pasif. Dalam perbincangan ini bumbung
akan diberi penekanan termasuk faktor-faktor yang mempengaruhi pemindahan haba
serta strategi mengurangkan gandaan haba pada bumbung.
3.2
Kawalan Terma dan Rekabentuk Pasif
Kawalan terma dalaman bangunan bergantung kepada iklim tempatan.
Keadaan tidak selesa dalam iklim panas lembab seperti Malaysia adalah disebabkan
oleh suhu udara dan sinaran suria yang tinggi. Oleh itu, kawalan terma bangunan di
Malaysia dengan melindunginya daripada gandaan haba, memaksimumkan
hilangnya haba dan kalau perlu menggunakan penyaman udara. Dalam iklim
sederhana pula, apabila keadaannya bervariasi antara panas dan sejuk maka kawalan
terma bangunannya adalah dengan mengurangkan puncak variasi suhu
(Koenigsberger, et al. 1973).
27
Rekabentuk pasif adalah cara untuk mengawal terma dalaman bangunan
melalui litupan atau binaan bangunan sahaja untuk mencapai keadaan selesa
(Koenigsberger, et al. 1973). Bagi rekabentuk pasif, litupan bangunan bergantung
kepada sifat bahan (Straaten, 1967). Sifat-sifat seperti penyerapan dan pelepasan
haba serta keberaliran bahan perlu dipilih sehingga keadaan terma dalaman boleh
diterima. Selain itu, dalam rekabentuk pasif, keadaan terma dalaman juga
dipengaruhi oleh pengalihudaraan.
Dalam bangunan yang menggunakan pengalihudaraan semulajadi, litupan
bangunan merupakan alat untuk mengawal pertukaran haba antara ruang dalaman
dengan persekitaran. Semua haba yang masuk ke dalam bangunan samada melalui
tingkap, dinding, ataupun bumbung dikawal oleh litupan bangunan itu sendiri serta
sistem pengalihudaraan sediada (Watson, 1980).
3.3
Pengalihudaraan Semulajadi dan Sistem Penyaman Udara
Terdapat perbezaan konsep antara pengurangan ketidak selesaan dan
penyediaan pendinginan (CSC, 1987). Pengurangan ketidak selesaan lebih
mengambil kira meminimalkan jumlah gandaan haba yang masuk ke dalam
bangunan. Sedangkan penyediaan pendinginan lebih mengambil kira bagaimana
mengeluarkan haba daripada bangunan.
Tujuan utama pengurangan ketidak selesaan adalah untuk memberikan
keadaan dalaman yang ‘selesa’ dengan kos dan penjagaan yang sederhana. Beberapa
contoh kaedah sedemikian adalah:
a. meminimalkan gandaan suria melalui litupan bangunan;
b. meminimalkan gandaan suria melalui pembukaan;
c. meminimalkan gandaan kasual
d. pengalihudaraan.
28
Terdapat dua jenis penyedia pendinginan, iaitu pendinginan secara mekanikal
dan secara pasif. Contoh pendinginan secara mekanikal ialah pemakaian tenaga suria
dan peralatan konvensional. Manakala contoh pendinginan secara pasif ialah
menggunakan kolam haba (pendinginan haba ke langit malam, pengalihudaraan,
pendinginan laten dengan humidifikasi, dan sentuhan tanah) dan mengubahsuai
parameter keselesaan (misalnya kawalan kelembapan dan gerakan udara)(CSC,
1987)
Pengawalan pasif melalui litupan bangunan dapat mengurang puncak variasi
(leveling out) terhadap perubahan suhu, dan boleh jadi keadaan selesa dapat dicapai
melalui cara ini (Koenigsberger, et al. 1973). Dalam keadaan ekstrim di mana
manusia menghadapi risiko jika suhu tinggi, maka kawalan mekanikal mutlak
diperlukan. Jika risikonya rendah iaitu hanya kurang selesa, maka penggunaan
kawalan mekanikal dibolehkan.
‘Sistem aktif’ adalah merupakan istilah yang secara umum digunakan untuk
sebuah sistem di mana tenaga haba suria digunakan untuk memanaskan air dan
kemudian disimpan dan atau diagihkan semula untuk tujuan pemanasan ruang atau
tujuan lain (Harkness, 1978). Beberapa penulis lebih suka menggunakan istilah
‘interaktif’ berbanding dengan ‘pasif’, sebab istilah interaktif lebih tepat menyatakan
pendekatan yang diperlukan, iaitu suatu kumpulan sistem dan penggunaan yang
saling bergantung.
Yilmaz (1983) menyatakan bahawa keselesaan dalam bangunan bukan sahaja
dipengaruhi oleh aktiviti penghuni itu sendiri tetapi oleh bangunan di mana penghuni
itu berada. Alam sekitar yang berada di sekeliling bangunan merupakan lingkup
persekitaran yang paling luas dan paling besar pengaruhnya terhadap keadaan terma
dalaman. Faktor-faktor yang mempengaruhi keadaan dalaman ini merangkumi haba
yang dipancarkan oleh dinding, tingkap cermin, siling, lampu dan peralatan. Rajah
3.1 menunjukkan faktor-faktor yang mempengaruhi keselesaan dalam bangunan.
29
Matahari
Sinaran suria
Bumbung
Pengaruh
persekitaran
Dinding
Tingkap
Keselesaan
Terma
Sistem
Manusia
Sistem
Bangunan
Sistem
Persekitaran
Rajah 3.1 Faktor-faktor yang mempengaruhi keselesaan dalam bangunan
(Yilmaz, 1983).
3.4
Bumbung sebagai Alat Rekabentuk Pasif
3.4.1
Pengertian bumbung
Bumbung adalah sebuah binaan yang menutupi sebuah bangunan atau
struktur daripada atas. Bumbung terdiri daripada tiga bahagian utama. Pertama,
kepingan atap yang merupakan bahagian bumbung paling luar yang bertindak
sebagai penahan terhadap keadaan persekitaran. Kedua, struktur bumbung yang
merupakan bahagian penyokong utama . Ketiga, bahagian siling yang merupakan
bahagian paling bawah bumbung dan menjadi bahagian atas ruang di bawahnya
(Hohmann, 1981).
30
Sebagai bahagian luar bangunan, bumbung pada asasnya berfungsi sebagai
pelindung terhadap sinaran suria, hujan serta petir. Keadaan udara yang panas, hujan
yang kerap dan kelembapan yang tinggi seperti di Malaysia menyebabkan fungsi
bumbung menjadi kritikal. Koenigsberger (1965) menyatakan bahawa bumbung
mempunyai pengaruh besar kepada keadaan terma dalaman. Haba yang diterima
daripada suria oleh bumbung akan mengalir ke loteng dan ruang dalaman. Oleh itu,
keadaan panas yang berlaku di dalam ruang akan bergantung kepada baik atau
tidaknya rekabentuk bumbung.
3.4.2
Jenis-jenis bumbung
Lenihan (1978) mengkelaskan bumbung berasaskan binaan. Berasaskan pada
binaan, bumbung dibahagikan kepada tiga, iaitu bumbung rata, bumbung curam dan
bumbung ringan satu lapis. Bumbung rata biasanya merupakan papak konkrit
tetulang. Apabila bumbung tidak diberi penebatan, maka ia kurang menebat haba.
Warna pada permukaan luar sangat berpengaruh terhadap suhu siling dalaman.
Warna kelabu, contohnya, ternyata menyerap haba yang lebih banyak berbanding
dengan warna putih.
Bumbung curam biasanya berupa binaan kekuda dengan penutup bumbung
pada bahagian atasnya dan siling di bahagian bawahnya. Penyelidikan menunjukkan
bahawa pengalihudaraan bumbung tidak berkesan terhadap pendinginan ruang di
bawahnya. Walaubagaimanapun, bumbung dengan penutup besi berolak dengan
siling asbestos simen, pengalihudaraan bumbung mempunyai kesan mengurangkan
suhu dalaman pada waktu siang sebanyak 0.5 0C hingga 10 C (Lenihan, 1978).
Bumbung ringan satu lapis dibina daripada simen asbestos berolak,
aluminium atau besi, tanpa bahan siling. Suhu ruang dalaman terus dipengaruhi oleh
perubahan suhu bahagian bawah penutup bumbung. Oleh itu, pada waktu siang
keadaan terma dalaman bumbung jenis ini hampir seluruhnya bergantung kepada
permukaan luar atap. Berbeza dengan dalam loteng, pengalihudaraan ruang dalaman
sangat berpengaruh kepada suhu udara ruang.
31
3.4.3
Pembolehubah bumbung
Roux (1948) menerangkan bahawa haba yang mengalir melalui sebuah bahan
akan meninggikan suhu permukaannya. Ujikaji terhadap atap besi berolak dan
dicatkan pelbagai warna yang didedahkan kepada sinaran suria, dapat dilihat pada
Jadual 3.1. Perbezaan suhu bumbung yang dicatkan paling gelap dan yang paling
terang mencecah sehingga 23.5 0C.
Jadual 3.1 Pengaruh warna terhadap suhu atap keluli
Punca: Straaten , 1967. Suhu diubah ke dalam darjah Celcius
Warna permukaan
luaran
Hitam
Merah
Tidak bercat
Aluminium
Krim
Putih
Pekali keberserapan
kepada sinaran suria
0.90
0.74
0.55
0.40
0.40
0.30
Suhu permukaan
bumbung (0C)
87
80.3
77
67.6
65.4
61
Sutton (1950) mencadangkan kaedah mengurangkan suhu bumbung dengan
cara menyembur bumbung dengan air untuk kawasan yang memiliki sinaran suria
yang tinggi. Kaedah ini menggunakan prinsip pendinginan dengan cara penyejatan
di mana haba yang diperlukan untuk menyejat diambil daripada bumbung dan
mengakibatkan suhu bumbung turun. Walaupun kaedah ini efektif namun memiliki
kelemahan dan had daripada segi pelaksanaannya. Hal ini disebabkan bukan sahaja
masalah kekurangan sumber air, tetapi juga penyenggaraan bumbung daripada
tumbuhnya kulat, kebocoran bumbung, tiupan angin pada semburan air dan rosaknya
bahan binaan seperti kayu.
Straaten et.al. (1957) mengkaji pengaruh pengalihudaraan loteng pada suhu
siling. Kajian ini dilakukan pada waktu musim panas dengan menggunakan model
bangunan berskala penuh. Ia dibina dengan dinding batu bata, bumbung keluli tahan
karat (stainless steel) dan siling asbestos. Apabila diberi pengalihudaraan bumbung
sebesar 22 tukaran udara sejam, terdapat penurunan suhu permukaan siling sekitar
2.5 0C hingga 3.5 0C. Suhu siling sedemikian hampir sama dengan suhu apabila
menggunakan penebatan tanpa pengalihudaraan loteng. Oleh kerana pengalihudaraan
32
sebesar ini harus dilaksanakan dengan bantuan alat mekanikal (kipas), dapat
disimpulkan bahawa pengalihudaraan loteng kurang berkesan.
Givoni (1981) berpendapat bahawa terdapat tiga faktor yang mempengaruhi
prestasi terma bagi bumbung dua lapis, iaitu bahan atap, warna atap luar dan
pengalihudaraan dalam loteng. Faktor bahan dan warna atap luar merupakan faktor
yang cukup penting kerana ia menentukan jumlah sinaran suria yang diserap oleh
lapisan luar bumbung. Givoni (1962) menjalankan ujikaji untuk melihat pengaruh
warna terhadap suhu siling yang dilakukan pada waktu siang. Ujikaji itu
menunjukkan bahawa atap genting simen berwarna merah dan siling plaster akan
menghasilkan suhu siling kira-kira 3 0C lebih rendah berbanding dengan atap
berwarna putih. Ujikaji ini menggunakan model bangunan berskala penuh.
Givoni (1962) juga mengkaji pengaruh pengalihudaraan loteng pada suhu
siling pada model bangunan dengan bumbung dua lapis. Didapati pengalihudaraan
loteng tidak mempunyai pengaruh yang penting dalam menurunkan suhu siling
dimana suhu yang diturunkan hanya 0.5 0C sahaja.
Lotz dan Richards (1964) mengkaji pengaruh penebatan pada bumbung
terhadap suhu udara ruang hunian menggunakan model rumah berskala penuh
dengan binaan yang baik, iaitu dinding batu bata setebal 27.5 cm. Rumah ini dibina
menghadap utara untuk mengurangkan gandaan haba terus melalui tingkap,
khususnya semasa musim panas. Semua dinding luaran bercat putih dengan atap
berwarna merah tua. Tiga jenis penebatan digunakan untuk ujikaji ini, iaitu reflective
metal foil, loose-fill mineral wool dan exfoilated vermiculite. Didapati penurunan
suhu dalaman sehingga 1.5 0C, jika menggunakan penebatan reflective metal foil,
berbanding tanpa penebatan.
Elias (1981) melaksanakan ujikaji prestasi terma bumbung ringan utamanya
terhadap bahan bumbung yang kerap digunakan di kawasan panas lembap Malaysia.
Beliau menjalankan kajian untuk melihat pengaruh binaan bumbung terhadap
keadaan terma dalaman. Ujikaji dibuat dalam bentuk model berskala dan
dilaksanakan dalam makmal dengan menggunakan sinar matahari buatan serta
persekitaran sebenar. Bahan bumbung yang digunakan adalah atap besi bergalvani
33
dan simen asbestos berolak, manakala bahan siling yang digunakan adalah simen
asbestos dan papan gentian. Selain itu, ujikaji dijalankan melalui simulasi perisian
‘ENTEMP’ bagi lokasi di Sydney dan Kuala Lumpur.
Hasil ujikaji model di atas menunjukkan bahawa suhu udara ruang dalaman
model kajian yang dijalankan di makmal sentiasa lebih rendah berbanding dengan
suhu udara luar. Suhu udara luar maksimum adalah 29 0C. Sebaliknya, suhu udara
dalaman model sentiasa lebih tinggi berbanding dengan suhu udara luar apabila
ujikaji dilakukan dalam keadaan sebenar. Purata suhu udara luaran pada masa ujikaji
adalah 26.6 0C. Dua keadaan ujikaji ini menunjukkan bahawa pengaruh sinaran
terhadap suhu udara dalaman sangat besar. Ujikaji ini pula menunjukkan bahawa
keamatan sinar cahaya matahari buatan perlu dinaikkan sehingga menghampiri
keadaan sebenar.
Hasil ujikaji simulasi beliau di lokasi di Sydney menunjukkan bahawa suhu
dalaman pada semua jenis bahan atap sentiasa lebih tinggi berbanding suhu udara
luar. Suhu udara maksimum tertinggi dicapai oleh atap besi bergalvani dan siling
asbestos simen sebesar 26.75 0C. Suhu udara maksimum terendah dicapai oleh atap
besi bergalvani dan siling papan gentian sebesar 26.73 0C. Suhu udara luaran
maksimum untuk Sydney adalah 24.44 0C. Suhu udara dalaman model yang lebih
tinggi berbanding dengan udara luar juga diperolehi di lokasi Kuala Lumpur. Suhu
udara maksimum tertinggi dicapai oleh atap besi bergalvani dan siling papan gentian
sebesar 36.34 0C. Suhu udara maksimum terendah dicapai oleh atap asbestos simen
dan siling asbestos simen sebesar 36.17 0C. Suhu udara luaran maksimum untuk
Kuala Lumpur adalah 32.61 0C.
Zulkifli (1991) membandingkan pengaruh beberapa bahan atap terhadap
keadaan terma dalaman. Bahan-bahan yang dikaji adalah asbestos, atap rumbia, zink
berolak, genting konkrit, genting tanah dan atap kayu. Didapati suhu maksimum
mencecah sehingga 33.9 0C pada atap genting konkrit dan genting tanah. Manakala
suhu maksimum terendah adalah 33.33 0C pada atap rumbia.
Selain itu, pengaruh pelbagai jenis binaan bumbung yang terdiri daripada
penebatan dengan siling terhadap keadaan dalaman, juga dibandingkan. Binaan yang
34
dibandingkan adalah atap tanpa penebatan serta tanpa siling, atap dengan penebatan
tanpa siling, atap tanpa penebatan dengan siling, atap dengan penebatan dengan
siling serta atap dengan siling menggunakan penebatan. Didapati suhu udara ruang
hunian maksimum dicapai 34.4 0C dengan binaan atap tanpa penebatan dengan
siling. Suhu maksimum yang terendah 32.5 0C diperolehi oleh atap dengan penebatan
tanpa siling.
Jika dibandingkan antara atap tanpa penebatan tanpa siling (suhu udara
maksimum 34.2 0C) dan dengan yang bersiling (suhu udara maksimum 34.4 0C)
dapat dikatakan bahawa penggunaan siling menyebabkan suhu udara dalaman akan
bertambah 0.2 0C. Hal ini berlaku kerana siling akan memberikan sinaran kepada
ruang di bawahnya. Selanjutnya antara atap dengan penebatan tanpa siling (suhu
udara maksimum 32.5 0C ) dan dengan siling (suhu udara maksimum 32.9 0C ) dapat
disimpulkan bahawa penggunaan siling akan menambah suhu udara dalaman
menjadi lebih tinggi sebanyak 0.4 0C (Jadual 3.2).
Jadual 3.2 Pengaruh siling terhadap suhu udara dalaman
Dengan siling
Tanpa siling
Beza suhu
Dengan penebat
32.9 0C
32.5 0C
0.4 0C
Tanpa penebat
34.4 0C
34.2 0C
0.2 0C
Atap dan siling yang kedua-dua memakai penebatan akan menghasilkan suhu
udara dalaman yang kurang baik (suhu udara maksimum 32.6 0C) berbanding dengan
atap dengan penebatan dan tanpa siling (suhu udara maksimum 32.5 0C ). Dengan ini
dapat disimpulkan bahawa penggunaan penebatan pada siling kurang memberi kesan
terhadap suhu udara dalaman.
Surjamanto (1996) meneliti pengaruh pengalihudaraan loteng pada suhu
udara dalaman. Ujikaji dilakukan pada sebuah model bangunan dengan skala penuh
iaitu sebuah unit rumah piawai perumahan dengan keluasan 45 m 2. Ujikaji dilakukan
ke atas pelbagai jenis pengalihudaraan iaitu pengalihudaraan permukaan curam,
pengalihudaraan jackroof, pengalihudaraan tebar layar, pengalihudaraan unjuran dan
pengalihudaraan siling. Bahan dinding yang digunakan adalah blok padat (‘batako’),
35
atap asbestos berolak kecil dengan sudut lereng 150, siling papan lapis dan lantai
jubin.
Hasil pengukuran menunjukkan bahawa pengalihudaraan pada bumbung akan
menurunkan suhu udara loteng hingga di bawah suhu udara luar, pada semua jenis
pengalihudaraan. Pada keadaan asal, suhu udara loteng lebih tinggi 1.4 0C
berbanding dengan suhu udara luar. Pengalihudaraan yang paling banyak
menurunkan suhu udara loteng pada waktu siang adalah pengalihudaraan permukaan
curam, dengan purata sebanyak 1.68 0C; selanjutnya diikuti oleh pengalihudaraan
tebar layar, sebanyak 0.72 0C; pengalihudaraan jack roof sebanyak 0.5 0C; dan akhir
sekali adalah pengalihudaraan unjuran sebanyak 0.14 0C. Jadual 3.3 menunjukkan
ringkasan penyelidikan berkenaan dengan prestasi terma bumbung.
Jadual 3. 3 Ringkasan penyelidikan yang dijalankan berkenaan
dengan bumbung
No
1.
2.
3.
Bahan binaan atap
Genting warna
merah
Genting warna
merah tua, dinding
warna putih
Atap asbestos
berolak
4.
Atap simen
asbestos
4.
Atap konkrit,zink,
asbestos,tanah.
5.
6.
Atap asbestos
Atap asbestos
Pemboleh ubah
Pengalihudaraan
loteng
Penebatan reflektif
Penebatan resistif
Beza suhu (0C)
1 C (dalam loteng)
Penyelidik
B. Givoni (1962)
2 0C (ruang hunian)
0.5 0C (ruang hunian)
F.J. Lotz and S.J.
Richards (1964)
Asbestos-genting
8 0C (loteng)
Soegijanto (1981)
Dicat gelap-netral
5 0C (loteng)
Bahan atap
Bahan siling
Penebatan
Bahan atap
Bahan siling
Penebatan
Bahan atap
Pengalihudaraan
loteng
1 0C (ruang model &
ruang luar model)
Elias (1981)
0.57 0C
0.2 - 0.4 0C
1.9 0C
0.9 0C
0.14 - 1.68 0C
(loteng)
Zulkifli (1991)
0
Malek (1994)
Surjamanto
(1996)
Daripada huraian di atas, terdapat lima faktor yang mempengaruhi prestasi
terma bumbung, iaitu warna atap, penebatan bumbung, pengalihudaraan loteng,
bahan atap dan bahan siling. Namun begitu, daripada kajian yang dijalankan oleh
Malek (1994), yang membandingkan antara rumah tradisional dengan rumah moden,
terdapat satu keadaan yang menarik untuk dipersoalkan, iaitu sudut bumbung rumah
tradisional yang umumnya lebih tinggi berbanding dengan rumah moden. Menurut
36
Loke (1999) pula, suhu dalaman rumah pangsa kos rendah aras dua dengan sudut
bumbung yang kecil, lebih panas berbanding dengan ruang ruang aras dua sudut
bumbung yang lebih besar. Selanjutnya, Givoni (1962) melakukan ujikaji pengaruh
orientasi ke atas keadaan terma dalaman model bangunan. Terdapat dua persoalan,
iaitu adakah sudut bumbung berpengaruh terhadap suhu dalaman?. Adakah orientasi
bumbung juga mempengaruhi keadaan terma dalaman?.
3.4.4
Aliran haba dalam bumbung
Terdapat empat mekanisme pemindahan haba, iaitu sinaran, perolakan,
pengaliran dan penyejatan. Penjelasan daripada setiap mekanisme akan diterangkan
seperti berikut:
3.4.4.1 Sinaran
Sinaran adalah aliran tenaga berupa gelombang elektromagnet yang melalui
bahan vakum atau lut sinar (Straaten, 1967). Pemindahan haba secara sinaran
merupakan pertukaran tenaga haba dalam bentuk gelombang elektromagnet antara
dua objek atau lebih pada suhu berbeza. Objek-objek ini dipisahkan oleh ruang atau
perantara yang bersifat lut sinar atau tidak menyerap haba. Sinaran terma merupakan
punca asas aliran haba dan penting di mana bumi menerima tenaganya daripada
matahari.
Cahaya matahari yang jatuh pada bangunan, sebahagian haba yang diserap
akan hilang melalui proses perolakan ke udara luar, sebahagian lagi akan berpindah
ke dalam bangunan. Perpindahan haba ini berlaku dalam dua keadaan. Pertama,
apabila sinaran suria mengenai bahagian luar litupan bangunan, haba yang diserap
akan menaikkan suhu permukaan, kemudian haba berpindah ke dalam bangunan
melalui pembebasan sinaran gelombang panjang. Apabila perpindahan ini melalui
bumbung, maka haba akan berpindah ke dalam loteng dan akhirnya pindah ke ruang
37
hunian. Perpindahan haba ke ruang ini menghasilkan kenaikan suhu permukaan
siling. Straaten (1967) menyatakan bahawa pemindahan haba daripada atap kepada
siling kebanyakannya berlaku secara sinaran, bukan perolakan ataupun gerakan
udara. Sinaran tidak dipengaruhi oleh pengalihudaraan. Kedua, apabila sinaran suria
mengenai tingkap terbuka, hampir semua tenaga masuk secara terus ke dalam
bangunan dan terperangkap di sana seperti kesan rumah cermin (Milne, 1981).
3.4.4.2 Perolakan
Perolakan merupakan suatu mekanisme di mana tenaga haba dipindahkan
daripada satu bahagian bendalir berupa gas atau cecair, kepada bendalir yang lain
melalui percampuran (Straaten, 1967). Oleh itu, perolakan sentiasa melibatkan
gerakan atau aliran bahan. Perolakan oleh udara tidak boleh berlaku tanpa pergerakan
udara, tetapi pergerakan udara dapat berlaku tanpa pemindahan haba. Pemindahan
haba secara perolakan berlaku pada permukaan dinding, lantai dan atap atau paip,
ataupun bendalir mengalir di luar batas bahan pejal pada suhu yang berbeza.
Kadar perolakan ditentukan oleh empat faktor iaitu, perbezaan suhu antara
permukaan dengan udara, kasar atau tidaknya permukaan, gerakan udara ke atas
permukaan dan orientasi permukaan. Kadar perolakan merupakan kuantiti yang
sentiasa berubah (Billington, 1952) kerana keadaan faktor tersebutyang berubahubah, misalnya gerakan udara ke atas permukaan. Apabila ruang diberi
pengalihudaraan secara bebas, maka diharapkan terdapat pengurangan haba kerana
haba dipindahkan ke luar. Udara yang berada di dalam ruang digantikan oleh udara
tenang (still air) dari luar.
Pengalihudaraan yang cekap mudah diperolehi dalam ruang loteng yang besar
dengan pembukaan yang besar pula. Suhu udara di dalam rongga ini akan turun dan
menghampiri suhu udara luar (Baker, 1987). Bagaimanapun, dalam ruang loteng
unsur perolakan bukan merupakan unsur pemindahan haba yang utama.
38
3.4.4.3 Pengaliran
Pengaliran terma adalah pemindahan haba melalui satu bahan tanpa
mengubah kedudukan molekul bahan itu sendiri (Straaten, 1967). Pemindahan haba
secara pengaliran berlaku apabila terdapat perbezaan suhu di antara dua titik. Dengan
demikian pengaliran berlaku daripada bahagian objek yang lebih panas kepada
bahagian yang lebih sejuk, daripada objek yang sama atau daripada objek yang lebih
panas kepada yang lebih sejuk melalui sentuhan fizikal. Proses ini berlaku terutama
pada bahan pepejal, namun boleh juga berlaku pada bahan cecair dan gas.
Semua bahan, samada pepejal, cecair atau gas mengalirkan haba. Daripada
bahan-bahan ini ada yang mengalirkan haba lebih cepat ada pula yang lebih lambat.
Hal ini bergantung kepada sifat bahan tersebut. Bahan logam mengalirkan haba lebih
cepat berbanding dengan bahan penebatan. Bahan-bahan bukan logam yang berliang
mempunyai keberaliran terma yang lebih rendah berbanding dengan bahan tidak
berliang, seperti cermin.
3.4.4.4 Penyejatan
Penyejatan adalah proses pelepasan zarah air ke udara (Straaten, 1967). Hal
ini akan berlaku apabila terdapat perbezaan kepekatan lembapan. Apabila sejumlah
gas atau air dimasukkan ke dalam sebuah ruang, maka akan diagihkan sama rata ke
seluruh ruang tersebut akibat percampuran gas atau air tersebut secara rawak.
Kadar penyejatan bergantung sepenuhnya kepada perbezaan antara tekanan
wap udara dan air. Apabila udara sangat kering maka wap akan sedikit jumlahnya,
tekanannya rendah dan air akan menyejat dengan lebih cepat. Sebaliknya, apabila
udara sangat lembap, sangat kecil kemungkinan penyejatan. Dua keadaan penyejatan
yang ekstrim itu berlaku pada kadar yang berbeza bergantung kepada kadar tekanan
wap.
39
Zarah-zarah pada permukaan air hanya memiliki udara di atasnya untuk
dirempuh dan kebanyakannya zarah terlepas ke udara. Apabila air dipanaskan,
kehebatan gerakan atau tekanan zarah bertambah akibat daripada tenaga yang
bertambah dan dengan itu penyejatan akan lebih cepat. Kelajuan gerakan zarah ini
berubah sesuai dengan kenaikan suhu. Bentuk tenaga ini digambarkan dengan istilah
‘tekanan wap’.
3.4.5
Sifat Terma Bahan
Perbezaan suhu antara dalam dan luar bangunan menyebabkan pemindahan
haba. Kadar haba yang melalui setiap unsur bangunan bergantung kepada sifat terma
bahan binaan bangunan. Terdapat lima sifat bahan terma yang akan diterangkan
dalam tesis ini, iaitu:
x
Haba tentu dan muatan terma,
x
Keberaliran terma dan daya aliran,
x
Rintangan dan keberintangan,
x
Daya aliran permukaan dan rintangan permukaan dan
x
Keberpancaran.
Sifat-sifat terma bahan secara terperinci akan diterangkan berikut ini.
3.4.5.1 Haba Tentu dan Muatan Terma
Haba tentu sebuah bahan adalah sejumlah haba yang diperlukan untuk
menaikkan suhu sebuah jisim bahan sebanyak 1 0C. Unit haba tentu adalah J kg-1 0C1
. Bahan yang lebih besar nilai haba tentu akan menyerap haba yang lebih besar
untuk setiap unit kenaikan suhunya. Berbanding dengan bahan yang lain, air
memiliki haba tentu yang paling besar iaitu 4185 J kg-1 0C-1.
40
Muatan terma sebuah bahan adalah merupakan hasil pendaraban antara jisim
dengan haba tentu (Harkness, 1978). Unit muatan terma adalah J 0C-1. Jisim ini dapat
berupa satu unit isipadu dinding atau satu unit keluasan permukaan (Givoni, 1981).
Untuk yang pertama dipanggil dengan muatan terma isipadu dengan unit Cv,
manakala yang dipanggil dengan muatan terma dinding Cw. Apabila terdapat
perubahan suhu udara luar dan sinaran suria yang besar, maka muatan terma suatu
bahan atau unsur bangunan akan sangat berpengaruh terhadap keadaan terma
dalaman.
3.4.5.2 Keberaliran Terma dan Daya Aliran
Keberaliran terma suatu bahan, k, didefinisikan sebagai kadar aliran haba
(secara pengaliran) melalui seunit luas sekeping bahan dengan seunit ketebalan dan
seunit perbezaan suhu (Harkness, 1978; Billington, 1952). Unit keberaliran terma
adalah J/s atau W. Sebuah objek dengan nilai keberaliran yang besar adalah pengalir
yang baik. Sebaliknya apabila memiliki nilai k yang kecil objek itu merupakan
pengalir yang buruk atau penebat yang baik. Keberaliran adalah merupakan sifat
sebenar daripada bahan.
Daya aliran kepingan bahan didefinisikan sebagai kadar pemindahan haba
melalui seunit luas sebuah permukaan apabila perbezaan suhu antara permukaannya
adalah 1 0C (Harkness, 1978). Apabila bahan semakin tebal, maka akan semakin
kecil daya alirannya. Unit daya aliran adalah W m2 0C-1.
Keberaliran terma dipengaruhi oleh tiga faktor iaitu (Straaten, 1967;
Billington, 1952),
x
Kandungan lembapan,
x
Suhu,
x
Ketumpatan dan keliangan bahan,
Billington (1952) menyatakan bahawa keberaliran suatu bahan meningkat
selari dengan meningkatnya kandungan lembapan. Keberaliran terma air adalah kira-
41
kira 25 kali keberaliran udara bersih (Straaten, 1967). Oleh itu tidak menghairankan
apabila penggantian udara dalam liang atau antara butir halus dalam bahan dengan
air akan mempunyai pengaruh yang sangat besar terhadap keberaliran terma bahan.
Kebanyakan bahan penebatan memiliki keberaliran yang rendah dan selari dengan
kandungan udara di dalamnya. Sifat penebatan itu kekal apabila dijaga kering.
Keberaliran terma merupakan fungsi daripada suhu (Billington, 1952). Oleh
itu, keberaliran terma meningkat selari dengan kenaikan suhu. Walaubagaimanapun,
Pengaruh suhu terhadap keberaliran terma bahan adalah kecil berbanding julat suhu
yang biasa ditemui dalam bangunan.
Keberaliran dipengaruhi oleh ketumpatan dan ‘keliangan’ (porosity)
(Straaten, 1967). Nilai keberaliran berubah apabila terdapat perubahan ketumpatan
dan kandungan lembapan sesuatu bahan. Bahan dengan ketumpatan yang tinggi
merupakan pengalir yang baik, sebaliknya apabila ketumpatan semakin rendah,
kandungan udara dalam rongga semakin besar maka semakin rendah pula keberaliran
terma. Secara umum dapat disimpulkan keberaliran terma yang rendah bagi
kebanyakan bahan penebatan sebenarnya selari dengan udara yang dikandungi bahan
tersebut.
3.4.5.3 Keberintangan Terma dan Rintangan
Kebalikan daripada keberaliran (1/k) adalah rintangan (U) (Harkness, 1978).
Unit rintangan adalah m 0C W –1.
Keberintangan terma (R) didefinisikan sebagai balikan daripada daya aliran
(C):
R
1
C
d
k
dȡ
0
C/W
(3.1)
42
di mana, R adalah keberintangan terma, d adalah ketebalan (m), k adalah keberaliran
terma (W/j.m.0C). Keberaliran daripada suatu objek sama dengan hasil darab antara
ketebalan dengan rintangannya.
3.4.5.4 Daya Aliran dan Rintangan Permukaan
Pemindahan haba dalam bangunan perlu mengambil kira pemindahan haba
daripada udara ke udara melalui dinding, khususnya daripada udara luar ke udara
dalam atau sebaliknya. Selain rintangan daripada dinding, terdapat pula rintangan
yang diakibatkan oleh permukaannya. Rintangan pada permukaan ini nipis dan
disebut dengan ‘rintangan filem’ atau ‘rintangan permukaan’ (Harkness, 1978).
Rintangan permukaan yang terdapat pada dinding adalah rintangan permukaan
dalaman dan luaran, sesuai dengan kehadiran lapisan filem udara pada kedua sisi
dinding ini. Kebalikan daripada rintangan permukaan adalah ‘daya aliran
permukaan’ yang menggunakan simbol f.
3.4.5.5 Keberpancaran
Keberpancaran sebuah permukaan didefinisikan sebagai nisbah daripada
tenaga yang dipancarkan oleh permukaan dengan tenaga yang dipancarkan oleh
sebuah objek hitam pada suhu yang sama seperti permukaan itu (Harkness, 1978).
Keamatan (intensity) haba yang dipancarkan oleh suatu permukaan diberikan oleh
hukum Stefan Boltzmann:
qr
ıeAT 4
W
(3.2)
di mana q r adalah gandaan haba sinaran suria (W/j); V adalah pemalar Stefan
Boltzman, 1.797x108: e adalah keberpancaran suatu objek; A adalah keluasan
permukaan (m2) dan T adalah suhu mutlak objek (oK)
43
Nilai keberpancaran, e, dan juga kebeserapan, a, daripada sebuah objek hitam
adalah satu unit. Oleh itu, objek hitam adalah penyerap dan juga pemancar yang
sempurna daripada segi sinaran terma. Pemancaran merupakan pemindahan haba
secara sinaran daripada satu objek kepada objek lainnya di mana bahan perantaranya
tidak menjadi panas.
Gelombang yang dipancarkan oleh radiasi sebuah objek bersandar kepada
suhu objek. Semakin tinggi suhu objek maka akan semakin tinggi pula jumlah tenaga
yang dipancarkan oleh radiasi dalam daerah gelombang pendek.
Keberpancaran merupakan fungsi daripada (1) sifat permukaan, warna dan
kekasaran - permukaan yang halus dan terang memiliki keberpancaran yang rendah;
dan (2) suhu permukaan (Harkness, 1978). Untuk setiap panjang gelombang berlaku
persamaan seperti berikut:
e +r=1
(3.3)
di mana e adalah keberpancaran dan r adalah daya pantulan sinaran suria. Apabila
keberpancaran sama dengan daya serapan pada suatu suhu, maka persamaan di atas
berubah menjadi:
e = D =1–r
(3.4)
3.4.5.6 Rintangan Terma Ruang Udara
Keberaliran terma untuk udara sangat rendah, oleh itu sebuah ruang yang
tertutup rapat merupakan sebuah rintangan yang baik ke atas haba yang melaluinya
(Billington, 1978). Perpindahan haba yang berlaku dalam ruang ini ada tiga jenis,
iaitu sinaran, pengaliran dan perolakan (Givoni, 1981). Perpindahan haba secara
sinaran berlaku daripada permukaan yang lebih panas kepada permukaan yang lebih
sejuk. Perpindahan haba secara pengaliran pula berlaku pada lapisan udara tenang
pada kedua permukaan. Perpindahan secara perolakan berlaku melalui aliran udara
44
dalam ruang ini. Pemindahan haba secara pengaliran adalah kecil berbanding dengan
secara sinaran (Straaten, 1967). Pemindahan haba secara perolakan lebih besar
berbanding dengan pengaliran.
Apabila liang dilapik dengan lapisan nipis logam penebat (seperti aluminium
foil) sebagai penebatan yang bersifat memantul, maka rintangannya akan meningkat.
Hal ini disebabkan daya serapan untuk lapisan tersebut terhadap sinaran adalah
rendah (daya serapan gelombang pendek adalah kira-kira 0.05). Mengecat dengan
warna putih (daya serapan kira-kira 0.90) tidak akan menghasilkan rintangan yang
lebih baik berbanding dengan menggunakan lapisan nipis logam (Harkness, 1978).
Secara umum, permukaan logam yang berkilat adalah bahan penebat gelombang
panjang, sedangkan permukaan dengan cat putih sesuai untuk gelombang pendek
(sinaran suria).
3.4.5.7 Rintangan Menyeluruh
Dinding atau bumbung bangunan biasanya terdiri daripada beberapa lapisan
yang berbeza bahannya. Rintangan menyeluruh daripada lapisan tersebut didapati
dengan menambahkan setiap rintangan lapisan tersebut (Harkness, 1978). Oleh itu,
persamaan rintangan menyeluruh adalah:
RT
R1 R2 R3 ...
0
C/W
(3.5)
di mana RT adalah rintangan menyeluruh bagi lapisan-lapisan sedangkan R1,R2 dan
R3 adalah rintangan untuk lapisan 1, 2 dan 3.
3.4.5.8 Keberhantaran atau Nilai-U
Keberhantaran atau nilai U daripada sebuah objek didefinisikan sebagai
kebalikan daripada rintangan menyeluruh (Harkness, 1978). Unit keberhantaran
45
adalah sama dengan daya aliran, iaitu W m –2 oC –1. Pada praktiknya, keberhantaran
melalui dinding bangunan daripada udara luar ke udara dalam sentiasa diambil kira.
Dalam hal ini rintangan filem luaran dan dalaman harus diambil kira secara
berasingan daripada rintangan dinding ataupun bumbung.
3.5
Perbaikan Prestasi Terma Bumbung
Bumbung memiliki pengaruh yang besar menentukan keadaan terma dalaman
(Koenigsberger, 1965). Oleh itu, apabila bumbung tidak baik, maka bumbung dapat
menyebabkan sumber haba utama. Binaan bumbung, loteng dan siling merupakan
faktor penting yang boleh mengubah suai keadaan keselesaan dalaman, meskipun ia
tidak dapat menjamin suhu lebih sejuk berbanding dengan udara luar (Elias, 1981).
Beberapa penyelidik telah mengemukakan pelbagai kaedah ataupun strategi
untuk mengurangkan haba melalui bumbung (Konigsberger, 1965; Straaten, 1967;
Givoni, 1981; Watson, 1983). Walaubagaimanapun, pada prinsipnya strategi itu
boleh dibahagikan kepada lima bahagian, iaitu:
(1) Mengurangkan keberserapan atap;
(2) Mengurangkan keberaliran atap;
(3) Pengalihudaraan loteng
(4) Memberikan penebatan;
(5) Mengurangkan keberaliran siling.
Penjelasan secara terperinci mengenai setiap aspek perbaikan prestasi terma
bumbung akan diterangkan pada bahagian berikut ini.
3.5.1
Mengurangkan Keberserapan Atap
Terdapat tiga sifat bahan yang berfungsi mengatur mekanisme tenaga yang
diterimanya (Watson, 1983). Sifat-sifat tersebut ialah daya serapan (absorptance),
46
daya pantulan (reflectance) dan daya hantaran (transmittance). Apabila semua sifat
ini dijumlahkan maka akan sama dengan satu, seperti persamaan berikut ini.
D+U+W=1
(3.6)
di mana D adalah daya serapan, U adalah daya pantulan dan W adalah daya hantaran.
Daya serapan terhadap sinaran suria memberi kesan pada permukaan luar
bagi bumbung ringan. Cara mengurangkan gandaan haba suria melalui gabungan
bumbung dan siling ialah dengan menggunakan atap yang diberi cat berwarna terang
(Straaten, 1967). Permukaan yang licin juga dapat memantulkan sebahagian besar
sinaran gelombang pendek (Givoni , 1981 ).
3.5.2
Mengurangkan Keberaliran Atap
Pengaruh warna luaran atap terhadap suhu siling berkaitan dengan rintangan
terma dan muatan haba daripada struktur bumbung. Apabila ketebalan, rintangan
terma dan muatan terma atap bertambah, maka perbezaan suhu maksimum siling
yang disebabkan oleh warna luaran akan berkurang (Givoni, 1968).
Persamaan pengaliran haba sebenarnya hanya memiliki tiga unsur utama,
iaitu keluasan permukaan daripada litupan bangunan, rintangan terma, dan perbezaan
suhu (Watson, 1983). Ketiga unsur tadi memiliki banyak kemungkinan di dalam
mengurangkan gandaan atapun kehilangan haba. Pengurangan keluasan daripada
unsur litupan yang banyak menghantar haba seperti tingkap dan pintu, akan
mengurangkan aliran haba. Meminimumkan nisbah permukaan-isipadu (membuat
bangunan lebih padat) pula boleh mengurangkan aliran haba.
47
3.5.3
Pengalihudaraan Loteng
Pengalihudaraan adalah merupakan proses penghantaran ataupun
perpindahan udara dalam sebuah ruang dengan udara luar secara semulajadi ataupun
mekanikal (Givoni, 1981). Terdapat perbezaan fungsi antara pengalihudaraan yang
berlaku dalam ruang pada bangunan yang dihuni dengan loteng yang tak
berpenghuni. Pengalihudaraan dalam ruang hunian mempunyai pengaruh yang terus
terhadap fisiologi penghuni, manakala pengalihudaraan dalam loteng tidak
memberikan pengaruh yang terus, namun berpengaruh terhadap suhu siling dan
aliran haba melalui siling. Dalam kehidupan sehari-hari, binaan bumbung berlapis
ganda telah terbukti boleh mengurangkan gandaan haba (Baker, 1987).
Apabila bumbung mendapat pemanasan yang kuat daripada sinaran suria,
maka suhu udaranya akan meningkat. Udara panas ini dapat dikurangkan apabila
loteng diberi pengalihudaraan yang akan memindahkan haba secara perolakan (Elias,
1981). Pengalihudaraan loteng juga berfungsi mengelakkan pengembunan pada
waktu malam, apabila suhu luar atap turun di bawah suhu udara dalam loteng.
Walaubagaimanapun, pengalihudaraan loteng tidak memiliki kesan yang terus
terhadap pertukaran haba secara sinaran daripada siling yang memancarkan sinaran
ke arah bawah.
Beberapa cara untuk menimbulkan pengalihudaraan loteng adalah
pengalihudaraan unjuran, pengalihudaraan tebar layar dan pengalihudara (ventilator)
(Watson, 1980). Konsep pengalihudaraan ini dilaksanakan dalam bentuk yang tetap
(static) ataupun bergerak (dynamic). Bentuk pengalihudaraan yang tetap contohnya
adalah liang pada dinding sedangkan yang bergerak ialah tingkap dengan ram kaca.
Penggunaan bumbung sebagai alat pengalihudaraan merupakan contoh rekabentuk
yang tetap.
Penembusan (infiltration) adalah merupakan bentuk pengalihudaraan yang
tidak dikehendaki atau tidak disengaja (ASHRAE, 1985). Manakala pengalihudaraan
yang dikehendaki adalah pengalihudaraan yang berada di bawah kawalan
penghuninya seperti pintu dan tingkap. Bagi negara-negara dengan iklim sejuk,
penembusan ini merupakan satu keadaan yang tidak dikehendaki, kerana ia
48
menyebabkan haba hilang daripada ruang. Sedangkan di negara-negara yang
beriklim tropika, pengalihudaraan secara penembusan dikehendaki kerana
membolehkan pengalihudaraan berlaku di dalam sesebuah ruang seperti loteng
(Zulkifli, 1991).
Dengan demikian, meskipun di dalam loteng tidak terdapat sebarang
rekabentuk khusus bagi pengalihudaraan, masih mungkin terdapat aliran udara ke
dalamnya apabila udara luar menembusi melalui celah genting. Celah ini akan
berkurangan apabila kepingan atap yang lebih besar digunakan, seperti besi atau
logam berolak bersalut dan simen asbestos. Pengalihudaraan loteng dengan
menggunakan pembukaan khusus dapat mencegah pemanasan yang berlebihan
daripada siling (Givoni, 1962).
3.5.4
Memberikan Penebatan
Cara untuk mengurangkan pemindahan haba dalam bumbung ialah dengan
menggunakan penebatan. Straaten, et. al. (1957) dan Straaten (1967) menyatakan
bahawa penebatan di kawasan iklim panas kering sangat diperlukan bagi bumbung
ringan untuk memastikan gandaan haba berlebihan boleh dikurangkan pada musim
panas dan pada tahap tertentu juga mengurangkan kehilangan panas pada musim
sejuk.
Terdapat dua jenis penebatan iaitu penebatan rintangan (resistive insulation)
dan penebatan pantulan (reflective insulation). Di kawasan yang beriklim panas
lembap, bumbung ringan memerlukan sekecil mungkin penebatan rintangan. Hal ini
bergantung kepada besarnya bumbung yang menyerap haba. Semakin gelap warna
luaran bumbung semakin banyak pula diperlukan penebatan, meskipun loteng diberi
pengalihudaraan (Elias, 1981).
Apabila bumbung yang diberi penebatan digabungkan dengan
pengalihudaraan loteng akan terbina sebuah bumbung yang baik. Penebatan yang
terkenal untuk menebat aliran haba adalah papan gentian (Elias, 1981). Penambahan
49
penebatan dalam bumbung boleh menambah kecekapan bumbung.
Walaubagaimanapun, wujudnya penebatan dalam bumbung akan menyebabkan
naiknya suhu udara dan suhu permukaan atap.
Sifat-sifat terma penebatan dapat disukat dengan menggunakan nilai-U.
Semakin rendah nilai-U semakin cekap penebatannya. Untuk bumbung yang berada
di kawasan tropika, Koenigsberger et.al. (1973) mencadangkan bahawa nilai –U
untuk keseluruhan bumbung adalah kira-kira 0.8 W m–2 0C –1.
Pemindahan haba terhadap permukaan bumbung terutama disebabkan oleh
sinaran gelombang panjang dan hal ini dipengaruhi oleh suhu permukaan. Sinaran ini
dalam perjalanannya di udara tidak dipengaruhi oleh apapun dan tidak langsung
mempengaruhi suhu udara. Sinaran ini memiliki panjang gelombangnya sebesar
5 Pm di mana apabila aluminium foil digunakan sebagai penebatan pantulan, maka
bahan ini merupakan pemantul yang baik (Elias, 1981). Walaubagaimanapun,
penggunaan aluminium foil sebagai penebatan hanya akan cekap apabila berlaku
dalam ruang udara dengan lebar ruang minimum 25 mm.
3.5.5
Mengurangkan Keberpancaran Siling
Kaedah terakhir untuk mengurangkan aliran haba ke ruang bawah ialah
dengan cara menggunakan bahan siling yang memiliki nilai keberpancaran yang
rendah. Unggulnya, bahan siling ini harus memiliki permukaan yang berwarna
terang. Kaedah yang popular untuk merintangi aliran haba adalah dengan memasang
papan gentian sebagai bahan siling (Elias, 1981).
3.6
Ringkasan
Rekabentuk pasif adalah cara untuk mengawal terma dalaman bangunan
melalui litupan atau binaan bangunan sahaja untuk mencapai keadaan selesa.
50
Pengurangan gandaan haba yang berlaku pada litupan bangunan dilakukan dengan
pelbagai cara yang melibatkan rekabentuk bangunan keseluruhan. Strategi
pengurangan gandaan haba dalam bumbung merangkumi pengurangan keberaliran
terma daripada bahan atap, mengurangkan keberserapan atap, memberikan
pengalihudaraan loteng dan penebatan serta mengurangkan keberpancaran siling.
Dengan demikian, haba yang masuk ke dalam bangunan dapat dikurangkan sehingga
suhu udara yang dihasilkan selesa bagi penghuninya.
BAB IV
PENGANGGARAN TENAGA DAN SUHU RUANG
4.1
Pendahuluan
Bab Tiga telah membincangkan rekabentuk pasif pada litupan bangunan
melalui kawalan perpindahan haba ke dalam bangunan. Pada Bab ini akan
diterangkan mengenai kaedah penganggaran tenaga dan suhu ruang dalam bangunan.
Bahagian pertama akan menerangkan pendekatan penganggaran tenaga dalam
bangunan yang meliputi kaedah single measure, multiple measure dan detailed
simulation. Selanjutnya diterangkan secara komprehensif faktor-faktor yang
mempengaruhi gandaan haba dan pengiraan beban pendinginan. Pengiraan suhu
dalam ruang sebagai matlamat akhir penganggaran juga telah diterangkan.
4.2
Penganggaran Tenaga dalam Bangunan
Lazimnya, semua program analisis tenaga berkomputer bagi bangunan moden
menjalankan pengiraan setiap jam untuk jangkamasa satu tahun. Program ini
menggunakan data cuaca yang direkod setiap jam untuk suatu lokasi tertentu. Pada
umumnya pengiraan dibahagikan kepada tiga tahap (ASHRAE, 1985):
(1) Anggaran beban ruang.
(2) Pengiraan beban ‘peralatan kedua’.
52
(3) Pengiraan keperluan tenaga ‘peralatan pertama’.
Tahap pertama adalah anggaran beban ruang. ‘Ruang’ dalam tesis ini
mempunyai erti yang sama dengan bilik dan zon. Penganggaran beban ruang
menentukan jumlah tenaga yang harus ditambahkan atau disingkirkan daripada
sesuatu ruang oleh sistem penyaman udara untuk mengekalkan keadaan terma yang
dikehendaki. Kaedah pengiraan yang paling mudah adalah dengan menganggap
tenaga yang diperlukan hanya bergantung kepada sebuah parameter tunggal, iaitu
suhu bebuli kering udara luar. Apabila ingin mendapatkan hasil yang lebih tepat
perlu menggunakan beberapa parameter tambahan seperti pengaruh suria, gandaan
dalaman, simpanan dalam litupan bangunan dan pengaruh angin pada perpindahan
haba dalam bangunan serta penembusan.
Dalam pengiraan beban ruang terdapat beberapa istilah yang kerap digunakan
iaitu gandaan haba ruang (space heat gain ) , beban pendinginan ruang (space
cooling load) dan kadar penyingkiran ruang (space extraction rate ).
Gandaan haba ruang didefinisikan sebagai kadar haba yang masuk atau
dijanakan di dalam sebuah ruang pada suatu masa. Gandaan haba ini dikatakan
sebagai haba deria (sensible heat) apabila terdapat tambahan haba terus pada ruang
yang dinyamankan oleh sesuatu mekanisme seperti pengaliran, perolakan atau
sinaran. Gandaan haba dikatakan haba pendam (latent heat) apabila wap air
ditambahkan kepada suatu ruang.
Beban pendinginan ruang pula merujuk kepada kadar di mana haba harus
dikeluarkan daripada ruang untuk mengekalkan suhu udara bilik pada nilai yang
tetap. Harus disedari bahawa sebahagian gandaan haba sinaran akan diserap oleh
permukaan dan isi daripada ruang terlebih dahulu setelah beberapa lama dan hanya
akan mempengaruhi udara bilik.
Kadar penyingkiran haba ruang didefinisikan sebagai kadar di mana haba
disingkirkan daripada ruang yang dinyamankan. Ia akan sama dengan beban
pendinginan ruang apabila suhu udara ruang ditetapkan.
53
Semasa tahap kedua, beban ruang diubah kepada beban pada peralatan sistem
kedua. Istilah ‘kedua’ merujuk kepada peralatan yang mengagihkan bahantara
(medium) berupa sistem udara untuk pemanasan, pendinginan atau pengalihudaraan.
Anggaran sistem udara ini dapat menggunakan anggaran yang mudah seperti
kehilangan atau gandaan bagi salur dan paip atau simulasi setiap jam yang kompleks.
Pada tahap ini, semua bentuk tenaga yang diperlukan oleh sistem kedua dikira.
Tenaga elektrik untuk kipas dan/ atau pam dan tenaga dalam bentuk air panas dan
dingin diperlukan dalam gegelung pendingin dan penyahlembapan (dehumidifying).
Tahap akhir adalah menentukan keperluan bahan api dan tenaga peralatan
pertama untuk memenuhi beban peralatan kedua. Peralatan pertama merupakan
peralatan loji pusat yang berfungsi untuk mengubah tenaga bahan api atau elektrik
kepada tenaga pemanasan atau pendinginan. Kecekapan peralatan dan sifat peralatan
loji pusat beban-sebahagian (part-load) juga diambil kira.
Walaubagaimanapun, dalam tesis ini beban peralatan kedua dan pengiraan
keperluan tenaga peralatan pertama tidak akan dibincangkan secara mendalam
kerana tumpuan daripada tesis ini adalah penganggaran beban untuk bangunan yang
menggunakan pengalihudaraan semulajadi atau tanpa sistem penyaman udara.
4.3
Kaedah Penganggaran Tenaga dalam Bangunan
Terdapat tiga teknik yang dapat digunakan untuk menganggarkan
penggunaan tenaga dalam bangunan (ASHRAE, 1985). Teknik-teknik itu adalah
single measure method yang digunakan oleh kaedah degree day, kaedah simplified
multiple measure seperti kaedah kumpulan suhu (bin), dan kaedah detailed
simulation. Kaedah-kaedah ini akan dijelaskan pada bahagian berikut ini.
54
4.3.1
Kaedah Single Measure
Kaedah Single Measure adalah kaedah pengiraan beban pendinginan yang
hanya ditentukan oleh satu faktor sahaja, seperti suhu udara luar. Sebenarnya, beban
pendinginan dalam bangunan bergantung pada beberapa faktor seperti beban suria,
beban deria dan pendam, dan beban dalaman. Oleh itu, tidak mungkin keperluan
tenaga hanya dikaitkan dengan satu parameter sahaja (ASHRAE, 1985).
Terdapat dua kaedah yang telah digunakan dalam Kaedah Single Measure,
iaitu kaedah Cooling Degree Day dan kaedah Equivalent Full Load Hours (EFLD)
(ASHRAE, 1985). Kaedah Cooling Degree Day meliputi Standard Degree Day
(SDD) dan Variable Base Degree Day.
Pada asasnya, kaedah Standard Degree Day (SDD) menganggap bahawa
keperluan tenaga pendinginan adalah berubah terhadap rekabentuk beban
pendinginan dan perbezaan antara suhu luar harian purata dengan suhu udara tetap
asas pada hari di mana suhu udara luar harian purata melebihi suhu asas tetap
(ASHRAE, 1985). Oleh itu, kaedah ini sangat sesuai untuk bangunan yang keperluan
tenaganya secara menyeluruh hampir peka terhadap suhu udara luar.
Kaedah Variable Base Degree Day pula adalah merupakan penyempurnaan
terhadap kaedah SDD melalui penggunaan konsep suhu titik imbang (balance point
temperature). Suhu titik imbang didefinisikan sebagai purata suhu bebuli kering
udara luar semasa bangunan tidak memerlukan pemanasan ataupun pendinginan.
Oleh itu, suhu asas untuk mengira jumlah degree day tidak lebih tinggi daripada 32
0
C (ASHRAE, 1985). Kaedah ini dapat mengira gandaan haba pembolehubah suria
dan dalaman dengan terus, dan ia telah digunakan untuk bangunan-bangunan
perniagaan ringan dan industri.
Kaedah Equivalent Full Load Hours (EFLD) berasaskan kepada pengalaman
tempatan ke atas nisbah keperluan tenaga tahunan terhadap kuasa masukan daripada
peralatan pendinginan yang ditaksir. Ia telah digunakan untuk menganggarkan
keperluan tenaga pendinginan bangunan.
55
4.3.2
Kaedah Simplified Multiple Measure
Kaedah Simplified Multiple Measure merupakan kaedah yang lebih canggih
daripada kaedah Single Measure kerana mengambil kira lebih banyak lagi faktorfaktor yang mempengaruhi penggunaan tenaga dalam bangunan. Kaedah Multiple
Measure meliputi Kumpulan Suhu Piawai (Standard Bin, SB) dan Kumpulan Suhu
yang Diubahsuai (Modified Bin, MB).
Kaedah Kumpulan Suhu Piawai (SB) pada asasnya merupakan cara untuk
menentukan keperluan tenaga dalam bangunan melalui pengiraan kejuruteraan pada
pelbagai suhu bebuli kering. Penggunaan tenaga pada kumpulan suhu itu dikira
dengan mendarabkan keperluan tenaga pada sesuatu kumpulan suhu dengan bilangan
jam pemberatnya (weighted hours). Dengan menjumlahkan hasil darab daripada
keperluan tenaga semua kumpulan suhu, keperluan tenaga bulanan ataupun tahunan
dapat diperolehi.
Pengembangan berikutnya daripada Kumpulan suhu Piawai (SB) dan
Kumpulan Suhu yang Diubahsuai (MB) adalah dengan menggunakan beban pelbagai
atau rekabentuk purata untuk mengembangkan susuk (profile) beban sebagai fungsi
lelurus terhadap suhu bebuli kering udara luar (ASHRAE, 1985).
4.3.3
Kaedah Detailed Simulation
Kaedah Detailed Simulation adalah merupakan kaedah yang paling canggih
di antara ketiga kaedah mengira anggaran tenaga. Terdapat dua kaedah Detailed
Simulation yang secara luas digunakan, kaedah Imbangan Haba (Heat Balance) dan
Faktor Pemberat (Weighting Factor) (ASHRAE, 1985). Kaedah ini menekankan
bahawa penentuan beban deria segera bagi suatu ruang, iaitu beban pendinginan,
merupakan langkah kunci dalam prosedur pengiraan tenaga bangunan.
56
A.
Kaedah Imbangan Haba
Kaedah Imbangan Haba untuk pengiraan beban deria adalah lebih asas
berbanding dengan Kaedah Faktor Pemberat. Perkembangan kaedah diasaskan pada
hukum pertama Termodinamik dan prinsip aljabar matriks (ASHRAE, 1985).
Kaedah-kaedah ini juga lebih mudah dan mudahsuai sebab ia memerlukan lebih
sedikit anggapan-anggapan. Bagaimanapun, ia memerlukan lebih banyak pengiraan
yang ditampilkan pada masing-masing titik dalam proses simulasi, hingga
menyebabkan lebih lama masa pengiraannya (ASHRAE, 1985).
Secara umum, sebuah persamaan keseimbangan ditulis untuk masing-masing
permukaan tertutup untuk satu udara bilik. Satu kumpulan persamaan dapat
diselesaikan untuk suhu permukaan dan suhu udara yang tidak diketahui.
Untuk sebuah ruang yang dibatasi oleh sejumlah m permukaan yang terpisah,
persamaan sejumlah m buah yang mengatur pertukaran tenaga pada masing-masing
pemukaan dalam pada suatu masa tertentu adalah seperti berikut (ASHRAE, 1985)
qi ,k
hci (t i ,k t r ,k ) m
¦g
ij
(t i ,k t j ,k ) RS i ,k RLi ,k REi ,k
j 1; j z1
W/j/m2 (4.1)
untuk i = 1, 2, 3, . . . m
di mana,
m
= jumlah permukaan dalam ruang.
q i, k = Kadar haba yang dilepaskan permukaan i pada permukaan dalaman
pada masa k dan merupakan sebuah rangkap kompleks daripada
faktor-faktor iklim luaran, sifat-sifat terma litupan bangunan (W/j/m2)
h ci
= Pekali pemindahan haba perolakan pada permukaan dalam i
(W/j/ m2/0C)
g ij
= Faktor pemindahan haba sinaran antara permukaan dalaman i dan
permukaan dalaman j pada masa k (W/j/m2/0C)
t r, k
= Suhu dalam pada masa k (0C)
t i,k
= Suhu seragam bagi permukaan dalaman i pada masa k (0C)
t j, k
= Suhu seragam bagi permukaan dalaman j pada masa k (0C)
57
RS i, k = Kadar tenaga suria yang masuk melalui tingkap dan diserap oleh
permukaan i pada masa k dan bergantung pada data suria dan juga
sifat-sifat cermin serta alat peneduh (W/j/m2)
RL i , k = Kadar haba sinaran yang dilepaskan lampu dan diserap oleh
permukaan i pada masa k (W/j)
RE i , k = Kadar haba sinaran yang dilepaskan peralatan dan penghuni oleh
permukaan i pada masa k (W/j/m2)
Setelah persamaan sejumlah m buah diselesaikan secara terus menerus
dengan mengatur persamaan- persamaan untuk pengaliran haba dan gandaan haba
suria, beban pendinginan pada masa k dikira seperti berikut (ASHRAE, 1985)
m
Q L, k =6 h ci A i (t i, k - t r, k) + U C G
j=1
L,, k
(t a, k- t r, k)+
+ U CG v, k (t v, k - t r, k) + RS a, k + RE a, k + RL a, k
W/j
(4.2)
di mana,
Q L , k = Beban pendinginan ruang pada masa k (W/j)
Ai
= Keluasan permukaan bagi permukaan i (m2)
U
= Ketumpatan udara (kg/m3)
C
= Haba tentu udara (W/kg/0C)
GL , k = Kadar pemindahan jisim udara luar yang menembusi ke dalam ruang
pada masa k (kg/j)
t a , k = Suhu udara luar pada masa k (0C)
h ci
= Pekali pemindahan haba perolakan pada permukaan dalam i
(W/j/ m2/0C)
Gv, k = Kadar pemindahan jisim pengalihudaraan pada masa k (kg/j)
t v ,k
= Pengalihudaraan suhu udara pada masa k (0C)
RS a ,k = Kadar haba suria yang masuk ke dalam tingkap dan ditiupkan ke
dalam bilik dalam masa k (W/j)
RL a ,k = Kadar pemindahan haba perolakan lampu pada masa k (W/j)
RE a ,k = Kadar pemindahan haba perolakan lampu kepada ruang udara pada
masa k, bagi peralatan dan penghuni (W/j)
58
Kesukaran pada kaedah imbangan haba ini adalah kerana ia memerlukan
komputer berkelajuan tinggi. Meskipun komputer moden dengan kelajuan tinggi
tersedia, hanya beberapa program yang menggunakan pendekatan ini dicipta untuk
mengira beban pemanasan dan pendinginan (Mohd. Yusoff, 1992).
B. Kaedah Faktor Pemberat
Pengiraan beban pendinginan segera sesuatu ruang, kadar penyingkiran haba
dan suhu udara ruang yang menggunakan Kaedah Faktor Pemberat (Weighting
Factors Method) mula dikenalkan oleh Mitalas dan Stephenson (1976) daripada
Canadian National Research Council. Dengan kaedah ini, tidak perlu lagi untuk
menyelesaikan sekumpulan persamaan imbangan haba. Kaedah ini mudah dan
mudahsuai sebab ia mengambil kira parameter penting yang mempengaruhi aliran
tenaga bangunan dan juga pengaruh simpanan terma daripada unsur-unsur ruang.
Faktor Pemberat mengandungi maklumat tentang ruang dan sumber gandaan
haba. Faktor-faktor ini berbeza untuk masing-masing jenis dan sumber gandaan haba
sebab jumlah relatif daripada tenaga perolakan dan sinaran yang meninggalkan
pelbagai sumber berbeza. Selain itu juga taburan tenaga sinaran pada permukaan
dalaman daripada ruang boleh berbeza. Faktor-faktor pemberat gandaan haba adalah
juga bergantung pada binaan ruang sebab ia mempengaruhi jumlah bahagian tenaga
sinaran masuk yang disimpan oleh dinding, lantai atau perabot dan kadar di mana
tenaga dilepaskan. Hujung daripada langkah pertama adalah beban pendinginan
daripada pelbagai sumber gandaan haba masing-masing dijumlahkan untuk
menghasilkan beban pendinginan secara menyeluruh untuk ruang itu (Rajah 4.1).
Kaedah Faktor Pemberat memiliki dua langkah. Langkah pertama, gandaan haba
serta merta dikira berasaskan kepada suatu udara ruang yang tetap. Suhu rujukan
yang dipilih adalah suhu purata yang dijangkakan untuk ruang itu selama masa
simulasi. Gandaan haba daripada pengaliran melalui litupan bangunan, penembusan
dan atau pengalihudaraan bergantung secara terus kepada suhu rujukan. Gandaan
haba serta merta daripada lampu, manusia dan peralatan dalam ruang tidak
bergantung kepada suhu rujukan. Bagaimanapun, gandaan haba daripada pengaliran
60
melalui litupan bangunan, penembusan dan/ atau pengalihudaraan bergantung secara
terus kepada suhu udara ruang rujukan.
Beban pendinginan deria ruang didefinisikan sebagai kadar di mana tenaga
harus disingkirkan dari ruang supaya pada ruang itu kekal suhu udara pada nilai
rujukannya dan dikira untuk masing-masing jenis gandaan haba sebagai berikut
(ASHRAE, 1985):
Q k = v0 q k + v1 q k--1 + . . . . . . - w1Qk-1 - w2,Qk-2
W/j
(4.3)
di mana,
qk
= Nilai semasa gandaan haba (W/j)
q k-1
= Nilai awal gandaan haba (W/j)
Qk
= Nilai semasa beban pendinginan (W/j)
Q k-1
= Nilai awal beban pendinginan (W/j)
v0, v1 = Faktor pemberat gandaan haba
w1, w2 = Faktor pemberat gandaan haba
Pada langkah kedua, beban pendinginan menyeluruh untuk ruang itu, bersama
dengan maklumat tentang sifat sistem pendinginan digunakan untuk mengira kadar
penyingkiran haba dan suhu udara ruang. Lencongan suhu udara ruang dengan nilai
rujukan pada jam k, Tk, dikira daripada persamaan berikut (ASHRAE, 1985)
>Q
Tk
'
k
@
ERk p1 Qk' 1 ERk 1 ... g1Tk 1 g 2Tk 2 ... / g 0
0
C (4.4)
di mana,
ER k = Kadar pemindahan haba daripada sistem HVAC pada jam k (W/j)
ER k-1 = Nilai awal daripada kadar pemindahan haba (W/j)
Q’k
= Beban pendinginan menyeluruh pada waktu k (W/j)
Q’k-1 = Nilai awal bagi beban pendinginan menyeluruh (W/j)
g0, g1, . . . p1, p1, . . = Faktor pemberat suhu udara ruang (W/j/0C)
61
Faktor pemberat suhu udara mewakili gandingan terma antara udara ruang
dan kemampuan penyimpanan unsur besar daripada ruang (ASHRAE, 1985).
4.4
Faktor-Faktor Gandaan Haba
Bahagian berikut akan menerangkan secara terperinci gandaan haba daripada
masing-masing unsur iaitu gandaan haba deria secara pengaliran melalui bumbung
luaran, dinding, pemisah, siling, lantai; gandaan haba melalui tingkap dan gandaan
haba deria daripada manusia, lampu dan peralatan.
Gandaan haba secara pengaliran melalui bahan padat adalah seperti berikut:
w 2T
wx 2
1 wT
D wk
(4.5)
di mana T adalah suhu, x adalah dimensi ruang, k adalah waktu dan Į adalah
keberserakan terma (thermal difusiviti)
4.4.1
Suhu Udara-Suria
Untuk memudahkan pengiraan perpindahan haba pada sisi luar dinding atau
bumbung, dianggap bahawa konsep Suhu Udara Suria dapat digunakan. Suhu Udara
Suria, te, diberikan dengan rumusan berikut:
te = ta + (Ds It / ho - H'R ) / ho.
0
C
(4.6)
di mana,
Įs =
Keberserapan permukaan terhadap sinaran suria (lihat Jadual 4.1).
It =
Sinaran suria menyeluruh yang berlaku pada permukaan (W/m2).
62
ho =
Pekali pemindahaan haba oleh sinaran gelombang panjang dan
perolakan pada permukaan luar (W/m2/ 0C).
ta =
Suhu bebuli kering udara luar (0C).
H =
Keberpancaran hemisfera (hemispherical emittance) permukaan.
'R =
Perbezaan antara sinaran gelombang panjang yang berlaku pada
permukaan langit dan sekitarnya dan sinaran yang dilepaskan oleh
benda hitam pada suhu udara luar (W/m2).
Jadual 4.1 Nilai-nilai daya serapan bahan binaan yang umum
Bahan
Bata merah, konkrit
Bata kuning
Keluli galvan
Alumunium
Cat – biru, hitam
Cat – merah, hijau
Cat – kuning
Cat – putih
Daya serapan
terhadap suria
0.6 – 0.85
0.3 – 0.50
0.4 – 0.65
0.10
0.95 – 0.97
0.75
0.30 – 0.50
0.10 – 0.25
ASHRAE (1977) menyarankan bahawa faktor pembetulan gelombang
panjang, H'R / ho sama dengan 3.8 0C untuk permukaan mendatar dan 0 0C untuk
permukaan menegak. Bagaimanapun, Pawelski (1979) menggunakan rumusan
berikut untuk menentukan faktor 'R:
'R
4
4
V ^Fss (Ta4 Tsky
) Fs sur (Ta4 Tsur
)`
W/j/m2 (4.7)
di mana,
Pemalar Stefan Boltzman (W/j/m2/K4) = 1.797x108
V
=
Fss
= Faktor pandang antara permukaan dan langit (ASHRAE, 1977),
=
(1 + cos Ȉ) / 2
Fs-sur = Faktor pandang antara permukaan dan sekitarnya (ASHRAE, 1977),
=
(1 - cos Ȉ) / 2
Ta
= Suhu udara ambien (Kelvin)
Ȉ
= Sudut permukaan (darjah)
63
T sur =
Suhu di sekitar objek (Kelvin)
T sky =
Suhu langit (Kelvin)
Pada waktu siang, permukaan sesuatu benda menyerap sinaran suria dan suhu
permukaan Tsur lebih tinggi berbanding dengan suhu udara sekitar. Pawelski (1979)
menganggap bahawa Tsur adalah 10 0C di atas suhu bebuli kering udara sekitar.
Bagaimanapun, pada malam hari perbezaan suhu akan lebih kecil. Jadi, pada malam
hari, pertukaran sinaran gelombang panjang antara permukaan dengan
persekitarannya diabaikan.
Untuk keadaan langit cerah, Swinbank dalam Duffie (26) memberikan Tsky
seperti:
Tsky
0.0552Ta1.5
Kelvin
(4.8)
Beberapa penyelidik (seperti Szokolay, 1982) berusaha untuk mengambil
kira keadaan langit mendung dengan menggabungkan pengaruh awan ke dalam
persamaan. Bagaimanapun, data awan setiap jam tidak mudah diperolehi dan rumus
Swinbank akan digunakan untuk semua keadaan dengan menganggap bahawa
kesalahan yang ada tidak terlalu tinggi.
4.4.2
Sinaran Gelombang Pendek
Sinaran gelombang pendek menyeluruh yang berlaku pada permukaan bumi,
It , dikira daripada persamaan berikut (ASHRAE, 1977):
It = I DN cos T + Id + Ir
W/j/m2
(4.9)
di mana,
IDN =
Sinaran suria terus pada satu permukaan bergarisan normal sinar suria
(W/j/m2)
Id
=
Sinaran langit serakan pada permukaan bumi (W/j/m2)
64
Ir
=
Sinaran suria yang dipantulkan dari permukaan persekitaran, dan
berlaku pada satu keluasan permukaan (W/j/m2)
T
=
Sudut tiba, didefinisikan sebagai sudut antara sinar suria datang dan
bergarisan normal terhadap permukaan, darjah (untuk 0 < T < 90
darjah)
Apabila sinaran terus setiap jam pada permukaan mendatar diketahui, I DN
dikira daripada persamaan berikut,
I DN = I DH / sin E
W/j/m2
(3.10)
di mana,
IDH =
Sinaran suria terus pada seunit keluasan daripada permuakan
mendatar (W/j /m2)
E
= Sudut Ketinggian suria (darjah)
Dengan menganggap bahawa sebuah permukaan hanya dapat “melihat” langit
dan penutup bumi dan bahawa sinaran serakan adalah isotropi (serakan secara
sempurna daripada keamatan yang sama dalam semua arah), persamaan mudah untuk
mengira sinaran langit serakan yang jatuh pada keluasan permukaan apapun
diberikan oleh persamaan berikut ini (ASHRAE, 1977).
I d = I dH FSS
W/j/m2
(4.11)
di mana IdH adalah sinaran langit serakan langit pada permukaan mendatar dan Fss
adalah faktor pandang antara permukaan dan langit
Sinaran serakan isotropi tuju yang dipantulkan bumi pada seunit keluasan
permukaan, I r , boleh dianggarkan dengan menggunakan prosedur seperti yang
digunakan oleh Iqbal (1983). Namun demikian, persamaan 4.11 boleh juga
diperolehi dengan menggunakan prosedur yang sama. I r diberikan oleh persamaan
berikut (ASHRAE, 1977):
Ir = ( I DH + IdH ) + U Fsg
W
(4.12)
65
di mana, Ug adalah daya pantulan permukaan bumi (lihat Jadual 4.2), dan Fsg adalah
faktor pandang antara permukaan dan langit (tidak ada unit).
Jadual 4.2 Nilai-nilai daya pantulan suria untuk pelbagai jenis
penutup bumi.
Penutup bumi
Konkrit baru
Konkrit lama
Rumput hijau
Batu pecah
Tar
Daya pantul suria
0.32
0.23
0.25
0.20
0.10
Apabila ia dianggap bahawa sesebuah permukaan hanya boleh melihat langit
dan tanah, Fsg diberikan oleh rumusan berikut (ASHRAE,1977)
Fsg = 1 - Fss
W/j/m2
(4.13)
Untuk orientasi permukaan yang ditentukan, sudut tuju, T , dikira daripada
persamaan berikut, (Iqbal, 1983).
cos T
(sin L cos 6 cos L sin 6 cos J ) sin G
(cos L cos 6 sin L sin 6 cos J ) cos G cos O
cos G sin 6 sin J sin Ȝ
W/j/m2
(4.14)
di mana,
L
= Garis lintang lokasi dalam darjah, positif untuk belahan utara (darjah)
6
= Sudut curam, diukur daripada garis mendatar (darjah)
J
= Sudut azimut permukaan didefinisikan sebagai penyimpangan
daripada garisan normal terhadap permukaan (digambarkan pada
permukaan mendatar) dengan mengarah kepada Selatan (negatif
apabila berada di utara daripada meridian tempatan (darjah)
G
= Sudut cerun curam suria (darjah)
O
= Sudut jam, bernilai kosong pada tengahari dan positif di sebelah pagi
(darjah)
66
Rajah 4.2 menunjukkan sudut tuju dan sudut-sudut lain yang berkenaan.
Sudut cerun curam suria, G , dikira daripada rumusan mudah oleh Cooper, dalam
Iqbal (1983) seperti berikut:
G = 23.45 sin [360(dn + 284) 365 ]
darjah
(4.15)
di mana, dn adalah nombor rujukan hari, bermula daripada 1 pada hari pertama bulan
Januari hingga 365 pada 31 haribulan Disember. Februari dianggap memiliki 28 hari.
Apabila data cuaca setiap jam direkodkan pada asas waktu piawai tempatan
(Local Standard Time), sudut jam, O , dikira daripada persamaan berikut (lihat juga
Iqbal, 1983):
O = [ 12 – LST – (Le – Ls) / 15 – Et / 60 ] 15
darjah (4.16)
di mana,
LST = Waktu piawai tempatan (jam setelah tengah malam)
Ls
= Garis bujur piawai (darjah)
Le
= Garis bujur tempatan, negatif apabila berada sebelah barat Greenwich
(darjah)
12
= Tengahari suria tempatan
15
= Darjah setara daripada sejam (360 darjah. = 24 jam)
60
= 60 minit dalam satu jam
Et
= Persamaan waktu (minit), diberikan oleh Spencer dalam Iqbal (1983)
sebagai berikut:
Et = (0.000075 + 0.001868 cos * - 0.032077 sin *
- 0.014615 cos 2 * - 0.04089 sin 2*)(229.18)
minit
(4.17)
radian
(4.18)
di mana * dalam radian diberikan oleh persamaan,
* = 2 (dn – 1) / 365
67
Zenith
OC adalah garis normal
terhadap bidang curam
Matahari
ș
Barat
Utara
ȕ
-ȥ
Ȗ
Selatan
Timur
Ȉ
ȕ
ș
Ȗ
ȥ
Sudut curam permukaan
Sudut ketinggian suria
Sudut ketibaan
Sudut azimut permukaan
Sudut azimut suria
Rajah 4.2 Sudut suria untuk permukaan curam
68
Ketika mengira gandaan haba melalui tingkap cermin, kedudukan matahari
selama waktu siang harus ditentukan. Ini akan benar ketika menentukan bahagian
keluasan tingkap yang disinari matahari pada suatu jam tertentu, ketika alat peneduh
luaran digunakan. Ketinggian suria dapat dikira daripada persamaan berikut
(Iqbal,1983):
Sin E = sin G sin L + cos G cos L cos O
(4.19)
dan azimut suria, \, dikira daripada persamaan berikut (Iqbal,1983)
Cos \ = (sin D sin L – sin G ) / cos E cos L
(4.20)
00 < \ < 900 , cos \ > 0
900 < \ < 180 0, cos \ < 0
Azimut suria didefinisikan sebagai sudut antara penggambaran bidang
mendatar daripada sinar suria dan arah kepada selatan. Ia mempunyai nilai positif
apabila sudut berada di sebelah timur daripada meridian tempatan.
4.4.3
Gandaan Haba Pengaliran Bumbung dan Dinding Luar
Dengan menganggap bahawa suhu udara suria mewakili keadaan luaran dan
bahawa pekali perpindahan haba pada permukaan secara sinaran-perolakan antara
luaran dan dalaman adalah tetap, maka untuk suhu dalaman yang tetap, gandaan haba
melalui bumbung atau dinding adalah seperti berikut (ASHRAE, 1977):
qe,k
ª
º
A«¦ bn t e,k n' ¦ d n q e, k n' / A t rc ¦ c n »
n 1
n 0
¬n 0
¼
W/j
(4.21)
di mana,
q e, k
=
Gandaan haba pengaliran melalui sebuah bumbung atau dinding
pada masa k (W/j)
69
A
= Keluasan permukaan dalaman bagi sebuah bumbung atau dinding
(m2)
k
= waktu dalam sehari
'
= selang masa (1 jam)
n
= indeks penjumlahan
t e,k - n ' =
Suhu udara suria pada masa k n ' (0C)
trc
Suhu udara dalaman sebagai rujukan tetap (0C)
=
bn , cn, dan dn
= Pekali rangkap pindah (W/j/m2/0C)
Dengan menganggap bahawa Suhu Udara-Suria adalah berkala dalam 24 jam,
pengiraan diulang untuk beberapa hari sehingga gandaan haba berada dalam keadaan
mantap (ASHRAE, 1977).
4.4.4
Gandaan Haba Pemisah Dalaman, Siling dan Lantai
Gandaan pengaliran melalui pemisah dalaman, siling dan lantai dengan
menggunakan konsep rangkap pindah (transfer function concept) diberikan oleh
persamaan berikut:
q p, k = A [6 bn (t b,k - n ' ) - 6 dn q p,k - n ' / A – trc 6 cn]
n=0
n=1
n=0
W/j
(4.22)
di mana,
A
= Keluasan permukaan dalaman bagi sebuah bumbung atau dinding
(m2)
=
q p, k
Gandaan haba secara pengaliran melalui sebuah pemisah dalaman
pada masa k (W/j)
t b,k-
n'
= Suhu dalam ruang sebelahan ruang pada masa k n ' (0C)
bn , cn, dan dn
= Pekali rangkap pindah (W/j/m2/0C)
Dengan menganggap bahawa suhu udara dalam ruang bergabung adalah
berkala, dalam jangkamasa 24 jam, pengiraan diulang untuk beberapa hari sampai
70
gandaan haba mencapai keadaan yang tetap (ASHRAE, 1977). Ketika t b tetap, q p, k
diberikan dengan persamaan yang dipermudah untuk keadaan tetap seperti berikut:
q p, k = U A (t b– trc)
W/h
(4.23)
di mana, U adalah pekali pemindahan haba untuk pemisah dalaman dalam W/j/m2.
4.4.5
Gandaan Haba Tingkap Cermin
Rajah 4.3 menunjukkan keseimbangan tenaga untuk sistem penembusan.
Haba yang masuk ke dalam ruang dapat ditulis sebagai berikut (ASHRAE, 1977):
Gandaan haba keseluruhan = sinaran yang masuk + pecahan sinaran yang
diserap ke dalam + gandaan haba disebabkan perbezaan antara suhu luaran
dan dalaman sahaja.
(4.24)
Aliran haba ke dalam
secara perolakan dan
sinaran
Sudut
ketibaan
Sinaran
Ketibaan
sinaran suria
LUARAN
Sinaran suria
terpantul
Terserap
DALAMAN
Sinaran suria terhantar
Aliran haba keluar secara
perolakan dan sinaran
Rajah 4.3 Imbangan haba untuk cermin lutsinar
71
Pada bila-bila masa, ketika tingkap boleh dilalui sinaran suria, komponen
sinaran terus yang masuk ke dalam setiap satu keluasan pembukaan (fenestration)
dikira daripada persamaan berikut (ASHRAE, 1977):
5
ITD
I DN cos T ¦ t j cos j T
W/j/m2 (4.25)
j 0
Sinaran serakan yang terhantar setiap keluasan cermin dikira daripada
persamaan berikut (ASHRAE, 1977).:
ITd
I d
5
I r 2¦ t j / j 2 W/j/ m2 (4.26)
j 0
di mana pengiraan Id dan Ir telah diberikan di bahagian 4.4.2.
Sinaran terus yang diserap, IAD, untuk tingkap yang melepaskan sinaran
suria didapati daripada rumusan berikut (ASHRAE, 1977).:
5
IAD
I DN cos T ¦ a j cos j T
j 0
W/j/ m2 (4.27)
Sinaran serakan yang diserap, IAd, diselesaikan dengan persamaan berikut
(ASHRAE, 1977).:
IAd
I d
5
I r 2¦ a j / j 2 W/j/ m2 (4.28)
j 0
di mana nilai t j dan d j , diberikan dalam Jadual 4.3 adalah untuk cermin rujukan
piawaian ASHRAE. Apabila cermin yang lain digunakan, maka pekali peneduh, SC,
akan dikira lain.
72
Jadual 4.3 Pekali cermin kuat ganda yang lazim untuk keberhantaran
dan keberserapan yang digunakan dalam pengiraan komputer
j
0
1
2
3
4
5
aj
0.01154
0.77674
-3.94657
8.57881
-8.38135
3.01188
tj
-0.00885
2.71235
-0.62062
-7.07329
9.75995
-3.89922
Pekali Peneduh (Shading Coefficient, SC) didefinisikan sebagai nisbah
gandaan haba suria yang melalui sistem cermin di bawah suatu keadaan yang khas,
kepada suatu gandaan haba melalui keping cermin kuat berganda di bawah keadaan
yang sama. Untuk meringkaskan kaedah pengiraan, dianggap bahawa nilai SC tidak
bergantung daripada sudut kedatangan, agar persamaan 4.35 dan 4.36 menjadi sah.
Gandaan pengaliran melalui penembusan sebagai terhadap perbezaan suhu
udara dengan udara, CG, dikira dengan menganggap bahawa keping cermin memiliki
muatan haba yang tidak penting, sehingga,
CG k = Ag Ug (t a, k - trc )
W/j
(4.29)
di mana, A g adalah keluasan cermin, U g adalah nilai “U” untuk cermin, dan, trc
adalah suhu udara ruang rujukan, ta ,k adalah suhu bebuli kering udara luar pada bilabila masa dengan unit yang sesuai.
Bagaimanapun, kehadiran alat peneduh luaran pada suatu masa tertentu
adalah mungkin bahawa hanya sebahagian daripada tingkap akan mendapat sinaran
suria terus. Merujuk kepada Rajah 4.4, nisbah penapis mendatar (horizontal sunbreak
ratio), dan nisbah penapis menegak (vertical sunbreak ratio), didefinisikan sebagai:
HSB = ohw / H
(4.30)
73
ohw
Sinar suria
det
sh
Tinggi tingkap
(H )
PANDANGAN
D – Pemisahan
sh – Tinggi bayangan
sw – Lebar bayangan
ohw – Lebar unjuran
sfw – Lebar sirip tepi
Ȉ - Sudut lereng
ȍ - Sudut susuk
Lebar tingkap (W)
sw
sfw
ȗ
Sinar suria
-Ȗ
-ȥ
Selatan
PANDANGAN
Normal terhadap
permukaan
Rajah 4.4 Cermin lutsinar dengan bentuk bayangan yang
disebabkan oleh sirip tepi dan unjuran
74
VSB = sfw / W
(4.31)
Andaikan unjuran tak terhingga, tinggi daripada bayangan untuk sebuah unit
H dapat dikira daripada persamaan berikut:
sh = (sin :) (HSB) / sin [
(4.32)
di mana,
: = sudut susuk, seperti persamaan yang diberikan oleh (ASHRAE,
1977) sebagai :
(4.33)
tan : = tan ȕ / cos ]
]=|ȥ-Ȗ|
ȥ adalah sudut ketinggian suria dan Ȗ adalah sudut
ketinggian permukaan
darjah (4.34)
darjah (4.35)
[ = 180 - : - 6
Dengan menganggap bahawa sirip tepi daripada panjang tak terhingga, lebar
bayangan, sw, disebabkan oleh sirip tepi, untuk sebuah unit W, didapati daripada
persamaan berikut (ASHRAE, 1977):
sw = (tan ])(VSB)
(4.36)
Bahagian daripada keluasan tingkap, yang lutsinar dikira daripada persamaan
berikut:
SLF = (1-sw)(1-sh-det) / (1-det)
(4.37)
di mana “det” didefinisikan sebagai ofset antara unjuran mendatar dan tepi atas
tingkap dibahagi oleh jarak antara unjuran mendatar dan tepi bawah tingkap (lihat
Rajah 4.4)
Oleh itu, pada suatu masa tertentu dalam satu hari, gandaan haba suria yang
masuk SHGt, dikira daripada persamaan berikut:
75
SHGt = Ag.SC { (ITD)(SLF) + I Td }
W/j
(4.38)
Sinaran yang diserap, SHGa, yang mengalir ke dalam ruang adalah diberikan
oleh persamaan berikut:
SHGa = Ag . Ni .SC { (IAD)(SLF) + I Ad }
W/j
(4.39)
di mana Ni adalah pecahan sinaran suria yang diserap ketika mengalir ke dalam
ruang. Sedangkan SC adalah pekali peneduh untuk sistem pembukaan. Apabila
rintangan plat cermin diabaikan, Ni dapat dikira daripada rumusan mudah berikut
(ASHRAE, 1977).
(4.40)
Ni = hi / (hi + ho )
Oleh itu, untuk hi = 1.46 W/j/m2 dan ho = 4.00 W/j/m2, Ni dianggap bernilai
0.267.
4.4.6
Gandaan Haba Lampu
Secara umum, gandaan haba segera daripada sistem lampu elektrik dalam W/j
boleh dikira daripada persamaan berikut:
q L, k. = (jumlah Watt lampu / m2) (Af ) SCHL k 3.412.
W/j
(4.41)
q L, k. = Kadar gandaan haba ketika (instantaneous) daripada lampu pada masa
k (W/j)
Af
= Keluasan lantai bagi ruang yang dinyamankan (m2)
SCHLk = Perbandingan jumlah purata Watt yang dipakai antara masa k dan k1
terhadap yang digunakan.
76
4.4.7
Gandaan Haba Manusia
Kadar haba segera yang dilepaskan oleh manusia dalam ruang dan pada masa
k dikira daripada persamaan berikut
qst p,k = l / (meter persegi setiap manusia) x A f x SCHPk x
(pelepasan haba deria purata oleh manusia, W/j )
W/j
(4.42)
Bagaimanapun, gandaan haba deria sinaran daripada manusia diberikan oleh
persamaan berikut:
qsr p,k = FRADP x qst p,k
W/j
(4.43)
dan gandaan haba deria perolakan daripada manusia dapat dianggarkan
daripada persamaan berikut:
qsc p,k = (1-FRADP) x qst p,k
W/j/ m2 (4.44)
di mana,
qst p,k
= Haba ketika yang dilepaskan manusia (W/j)
qsr p,k
= Gandaan haba deria pada masa k (W/j)
qsc p,k
= Gandaan haba perolakan pada masa k (W/j)
FRADP = Pecahan haba deria sinaran yang dilepaskan oleh manusia
SCHPk
= Faktor penghunian pada masa k, didefinisikan sebagai nisbah
daripada bilangan manusia dalam ruang sebenar pada masa k dan
bilangan maksimum penghuni.
Haba pendam yang dilepaskan setiap jam oleh manusia di dalam ruang , ql ,
dianggarkan daripada persamaan berikut:
ql p,k = 1 / meter kuasa dua setiap manusia) x Af x
(pelepasan haba pendam purata oleh manusia, ) x SCHP k ,
W/j
(4.45)
77
Purata haba deria atau pendam seseorang bergantung kepada jenis aktiviti,
umur, jantina dan faktor lain. Jadual 4.4 memberikan nilai purata haba deria atau
pendam yang dibezakan hanya oleh jenis aktiviti sahaja.
Jadual 4.4 Kadar metabolik untuk manusia dewasa (Moller dan
Woolridge, 1985)
Jenis
aktiviti
Haba deria
(W/j)
239
251
321
601
Tidur
Duduk
Kerja ringan
Kerja kuat
4.4.8
Haba pendam
(W/j)
102
251
481
901
Gandaan Haba Peralatan
Kadar gandaan haba segera bagi deria daripada peralatan di dalam ruang
dikira daripada persamaan berikut:
qst e,k = (haba deria maksimum daripada peralatan) x SCHE k
W/j
(4.46)
di mana faktor penggunaan peralatan, SCHE k didefinisikan sebagai nisbah haba
deria peralatan dilepaskan satu jam terhadap haba deria peralatan maksimum yang
dilepaskan. Komponen perolakan dan sinaran daripada gandaan haba peralatan dikira
sebagai berikut:
qsr e,k = FRADE x qst e,k
W/j
(4.47)
qsc e,k = (1- FRADE ) x qst e,k
W/j
(4.48)
di mana,
qst e,k
= Kadar gandaan haba ketika daripada peralatan (W/j)
qsr e,k
= Bahagian sinaran daripada qst e,k (W/j)
78
qsc e,k
= Bahagian perolakan daripada qst e,k (W/j)
FRADE = Pecahan haba deria sinaran yang dilepaskan oleh peralatan.
Gandaan haba pendam setiap jam daripada peralatan, ql , dikira daripada
rumusan berikut:
ql e,k = (haba pendam peralatan maksimum yang dilepaskan, W/j )
W/j (4.49)
x SCHE k
4.4.9
Gandaan Haba Penembusan Udara
Gandaan haba deria setiap jam daripada penembusan udara dianggarkan
daripada persamaan berikut:
qinfs k = 1.23 (pikinf) (SCHI,k ) (ta,k -trc)
W/j
(4.50)
di mana,
pikinf = Jumlah puncak penembusan udara untuk ruang (m3/min)
SCHI k = Penembusan pada suatu jam dibahagi dengan pikinf.
trc
= Suhu rujukan (suhu udara bebuli kering purata pada minggu biasa)
(0C)
Gandaan haba pendam setiap jam daripada penembusan udara didapati
daripada persamaan berikut
qinfl k = 3010 (pikinf) (SCHI k ) ( 'w)
W/j
di mana 'w adalah nisbah antara kelembapan relatif udara luar dan dalam.
(4.51)
79
4.5
Pengiraan Beban Pendinginan
Apabila gandaan haba deria, q, diberikan dalam bentuk urutan masa, iaitu
bahawa gandaan haba diberikan pada selang masa yang sama, beban pendinginan
yang berkenaan, Q, pada masa itu boleh dihubungkan dengan nilai semasa daripada q
dan nilai lalu daripada beban pendinginan dan gandaan haba oleh persamaan berikut
(ASHRAE, 1977)
Q k = (v0 qk +v1 q k - ' + v2 q k - 2' + . . . )
- w1 qk- ' - w2 qk - 3' - w3 qk - 3'
W/j
(4.52)
di mana ' adalah selang masa dalam jam.
Semasa menjalankan pengiraan untuk hari terpilih, adalah perlu untuk
mengulang pengiraan untuk sejumlah hari sampai beban pendinginan telah mencapai
keadaan berkala yang mantap. Hal ini perlu mengingat pada mula pengiraan, nilai
lampau daripada beban pendinginan tidak diketahui dan harus diandaikan
(ASHRAE, 1977). Faktor pemberat gandaan haba, iaitu v0, v1 dan lain-lain, menukar
masing-masing unsur gandaan haba deria yang nyata kepada beban pendinginan
yang diberikan dikira dengan tepat (Mohd. Yusoff, 1999).
Pekali yang dikira dengan prosedur di atas adalah untuk ruang-ruang di mana
semua masukan tenaga (seperti, gandaan haba) akhirnya muncul sebagai beban
pendinginan.
4.6
Pengiraan Suhu Udara Ruang
Kadar penyingkiran haba dan suhu udara ruang berkait dengan rangkap
pindah udara ruang diberikan oleh persamaan berikut.
1
¦ pi ( ERk i' Qk' i' )
i 0
2
¦ g (t
i
i 0
rc
t r , k i' )
W/j
(4.53)
80
di mana g dan p adalah pekali bagi rangkap pindah ruang, dan Qk adalah beban
pendinginan menyeluruh ruang pada masa k, berasaskan pada tr,c, suhu udara ruang
yang dianggap tetap.
4.7
Ringkasan
Kaedah penganggaran tenaga dalam bangunan dengan menggunakan kaedah
detailed simulation telah digunakan. Kaedah ini lebih baik bila dibandingkan dengan
dua kaedah yang lainnya, iaitu kaedah single measure dan multiple measure. Hal ini
disebabkan kaedah ini boleh mengira seluruh faktor yang mempengaruhi gandaan
haba dinamik pada bangunan.
Kaedah Faktor Pemberat digunakan dalam pengiraan gandaan haba
memungkinkan pengiraan dilakukan secara berasingan untuk masing-masing faktor
sehingga seluruh pengiraan selesai. Kaedah ini banyak digunakan oleh para
penyelidik kerana cukup mudah dan mudahsuai. Selain itu, kaedah ini mengambil
kira parameter yang penting dan juga pengaruh simpanan terma daripada unsur
ruang.
Pengiraan tenaga dalam bangunan yang menggunakan sistem penyaman
udara dimulakan dengan pengiraan gandaan haba daripada seluruh faktor yang
mempengaruhi haba dalam bangunan. Faktor yang diambil kira adalah suhu udara
suria, gandaan haba melalui dinding, bumbung, pemisah dalaman dan cermin
termasuk juga daripada peralatan, manusia dan lampu. Selanjutnya dikira beban
pendinginan dan pengiraan suhu udara ruang.
BAB V
KAEDAH PENYELIDIKAN
5.1
Pendahuluan
Bab Empat telah menerangkan penganggaran tenaga dan suhu udara ruang
dalam bangunan. Bab ini akan menerangkan kaedah penyelidikan yang digunakan
untuk membangunkan program simulasi bagi menganggarkan tenaga dan mengira
suhu udara ruang pada bangunan dengan pengalihudaraan semulajadi. Bahagian
pertama menerangkan kaedah ujikaji terma dalam bangunan iaitu model berskala,
kajian empirik dan simulasi komputer. Selanjutnya, diterangkan pemilihan terhadap
tujuh program simulasi yang popular dan mudah diubahsuai untuk tesis ini. Turut
dibincangkan adalah simulasi komputer SHEAP-2, yang merangkumi struktur
program, data iklim, pengesahan dan kelemahannya.
5.2
Rekabentuk Penyelidikan
Rekabentuk penyelidikan terma bangunan dapat dibahagikan kepada tiga,
iaitu model berskala, kajian empirik dan simulasi komputer (Elias, 1981; Soegijanto,
1981; Jones, 1991; Malek, 1994; Surjamanto, 1996 dan Citherlet, et al. 2001).
Dalam tesis ini kaedah utama yang akan digunakan adalah simulasi. Kaedah ini
selain boleh melakukan pengiraan untuk keadaan terma dalam bangunan dalam
keadaan yang dinamik juga boleh mengambil kira setoran haba dalam litupan
82
bangunan.
5.2.1
Model Berskala
Model bangunan berskala merupakan kaedah yang popular di dalam menilai
prestasi terma bangunan. Model ikonik (berskala) dibuat dengan tujuan untuk
menguji model matematik (Soegijanto, 1981) atau menilai kemungkinan
menghasilkan pembaharuan (Jones, 1991). Penggunaan model berskala ini
dilakukan dengan pertimbangan-pertimbangan sebagai berikut:
(1)
Kemudahan di dalam mengatur rekabentuk model bangunan (Elias, 1981);
(2)
Kemudahan mengawal persekitaran daripada model (Malek, 1994);
(3)
Kebolehan mengubah nilai dan jumlah pemboleh ubah atau parameter
(Malek, 1994);
(4)
Kebolehan mengubah suai skala model.
Elias (1981) menyatakan bahawa terdapat kelemahan di dalam penyelidikan
berasaskan model berskala: i) hasil yang didapati hanya tepat untuk model yang
disiasat sahaja, ii) keadaan persekitaran yang digunakan bukan keadaan sebenar dan
iii) perubahan pembolehubah yang dilakukan terhadap model terhad kepada bahan,
pembinaan dan skala bahan bangunan yang digunakan. S.Citherlet (2000)
menambahkan bahawa pendekatan ujikaji dengan model memakan masa dan mahal.
5.2.2
Kajian Empirik
Kajian empirik adalah tinjauan ke tapak bangunan untuk menguji sebilangan
pemboleh ubah. Apabila kajian lapangan merupakan pembanding terhadap model
berskala, maka pemboleh ubah yang digunakan harus sama. Kaedah ini bertujuan
untuk meneliti apakah ujikaji dalam model dapat mewakili bangunan sebenar
(Soegijanto, 1981). Atau sebaliknya, adakah pengukuran di bangunan sebenar dapat
digunakan untuk menyemak ketelitian daripada ujian model.
83
Pada dasarnya kajian lapangan mempunyai dua matlamat:
(1)
Menyedia maklumat berkenaan dengan prestasi bangunan (Malek, 1994),
(2)
Meneliti apakah penyelidikan yang dibuat dengan kaedah model sudah sesuai
dengan keadaan di bangunan sebenar yang diwakilinya (Soegijanto, 1981).
Kaedah kajian empirik merupakan teknik yang paling popular untuk
pengesahan program simulasi kerana ia mewakili keadaan sebenar yang kompleks
(Jensen, S.O., 1995). Ia merupakan jambatan antara teori dengan praktik (Mathews,
1994). Namun begitu, terdapat juga kelemahannya. Kaedah empirik ini adalah
komplikated, tidak pasti dan bersifat tidak lelurus (Hong, 2000). Ketidak pastian data
cukup besar kerana tidak semua data iklim di tapak dapat disukat. Selain itu, sifatsifat fizikal bahan binaan tidak disukat di tapak tetapi menggunakan data makmal.
Kaedah ini memerlukan contoh bangunan yang sesuai untuk suatu kajian yang
dijalankan. Jika semua data diambil atau disukat, kajian ini memerlukan masa yang
panjang dan kos yang mahal.
5.2.3
Simulasi Komputer
Simulasi dalam pengertian kejuruteraan yang umum adalah suatu usaha untuk
menyerupai keadaan sebenar suatu sistem yang meliputi semua nilai dan sifat fizik
yang dimiliki oleh sistem tersebut, seperti isipadu, tekanan, suhu dan tenaga. Sifatsifat tersebut dinyatakan dalam suatu model matematik. Model matematik ini pula
tidak tunggal (khas) tetapi banyak model alternatif yang boleh digunakan (Zamri,
1973).
Seperti juga dengan model berskala dan kajian empirik, simulasi komputer
memiliki kelebihan dan kekurangan. S. Citherlet (2000) menerangkan bahawa
terdapat tiga kelebihan daripada simulasi komputer ini. Pertama, iaitu kemudahan di
dalam membina model, samada model yang mudah ataupun model menghampiri
keadaan sebenar (kompleks). Kedua, proses pengiraan setiap model ujikaji yang
cepat. Ketiga, mudah untuk membandingkan antara hasil yang dikeluarkan menurut
84
pembolehubah yang berlainan.
Kekurangan-kekurangan terdapat dalam simulasi adalah pertama, model yang
digunakan telah dimudahkan sungguhpun sebenarnya simulasi boleh membuat
pengiraan yang lebih kompleks. Kedua, simulasi perlu disahkan untuk menambah
kepercayaan daripada pengguna mengenai ketepatan pengiraannya. Kedua,
penghampiran model terpaksa dilakukan jika asas matematik berkenaan terlalu
kompleks yang menyebabkan proses pembinaan simulasi semakin sukar. Pembinaan
model sangat dipengaruhi oleh model matematiknya, kalau model dimudahkan maka
akan mudah disimulasikan. Penghampiran model juga dapat dianggap kekurangan.
5.3
Kaedah Pengesahan Program
Sebuah simulasi tenaga bangunan dibangunkan daripada proses fizikal yang
berlaku dalam keadaan sebenar menjadi sebuah model matematik yang dimudahkan.
Apabila sebuah program dapat mensimulasikan proses tersebut, maka pendekatan
pengiraan dan peramalan yang dipakai adalah tepat dan ia boleh digunakan.
Bloomfield dan Lomas (1992) telah menyenaraikan empat kaedah pengesahan yang
dapat digunakan untuk mengenalpasti hadirnya kesilapan dalam program analisis
tenaga. Kaedah itu adalah,
a. Pemeriksaan kod dan semakan asas teori;
b. Ujian analitik;
c. Perbandingan dengan program lain dan;
d. Pengesahan empirikal.
Kaedah pertama, iaitu pemeriksaan kod dan semakan teori merupakan
kaedah yang berguna, namun tidak dapat menunjukkan ketepatan program tersebut.
Kaedah kedua, iaitu ujian analitik program merupakan kaedah yang digunakan untuk
terus memodelkan suatu keadaan sehingga mendapatkan pemecahan yang tepat.
Apabila program dibandingkan dengan kaedah ini, maka ketepatan program lebih
tinggi. Kaedah ketiga, iaitu perbandingan dengan program lain merupakan kaedah
85
yang dapat dijalankan apabila program rujukan telah disahkan sehingga ia bertindak
sebagai tanda asas. Kaedah keempat, pengesahan empirikal merupakan kaedah yang
paling tepat kerana ia merupakan pengesahan akhir untuk pelbagai program.
Walaubagaimanapun kaedah pengesahan ini memakan masa yang lama, pekerja yang
banyak dan biaya yang mahal.
Dalam penyelidikan ini, kaedah pengesahan dengan program lain digunakan
kerana cukup mudah dan sesuai untuk jangka masa penyelidikan ini. Kaedah ini juga
telah digunakan oleh Brotherton et. al. (1987), Balasubramaniya (1992), Zaheeruddin (1989) Mathews (1994) dan Mohd. Yusoff Senawi (2000). Huraian
pengesahan ini akan dijelaskan dalam Bab VI bahagian 6.5.
5.4
Perbandingan Program Simulasi
Pada masa ini program simulasi berkenaan dengan tenaga dalam bangunan
telah menggunakan. teknik-teknik pengiraan yang canggih seperti beza hingga (finite
difference), unsur hingga (finite element), ruang objek (state space) dan rangkap
pindah. Untuk mengambil kira interaksi dinamik antara semua unsur-unsur terma
seperti keselesaan, pemakaian tenaga, litupan bangunan, sistem penyaman udara
(HVAC) dan alat kawalan, program simulasi terperinci kerap menampilkan
pengiraan setiap jam dan zon.
Kemampuan pengiraan daripada simulasi bangunan dicirikan oleh: (i)
algoritme inti; (ii) lingkup pemakaian; (iii) laju dan ketepatan pengiraan dan (iv)
pertambahan pemakai. Algoritme inti daripada perisian simulasi bangunan dapat
berupa lelurus atau tak lelurus, mantap atau fana, deterministik (semua data
ditentukan pada masukan) atau stokastik (ada perubahan semasa proses). Untuk
program simulasi tenaga dalam bangunan, algoritme pengiraan beban dapat dibuat
terperinci seperti menggunakan kaedah rangkap pindah dan imbangan haba, atau
dipermudah seperti dalam kaedah degree day, bin method, model jaring RC, atau
model Auto-Regressive Moving Average (ARMA). Pengiraan beban itu boleh
berasaskan zon tunggal atau banyak zon. Selain itu, faktor lain yang menentukan
86
kemampuan adalah penyelesaian perbezaan keadaan sempadan, keadaan awal dan
skim jaring.
Suatu masalah biasanya boleh diselesaikan oleh lebih dari satu program
(Hong, 2000), sebaliknya, tidak ada satupun program yang boleh membuat semua
jenis simulasi bangunan. Oleh itu, tidak mudah untuk memilih program yang sesuai
dengan keperluan pengguna. Pemilihan harus dilakukan dengan menilai secara hatihati persyaratan dan keperluan daripada pengguna dan menyesuaikannya dengan
kemampuan daripada program.
Terdapat tiga faktor utama yang perlu diambil kira dari sudut pengguna.
Pertama, keperluan atau matlamat simulasi. Memilih program yang ‘sangat kuat’
(overpowered) bukan saja tidak perlu malahan mahal. Kedua, kos untuk membeli dan
menggunakan perisian yang meliputi biaya perisian, penjagaan dan kemudahan yang
diperlukan untuk menjalankan program. Ketiga, kesediaan kemudahan. Sebaiknya
pengguna harus memilih program yang dapat dijalankan pada komputer biasa.
Terdapat tujuh program perisian yang telah dibandingkan dalam tesis ini.
A.
Energy Plus
Energy Plus (1998) adalah merupakan usaha untuk menggabungkan kekuatan
program DOE-2 dengan kekuatan program BLAST (Hong, 2000). Sungguhpun
penggabungan ini menyebabkan Energy Plus lebih jitu daripada program asal yang
digabung tetapi sukar untuk diikuti kerana tidak ramah pengguna. DOE-2 adalah
merupakan perisian popular yang ditaja oleh Department of Energy (DOE) USA.
Program untuk pengguna awam ini menjalankan simulasi untuk mengira pemakaian
tenaga setiap jam, kos tenaga, iklim bangunan, jadual operasi, dan peralatan
pendingin. Dalam program ini kaedah rangkap pindah yang digunakan adalah kaedah
aljabar biasa yang bersifat lelurus. Selanjutnya, kaedah Faktor Pemberat digunakan
untuk mengubah hasil pengiraan gandaan haba kepada beban pendinginan dengan
dengan menganggap suhu udara dalaman yang tetap. Program ini boleh mengira
beban terma fana dan setoran terma. DOE-2 pada amnya digunakan untuk bangunan
87
besar, kecuali berlaku variasi suhu, perbezaan suhu udara zon atau aliran haba antara
zon yang penting. Program DOE-2 yang masih menggunakan kaedah Faktor
Pemberat ruang ini belum mengira dengan kaedah Imbangan Haba. Program BLAST
pula menggunakan kaedah Imbangan Haba yang lebih tepat. BLAST pula ditaja oleh
Departement of Defence (DOD) USA.
B.
ARCHIPAK
Program simulasi ARCHIPAK dibangunkan di University of Queensland,
Australia. Pengesahan program dilakukan melalui perbandingan dengan program
simulasi TEMPER, CHEETAH dan QUICK, dan dengan pengukuran lapangan
(Ahmad dan Szokolay, 1982). Tujuan utama daripada program ini adalah untuk
menilai keadaan terma bangunan pasif dengan menggunakan kaedah pengiraan
perpindahan haba BRE Admittance Procedure untuk keadaan yang fana. Kaedah ini
mengambil kira nilai-U, lepasan (admittance), faktor permukaan dan faktor susutan
(decrement factor) (CIBS, 1980). Program ini pula boleh diubahsuai oleh para
penggunanya, seperti mengedit fail data, menambah hal-hal baru atau menukar nilainilai yang disenaraikan dalam data sediada. Data sifat terma bahan binaan
berdasarkan unsur binaan seperti, tingkap, dinding, bumbung, unsur dalaman tersedia
dalam program ini, termasuk data iklim untuk seluruh negara bahagian di Australia.
C.
CODYRUN
CODYRUN adalah perisian simulasi terma bangunan yang terperinci (detail
simulation) yang digunakan dalam rekabentuk serta penyelidikan (Lauret, 2001).
Program ini boleh menangani banyak zon, pengalihudaraan semulajadi dan juga
perpindahan kelembapan. Program simulasi ini pula melibatkan banyak model.
Apabila seseorang akan melakukan simulasi maka pengguna pakar memiliki
kemungkinan untuk memilih pelbagai model. Kemudahsuaian ini merupakan suatu
hal yang perlu bagi para penyelidik fizik bangunan untuk merancang model yang
berbeza ketepatannya. Program ini menjalankan pengesahan samada melalui
program ‘BESTESTed’ ataupun kajian lapangan.
88
D.
Building Thermal Performance (BTP)
Building Thermal Performance (BTP) dibangunkan oleh Han dan Jiang pada
tahun 1997 dengan menggunakan model benda-ruang (space-state model) yang
disempurnakan. Program BTP menggunakan algoritme baru dalam simulasinya
sehingga ia mudah untuk mengendalikan simulasi prestasi terma bangunan yang
memiliki ratusan zon dengan menggunakan sebuah komputer peribadi. Program ini
tidak memasukkan sistem HVAC secara terperinci dalam simulasinya, namun ia
boleh menghantar model terma bangunan secara terperinci untuk digunakan dalam
TRNSYS atau pakej simulasi HVAC yang lain. Program BTP lebih sesuai untuk
penilaian prestasi tenaga dalam bangunan pada peringkat rekabentuk awal di mana
sistem HVAC dan loji belum tersedia.
E.
Simulasi Sistem Fana (Transient Systems Simulation, TRNSYS)
Program ini digunakan terutama untuk simulasi sistem tenaga terma. Setiap
unsur fizik dalam sistem seperti pam atau pengumpul suria, diwakili oleh sub-rutin
FORTRAN yang berbeza. Semua sub-rutin ini digabungkan ke dalam sebuah fail
pelaksana yang dikawal dengan fail masukan. Fail ini berisi komponen fizik yang
terlibat dalam sistem dan perhubungannya. Ia telah digunakan untuk simulasi sistem
tenaga terma dan juga sistem HVAC yang lebih umum. TRNSYS dikembangkan
oleh Solar Energy Laboratory, Universiti Wisconsin USA. Program ini pertama
dikeluarkan pada tahun 1975. Versi terakhir dikeluarkan pada tahun 1996 iaitu
TRNSYS 14.2 untuk Microsoft Windows. Matlamat program ini bertumpu kepada
pengiraan tenaga terma dan tenaga pendinginan sehingga sukar untuk diubahsuai
menjadi program simulasi yang mudah bagi bangunan dengan pengalihudaraan
semulajadi.
F.
QUICK
QUICK adalah program simulasi untuk analisis terma yang dapat
89
mensimulasikan suhu udara dalaman untuk bangunan pasif atau bangunan yang
menggunakan pengalihudaraaan mekanikal, pendinginan litupan atau pengwapan.
Pendinginan pengwapan dapat dilakukan secara terus, tidak terus atau regeneratif.
Program ini menggunakan analogi elektrikal (kaedah harmonik) untuk memodelkan
proses pemindahan haba dalam bangunan (Mathews, et.al. 1999). Rangkaian elektrik
memungkinkan simulasi daripada aliran haba yang berbeza. Gandaan haba sinaran
dikira sesuai dengan luas permukaan dan bertindak langsung terhadap permukaan.
Kesan pengalihudaraan semulajadi diambilkira dalam model bangunan. Model
termanya mampu meramalkan beban deria dan pendam ruang. Kelemahan program
ini adalah belum mengambil kira kesan setoran terma dalam komponen bangunan.
G.
Program Simulasi SHEAP
Program ini melakukan pengiraan beban pendinginan setiap jam, sistem dan
tenaga loji untuk hari terpilih dalam setahun. Program SHEAP menggunakan kaedah
Faktor Pemberat sebab ia membolehkan pelaksanaan pengiraan beban terma ‘fana’
(transient) dan setoran terma. Oleh itu, perubahan setiap jam daripada suria,
pengaliran, penembusan, beban dalaman, dan pengaruh penyimpanan terma dapat
diambil kira. Dalam SHEAP pengiraan beban deria diasaskan kepada kaedah Faktor
Pemberat ASHRAE (1993) yang dikira secara tepat sesuai dengan rekabentuk
binaan.
Program SHEAP menjalankan proses penganggaran tenaga mengikut kaedah
AHSRAE (1993) yang dimulakan dengan pengiraan gandaan haba, beban
pendinginan dan kadar penyingkiran haba. Kadar penyingkiran haba yang dihasilkan
oleh program ini digunakan untuk pengiraan tenaga loji, sistem, kipas dan
pemampat. Pengiraan kadar penyingkiran haba berasaskan kepada suatu suhu udara
ruang rujukan yang ditetapkan. Kelemahan daripada program ini adalah banyak
masukan data yang berkaitan dengan penganggaran tenaga tenaga dalam bangunan
sehingga menghasilkan program yang panjang. Walaubagaimanapun, struktur
program ini memiliki peluang untuk dilakukan ubahsuai bagi keperluan penilaian
keadaan terma bangunan dengan pengalihudaraan semulajadi.
Simulasi tenaga
dalam bangunan
Faktor Pemberat
& Imbangan
Haba
Sukar,
Deterministik
Kos tinggi
Sukar
diubahsuai
Penyelidikan
Kaedah
pengiraan
Masukan dan
jenis
Kos
Ubahsuai
Penggunaan
Energy Plus
Matlamat utama
program
Aspek yang
dinilai
Penyelidikan
Mudah
diubahsuai
Kos sederhana
Mudah,
Deterministik
BRE Admittance
Method
Simulasi
bangunan pasif
ARCHIPAK
Penyelidikan
Sukar
diubahsuai
Kos tinggi
Mudah,
Deterministik
Rangkap
pindah:
Simulasi terma
bangunan dan
pasif
CODYRUN
Penyelidikan
Sukar
diubahsuai
Mudah
diubahsuai
Penyelidikan
Kos tinggi
Sukar,
Deterministik
Simulasi
dinamik
Simulasi
tenaga
terma suria
TRNSYS
Kos tinggi
Mudah,
Deterministik
Model
ruang-benda
Rekabentuk
& simulasi
tenaga bgn.
Building
Thermal Perf
(BTP)
Jadual 5.1 Perbandingan Program Simulasi Bangunan
Penyelidikan
Mudah
diubahsuai
-
Mudah,
Deterministik
Analogi
Elektrikal
Simulasi
bangunan
pasif
QUICK
Penyelidikan
Mudah
diubahsuai
-
Sukar,
Deterministik
Faktor
Pemberat,
Simulasi
tenaga dalam
bangunan
SHEAP
90
91
Daripada program-program simulasi bangunan yang telah diterangkan di atas,
maka dapat disimpulkan bahawa semua program merupakan simulasi terperinci
(detailed simulation). Hal ini dapat dilihat daripada digunakannya kaedah beza
hingga (finite difference), faktor pemberat (weighting factor), rangkap pindah
(transfer function), harmonik (harmonic) dan imbangan haba (heat balance) dalam
program-programnya. Walaubagaimanapun, perisian-perisian ini kebanyakannya
masih merupakan alat yang digunakan di makmal-makmal dan masih jarang
digunakan untuk praktik rekabentuk bangunan. Hal ini disebabkan tahap kesulitan
dalam pelaksanaan dan kos yang tinggi.
Program-program simulasi bangunan yang sudah diterangkan di atas
merupakan jenis program simulasi yang deterministik. Ini bermakna bahawa
program-program ini mensimulasikan prestasi bangunan dan sistem HVAC sesuai
dengan data masukan tertentu, seperti data bangunan dan HVAC, gandaan-gandaan
haba dalaman dan data iklim. Oleh itu, sebenarnya simulasi jenis ini adalah seragam
dan tradisional dalam rekabentuk dan analisis bangunan. Masih jarang program yang
memberi peluang adanya perubahan serta merta yang berlaku dalam bangunan,
contohnya analisis resiko pemanasan lebih (overheating risk analysis) dan pengiraan
beban puncak. Pendekatan program simulasi bangunan ini dipanggil dengan
stokastik (Hong, 2000).
Program-program Energy Plus, TRNSYS dan BTP digunakan untuk
pengiraan tenaga dan sistem dalam bangunan, manakala program ARCHIPAK,
QUICK dan CODYRUN menjalankan simulasi tenaga untuk bangunan yang
menggunakan pengalihudaraan semulajadi. Walaubagaimanapun, ketiga program
terakhir ini masih dalam taraf pengujian dan pengesahan sehingga belum sampai
pada tahap komersial. Walaupun program-program simulasi bangunan telah
dikembangkan, penggunaannya dalam rekabentuk bangunan masih jarang. Hal ini
disebabkan masih banyaknya kesukaran yang dialami apabila menjalankan programprogram sedemikian.
Pada umumnya program-program sedemikian melakukan pengiraan beban
pendinginan dan pemanasan dilakukan serentak. Manakala untuk iklim tropika
92
lembap, khususnya Malaysia, yang diperlukan hanya beban pendinginan sahaja.
Program yang mengambil kira beban pendinginan sahaja hanya program SHEAP.
Perbezaan kaedah pengiraan SHEAP dengan BLAST adalah SHEAP menggunakan
kaaedah Faktor Pemberat manakala BLAST menggunakan kaedah Imbangan Haba
yang lebih tepat. Walaupun program SHEAP masih merupakan alat yang belum
ramah pengguna, iaitu masih menggunakan FORTRAN sebagai bahasa utamanya,
namun ia memiliki struktur program yang cukup mudah, sehingga mudah untuk
dipelajari. Oleh itu, program yang terpilih untuk pengiraan tenaga dalam bangunan
dan cukup mudah untuk dilakukan ubahsuai adalah program simulasi SHEAP.
Memandangkan program SHEAP telah sediada di Universiti Teknologi
Malaysia, terdapat beberapa keuntungan dengan memilih program ini. Pertama,
dapat secara terus mengetahui dan memahami proses kerja daripada program
berkenaan daripada pemrogram sendiri. Penterjemahan daripada rumus-rumus yang
berkaitan dengan gandaan haba, beban pendinginan dan pengiraan suhu ruang dapat
diketahui dengan pasti. Kemudahan-kemudahan dalam memasukkan data dan
melakukan perbincangan-perbincangan berkaitan dengan masalah pengaturancangan.
Keuntungan lain yang juga didapati adalah program ini ada di UTM yang merupakan
salah satu projek penyelidikan yang terus boleh dikembangkan menjadi penyelidikan
tesis ini dan tidak diperlukan pembelian program. Berdasar pertimbanganpertimbangan di atas, maka tesis ini akan menggunakan program SHEAP sebagai
asas untuk pembangunan program baru yang lebih sesuai untuk penyelidikan ini.
Kedua, oleh kerana SHEAP merupakan program untuk penyelidikan di UTM maka
ia tidak perlu dibeli.
5.5
Penjelasan Terperinci Program SHEAP
Bahagian berikut akan menerangkan konsep-konsep yang menjadi asas
pembangunan Program Simulasi SHEAP yang meliputi dasar teori SHEAP, struktur
program, data iklim dan pengesahan Program SHEAP-2.
93
5.5.1
Teori Dasar SHEAP
Program simulasi komputer SHEAP dibangunkan di Universiti Teknologi
Malaysia pada tahun 1992 (Mohd. Yusoff, 2000). Pada prinsipnya SHEAP
melakukan empat jenis tugas iaitu analisis beban, analisis sistem, analisis loji dan
analisis ekonomi yang akan diterangkan berikut ini (Rajah 5.1).
A.
Analisis Beban
Analisis beban mengira kadar aliran haba, iaitu gandaan haba, beban
pendinginan dan kadar penyingkiran haba (ASHRAE, 1993). Pengiraan kerap dibuat
untuk setiap zon dalam bangunan. Sebuah zon atau ruang merupakan pembahagian
daripada sebuah bangunan di mana setiap ruang memiliki sifat-sifat yang hampir
sama terhadap sinaran matahari, jadual penghunian, pencahayaan dan penetapan
larasuhu (thermostat).
Berdasarkan cara masuk ke dalam bangunan, gandaan haba dikelompokkan
menjadi gandaan haba deria dan haba pendam. Gandaan haba ke dalam bangunan
terdiri daripada sinaran suria yang melalui permukaan-permukaan lutsinar;
pengaliran haba yang melalui dinding luar dan bumbung; pengaliran haba yang
melalui pemisah dalaman, siling dan lantai; haba yang dijanakan oleh penghuni,
lampu dan peralatan; pemindahan tenaga oleh pengalihudaraan dan penembusan
daripada udara luar. Gandaan haba berjenis deria berlaku apabila haba mempunyai
kesan yang terus kepada ruang yang dinyamankan. Gandaan haba pendam pula
berlaku apabila terdapat tambahan wap kepada ruang.
94
Data Iklim
Suhu Bebuli Kering
Suhu Bebuli Basah
Faktor Awan
Laju Angin
Tekanan Udara
Sinaran Suria
Data Bangunan
Lokasi
Data Rekabentuk
Data Binaan
Zon Terma
Zon Dalaman
Sifat Penggunaan
Penembusan
ANALISIS
BEBAN
Beban Pendinginan
dan Pemanasan Zon
Setiap Jam
Data Sistem
Jenis Sistem dan Saiz
Bekalan dan Kembali Kipas
Kawalan dan Jadual
Keadaan Udara Luar
Data Loji
Jenis Peralatan dan Saiz
Sifat Prestasi
Peralatan Tambahan
(auxiliary)
Tugasan Beban
Jenis Bahan Api
ANALISIS
SISTEM
Beban Peralatan
Setiap Jam oleh
Sistem
ANALISIS
LOJI
Keperluan Bahan
Api dan Pemakaian
Data Ekonomi
Faktor-faktor Ekonomi
Masa Projek
Kos Awal
Kos Penyenggaraan
ANALISIS
EKONOMI
Kos Kitar Hidup
Rajah 5.1 Cartalir dipermudah untuk proses analisis tenaga dalam bangunan
( Ayres dan Stamper, 1995).
95
Beban pendinginan ruang merupakan kadar dimana haba deria harus
disingkirkan daripada ruang untuk mengekalkan suhu udara tetap. Jumlah semua
gandaan haba pada waktu tertentu tidak perlu sama dengan beban pendinginan pada
waktu yang sama. Hal ini sesuai dengan fakta bahawa setiap gandaan haba sinaran
tidak segera ditukar kepada beban pendinginan. Tenaga sinaran harus diserap dahulu
oleh permukaan litupan ruang (seperti dinding, lantai, dan siling) dan objek di dalam
ruang seperti perabot. Apabila permukaan-permukaan dan objek ini lebih panas
berbanding dengan udara ruang, haba berolak dalam udara ruang. Kesan setoran
terma ini harus diambil berat untuk mendapatkan anggaran beban pendinginan yang
lebih realistik.
Kadar penyingkiran haba merupakan kadar dimana haba deria disingkirkan
dari ruang yang dinyamankan. Sistem kawalan dengan operasi peralatan pendinginan
yang sebentar-sebentar (intermittent) menyebabkan sebuah ‘ayunan’ (swing) suhu
daripada nilai tetap untuk mengira beban pendinginan. Adalah penting bahawa
sistem kawalan disimulasikan dengan baik untuk mendapatkan kadar penyingkiran
haba yang realistik apabila ayunan suhu berlaku.
B.
Analisis Sistem
Dalam analisis sistem, tenaga yang mengalir pada pengendali udara dikira.
Kerapkali, model sistem yang menggunakan beban deria ruang dikira dalam model
beban untuk menentukan kadar pemanasan dan atau pendinginan pada gegelung
(ASHRAE, 1993). Selanjutnya, keperluan udara luar, jadual kawalan peralatan
HVAC, kuasa kipas bekalan dan kembali, dan sifat-sifat peralatan untuk menjaga
suhu udara dan kelembapan diambil kira dalam pengiraan (Ayres dan Stamper,
1995).
Pada prinsipnya, simulasi sistem melibatkan keseimbangan jisim dan tenaga
untuk setiap komponen HVAC dalam pusingan pengagihan. Komponen tipikal
terdiri daripada peti pencampur, gegelung pendinginan, gegelung pemanasan dan
kipas. Dalam keadaan sebenar, kuantiti fizikal yang digunakan melibatkan kadar
96
aliran jisim, entalpi dan kelembapan mutlak (ASHRAE, 1993). Suhu, kadaralir
isipadu dan sebarang wap udara dilihat sebagai kuantiti bantuan yang dapat dikira
dengan menggunakan Carta Psikrometrik. Biasanya, dengan menghilangkan
perubahan ketumpatan dan kesan wap dalam entalpi, persamaan penjimatan dapat
ditulis dalam kuantiti yang lebih dikenalpasti, iaitu aliran isipadu. Pendekatan ini
diambil daripada analisis-analisis di mana kesilapan kecil yang diambil kira boleh
diterima (ASHRAE, 1993).
Simulasi sistem biasanya menjalankan asas seolah-olah-keadaan-mantap,
sebab jawapan dinamik kebanyakan sistem lebih cepat berbanding tahap waktu satu
jam yang digunakan dalam pengiraan beban terma (Ayres dan Stamper, 1995).
Keadaan seolah-olah-mantap merujuk kepada operasi keadaan mantap pada jam
tertentu, namun boleh berbeza pada jam berikutnya. Sebagai akibatnya, persamaan
aliran-mantap digunakan untuk setiap komponen daripada sistem.
Dalam sistem simulasi, penentuan beban gegelung pendinginan pada keadaan
separuh-beban sangat penting. Komponen beban beban deria mudah dikira apabila
bekalan suhu udara dikawal pada mata tetap dengan mendikitkan (throttling)
kadaralir jisim air dingin yang memasuki gegelung pada suatu suhu tetap.
Bagaimanapun, komponen beban deria sukar untuk dikira sebab keluaran nisbah
kelembapan udara mengeluarkan pelampung gegelung sepanjang gegelung yang
dikawal di luar suhu (Ganesh et.al, 1989). Keluaran nisbah kelembapan udara
bergantung kepada jenis gegelung yang digunakan dan juga keadaan udara masukan
gegelung: suhu bebuli kering, kadaralir jisim dan nisbah kelembapan.
C.
Analisis Loji
Dalam analisis loji, peralatan disimulasikan untuk menentukan tenaga yang
digunakan bagi memenuhi keperluan beban pemanasan, pendinginan dan/ atau
elektrikal (ASHRAE, 1993). Dalam simulasi, peralatan yang jimat dan sifat-sifat
separuh-beban diambil kira. Para pengeluar kerap hanya menyediakan prestasi
peralatan pada keadaan rekabentuk operasi. Dalam beberapa kes, pengeluar tidak
mengetahui prestasi di luar-rekabentuk (off-design) (ASHRAE, 1993). Sebagai
97
akibatnya, algoritme simulasi peralatan kerap melibatkan fungsi pembetulan umum
untuk mengubahsuai data rekabentuk keadaan di luar-rekabentuk.
Peralatan loji biasanya terdiri daripada dandang elektrik dan bahan minyak;
pendingin, menara pendingin; dan pam. Algoritme untuk setiap komponen sudah
tersedia dalam literatur (Knebel, 1983; ASHRAE, 1993).
D.
Analisis Ekonomi
Objekfit utama analisis tenaga dalam bangunan adalah ekonomi, iaitu untuk
menentukan mana-mana kos yang paling murah (ASHRAE, 1993). Beberapa teknik
analisis ekonomi tersedia untuk membangunkan ukuran-ukuran penjimatan
kecekapan-kos (ASHRAE, 1993). Teknik-teknik ini memerlukan kos bangunan dan
peralatan, kos penjagaan, kadar kemudahan, kadar bunga, dan kadar inflasi sebagai
data masukan. Keluaran akhir menyediakan investasi modal dan nilai kos operasi
sekarang untuk setiap tahun sepanjang masa hidup projek.
Petunjuk ekonomi kerap digunakan apabila menjalankan analisis ekonomi
yang meliputi perioda pemulangan mudah, perioda pemulangan berkurang, kadar
kembali dan nilai semasa daripada kos kitar hidup (ASHRAE, 1995).
5.5.2
Struktur Program SHEAP
Perubahan program daripada SHEAP kepada SHEAP-2 merupakan usaha
untuk meningkatkan prestasi program simulasi ini. Perubahan ini memisahkan
program simulasi SHEAP menjadi 3 bahagian program yang terpisah iaitu WFAC,
SHEAP-2, dan PLASIM (Rajah 5.2) yang akan diterangkan berikut ini.
98
SHEAP-2
Fail data utama
MULA
Data bangunan,
jadual dan data
sistem
Zon berikut
Fail
Kira gandaan haba dan beban
pendinginan daripada lampu,
manusia dan peralatan
Faktor Pemberat
WFAC
Baca data iklim
Kira faktor
pemberat untuk
setiap zon terma.
Kira gandaan haba dan
beban pendinginan
daripada pengaliran haba
dan penghantaran suria
melalui dinding/ tingkap
zon berikut
Gelung lelaran
Fail data utama
Kira gandaan haba pengaliran
antarazon dan beban pendinginan
Data bangunan,
jadual dan data
sistem
Kira kadar penyingkiran haba
dan suhu udara bebuli kering zon
zon berikut
Fail
Beban gegelung
pendingin bangunan tenaga
kipas
SIMULASI SISTEM
hari berikut
PLASIM
Simulasi daripada loji
pendinginan biasa
Simulasi daripada penyimpanan
tenaga terma
TAMAT
LAPORAN
Rajah 5.2 Pembahagian program SHEAP kepada program WFAC,
SHEAP-2 dan PLASIM (Mohd. Yusoff, 2000)
99
A.
Program WFAC
Program simulasi WFAC berfungsi mengira faktor pemberat daripada
rekabentuk bangunan. Fail masukan memerlukan data bangunan; jadual perlampuan
(lighting), penghunian dan peralatan (seperti mesin pejabat) dan penembusan selama
24 jam; data sistem pengagihan udara dan data loji. Fail data utama berupa data
bangunan, jadual dan data sistem. Faktor Pemberat dikira untuk setiap zon terma dan
hasilnya disimpan di fail Faktor Pemberat.
B.
Program SHEAP-2
Program SHEAP-2 adalah merupakan program pengiraan tenaga yang
berasaskan kepada analisis pengiraan beban setiap jam yang dimudahkan (Simplified
Hourly Energy Analysis Package). Pengiraan beban deria diasaskan kepada kaedah
faktor pemberat ASHRAE (1993). Perbezaannya dengan program SHEAP adalah
Faktor Pemberat yang dikira secara tepat, manakala program sebelumnya
menggunakan data daripada ASHRAE dengan tiga kategori Faktor Pemberat
berdasarkan berat bangunan, iaitu ringan, sederhana dan berat.
Fail masukan memerlukan data bangunan; jadual perlampuan (lighting)
selama 24 jam, penghunian dan peralatan (seperti mesin pejabat) dan penembusan;
data sistem pengagihan udara dan data loji. Gandaan haba berkala setiap jam dan
beban pendinginan daripada lampu, manusia dan peralatan dikira untuk masingmasing zon terma. Beban-beban pendinginan daripada sumber-sumber ini hanya
perlu dikira sekali sebab dianggap tidak berubah pada hari terpilih yang lain.
Gandaan haba suria setiap jam melalui tingkap cermin dan beban
pendinginannya dikira untuk masing-masing zon terma, dengan menggunakan data
iklim yang dibaca dari data sediada. Gandaan haba suria dikira dengan menggunakan
kaedah ASHRAE (1993), dimana gandaan haba dikira untuk cermin rujukan piawai
dan diubahsuai untuk jenis cermin yang berbeza dengan menggunakan konsep
pekali-peneduh (shading coefficient, SC). Kesan peneduhan daripada unjuran tingkap
juga diambil kira untuk setiap jam. Hasil beban pendinginan ini dikira dengan faktor
100
pemberat yang telah dikira sebelumnya.
Gandaan haba secara pengaliran melalui litupan bangunan dikira dengan
menggunakan kaedah matriks penghantaran (transmission matrix method)
(Buffington, 1975) dengan menggunakan bekalan pekali rangkap pindah-z yang
sudah dikira sebelumnya. Untuk permukaan luaran yang terdedah ke udara luar,
konsep Suhu-Udara Suria (sol-air) (ASHRAE, 1993) digunakan untuk untuk mengira
penyerapan tenaga sinaran suria gelombang-pendek, dan pertukaran tenaga sinaran
gelombang-panjang dengan langit dan objek sekitar. Faktor Pemberat yang dikira
sebelumnya digunakan untuk menukar gandaan haba kepada beban pendinginan.
Gandaan haba penembusan udara dikira dengan menggunakan jadual 24 jam
dan kadar aliran udara maksimum untuk masing-masing zon. Untuk penembusan,
beban pendinginan adalah sama dengan gandaan haba.
Profil jumlah beban pendinginan untuk masing-masing zon akhirnya
diperolehi melalui penjumlahan caruman daripada masing-masing sumber gandaan
haba. Kadar penyingkiran haba zon yang berkala dan suhu bebuli kering udara zon
dikira dengan profil jumlah beban pendinginan. Pengiraan ini mengikut prosedur
yang diterangkan oleh ASHRAE (1993). Setelah semua pengiraan dilakukan untuk
semua hari terpilih, laporan akhir menghasilkan tenaga harian, musiman dan tahunan
serta ringkasan penggunaan tenaga.
Gelung lelaran dalam Rajah 5.2 diperlukan sebab suhu udara tetap untuk
gandaan haba dan pengiraan beban pendinginan dalam SHEAP adalah purata
daripada suhu bebuli kering udara zon sebenar selama 24 jam. Selanjutnya, model
pemindahan haba antara zon digabungkan dalam SHEAP juga memerlukan
pengiraan secara gelung lelaran (iterative).
Simulasi sistem udara kedua dijalankan untuk menentukan beban deria
gegelung setiap jam dan beban pendam. Tiga jenis sistem pengagihan udara
pendingin terpusat dapat disimulasikan meliputi sistem constant air volume (CAV),
variable air volume (VAV) dan dual-duct/multi-zone (DDMZ). Dalam pengiraan
beban pendam, SHEAP menganggap bahawa nisbah kelembapan udara keluaran
101
gegelung ialah tetap pada kelembapan 90%. Untuk sistem VAV, pemakaian tenaga
kipas dikira untuk keadaan ditetapkan bagi kawalan tekanan udara statik kipas yang
yang diterangkan oleh ASHRAE (1993).
C.
Program PLASIM
Program PLASIM bertujuan untuk mengira simulasi loji pendinginan dan
penyimpanan terma. Loji pusat disimulasikan untuk menentukan tenaga pemampat
beban-sebahagian, pendingin dan tenaga pam menara pendingin, dan tenaga kipas
menara pendingin. Tenaga pemampat beban-sebahagian dikira dengan menggunakan
algoritme pendingin dengan pendingin air secara terperinci seperti yang diterangkan
oleh Knebel (1983). Selama simulasi, menara pendingin yang dianggap mendekati
suhu bebuli basah udara luaran bahawa adalah tetap. Selain itu, penyaman udara
dengan air pendingin dapat juga disimulasikan. Selepas pengiraan dilakukan untuk
semua hari seragam, laporan akhir yang meliputi harian seragam, beban musiman
dan tahunan dan ringkasan pemakaian tenaga dan beberapa rajah akan dihasilkan.
5.5.3
Data Iklim
Semua prosedur pengiraan tenaga memerlukan penggunaan data iklim dalam
menganggarkan pemakaian tenaga dalam bangunan. Dalam pengiraan setiap jam
secara terperinci dengan menggunakan pendekatan Imbangan Haba atau Faktor
Pemberat, data iklim setiap jam untuk suatu jangkamasa diperlukan. Bagaimanapun,
dalam prosedur pengiraan yang dimudahkan, penganggaran tenaga kerap dibuat
untuk sebilangan hari-hari terpilih dalam setahun, berbanding setiap hari dalam
setahun. Pendekatan ini sangat menjimatkan masa dan kos, meskipun kesilapan
boleh berlaku (Mohd. Yusoff, 1992).
Program SHEAP-2 yang menjalankan penganggaran tenaga dengan
menggunakan Faktor Pemberat memerlukan penggunaan data iklim setiap jam.
Program ini menggunakan data iklim SHEAP (Mohd Yusoff, 1992) dimana data
102
cuaca Singapura telah digunakan sebab data iklim untuk Johor Bahru yang lengkap
belum ada. Data iklim Singapura dianggap boleh digunakan untuk Johor Bahru
disebabkan lokasinya yang dekat dengan Johor Bahru. Data iklim ini merupakan data
yang dimampatkan di mana data iklim tahunan dikelompokkan ke dalam enam
kelompok musim dwi-bulanan (Moller et al., 1985). Masing-masing musim
mengandungi purata empat sampai enam hari terpilih.
5.5.4
Pengesahan Program SHEAP-2
Bahagian berikut akan menerangkan mengenai pengesahan yang dilakukan
terhadap program komputer SHEAP-2. Pengesahan yang dilakukan merangkumi dua
kaedah iaitu pengesahan dengan ujikaji model berskala dan pengesahan dengan
program simulasi BUNYIP.
A.
Pengesahan dengan Model Berskala
Program simulasi SHEAP-2 dikembangkan dengan menggunakan kaedah
Faktor Pemberat yang dikira. Untuk menguji hasilnya ini beliau melakukan
pengesahan dengan kaedah Imbangan Haba. Hasil pengesahan antara pengiraan
dengan menggunakan Faktor Pemberat dengan kaedah Imbangan Haba menunjukkan
hasil yang munasabah (Mohd. Yusoff, 2000).
Selanjutnya, hasil pengiraan tenaga yang diperolehi daripada menggunakan
kaedah Faktor Pemberat ini juga dibandingkan dengan data sebenar, iaitu kadar
penyingkiran haba dan suhu udara bebuli kering daripada sebuah rumah ujian.
Rumah ujian seperti yang diterangkan Kusuda (1981) berlokasi di Houston, USA
(lintang 29.1 N, bujur 95.4 sebelah barat daripada Greenwich). Untuk tujuan
perbandingan, data tetap untuk masa tiga hari pada 3, 4 dan 5 September untuk
rumah ujian nombor tiga digunakan. Suhu lantai dianggap Kusuda (1981) berada
pada nilai tetap iaitu pada suhu 26.7 0C. Rumah ujian ini dipilih kerana kualiti hasil
penyelidikan yang tinggi dan juga digunakan oleh Boufadel dan Thomas (1988)
103
untuk mengesahkan program simulasinya. Jadual 5.2 menunjukkan parameter purata
iklim dan data sebenar. Disebabkan ketiadaan sifat larasuhu, perbandingan dilakukan
untuk tiga kes:
1.
Ramalan suhu udara dalaman menggunakan suhu loteng sebenar sebagai
keadaan sempadan pada permukaan luar daripada siling. Kadar penyingkiran haba
deria sebenar digunakan ketika menyelesaikan rangkap pindah dengan tepat.
2.
Ramalan kadar penyingkiran haba deria dalaman menggunakan suhu udara
dalaman sebenar ketika menyelesaikan rangkap pindah yang berkenaan. Suhu udara
loteng yang terukur digunakan sebagai keadaan sempadan pada bahagian luar
permukaan siling.
3.
Ramalan suhu udara loteng menggunakan suhu udara dalaman terukur untuk
mengira suhu ‘udara suria’ pada sisi dalaman daripada permukaan siling dan
digunakan sebagai keadaan sempadan.
Rajah 5.3 menunjukkan perbandingan antara anggaran suhu udara dalaman
berkala dan suhu udara sebenar. Suhu menonjol naik pada pukul tujuh pagi pada saat
penyaman udara ditutup untuk penyenggaraan. Rajah di atas telah membuktikan
suatu kesesuaian antara hasil pengiraan dengan nilai sebenar. Kemudian, SHEAP-2
menganggarkan kadar penyingkiran haba dan dibandingkan dengan data sebenar
seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 5.4. Dapat dilihat bahawa anggaran SHEAP-2
juga hampir dengan data sebenar. Akhirnya, untuk yang ketiga, SHEAP-2 mengira
suhu udara loteng yang dibandingkan dengan suhu udara sebenar seperti yang
ditunjukkan dalam Rajah 5.5. Perbandingan-perbandingan ini menunjukkan bahawa
pengembangan pengiraan beban terbaru daripada SHEAP-2 dengan menggunakan
kaedah faktor pemberat, munasabah tepat, dimana ralat punca min kuasa dua adalah
0.44 C, 0.29 kW dan 1.05 C masing-masing untuk Rajah 5.3, 5.4 dan 5.5 (Mohd.
Yusoff, 2000).
104
Jadual 5.2 Parameter Iklim dan and Data Rumah Model Houston
(Kusuda, 1981)
Pukul
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
Suhu Udara
Luaran.
(oC)
Sinaran
Suria
(W/m2)
Suhu Udara
Dalaman .
(oC)
Suhu Udara
Loteng
(oC)
25.0
24.4
23.9
23.9
23.3
25.0
27.2
29.4
31.7
32.8
33.3
33.3
33.9
34.4
35.0
34.4
33.3
31.1
28.9
27.8
27.2
26.1
26.1
25.0
Purata =
29.0
0
0
0
0
0
0
126
369
593
726
827
852
801
694
599
410
189
32
0
0
0
0
0
0
25
25
25
24.4
24.4
24.4
25
24.4
25
25
25.6
25.6
26.1
26.1
26.7
26.7
26.1
25.6
25
25
24.4
25
24.4
24.4
Purata =
25.2
23.9
23.9
23.3
22.8
22.2
24.4
28.3
32.2
36.7
38.3
41.1
41.1
42.8
42.8
41.1
38.9
36.1
33.3
29.4
28.3
27.8
26.1
25.6
24.4
Purata =
31.4
Kadar
Penyingkiran
Haba
(kW)
1.69
1.52
1.56
1.62
1.62
1.36
0.0
2.34
2.76
2.40
2.55
2.99
3.15
3.22
3.49
4.21
4.51
4.09
3.87
2.96
2.55
2.29
2.05
2.00
Jumlah =
60.81
Suhu udara dalaman (0C)
105
28
27
26
25
24
23
22
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Masa (selepas tengah malam)
Sebenar
SHEAP-2
Kadar Pembebasan Haba (kW)
Rajah 5.3 Suhu udara dalaman yang dikira dan sebenar (Mohd Yusoff, 2000)
5
4
3
2
1
0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Masa (selepas tengah malam)
Sebenar
SHEAP-2
0
Suhu udara loteng ( C)
Rajah 5.4 Kadar penyingkiran haba yang dikira dan sebenar (Mohd Yusoff,
2000)
46
42
38
34
30
26
22
18
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Masa (selepas tengah malam)
Sebenar
SHEAP-2
Rajah 5.5 Suhu udara loteng yang dikira dan sebenar (Mohd. Yusoff, 2000).
106
B.
Pengesahan Antara-Program
Selain pengesahan dengan ujian model, program SHEAP-2 juga disahkan
dengan cara pengesahan antara-program. Ini disebabkan kerana ia mudah dan sesuai
untuk masa yang terhad. Teknik ini telah digunakan oleh Brotherton et. al (1987),
Balasubramanya et. al (1992), Zaheer-uddin et.al (1989) dan Mathews et.al (1994).
Program-program yang disahkan adalah Program SHEAP-2, WFAC dan PLASIM
(Mohd. Yusoff, 2000). Perbandingan yang dijalankan adalah ramalan beban
gegelung musiman dan tahunan dan kajian parameter. Perbandingan-perbandingan
yang dilakukan dengan program SHEAP hanya berkenaan dengan tenaga dalam
bangunan. Tidak ada perbandingan yang berkaitan dengan suhu udara ruang hunian
ataupun loteng. Perbincangan mengenai perbandingan ini dihuraikan secara panjang
lebar dalam tesis Mohd. Yusoff (2000). Oleh itu hasil perbandingannya tidak akan
dibincangkan di sini. Daripada hasil perbandingannya, didapati bahawa program
SHEAP-2 lebih baik berbanding dengan SHEAP dan terdapat persetujuan antara
SHEAP-2 dengan BUNYIP.
5.5.5
Kelemahan Program SHEAP-2
Program SHEAP-2 mempunyai tujuan utama untuk mengira dan
menganalisis tenaga dalam bangunan. Dengan demikian, seluruh data yang berkaitan
dengan sistem, loji dan ekonomi perlu dilengkapi terlebih dahulu pada bahagian data.
Kalau tidak, maka akan terdapat beberapa pertanyaan yang dimunculkan oleh
penyusun (compiler) dan program tidak akan memberikan hasil. Oleh itu, program
ini tidak boleh digunakan secara terus untuk menilai keadaan terma dalaman
bangunan yang menggunakan pengalihudaraan semulajadi.
Program simulasi yang akan dikembangkan kemudian perlu masukan data
yang cukup mudah diisi oleh arkitek sehingga tidak memakan masa dan cepat
membuat alternatif rekabentuk yang lain. Program SHEAP-2 menjadi panjang karena
banyaknya parameter dan pembolehubah yang perlu diambilkira. Hal ini akan
107
memerlukan memori yang lebih banyak di dalam komputer dan akan mengakibatkan
lamanya proses operasi program. Oleh itu, untuk memudahkan para arkitek dalam
memasukkan data dan dapat memperolehi hasil dengan segera maka perlu dilakukan
pengubahsuaian terhadap program SHEAP-2. Apalagi dalam rekabentuk senibina,
pada peringkat konseptual data-data terperinci bangunan belum tersedia.
Program baru yang akan dikembangkan bertujuan sebagai alat bantu arkitek
di dalam merekabentuk bangunan yang menggunakan pengalihudaraan semulajadi.
Oleh itu, diperlukan beberapa pengubahsuaian model dan algoritme daripada
program SHEAP-2 sehingga boleh mencapai matlamat program ini.
Program ini belum ramah pengguna kerana ia masih menggunakan bahasa
FORTRAN. Walaupun program baru yang akan dikembangkan kemudian akan
menggunakan bahasa program yang sama, namun program ini akan dibangunkan
dengan berorientasi kepada kemudahan pengguna dalam operasinya, iaitu mudah
untuk dipelajari dan dijalankan.
5.6
Ringkasan
Kaedah penyelidikan dengan menggunakan simulasi komputer telah dipilih
dalam tesis ini. Selain kelemahan-kelemahan yang ada dalam simulasi ini, seperti
pemilihan model yang digunakan, terdapat kelebihan-kelebihan yang dapat
dimanfaatkan dalam tesis ini. Kaedah pengiraan dinamik yang canggih digunakan
untuk mengenalpasti keadaan terma dalaman dan kesan setoran terma dalam
bangunan. Walaubagaimanapun, program simulasi yang akan dibangunkan ini tetap
bersifat mudah digunakan oleh para arkitek dalam rekabentuk.
Program-program simulasi bangunan sediada, iaitu Energy Plus, ESP,
CODYRUN, BTP, TRNSYS, QUICK, dan SHEAP-2 telah diterangkan dan
dibandingkan. Daripada program sebegini, maka program simulasi SHEAP-2 telah
terpilih sebagai program utama penyelidikan ini. Seperti juga dengan program yang
lain, program SHEAP-2 memiliki kelebihan dan kekurangan. Menurut perbandingan
108
yang dilakukan, program ini memiliki potensi untuk diubahsuai dan dikembangkan
menjadi program baru yang sesuai untuk menilai bangunan dengan pengalihudaraan
semulajadi.
Pengesahan program simulasi SHEAP-2 telah dijalankan oleh perancang
program ini melalui kajian perbandingan dengan sebuah rumah ujikaji dan dengan
program BUNYIP secara komprehensif.
BAB VI
PEMBANGUNAN PROGRAM SIMULASI TROPIC
6.1
Pendahuluan
Bab Lima telah membincangkan proses pemilihan program simulasi yang
sesuai dan dapat diubahsuai bagi menilai keadaan terma dalaman bangunan dengan
pengalihudaraan semulajadi. Bab ini akan membincangkan seluruh proses
pembangunan program simulasi TROPIC. Bahagian pertama akan membincangkan
prinsip asas program simulasi bangunan TROPIC, termasuk matlamat, pendekatan
dan konsep program simulasi. Butiran pembangunan program simulasi TROPIC iaitu struktur program, penyusunan cartalir dan penulisan sumber kod - serta
pengesahan program dengan data lapangan juga dibincangkan.
6.2
Prinsip Asas Program Simulasi Bangunan TROPIC
Bahagian berikut ini akan menerangkan mengenai prinsip asas program
simulasi bangunan TROPIC yang merangkumi matlamat, pendekatan dan konsep
program simulasi.
110
6.2.1
Matlamat Program Simulasi
Program simulasi bangunan TROPIC bertujuan membantu arkitek untuk
menilai keadaan terma bangunan dengan pengalihudaraan semulajadi pada peringkat
konseptual. Pada peringkat ini data-data bangunan belum lengkap sehingga
diperlukan program simulasi yang tidak memerlukan banyak data masukan. Program
SHEAP-2 pula bertujuan untuk menganalisis dan meramalkan tenaga dalam
bangunan yang mengambil kira loji, sistem penyaman udara dan ekonomi. Oleh itu
diperlukan data-data yang lengkap sehingga proses pengiraan dapat berjalan dengan
lancar. Untuk mencapai tujuan program TROPIC ini, maka program utama SHEAP-2
harus diubahsuai dan dibangunkan semula sehingga dapat melaksanakan fungsinya
dengan baik. Program utama adalah bahagian program simulasi yang mempunyai
peranan penting di dalam menerima kemasukan data, mengolah data (Chapra, 1998),
menganalisis faktor pemberat, menganalisis data iklim, membuat laporan utama,
membuat laporan keperluan tenaga pendinginan loji dan pengaturan gelung lelaran
untuk hari-hari seragam (Mohd Yusoff, 2000).
Oleh kerana program ini akan digunakan oleh para arkitek program ini harus
mudah dipelajari sehingga dalam jangka masa satu jam arkitek boleh menggunakan
program ini. Untuk mencapai tujuan ini, maka program SHEAP-2 perlu dipermudah
struktur programnya, khususnya kemasukan data. Jumlah dan jenis data masukan
dikurangkan sesuai dengan data yang ada ketika arkitek sedang merekabentuk. Masa
yang diperlukan untuk mengisi masukan data yang agak lama (dalam lingkungan satu
jam) hanya berlaku pada awal pelaksanaan program. Hal ini disebabkan masukan data
masih kosong. Masukan data pada tahap berikutnya dapat diisi dengan lebih cepat
kerana sebahagian data sudah terisi. Sehingga program ini menjadi alat yang betulbetul dapat membantu pekerjaan arkitek.
Pada tahap konseptual diperlukan banyak alternatif rekabentuk. Perubahanperubahan bentuk dan susunan ruang, tingkap, ketinggian siling dan lantai kerap
dilakukan arkitek dalam proses merekabentuk. Oleh itu proses pengiraan yang
dilakukan oleh program ini haruslah dapat diselesaikan dalam masa lingkungan minit.
Pengaturancangan program SHEAP-2 yang bertujuan untuk meramalkan beban
pendinginan dan sistem tentunya memerlukan program yang panjang, sehingga masa
111
untuk menyelesaikan pengiraan juga lambat. Untuk itu progam TROPIC telah
mengubahsuai program berkenaan menjadi program yang memiliki jumlah fail kecil
sehingga program ini dapat berjalan dengan cepat.
6.2.2
Pendekatan Program Simulasi
Tugas utama program TROPIC adalah menganalisis beban dalam bangunan
dengan dengan objektif utama mengira suhu bebuli kering ruang, suhu permukaan
purata dan kelembapan relatif pada bangunan dengan pengalihudaraan semulajadi
(Rajah 6.1). Untuk itu perlu dilakukan ubahsuai terhadap pembolehubahpembolehubah dan parameter-parameter dalam SHEAP-2 yang tidak berkenaan.
Tugas-tugas baru ini terdiri daripada tiga bahagian iaitu, membaca dan mengira
Faktor Pemberat, membaca dan mengolah data iklim, mengira gandaan haba dan
beban pendinginan.
Program simulasi TROPIC menggunakan rumusan baru yang lebih tepat dan
kaedah pengiraan baru yang terkini untuk bangunan dengan pengalihudaraan
semulajadi. Rumusan-rumusan untuk meramalkan keadaan terma yang disebabkan
oleh gandaan haba memakai rumusan daripada ASHRAE (1993). Rumusan-rumusan
ini telah digunakan oleh program simulasi terdahulu dan terbukti tepat di dalam
meramalkan keadaan terma dalam bangunan (Mohd Yusoff, 2000; Kusuda, 2001).
Penganggaran haba dalam TROPIC dilakukan dalam keadaan dinamik di
mana suhu bebuli kering luaran yang berubah terhadap masa, k, akan berpengaruh
kepada perubahan suhu bebuli kering dalaman. Menurut ASHRAE (1989),
perpindahan haba yang melalui satu permukaan objek adalah merupakan pendaraban
antara keluasan bidang ini, nilai keberhantaran objek tersebut dan perbezaan suhu
bebuli kering luaran dan dalaman. Oleh itu rumusannya adalah seperti di bawah ini,
Qk
f
f
j 0
j 0
¦ Y j To,k j ¦ Z j Ti,k j
(6.1)
112
DATA IKLIM
Suhu Bebuli Kering.
Sinaran Serakan
Sinaran Suria
Kelembapan
DATA BANGUNAN
Lokasi
Data Rekabentuk
Data Binaan
Zon Dalaman
Penggunaan
Penembusan
ANALISIS
BEBAN
Beban pendinginan
setiap jam
SUHU RUANG,
PERMUKAAN,
KELEMBAPAN
RELATIF
Rajah. 6.1 Struktur Program TROPIC
113
di mana Qk adalah haba yang melalui sebuah permukaan, Yj dan Zj adalah faktor
balasan terma objek, To,k-j adalah suhu bebuli kering luaran pada masa k-j dan Ti,k-j
adalah suhu bebuli kering dalaman pada masa k-j.
Untuk melakukan pengiraan terhadap suhu bebuli kering ruang hunian
diperlukan pengiraan gandaan haba daripada seluruh sumber haba. Pengiraan gandaan
haba ini meliputi gandaan haba daripada dinding, cermin tingkap, dinding pemisah
dalaman, siling, penembusan, lampu, peralatan dan manusia (Rajah 6.2). Gandaangandaan haba ini berupa haba deria atau haba pendam. Pengiraan ini dijalankan
selama 24 jam sehingga mencapai keadaan mantap berkala. Selepas itu dikira beban
pendinginan daripada setiap sumber gandaan haba.
bumbung
q
q
Loteng
q
siling
q
q
lampu
q
Ruang hunian
tingkap
peralatan
dinding
Loteng
q
Rajah 6.2 Gandaan haba pada model
Disebabkan siling yang merupakan bahagian daripada loteng mempunyai
ruangan udara sendiri, maka suhu bebuli kering loteng perlu diselesaikan terlebih
dahulu. Seperti juga dengan pengiraan suhu bebuli kering ruang hunian, penentuan
suhu bebuli kering loteng memerlukan pengiraan yang melibatkan semua sumber
gandaan haba pada loteng. Gandaan haba pada loteng berasal daripada permukaan
curam bumbung dan dinding pemisah dengan unit rumah sebelah. Sumber gandaan
haba pada bumbung yang utama adalah sinaran suria. Manakala dinding pemisah
menerima gandaan haba dari loteng unit rumah yang bersebelahan. Ruang hunian
pula menghasilkan gandaan haba kepada loteng melalui siling. Kesemua gandaan
haba ini akan menentukan suhu udara ruang loteng. Oleh itu maka suhu udara loteng
merupakan pembolehubah bersandar.
114
Gandaan haba ruang hunian pula berasal daripada dinding, sinaran suria
melalui tingkap, pengalihudaraan, manusia, peralatan dan lampu. Gandaan-gandaan
haba ini akan mempengaruhi suhu udara ruang hunian. Selain itu, gandaan haba
daripada loteng pula mempengaruhi suhu udara ruang hunian. Oleh itu untuk
menentukan suhu udara ruang hunian gandaan haba daripada kedua-dua ruang ini
perlu diambil kira. Untuk itu, menurut kaedah Faktor Pemberat, perlu ditentukan dulu
suhu rujukan, tr,c, untuk ruang hunian sebagai asas pengiraan. Selanjutnya, baru
dilakukan pengiraan suhu udara ruang sebenar. Walaubagaimanapun, suhu rujukan
ini tidak akan mempengaruhi suhu udara ruang sebenar.
Dalam penyelidikan ini pula, kaedah pengiraan dengan faktor simpanan terma
dalam objek diambil kira, sehingga apabila dinding luaran menerima haba luaran,
maka diperlukan masa perpindahan haba dari pada permukaan dinding luaran ke
permukaan dalaman. Bagaimanapun, perpindahan haba tidak mantap (transient) ini
tidak berlaku untuk objek nipis, di mana haba tidak disimpan di dalam objek tersebut.
6.2.3
Konsep Pembangunan Program Simulasi
Konsep utama dalam pembangunan program simulasi TROPIC adalah
ubahsuai dan pembangunan kepada pola pengaturancangan sediada, iaitu program
SHEAP-2. Program simulasi SHEAP diubahsuai dan dibangun semula dengan
memasukkan kaedah-kaedah baru dalam pengiraannya. Bahkan data masukan serta
keluarannya juga diubahsuai. Perbezaan-perbezaan penting antara program simulasi
SHEAP-2 dan TROPIC dapat dilihat dalam jadual 6.1.
Pengubahsuaian terhadap suatu program bukan merupakan hal yang mudah
kerana membabitkan pelbagai aspek dalam pengaturancangan (Chapra, 1998). Prinsip
aturancangan dengan bahasa FORTRAN, prinsip keselesaan dalam bangunan, teori
asas pemindahan haba, rumus-rumus yang digunakan dalam program dan
pengetahuan mengenai aturancangan program simulasi adalah aspek-aspek yang
sangat diperlukan dalam memahami sesuatu program. Perbincangan dengan penulis
program asal juga dilakukan untuk memperoleh kefahaman.
115
Jadual 6.1 Perbandingan antara Program Simulasi SHEAP dan TROPIC
No
1
2
3
4
5
Aspek
Penggunaan
Jenis masukan
Pengaturancangan
Keluaran
Model
SHEAP
TROPIC
Tidak relevan kepada
Relevan kepada
rekabentuk litupan
rekabentuk litupan
bangunan
bangunan
Banyak
Sedikit
(154)
(50)
Panjang
Pendek
(3168 baris)
(1428 baris)
Tenaga (Joule)
Suhu udara (0C)
(+ jenis loji + sistem +
(+ suhu permukaan (0C)+
biaya operasi)
kelembaban relatif (%))
Bangunan
Bangunan sahaja
( + loji + sistem +
ekonomi)
6
Sumber kod
Pengiraan tenaga
Ketepatan pengaliran
pendinginan, jenis loji,
haba, bumbung, suhu
sistem, dan biaya operasi. permukaan purata dan
kelembapan.
7
8
Suhu udara ruang
Kadar Penyingkiran
Haba
tr = trc
tr  trc
(suhu udara ruang = suhu
(suhu udara ruang  suhu
udara ruang rujukan)
udara ruang rujukan)
ER  0
ER = 0
116
Proses pengubahsuaian bertumpu kepada pengubahsuaian dan pengurangan
terhadap sumber kod yang berkaitan dengan analisis sistem, peralatan dan loji serta
penambahan sumber kod. Untuk maksud ini, juga dilakukan ubahsuai terhadap sub
program. Sub-program adalah program yang berfungsi untuk membantu dan melayan
permintaan program utama dalam menjalankan tugasnya supaya rekabentuk program
utama menjadi ringkas (Chapra, 1998). Sub-program dapat dilihat sebagai satu
program lengkap tetapi kecil untuk menyelesaikan suatu pengiraan tertentu, seperti
gandaan haba, beban pendinginan, pengiraan hari, membaca fail utama dan
penyelesaian matriks. Pengiraan itu kadang-kadang perlu dilakukan secara berulang.
Untuk memudahkan pengubahsuaian dan penjimatan masa, program TROPIC
ini tetap dikembangkan dalam bahasa yang sama dengan bahasa program
sebelumnya, iaitu FORTRAN. Dengan bahasa ini, program SHEAP-2 boleh
dikenalpasti struktur, pembolehubah dan parameter, makna daripada simbol-simbol,
proses operasi dan kaitan antara program dengan sub-program, sehingga proses
ubahsuai boleh dilakukan. Kelebihan yang dimiliki FORTRAN adalah ketepatannya
di dalam melakukan proses pengiraan-pengiraan matematik. Program simulasi untuk
menganggarkan tenaga dalam bangunan yang terkenal di dunia seperti DOE-2 dan
BLAST telah menggunakannya. FORTRAN ditulis dalam piawai ANSI, sehingga
dengan mudah ia akan dapat dibaca oleh program lain, seperti Microsoft Word
ataupun Microsoft Excel. Oleh itu, data keluaran program TROPIC yang berupa rajah
pun dapat dihasilkan dengan adanya kemudahan ini.
Untuk mendapatkan keselesaan dalam ruang, seluruh haba yang terhasilkan
dalam ruang perlu disingkirkan dan ditukar dengan udara dingin. Dalam program
SHEAP-2, haba disingkirkan dengan udara dingin daripada loji pendingin. Kadar
Penyingkiran Haba diperlukan untuk menganalisis sistem dan peralatan yang akan
digunakan. Dalam TROPIC pula, udara dingin yang diperlukan untuk keselesaan
tidak didapati daripada sistem dan peralatan penyaman udara, tetapi bersumber
daripada litupan bangunan itu sendiri. Oleh itu maka Kadar Penyingkiran Haba tidak
diperlukan atau sama dengan sifar.
Dalam TROPIC dan SHEAP-2, pengiraan beban pendinginan (CL) ini
berdasar pada anggapan pada suhu yang malar pada suatu nilai tertentu, trc, misalnya
117
28 0C. Dalam TROPIC, kerana tiada Kadar Penyingkiran Haba maka suhu bebuli
kering ruang, tr , terus boleh dikira. Hal ini bermakna bahawa suhu tr tidak sama
dengan trc. Untuk bangunan yang menggunakan sistem penyaman udara, tr, sama
dengan trc, kerana suhu udara ruang dianggap bersifat tetap. Oleh itu, Kadar
Penyingkiran Haba sama dengan beban pendinginan yang diperlukan untuk mengira
loji dan sistem penyaman udara.
Pengubahsuaian dibahagikan kepada tiga iaitu pengubahsuaian terhadap blok
umum (common block), program utama (main program) dan sub program (sub
routine). Blok umum adalah kumpulan pembolehubah-pembolehubah dan parameterparameter yang diperlukan dalam menjalankan program, samada program utama
ataupun sub program. Maklumat dalam blok umum ini boleh diguna untuk keperluan
dalam program utama ataupun sub program. Pada bahagian program utama, ada dua
aspek yang diubahsuai. Pertama, pada kemasukan data yang berkenaan dengan
pemilihan sistem dan loji. Kedua, pada laporan utama yang berkenaan dengan hasilhasil analisis zon, sistem dan laporan keperluan tenaga pendinginan pada loji.
Penambahan kod penting untuk bumbung, kod suhu udara, kod suhu permukaan
purata dan kod kelembapan relatif juga dilakukan pada program utama.
Pengiraan suhu permukaan purata dan kelembapan relatif dilakukan selepas
mengira suhu bebuli kering ruang selesai. Andaian yang dipakai dalam mengira
perpindahan haba secara perolakan dalam suatu ruang adalah udara tidak menyimpan
haba. Ini kerana haba yang dilepaskan udara jauh lebih kecil berbanding dengan haba
yang dilepaskan oleh unsur gandaan haba yang lain, seperti haba pendam yang
dilepaskan oleh manusia. Dalam pengiraan suhu permukaan purata, seluruh aspek
yang mempengaruhinya diambil kira, iaitu sinaran yang melalui tingkap cermin,
dinding, penembusan, haba deria dan pendam daripada manusia, haba perolakan
daripada lampu dan peralatan.
118
6.3
Pembangunan Program Simulasi TROPIC
Pada bahagian ini akan diterangkan aspek-aspek yang diambil kira dalam
pembangunan program simulasi TROPIC yang meliputi pembangunan model,
pengubahsuaian cartalir, pengubahsuaian sumber kod, penambahan sumber kod dan
masalah pembangunan TROPIC.
6.3.1
Pembangunan Model
Dalam pembangunan model ini akan diterangkan secara terperinci model
matematik pengiraan suhu bebuli kering untuk loteng dan ruang hunian. Selain itu,
juga diterangkan kaitan diantara kedua ruang ini.
A.
Pengiraan Suhu Bebuli Kering Loteng
Pengiraan suhu bebuli kering loteng dipengaruhi oleh gandaan-gandaan haba
unsur-unsur litupan di sekelilingnya. Gandaan-gandaan haba daripada bumbung
menggunakan model-model matermatik seperti yang diterangkan di bawah ini.
1. Gandaan haba permukaan curam bumbung
Gandaan haba daripada dua permukaan curam bumbung ini memiliki nilai
yang berbeza kerana keamatan suria yang berbeza. Persamaan umum untuk gandaan
haba bumbung adalah seperti berikut (ASHRAE, 1985):
HGk
f
§ f
·
Ar ¨¨ ¦ Y jroof t sol ,k j ¦ Z j t r ,k j ¸¸
j 0
©j 0
¹
(6.2)
di mana, HGk adalah gandaan haba bumbung pada masa k, Ar adalah keluasan bidang
atap, Yj adalah faktor balasan terma untuk atap, tsol,k-j adalah suhu udara suria pada
masa k-j, Zj adalah faktor balasan terma dan tr,k-j adalah suhu bebuli kering loteng
pada masa k-j. Selanjutnya, disebabkan suhu bebuli kering dalam loteng ditetapkan,
maka Zj diubah kepada Uroof dan tr,k-j diubah menjadi tr,c (tetap). Uroof adalah pekali
pemindahan haba keseluruhan bumbung. Oleh itu, persamaannya menjadi
119
§ f roof
Ar ¨¨ ¦ Y j t sol ,k j t rc ,U roof
©j 0
HGk
·
¸
¸
¹
(6.3)
2. Gandaan haba dinding tebar layar
Dinding tebar layar yang bersebelahan dengan unit rumah sebelah mendapat
gandaan haba daripada loteng sebelah dan mempunyai suhu yang sama nilainya.
Persamaannya adalah,
HGk
§ f
·
Agable ¨¨ ¦ Y jgable t x ,k j t rcU gable ¸¸
©j 0
¹
(6.4)
di mana, HGk adalah gandaan haba tebar layar pada masa k, Ag adalah keluasan
dinding tebar layar, Yj adalah faktor balasan terma untuk tebar layar, tx,k-j adalah suhu
bebuli kering loteng unit rumah sebelah pada masa k-j, Ugable adalah pekali
pemindahan haba keseluruhan tebar layar dan tr,c adalah suhu bebuli kering tetap
loteng.
3. Gandaan haba siling
Gandaan haba siling dikira seperti berikut,
HGk
§ f
·
Ac ¨¨ ¦ Y jceiling t below,k j t r ,cU ceiling ¸¸
©j 0
¹
(6.5)
di mana, HGk adalah gandaan haba siling pada masa k, Ac adalah keluasan permukaan
siling, Yj adalah faktor balasan terma untuk siling, tbelow,k-j adalah suhu bebuli kering
ruang hunian pada masa k-j, Uceiling adalah pekali pemindahan haba keseluruhan
siling. Semua gandaan haba dikira untuk jangkamasa 24 jam
Untuk setiap gandaan haba di atas, beban pendinginan diperolehi dari rumus
berikut (ASHRAE, 1985),
CLk = v0HGk + v1HGk-1 – w1CLk-1
(6.6)
di mana CLk adalah beban pendinginan pada masa k. Manakala v0, v1, w1, adalah
120
faktor-faktor pemberat gandaan haba. HGk adalah gandaan haba pada masa k. HGk-1
adalah gandaan haba pada masa k-1. CLk-1 pula adalah beban pendinginan pada
masa k-1. Daripada rumus di atas jelas bahawa untuk memperolehi beban
pendinginan pada masa k, perlu diketahui gandaan haba pada masa k dan gandaan
haba pada masa k-1 yang didarabkan dengan faktor pemberatnya. Hasil pendaraban
ini kemudian dijumlahkan dan hasil jumlah ini kemudian dikurangkan oleh beban
pendinginan pada masa k-1 yang didarabkan dengan faktor pemberatnya.
Untuk mengira suhu bebuli kering ruang sebenar, tr,k, digunakan persamaan
berikut (ASHRAE, 1985):
ERk –TCLk = g0 (tr,c - tr,k ) + g1 (tr,c - tr,k-1 ) + g0 (tr,c - tr,k-2) - w (ERk-1 - TCLk-1) (6.7)
di mana ERk adalah Kadar Penyingkiran Haba pada masa k. Manakala g0, g1, w,
adalah faktor pemberat suhu udara. TCLk adalah beban pendinginan keseluruhan pada
masa k. ERk-1 adalah kadar penyingkiran haba pada masa k-1. CLk-1 pula adalah beban
pendinginan pada masa k-1. trc adalah suhu bebuli kering malar udara loteng, tr,k
adalah suhu bebuli kering loteng sebenar pada masa k, tr,k-1 adalah suhu bebuli kering
sebenar loteng pada masa k-1 dan tr,k-2 adalah suhu bebuli kering sebenar loteng pada
masa k-2.
Untuk bangunan dengan pengalihudaraan semulajadi, Kadar Penyingkiran
Haba adalah sifar kerana tiada sistem penyaman udara. Oleh itu, jika tiada
penembussan udara berlaku, suhu bebuli kering sebenar loteng dikira seperti berikut,.
tr,k = tr,c +
TCLk + g0 (tr,c) + g1 (tr,c-tr,k-1) + g2 (tr,c-tr,k-2) + w1 TCLk-1
g0
(6.8)
Jika ada penembusan udara luar ke dalam bumbung, maka persamaan untuk
mengira suhu bebuli kering loteng adalah seperti berikut,
1.23Vinf,k (trk – to,k ) - TCLk = g0 (tr,c - tr,k ) + g1 (tr,c - tr,k-1 ) +
g2 (tr,c - tr,k-2) + w TCLk-1 + TCLk-1
- w1 (1.23 Vinf,k-1 )( t r,k-1 - to,k-1 )
(6.9)
di mana Vinf,k adalah kadar penembusan udara luar pada masa k, to,k , adalah suhu
udara luar pada masa k. Akhirnya tr,k diperoleh daripada persamaan berikut,
121
Num
tr,k = 1.23 V + g
inf,k
0
(6.10)
di mana Num = TCLk + 1.23Vinf,kto,k + trc(g0 + g1 + g2) – g1tr,k-1 – g2tr,k-2 + w1TCLk-1 –
w(1.23Vinf,k-1)(tr,k-1-t0,k-1)
B.
Pengiraan Suhu Bebuli Kering Ruang Hunian
Pengiraan suhu bebuli kering ruang hunian juga dipengaruhi oleh gandaan-
gandaan haba unsur-unsur litupan di sekelilingnya. Gandaan-gandaan haba yang
mempengaruhi ruang hunian menggunakan model-model matermatik seperti yang
diterangkan di bawah ini.
1. Gandaan haba dinding
Gandaan haba daripada dinding (bersempadan dengan udara luaran)
diperolehi daripada persamaan seperti berikut (ASHRAE, 1985),
HGk
§ f
·
Awall ¨¨ ¦ Y jwall t sol ,k j Z j t r ,k j ¸¸
©j 0
¹
(6.11)
di mana HGk adalah gandaan haba daripada dinding, Awall adalah keluasan dinding, Yj
adalah faktor balasan terma untuk dinding, tsol,k-j adalah suhu udara suria pada masa kj, Zj adalah faktor balasan terma dan tr,k-j adalah suhu bebuli kering sebenar ruang
hunian pada masa k-j.
2. Gandaan haba dinding pemisah
Sementara gandaan haba daripada dinding pemisah menggunakan persamaan
berikut,
HGk
§ f
·
A parititon ¨¨ ¦ Y jpartition t r ,k j Z j t r ,k j ¸¸
©j 0
¹
(6.12)
di mana HGk adalah gandaan haba daripada dinding pemisah, Apartition adalah keluasan
dinding pemisah, Yk,k-j adalah faktor balasan terma untuk dinding pemisah dan tr,k-j
adalah suhu bebuli kering sebenar ruang hunian.
122
3. Gandaan haba loteng
Gandaan haba loteng menggunakan persamaan berikut,
HGk
§ f
·
Aceiling ¨¨ ¦ Y jceiling t above,k j t rc ,U ceiling ¸¸
©j 0
¹
(6.13)
di mana HGk adalah gandaan haba daripada siling, Asiling adalah keluasan siling, Yj
adalah faktor balasan terma untuk siling, tabove,k-j adalah suhu bebuli kering loteng
pada masa k-j, Uceiling adalah pekali pemindahan haba keseluruhan siling dan tr,k-j
adalah suhu bebuli kering sebenar ruang hunian pada masa k-j.
4. Gandaan haba tingkap cermin
Gandaan haba daripada tingkap cermin disebabkan perbezaan suhu bebuli
kering udara di luar dan di dalam ruang dikira menggunakan persamaan berikut,
HGk
§ f
·
Awindow ¨¨ ¦ Y jwindow t sol ,k j t rc ,U window ¸¸
©j 0
¹
(6.14)
di mana HGk adalah gandaan haba daripada tingkap, Awindow adalah keluasan tingkap,
Yj adalah faktor balasan terma untuk tingkap, tsol,k-j adalah suhu udara suria pada
masa k-j, Uwindow adalah pekali pemindahan haba keseluruhan tingkap dan tr,c adalah
suhu bebuli kering sebenar ruang hunian pada masa k-j.
5. Gandaan haba peralatan
Gandaan haba daripada peralatan memakai persamaan seperti berikut,
HGk = haba deria peralatan pada masa k
(6.15)
Gandaan haba daripada manusia memakai persamaan seperti berikut,
HGk = Bil manusia, k (faktor haba deria manusia)
(6.16)
Untuk setiap gandaan haba di atas, kemudian dikira beban pendinginan
dengan menggunakan persamaan seperti pada persamaan (6.6) dengan faktor
pemberat v0, v1, w1, untuk ruang hunian. Untuk mengira suhu ruang sebenar, tr,k,
maka dikira kadar penyingkiran haba yang serupa dengan persamaan (6.7) dengan
123
faktor pemberat g0, g1, w, untuk ruang hunian pula.
Beban pendinginan dikira secara berulang untuk tempoh 24 jam sehingga
keadaan mantap-berkala diperolehi. Untuk bangunan dengan pengalihudaraan
semulajadi, kadar penyingkiran haba adalah sifar kerana tiada sistem penyaman udara
digunakan di dalam ruang hunian. Oleh itu, jika tiada penembusan udara luar berlaku,
suhu bebuli kering sebenar dikira seperti pada persamaan (6.8).
Jika dalam ruang hunian ada penembusan udara, maka persamaan umum
untuk mengira suhu bebuli kering ruang hunian adalah sama seperti pada persamaan
(6.9) dan akhirnya diselesaikan melalui persamaan (6.10). Untuk pemindahan haba
berkala (steady periodic), profil suhu bebuli kering ruang diperolehi dengan
menggunakan persamaan di atas untuk beberapa pusingan hari tertentu. Satu profil
suhu awalan adalah diperlukan, dan hasil yang diperolehi tidak dipengaruhi suhu
awalan ini.
6.3.2
Pengubahsuaian Cartalir
Pengubahsuaian cartalir daripada program asal telah dilakukan dan
digambarkan seperti pada Rajah 6.3. Proses pengaturancangan TROPIC dimulakan
dengan analisis data bangunan yang meliputi data, rekabentuk, bahan binaan sehingga
kepada data pengalihudaraan. Data-data bangunan seperti keluasan lantai, dinding
luaran (wall) dan dinding pemisah (partition) berasal daripada pelan bangunan di
lapangan. Manakala sifat-sifat termofizikal seperti bahan dinding bata, plaster,
genting dan lain-lain berasal dari literatur, iaitu ASHRAE dan ARCHIPAK. Data
pengalihudaraan pula ditentukan dengan cara anggapan, khususnya untuk kadar
pengalihudaraan loteng. Hal ini dilakukan kerana belum ada data berkenaan dengan
kadar dalam ruang ini. Data yang ada adalah pengalihudaraan dalan ruang hunian
yang dilakukan oleh Malek (1994). Tujuan daripada analisis dan pengiraan ini adalah
untuk mendapatkan Faktor Pemberat ruang (WF). Selepas pengiraan dijalankan
hasilnya disimpan dalam tempat tertentu (ARRAY).
124
TROPIC
Fail data utama
MULA
Data bangunan
Zon berikut
Fail
Kira gandaan haba dan beban
pendinginan daripada lampu,
manusia dan peralatan
Faktor Pemberat
WFAC
Baca data iklim
Kira faktor
pemberat untuk
setiap zon terma.
Kira gandaan haba dan
beban pendinginan
daripada pengaliran haba
dan penghantaran suria
melalui dinding/ tingkap
Gelung lelaran
zon berikut
Kira gandaan haba pengaliran
antarazon dan beban pendinginan
Kira suhu bebuli udara kering
zon
zon berikut
Kira suhu purata permukaan zon
dan kelembapan relatif.
hari berikut
LAPORAN
TAMAT
Rajah 6.3 Cartalir aturancangan yang dimudahkan program TROPIC
125
Selepas data Faktor Pemberat ruang didapatkan, proses dilanjutkan dengan
pengiraan gandaan haba dan beban pendinginan daripada lampu, manusia dan
peralatan yang ada dalam bangunan. Pengiraan ini dilakukan sekali kerana tidak
dipengaruhi oleh data iklim. Pengiraan beban pendinginan ini dilakukan untuk semua
ruang (zon) dalam bangunan selama 24 jam. Hasil pengiraan beban pendinginan ini
disimpan dalam ARRAY, dengan simbol CL1 (nZ,24) (nZ = jumlah zon dalam
bangunan; 24 = dua puluh empat jam).
Program kemudian membaca data iklim di mana bangunan ini berada. Data
iklim ini meliputi suhu udara bebuli kering, sinaran suria terus, sinaran suria serakan
dan kelembapan. Dalam masa yang sama, program melakukan pengiraan gandaan
haba dan beban pendinginan daripada pengaliran haba. Pengiraan pula dilakukan
untuk penghantaran suria melalui dinding dan tingkap cermin. Kedua-dua pengiraan
gandaan haba ini melibatkan data iklim kerana bahagian dinding dan tingkap
dipengaruhi oleh keadaan iklim sekitarnya. Pengiraan-pengiraan gandaan haba ini
juga dilakukan untuk semua zon dalam bangunan. Hasil pengiraan beban pendinginan
ini disimpan dalam ARRAY, dengan simbol CL2 (nZ,24).
Selanjutnya, dilakukan pengiraan gandaan haba pengaliran antarazon dan
beban pendinginan. Hasil pengiraan beban pendinginan ini disimpan dalam ARRAY,
dengan tanda CL3 (nZ,24). Hasil-hasil pengiraan beban pendinginan CL1, CL2 dan
CL3 kemudian dijumlahkan. Dengan didapatnya hasil jumlah beban pendinginan ini
dan Kadar Penyingkiran Haba sama dengan sifar, maka suhu udara bebuli kering zon
dikira. Pengiraan ini dijalankan untuk semua zon yang ada dalam bangunan model.
Disebabkan ada pengiraan gandaan haba antara zon, maka perlu dilakukan gelung
lelaran untuk mencapai keadaan mantap dalam hasil (suhu udara) yang diperolehinya.
Setelah diperolehi suhu udara bebuli kering zon, maka akan dikira suhu
permukaan purata ruang dan kelembapan relatif. Pengiraan ini dilakukan untuk setiap
zon. Selanjutnya, seluruh proses pengiraan suhu purata permukaan dan kelembapan
relatif ini akan diulang untuk hari-hari seragam (typical days) berikutnya. Akhir
daripada program ini adalah laporan berkenaan dengan suhu udara bebuli kering,
kelembapan relatif, suhu permukaan purata, suhu udara luar dan kelembapan mutlak
126
akan dihasilkan.
6.3.3
Pengubahsuaian Sumber Kod
Terdapat tiga pengubahsuaian yang dilakukan terhadap program SHEAP-2,
iaitu pengubahsuaian terhadap blok umum (common block), program utama (main
program) dan sub program (sub routine). Perubahan pada blok umum berlaku pada
bahagian yang mengandungi pembolehubah dan parameter yang berkenaan dengan
sistem penyaman udara, sistem loji dan ekonomi. Sebagai akibatnya, blok umum
yang berkaitan dengan sistem penyaman udara diketepikan. Contoh beberapa blok
umum yang diketepikan.
COMMON /TYP/TDLI,TDEQ,TDFE(12),TDCO(12),TDER(12)
COMMON /CONTRL/VAVM,XOAM,SPL,RHCOE,TOCC(30),
THRAN(30),CFMZA(30)
COMMON /Q/QCTT(24),DTSAF(15),DTRAF(15)
Pengubahsuaian kemasukan data dan laporan utama. Pada kemasukan data,
data yang berkenaan dengan jadual untuk penetapan suhu untuk larasuhu (thermostat)
untuk zon (TOCC), THRAN (pendikit larasuhu), dan CFMZD (perancangan kadar
alir udara) diketepikan. Contoh ubahsuai pada laporan utama adalah dikeluarkannya
perintah keluaran laporan 1), untuk hasil zon, sistem dan loji; 2), hasil sistem dan
loji dan 3), ringkasan. Kalau sumber kod yang berkenaan dengan kemasukan data ini
tidak diubah, maka penyusun (compiler) akan menyatakan ada kesilapan dan proses
program selanjutnya tidak akan berjalan. Oleh itu, sangat penting untuk
mengubahsuai sumber kod ini.
Pengubahsuaian dalam sub-program meliputi perubahan dalam jumlah subprogram, iaitu daripada 27 sub-program dalam program SHEAP-2 menjadi 16 subprogram dalam TROPIC, kerana tidak sesuai dengan program yang baru. Contoh subprogram yang diketepikan adalah
Sub Routine PLOT(T,TX,TY,TB,X,Y,N) (tenaga elektrik musiman dan beban)
127
Sub Routine SETGRA (NSEAT) (jadual untuk pemakaian tenaga pendinginan.
Sub Routine SIMSYS (pengalihudaraan dan kelembapan sistem penyaman udara)
Kod-kod yang berkaitan dengan sistem penyaman udara ini juga diketepikan.
Pengagihan udara yang baru diselaraskan untuk bangunan dengan pengalihudaraan
semulajadi. Contoh lain adalah ubahsuai sumber kod pada sub-program yang
berkaitan dengan kemasukan data iaitu sub-program REEDAT , pada card 14 dan
card 15. Pada sub-program ini terdapat peniadaan pengiraan simulasi terperinci
mengenai gegelung (coil) dan penetapan Kelembapan udara Relatif sebesar 90% pada
keluaran gegelung.
Sub-program yang diubahsuai, seperti sub-program HEATEX yang
mempunyai fungsi utama sebagai sistem pengagihan udara dalam ruang. Dalam
bangunan yang menggunakan sistem penyaman udara terdapat 3 jenis sistem , iaitu
sistem constant air volume (CAV), variable air volume (VAV) dan dual-duct/ multizone (DDMZ).
Pengubahsuaian pada sub-program cukup mudah kerana masing-masing subprogram sudah memiliki tajuk yang khusus. Walaubagaimanapun, ada juga subprogram, seperti sub-program HEATEX seperti di atas tadi yang erat kaitannya
dengan tujuan program baru. Penghapusan beberapa sub program dapat dilakukan
dengan dua cara, iaitu dengan membuang program tersebut secara terus atau dengan
memberi perintah Command atau disingkat dengan huruf ‘C’ yang diletakkan di
sebelah kiri programnya. Dengan demikian sub program ini tidak akan dibaca oleh
komputer.
6.3.4
Penambahan Sumber Kod
Dalam program ini terdapat penambahan sumber kod untuk ketepatan
pengaliran melalui dinding, bumbung, kod suhu udara, penambahan kod untuk
pengiraan suhu permukaan purata dan kelembapan relatif.
128
A.
Ketepatan Pengiraan Pengaliran melalui Dinding
Berikut ini adalah contoh penambahan sumber kod untuk ketepatan pengiraan
pengaliran melalui dinding.
ISLD (NSEC) = 1
THEDIFIF=COND(j)/DENS(J)/SPEC(J)
RESIST=THIC(J)/COND(J)
P=SQRT(W*THIC(J)**2/THEDIF*.5)
CSINH=.5*(CEXP(UNIT*P)-CEXP(-UNIT*P))
AA(J) =.5*(CEXP(UNIT*P)-CEXP(-UNIT*P))
BB(J)=RESIST/(UNIT*P)CSINH
DD(J)=(UNIT*P)/RESIST*CSINH
B.
Jenis-jenis Bumbung
Jenis-jenis bumbung yang dimodelkan dalam program TROPIC adalah seperti
dalam jadual berikut (Jadual 6.1):
Jadual 6.2 Jenis-jenis bumbung dalam Program TROPIC
No.
1.
Jenis bumbung
Tak ada bumbung
2.
Bumbung rata
3.
4.
5.
6.
Bumbung padat
satu permukaan
curam
Bumbung padat
dua permukaan
curam
Bumbung dua
lapis, satu permukaan curam
Bumbung dua
lapis, dua permukaan curam
Bentuk bumbung
129
C.
Kod Suhu Udara Ruang Berhampiran
Kod suhu bebuli kering zon dengan bilik atau ruang di sebelahnya, di atasnya
atau di bawahnya dalam Program TROPIC adalah seperti dalam jadual berikut
(Jadual 6.2):
Jadual 6.3 Kod suhu udara zon dalam Program TROPIC
No.
1.
2.
3.
4.
5.
D.
Kod suhu
910
920
930
940
990
Bentuk pelan
Suhu zon =suhu bilik
sebelahnya.
Suhu permukaan
dinding A = dind. B.
Zon berada di
permukaan tanah
Suhu zon sama
dengan suhu luaran
berpeneduh
sebelah
Zon
bumi
Peneduh
To
Luaran
Zon
Zon berada di bawah
bumbung
Suhu merupakan
purata antara suhu
udara bilik dan
luaran
B bilik
A
Zon
bumbung
Zon
Peneduh
Bilik
Zon
To
Luaran
Pengiraan Suhu Permukaan Purata
Pengiraan ini dilakukan selepas mengira suhu bebuli kering. Gandaan haba
yang disebabkan oleh sinaran matahari kepada tingkap cermin dan dinding akan
berpengaruh terhadap suhu permukaan. Manakala haba perolakan daripada dinding,
lampu, manusia, dan peralatan akan berpengaruh terhadap suhu bebuli kering udara.
Dengan demikian, jumlah pemindahan haba secara perolakan kepada udara sama
dengan kadar peningkatan tenaga udara (ASHRAE, 1985). Persamaannya dapat
ditulis sebagai berikut.
130
Ȉ pemindahan haba (perolakan) kepada udara = ma C p,a dT
dt
Ȉ pemindahan haba (perolakan) kepada udara § 0
di mana adalah ma jisim udara kering; Cp,a adalah haba tentu udara kering =1.005
kJ/Kg.K dan dT/dt adalah kadar perubahan suhu dengan masa.
Persamaan umum ini kemudian dikembangkan sebagai berikut:
A Tot h c,ave (t s, k – t r, k) + CL convection = 0
ATot hc,ave(t k s – t k r) + CL kc, L + CL k c, p + CL kc, E + 1.23V kinf, (T ko + T
k
r, k)=
0
Dengan demikian maka suhu permukaan purata diperolehi seperti berikut:
t s, k=
[ATot hc,ave t k r) - CL kc, L - CL k c, p - CL kc, E + 1.23V kinf, (T ko + T
A Tot h c,ave
k
r, k)]
(6.17)
di mana t s, k adalah suhu permukaan purata pada masa k, (0C); A Tot adalah keluasan
keseluruhan permukaan (m2); h c,ave adalah pekali udara kering; t k r adalah suhu
bebuli kering ruang pada masa k, ( 0C); CL kc, L adalah beban pendinginan daripada
lampu pada masa k (W/j); CL k c, p adalah beban pendinginan daripada manusia pada
masa k (W/j); CL kc, E adalah beban pendinginan daripada peralatan pada masa k,
(W/j); 1.23V kinf, adalah penembusan pada masa k (W/j); t ko adalah suhu bebuli kering
udara luar pada masa k ,( 0C); t
E.
k
r,
adalah suhu bebuli kering ruang pada masa k,( 0C).
Pengiraan Kelembapan Relatif
Pengiraan kelembapan relatif dipengaruhi oleh tiga faktor utama, iaitu haba
deria yang dilepaskan oleh manusia yang menghuni ruang, kelembapan udara luar
dan pengalihudaraan dari udara luar. Persamaan keseimbangan kelembapan
kelembapan diterangkan dalam persamaan seperti berikut ini (ASHRAE, 1985).
q L , p 3010Vinf ( wo wr )
mair
dwr
h g ,v
dt
131
Kemudian menurut persamaan hampiran Euler,
§ w k wrk 1 ·
¸¸
mair hg ,v ¨¨ r
't
¹
©
q Lk ,p1 3010Vinf wok 1 wrk 1
di mana m air adalah jisim udara kering di dalam ruang (kg) dan h g,v adalah entalpi
tentu wap air § 2 560 000 J/kg wap. Rumusan untuk m air didapat daripada,
m air = ȡair.V
(6.18)
di mana ȡair = ketumpatan udara kering § 1.23 kg/m3 dan V adalah isipadu ruang
(m3). Maka kelembapan mutlak adalah,
wrk
wrk 1 't
q Lk ,p1 3010Vinf wok 1 wrk 1
mair hg ,v
>
@
(6.19)
di mana w kr adalah kelembapan mutlak ruang pada masa k; w k-1r adalah kelembapan
mutlak ruang pada masa k-1; w k-1o adalah kelembapan mutlak ruang pada masa k-1;
q k-1L,p adalah beban pendam manusia masa k-1 (W) dan ǻt adalah 3600 saat.
Kelembapan Relatif dikira dengan rumus seperti berikut:
RH
wr
x100
wsat
(6.20)
di mana wr adalah kelembapan mutlak ruang dan wsat adalah kelembapan tepu
(saturated).
6.3.5
Masalah Pembangunan TROPIC
Masalah-masalah yang dihadapi dalam pembangunan program TROPIC
adalah penambahan sumber kod dan kedudukannya dalam barisan aturancangan,
batas pengiraan (misalnya, malar, hari) untuk suatu rumusan pengiraan, pemeriksaan
setiap baris sumber kod, masalah ketepatan penulisan dan kesilapan. Kesemua
masalah ini perlu dipecahkan secara hati-hati kerana mungkin saja misalnya,
133
Sebelum mencapai kepada keadaan hasil akhir, TROPIC beberapa kali
mengalami ubahsuai kerana hasil yang didapat belum stabil. menunjukkan
perbandingan empat hasil ujian yang dikeluarkan oleh TROPIC dengan data masukan
yang sama. Ujian 1, 2, dan 3 belum dapat mengeluarkan hasil yang stabil jumlah
meskipun dengan gelung lelaran yang sama. Akhirnya ujian ke- 4 mendapati hasil
suhu udara menunjukkan nilai yang tetap (steady) dengan gelung lelaran yang sama.
Penyelesaian yang dilakukan meliputi penyempurnaan syntax dan parameter
persamaan perpindahan haba.
6.4
Ujikaji Sensitiviti Program TROPIC
Untuk ujikaji program, diperlukan data masukan yang akan diproses oleh
penyusun (compiler) sehingga menghasilkan keluaran yang diperlukan (Borse, 1985).
Data masukan ini meliputi data bangunan, penghuni, peralatan, lokasi geografi dan
iklim, yang akan diterangkan berikut ini.
6.4.1
Data Model Bangunan
Data lapangan dapat digunakan sebagai masukan program simulasi (Salsbury,
T., 2000). Dalam tesis ini, bangunan yang dijadikan model ialah rumah kos rendah
yang berlokasi di kawasan perumahan Taman Universiti, Skudai Pos Kod 81300.
Rumah ini merupakan rumah teres satu tingkat yang memiliki dua bilik tidur, ruang
tetamu, dapur dan bilik air. Lokasi bilik air berhadapan dengan dapur (Rajah 6.5).
Untuk memudahkan pengiraan, bilik air dianggap tidak wujud. Dengan demikian
maka suhu udara ruang yang akan dikira adalah tiga, iaitu bilik tidur depan, bilik tidur
belakang dan ruang tetamu (termasuk dapur).
134
Rajah 6.5 Pelan lantai rumah sebenar
Rajah 6.6 Pelan lantai rumah model
135
Rajah 6.7 Pengagihan zon dalam loteng
Rajah 6.8 Pengagihan zon dalam ruang hunian
Rajah 6.9
136
137
Jadual 6.4 Data pembolehubah bumbung yang digunakan.
Pembolehubah bumbung
Bahan atap
Genting konkrit
Genting tanah
Zink
Asbestos
Keluli
Conductivity
Density
Spec.Heat
Thic.(mm)
0.380
0.571
112.000
0.692
24.000
1200
1121.28
7200
1858.08
7900
1000
837.36
390
837.36
510
20
15
2
5
2
0.138
0.692
0.360
0.160
530
1858.09
700
950
1300
837.36
1050
840
4
4
4
4
0.040
0.035
0.025
150
25
30
1800
880
1400
10
20
10
Bahan siling
Papan lapis
Asbestos
Simen gentian
Papan plater
Penebatan
Papan gabus
Gentian kaca
Papan damar
Warna atap
Terang
Sederhana gelap
Gelap
Pengalihudaraan loteng
Keberserapan
Į = 0.1
Į = 0.5
Į = 0.9
0 ACH, 10 ACH, 15 ACH, 20 ACH, 25 ACH
Sudut bumbung
20, 30, 40, 50, 60 darjah
Orientasi bumbung
45 dan 135 darjah
Jadual 6.5 Parameter bahan dinding dan tingkap
Parameter
Conductivity
Density
Spec.Heat
Thic.(mm)
0.840
0.500
1700
1300
800
1000
100
25
0.500
0.628
1300
2001
1000
1800
40
304.8
0.500
0.628
1300
2001
1000
1800
40
304.8
Tingkap cermin
SC=3.1
Ug=0.4
Ruang hunian
10 ACH
Bahan dinding
Bata
Plaster
Bahan lantai
Plaster simen
Tanah
Dinding pemisah
Plaster simen
Tanah
138
Jadual 6.6 Parameter keluasan dan isipadu ruang
Parameter keluasan
Keluasan
ruang
2
(m )
10.5
10.5
21.0
Ruang (zon)
Loteng (Zon 1)
Loteng (Zon 2)
Loteng (Zon 3)
Bilik tidur depan (Zon 4)
Bilik tidur belakang (Zon 5)
Ruang tetamu (Zon 6)
Keluasan
Tingkap
2
(m )
1.0
1.0
3.0
Keluasan
Pintu
2
(m )
2.0
2.0
4.0
Keluasan
Dinding
2
(m )
8.0
8.0
15.0
Keluasan
Pemisah
2
(m )
3.53
3.53
7.06
31.0
31.0
40.0
Isipadu
Ruang
3
(m )
(dikira
sesuai
sudut)
31.5
31.5
63.0
Jadual 6.7 Parameter haba deria dan pendam
Zon
SmPER
PEOSEN
PEOLAT
WATsm
EQPSEN
EQPLAT
Loteng (Zon 1)
Loteng (Zon 2)
Loteng (Zon 3)
Bilik tidur depan (Zon 4)
Bilik tidur belakang (Zon 5)
Ruang tetamu (Zon 6)
0
0
0
20
20
20
0
0
0
55
55
55
0
0
0
55
55
55
0
0
0
5
5
5
0
0
0
0
0
0.2
0
0
0
0
0
0
Bahagian depan rumah
Bahagian depan rumah
Orientasi bumbung sehala arah hadap
bangunan
Orientasi bumbung membentuk sudut
900 arah hadap bangunan
Rajah 6.10 Orientasi bumbung rumah-rumah pada taman perumahan di
Johor Bahru (Lokasi perumahan Taman Universiti dan Taman Mutiara Rini
Skudai Johor Bahru)
139
6.4.2
Data Parameter Bangunan
Program simulasi bangunan memerlukan data parameter untuk menjalankan
operasinya (Shaviv, E. et.al., 1996). Data bangunan yang diperlukan untuk
menjalankan program simulasi ini adalah bahan binaan, bilangan ruang (zon),
keluasan ruang, jenis dan keluasan dinding ruang, jenis bumbung, tingkap dan kadar
pengalihudaraan (Jadual 6.3; 6.4; 6.5 dan 6.6). Data fizikal bangunan, seperti
keluasan lantai, dinding, tingkap dan pintu diukur di lapangan. Disebabkan Malaysia
belum memiliki data khusus untuk sifat terma bahan bangunan, maka data seperti
haba spesifik, ketumpatan, keberaliran serta rintangan daripada buku rujukan
ARCHIPAK (1985) dan ASHRAE (1985) dianggap tepat.
Pengisian data mengenai penghuni meliputi bilangan penghuni, jadual
penghuni dan jenis aktiviti yang berlaku yang selama 24 jam. Penjelasan mengenai
aspek-aspek yang berkaitan dengan data-data ini adalah seperti berikut.
A.
Bilangan penghuni
Bilangan penghuni dalam rumah berpengaruh terhadap keluasan yang
diperlukan seluruh ahli keluarga, haba deria dan pendam yang dikeluarkan. Dalam
ujikaji program ini penghuni rumah diandaikan 4 orang.
B.
Jadual penghuni
Jadual penghuni diandaikan sesuai dengan bilangan penghuni pada suatu
masa. Contoh, kalau bilangan penghuni rumah adalah empat orang. Apabila pada jam
8.00 pagi penghuni yang ada hanya dua orang, maka dalam jadual penghuni diisi 0.5
(perpuluhan lima). Apabila di dalam rumah tidak ada penghuni sama sekali, maka
diisi 0 (sifar).
C.
Jenis aktiviti
Jenis aktiviti berpengaruh kepada haba deria dan pendam yang dikeluarkan
oleh penghuni rumah (lihat Jadual 4.4).
Penggunaan lampu dan peralatan yang digunakan dalam sebuah bangunan
140
perlu diketahui haba pendam ataupun derianya sebagai masukan program. Seperti
yang telah dikemukakan di atas, dapur yang mengeluarkan haba deria dan pendam,
akan dikira dalam simulasi. Hal ini dikaitkan dengan jadual penggunaan dapur atau
jadual memasak dalam sehari. Peralatan lain yang ada di dalam rumah juga dibuat
sebagai masukan dalam simulasi, seperti dapur gas, peti sejuk dan komputer. Untuk
jadual lampu, haba deria peralatan, haba pendam peralatan dan pengalihudaraan diisi
menurut andaian, contoh: (0) tidak digunakan; (1) digunakan sepenuhnya; (0.5)
digunakan separuhnya; dan (0.25) digunakan sukunya.
6.4.3
Data Iklim
Data iklim yang digunakan dalam simulasi TROPIC ada empat jenis, iaitu
iaitu suhu udara bebuli kering, kelembapan, sinaran serakan mendatar dan sinaran
terus. Untuk suhu udara bebuli kering dan kelembapan diperlukan data setiap jam
purata selama 24 jam. Manakala sinaran serakan mendatar serta sinaran terus hanya
tersedia untuk siang hari sahaja.
Untuk ujikaji dan analisis sensitiviti dalam tesis ini, program TROPIC
menggunakan data iklim yang sama dengan yang digunakan dalam program
SHEAP-2, iaitu data iklim Singapura. Hal ini disebabkan data sinaran yang ada di
Johor Bahru masih berupa data sinaran umum (global). Selain itu, Singapura
memiliki jarak yang cukup dekat dengan Johor Bahru. Singapura memiliki lokasi
lintang 10 211 Lintang Utara, manakala Johor Bahru memiliki garis lintang 10 301
Lintang Utara. Walaubagaimanapun, program simulasi TROPIC ini tidak terhad
penggunaannya untuk sesuatu tempat di Malaysia. Ia boleh digunakan di mana-mana
tempat di Malaysia. Rajah 6.11 menunjukkan lokasi geografi Johor Bahru dan
Singapura.
Rajah 6.11
141
142
Penulis membuat purata suhu udara setiap jam selama 24 jam di Johor Bahru
selama 10 tahun bermula daripada tahun 1988 sehingga 1997 (Rajah 6.12). Purata
suhu udara selama 24 jam ini kemudian dibandingkan dengan purata suhu udara
Singapura. Daripada kedua data iklim ini terlihat bahawa suhu maksimum udara luar
pada jam 13.00 petang menunjukkan nilai suhu yang sama, iaitu 30.3 0C. Sebelum
jam 13.00 petang dan selepasnya terdapat perbezaan suhu udara di antara kedua data
iklim ini sehingga kepada 0.5 0C yang berlaku pada jam 12.00 tengah malam. Secara
umum dapat disimpulkan bahawa suhu udara luaran Johor Bahru pada malam hari
lebih rendah berbanding dengan Singapura.
Penentuan data iklim yang akan digunakan dalam simulasi dilakukan dengan
membandingkan ke enam hari seragam data iklim Singapura. Pemilihan dilakukan
dengan cara memilih hari terpanas di antara enam hari seragam. Daripada Rajah 6.13
terlihat bahawa hari seragam ke- 3 ( typical days 3) memiliki suhu udara purata 24
jam yang lebih tinggi berbanding dengan suhu seragam yang lain dan memiliki
maksimum paling tinggi (30.3 0C). Oleh itu, nilai suhu udara pada hari seragam
ketiga dipilih sebagai data iklim bagi masukan simulasi.
6.5
Pengesahan Program TROPIC
Seperti yang telah dijelaskan pada Bab V bahagian 5.3, program TROPIC
akan disahkan melalui perbandingan antara program. Pengesahan diperlukan untuk
membangunkan kepercayaan daripada program berkenaan dan mengenalpasti
pembaikan program secara berterusan tetap dilakukan (Clarke, 1982). Perbandingan
dengan program yang sudah terkenal seperti DOE-2 tidak dapat dilakukan kerana kos
yang tinggi. Oleh itu, program TROPIC akan disahkan melalui perbandingan dengan
program simulasi ARCHIPAK. Program ARCHIPAK telah disahkan dengan program
CHEETAH, TEMPER, dan QUICK (Ahmad dan Szokolay, 1990) (Rajah 6.14).
Beberapa persamaan dan perbezaan daripada program ARCHIPAK dengan TROPIC
ditunjukkan dalam Jadual 6.8 berikut:
144
Rajah. 6.14 Pengesahan Program ARCHIPAK dengan TEMPER, CHEETAH
dan QUICK
Pengesahan antara program TROPIC dengan ARCHIPAK menggunakan data
seperti yang terdapat pada Jadual 6.9. Data-data model bangunan dan parameter
lainnya sama seperti yang telah diterangkan di atas (Jadual 6.3, Jadual 6.4, Jadual 6.5,
dan Jadual 6.6). Data iklim pula menggunakan hari seragam yang paling tinggi
suhunya, iaitu hari seragam ke-3. Rajah 6.14 menunjukkan perbandingan suhu udara
loteng antara TROPIC dan ARCHIPAK. Manakala Rajah 6.15 menunjukkan
perbandingan suhu udara ruang hunian antara TROPIC dan ARCHIPAK.
145
Jadual 6.8 Perbandingan Program ARHIPAK dengan TROPIC
Aspek yang dinilai
Matlamat utama
program
Kaedah pengiraan
Perpindahan haba
ARCHIPAK
TROPIC
Simulasi bangunan pasif
Simulasi bangunan pasif
Transfer Function
Dinding menyimpan haba
Penggunaan
BRE Admittance Method
Dinding tak menyimpan
haba
Mudah,
Deterministik
Rekabentuk
Perpustakaan data
Tersedia
Tidak tersedia
Ubahsuai
Mudah
Agak sukar
Data Iklim
Kelajuan angin
Tukaran udara (ACH)
Sinaran serakan dikira
Data sinaran serakan
Kos sederhana
Kos sederhana
Masukan dan jenis
Kos
Mudah,
Deterministik
Rekabentuk
.
Jadual 6.9 Data parameter model untuk pengesahan
Pembolehubah /
parameter
Conductivity
Density
Spec.Heat
Thic.(mm)
Atap genting konkrit
0.380
1200
1000
20
Siling asbestos
0.692
1858.09
837.36
4
10
Penebatan
0.040
150
1800
Dinding bata
0.840
1700
800
100
Plaster dinding
0.500
1300
1000
25
Lantai plaster simen
0.500
1300
1000
40
Permukaan bumi
0.628
2001
1800
304.8
Dinding pemisah
0.500
1300
1000
40
Tingkap cermin
SC=3.1
Ug=0.4
Warna atap
Į = 0.5
Sudut bumbung
30 darjah
Orientasi bumbung
45 darjah
Pengalihudaraan loteng
0 ACH
Ruang hunian
10 ACH
147
Secara umum terlihat bahawa suhu udara yang dihasilkan TROPIC
menunjukkan tren yang sama berbanding dengan ARCHIPAK, samada dalam loteng
mahupun dalam ruang hunian. Suhu udara maksimum dalam loteng yang dicapai oleh
TROPIC adalah 37.8 0C, manakala dalam ruang hunian pula dicapai suhu maksimum
29.3 0C. Suhu udara yang dicapai ARHIPAK pula dalam loteng adalah 37 0C,
manakala dalam ruang hunian adalah 29.2 0C. Terdapat sedikit perbedaan (lebih
kurang 0.1 0C ) yang berlaku sebelum pukul 6.00 pagi. Dalam loteng dan ruang
hunian, suhu udara TROPIC lebih tinggi berbanding dengan suhu udara ARCHIPAK.
Hasil perbandingan ini menunjukkan bahawa terdapat kesesuaian yang munasabah
antara program TROPIC dan ARCHIPAK di mana punca kuasa dua untuk Rajah 6.14
adalah 0.1 0C dan untuk Rajah 6.15 adalah 0.04 0C.
6.6
Ringkasan
Pengubahsuaian Program TROPIC daripada Program SHEAP-2 telah
dijalankan melalui dua cara, iaitu pengubahsuaian pada program yang lama dan
menambahkan algoritme yang baru. Perubahan dimulakan dengan prinsip-prinsip
yang diperlukan bagi sebuah bangunan yang menggunakan pengalihudaraan
semulajadi diikuti dengan perubahan algoritme program utama, sub program, dan
blok umum. Pengubahsuaian ini dilakukan pada sumber kod yang berkaitan dengan
pembolehubah, parameter dan pemalar bagi analisis sistem penyaman udara,
peralatan dan loji. Beberapa ubahsuai dan ujian dilakukan sehingga akhirnya didapat
program simulasi yang memberikan hasil yang mantap (steady). Pengesahan program
TROPIC dengan ARCHIPAK menunjukkan hasil yang munasabah sesuai. Ujikaji
sensitiviti yang dijalankan bagi program ini ditumpukan pada pembolehubah
bumbung.
BAB VII
ANALISIS SENSITIVITI PROGRAM
7.1
Pendahuluan
Bab Enam telah membincangkan pembangunan program simulasi untuk
menilai bangunan dengan pengalihudaraan semulajadi. Bab ini akan menerangkan
analisis sensitiviti keadaan terma dalam loteng dan ruang hunian sebagai akibat
perubahan pembolehubah bumbung. Dalam tesis ini, analisis sensitiviti akan
dihadkan pada suhu udara ruang sahaja. Pembolehubah yang terlibat adalah bahan
atap, warna atap, bahan siling, pengalihudaraan bumbung, penebatan, sudut
bumbung, dan orientasi bumbung. Bahagian pertama akan menerangkan kaedah
analisis untuk menilai data keluaran sebagai akibat daripada masukannya. Bahagian
selanjutnya adalah analisis sensitiviti suhu udara ruang terhadap perubahan
pembolehubah.
7.2
Analisis Sensitiviti
Analisis sensitiviti adalah sebuah prosedur untuk menentukan sensitiviti
keluaran daripada perubahan parameternya (Satelli, A. et. al., 2002). Apabila
perubahan yang kecil dalam parameter masukan menghasilkan perubahan yang besar
di dalam keluarannya, maka dikatakan keluarannya sensitif. Analisis ini mempunyai
matlamat utama untuk mengenalpasti sensitiviti suhu udara loteng dan ruang hunian
149
sebagai akibat daripada perubahan nilai suatu pembolehubah. Untuk mencapai
matlamat itu diperlukan objektif sebagai berikut: (1) mengenalpasti nilai suhu udara
maksimum pada setiap zon untuk setiap perubahan suatu pembolehubah; (2)
mengenalpasti perbezaan suhu udara maksimum di dalam zon terbabit dan (3)
mengenalpasti perubahan setiap nilai data masukannya. Pada setiap ujikaji satu
pembolehubah, misalnya pembolehubah atap, maka pembolehubah yang lain
ditetapkan. Dengan cara seperti ini, sensitiviti suhu udara dapat diketahui secara
pasti.
Walaubagaimanapun, dalam tesis ini data masukan dan data keluaran tidak
boleh dibandingkan secara terus sebab tidak memiliki unit yang sama. Selain itu,
nilai data masukan untuk pembolehubah yang terlibat dalam ujikaji juga memiliki
unit yang berbeza-beza. Daya keberhantaran bahan atap, siling dan penebatan
memiliki unit W/m0C, daya keberserapan atap (Į) tidak memiliki unit, kadar
pengalihudaraan memiliki unit ACH, sudut dan orientasi bumbung memiliki unit
darjah (0). Oleh itu, maka dalam tesis ini perubahan dalam data masukan “dianggap”
malar. Namun di dalam data keluarannya (suhu udara) dianalisis dua keluaran
sekaligus, iaitu perubahan suhu udara dalam loteng dan ruang hunian di bawahnya.
Dengan demikian, apabila perubahan suhu udara dalam loteng lebih besar
berbanding dengan dalam ruang di bawahnya, maka dikatakan suhu udara dalam
loteng sensitif terhadap perubahan data masukan suatu pembolehubah.
Tahap sensitiviti dibahagikan kepada empat, iaitu:
a) Perubahan suhu lebih besar daripada 2 0C dianggap sangat sensitif
b) Perubahan suhu antara 1 0C dan 2 0C dianggap sensitif
c) Perubahan suhu antara 0.3 0C dan 1 0C dianggap kurang sensitif
d) Perubahan suhu antara 0 0C dan 0.2 0C dianggap tidak sensitif
7.3
Sensitiviti Suhu Udara terhadap Bahan Atap
Bahan atap yang digunakan dalam tesis ini adalah genting konkrit, genting
tanah, zink, keluli, dan asbestos. Pembolehubah yang lain selain daripada bahan atap,
150
iaitu warna atap, bahan siling, pengalihudaraan bumbung, bahan penebatan (pada
bahagian ini tidak digunakan), sudut bumbung dan orientasi bumbung ditetapkan.
Data masukan utama untuk bahan atap dapat dilihat dalam Jadual 7.1.
Jadual 7.1 Daya keberhantaran untuk lima bahan atap
No.
Bahan atap
Ketebalan
Daya keberhantaran (k)
(mm)
(W/m 0C)
1
genting konkrit
20
0.380
2
genting tanah
15
0.571
3
zink
2
112.000
4
keluli
2
24.000
5
asbestos
5
0.692
Daripada jadual ini, terlihat perubahan daya keberhantaran antara kelima
bahan atap yang sangat besar, iaitu sebesar 111.640 W/m 0C (keberhantaran asbestos,
k = 0.360 W/m 0C, dikurangkan dengan zink, k = 112.000 W/m 0C).
Walaubagaimanapun, masih terdapat parameter lain yang perlu diambil kira, seperti
ketebalan bahan atap berkenaan. Atap konkrit memiliki keberhantaran yang jauh
lebih rendah berbanding dengan atap zink namun lebih tebal.
A.
Loteng dan Bilik Tidur Depan
Daripada ujikaji dengan program TROPIC, diperolehi suhu udara maksimum
dalam loteng dan bilik tidur depan untuk pelbagai bahan atap seperti yang terlihat
dalam Jadual 7.2.
Suhu udara maksimum tertinggi yang berlaku dalam loteng atas bilik tidur
depan sebesar 36.4 0C yang dihasilkan oleh atap keluli dan zink. Manakala suhu
udara maksimum terendah dihasilkan oleh atap genting konkrit sebesar 34.8 0C. Oleh
itu, maka perbezaan suhu udara maksimum tertinggi dan terendah adalah 1.6 0C.
Dalam bilik tidur depan pula, suhu udara maksimum tertinggi adalah 31.0 0C yang
151
dihasilkan oleh atap keluli, zink dan asbestos. Suhu udara maksimum terendah
dihasilkan oleh atap genting tanah dan genting konkrit dengan nilai sebesar 30.9 0C.
Perbezaan suhu udara maksimum tertinggi dan terendah adalah 0.1 0C. Daripada
kedua data keluaran ini, iaitu perubahan suhu udara dalam loteng dan bilik tidur
depan, maka dapat disimpulkan bahawa suhu udara dalam loteng sensitif terhadap
perubahan bahan atap. Manakala suhu udara dalam bilik tidur depan tidak sensitif
terhadap perubahan bahan atap.
Jadual 7.2 Suhu udara maksimum untuk lima bahan atap dalam
loteng (Zon 1) dan bilik tidur depan (Zon 4)
Suhu
Suhu
Bahan
Loteng Bilik dpn.
Atap
(Zon 1) 0C (Zon 4) 0C
Genting konkrit
34.8
30.9
Genting tanah
35.5
30.9
Zink
36.4
31.0
Asbestos
36.1
31.0
Keluli
36.4
31.0
Suhu maks.
36.4
31.0
Suhu min.
34.8
30.9
Beza suhu
1.6
0.2
B.
Loteng dan Bilik Tidur Belakang
Suhu udara maksimum dalam loteng dan bilik tidur belakang untuk pelbagai
bahan atap dapat dilihat dalam Jadual 7.3.
Suhu udara maksimum tertinggi yang berlaku dalam loteng atas bilik tidur
belakang adalah 35.6 0C yang dihasilkan oleh atap zink dan keluli. Manakala suhu
udara maksimum terendah dihasilkan oleh atap genting konkrit sebesar 34.0 0C.
Perbezaan suhu udara maksimum tertinggi dan terendah adalah 1.6 0C. Dalam bilik
tidur belakang pula, suhu udara maksimum tertinggi adalah 30.9 0C yang dihasilkan
oleh atap keluli, zink dan asbestos. Suhu udara maksimum terendah dihasilkan oleh
atap atap genting tanah dan genting konkrit dengan nilai sebesar 30.8 0C. Dengan
demikian perbezaan suhu udaranya adalah 0.1 0C. Sama seperti yang berlaku pada
152
analisis sebelumnya, disimpulkan bahawa suhu udara dalam loteng atas bilik tidur
belakang sangat sensitif terhadap perubahan bahan atap. Manakala suhu udara dalam
bilik tidur belakang tidak sensitif terhadap perubahan bahan atap.
Jadual 7.3 Suhu udara maksimum untuk lima bahan atap dalam
loteng (Zon 2) dan bilik tidur belakang (Zon 5)
Suhu
Suhu
Bahan
Loteng Bilik blk.
Atap
(Zon 2) 0C (Zon 5) 0C
Genting konkrit
34.0
30.8
Genting tanah
34.7
30.8
Zink
35.6
30.9
Asbestos
35.3
30.9
Keluli
35.6
30.9
Suhu maks.
35.6
30.9
Suhu min.
34.0
30.8
Beza suhu
1.6
0.1
C.
Loteng dan Ruang Tetamu
Suhu udara maksimum dalam loteng dan ruang tetamu untuk pelbagai bahan
atap dapat dilihat dalam Jadual 7.4.
Jadual 7.4 Suhu udara maksimum untuk lima bahan atap dalam
loteng (Zon 3) dan ruang tetamu (Zon 6)
Suhu
Suhu
Bahan
Loteng R.tetamu
Atap
(Zon 3) 0C (Zon 6) 0C
Genting konkrit
34.5
31.0
Genting tanah
35.2
31.0
Zink
36.1
31.1
Asbestos
35.7
31.1
Keluli
36.1
31.1
Suhu maks.
36.1
31.1
Suhu min.
34.5
31.0
Beza suhu
1.6
0.1
153
Suhu udara maksimum tertinggi yang berlaku dalam loteng atas ruang tetamu
adalah 36.1 0C yang dihasilkan oleh atap keluli dan zink. Suhu udara maksimum
terendah dihasilkan oleh atap genting konkrit dengan nilai sebesar 34.5 0C. Maka
perbezaan suhu udara maksimum tertinggi dan terendah adalah 1.6 0C. Suhu udara
maksimum tertinggi yang berlaku dalam ruang tetamu adalah 31.1 0C yang
dihasilkan oleh atap keluli, zink dan asbestos. Suhu udara maksimum terendah
dihasilkan oleh atap genting tanah dan genting konkrit dengan nilai sebesar 31.0 0C.
Maka perbezaan suhu udaranya adalah 0.1 0C. Sama seperti yang berlaku pada
analisis sebelumnya, disimpulkan bahawa suhu udara dalam loteng atas ruang tetamu
sangat sensitif terhadap perubahan bahan atap. Manakala suhu udara dalam ruang
tetamu tidak sensitif terhadap perubahan bahan atap.
D.
Perbincangan
Daripada analisis sensitiviti suhu udara dalam masing-masing zon yang
diakibatkan oleh perubahan data bahan atap, dapat disimpulkan bahawa suhu udara
loteng sensitif terhadap perubahan bahan atap. Perubahan suhu udara yang cukup
besar dalam loteng untuk seluruh bahan atap ini disebabkan oleh perbezaan jumlah
haba yang masuk ke dalam loteng. Haba yang masuk ini akan menyebabkan suhu
udara bertambah tinggi. Dengan demikian, apabila haba yang masuk banyak, maka
akan menyebabkan suhu udara lebih tinggi. Manakala aliran haba yang sedikit akan
menyebabkan suhu udara yang rendah. Besar kecilnya aliran haba ditentukan oleh
daya keberaliran terma daripada bahan atap. Semakin besar keberaliran termanya
akan semakin besar pula haba yang berpindah. Kebalikan daripada keberaliran terma
adalah rintangan terma. Jadi, bahan yang memiliki keberaliran terma yang besar
memiliki rintangan terma yang kecil. Sebaliknya, bahan yang memiliki keberaliran
terma yang kecil memiliki rintangan terma yang besar.
Suhu udara dalam ruang atau bilik di bawah loteng tidak sensitif terhadap
perubahan bahan atap. Perubahan suhu udara yang rendah dalam ruang hunian
disebabkan haba yang masuk ke dalam ruang hunian dirintangi oleh siling. Oleh itu,
rintangan terma daripada siling juga menentukan aliran haba ini.
154
7.4
Sensitiviti Suhu Udara terhadap Warna Atap
Warna atap yang digunakan dalam kajian ini adalah warna terang, sederhana
gelap dan gelap. Pembolehubah yang lain daripada warna atap iaitu bahan atap,
bahan siling, pengalihudaraan bumbung, bahan penebatan (pada bahagian ini tidak
digunakan), sudut bumbung dan orientasi bumbung ditetapkan. Data masukan untuk
warna atap adalah seperti yang terlihat dalam Jadual 7.5.
Jadual 7.5. Keberserapan untuk tiga warna atap
No.
Warna atap
Keberserapan (D)
1
terang
0.1
2
sederhana gelap
0.5
3
gelap
0.9
Daripada jadual di atas dapat diketahui perbezaan antara daya keberserapan untuk
warna terang dan gelap, iaitu 0.8.
A.
Loteng dan Bilik Tidur Depan
Daripada ujikaji dengan program TROPIC, diperolehi suhu udara maksimum
dalam loteng dan bilik tidur depan untuk pelbagai warna atap yang dapat dilihat
dalam Jadual 7.6.
Suhu udara maksimum tertinggi yang berlaku dalam loteng atas bilik tidur
depan adalah 40.1 0C yang dihasilkan oleh permukaan atap warna gelap. Manakala
suhu udara maksimum terendah dihasilkan oleh permukaan atap warna terang, iaitu
30.9 0C. Perbezaan suhu udara maksimum tertinggi dan terendah adalah 9.3 0C.
Suhu udara maksimum tertinggi yang berlaku dalam bilik tidur depan adalah 31.3 0C
yang dihasilkan oleh permukaan atap warna gelap. Suhu udara maksimum terendah
155
dihasilkan oleh permukaan atap warna terang, iaitu 30.5 0C. Oleh itu maka
perbezaannya adalah 0.8 0C. Apabila perubahan suhu udara dalam loteng dan bilik
tidur depan dibandingkan, maka dapat disimpulkan bahawa suhu udara dalam loteng
sangat sensitif terhadap perubahan warna atap. Manakala suhu udara dalam bilik
tidur depan kurang sensitif terhadap perubahan warna atap.
Jadual 7.6 Suhu udara maksimum untuk tiga warna atap dalam
loteng (Zon 1) dan bilik tidur depan (Zon 4)
Warna
Atap
Terang
Menengah
Gelap
Suhu maks.
Suhu min.
Beza suhu
B.
Suhu
Suhu
Loteng Bilik dpn.
(Zon 1) 0C (Zon 4) 0C
30.9
30.5
35.5
30.9
40.1
31.3
40.1
31.3
30.9
30.5
9.3
0.8
Loteng dan Bilik Tidur Belakang
Suhu udara maksimum dalam loteng dan bilik tidur belakang untuk pelbagai
warna atap dapat dilihat dalam Jadual 7.7.
Suhu udara maksimum tertinggi yang berlaku dalam loteng atas bilik tidur
belakang adalah 38.8 0C yang dihasilkan oleh permukaan atap warna gelap. Suhu
udara maksimum terendah dihasilkan oleh permukaan atap warna terang, iaitu
30.70C. Perbezaan suhu udara maksimum tertinggi dan terendah adalah 8.1 0C. Suhu
udara maksimum tertinggi yang berlaku dalam bilik tidur belakang adalah 31.2 0C
yang dihasilkan oleh permukaan atap warna gelap. Suhu udara maksimum terendah
dihasilkan oleh permukaan atap warna terang, iaitu 30.5 0C. Perbezaan suhu udara
maksimum tertinggi dan terendah adalah 0.7 0C. Hampir sama dengan yang berlaku
dalam loteng dan bilik tidur depan, maka dapat disimpulkan bahawa suhu udara
dalam loteng sangat sensitif terhadap perubahan warna atap. Manakala suhu udara
dalam bilik tidur belakang kurang sensitif terhadap perubahan warna atap.
156
Jadual 7.7 Suhu udara maksimum untuk tiga warna atap dalam
loteng (Zon 2) dan bilik tidur belakang (Zon 5)
Warna
Atap
Terang
Menengah
Gelap
Suhu maks.
Suhu min.
Beza suhu
C.
Suhu
Suhu
Loteng Bilik blk.
(Zon 2) 0C (Zon 5) 0C
30.7
30.5
34.7
30.8
38.8
31.2
38.8
31.2
30.7
30.5
8.1
0.7
Loteng dan Ruang Tetamu
Suhu udara maksimum dalam loteng dan ruang tetamu untuk pelbagai warna
atap dapat dilihat dalam Jadual 7.8.
Jadual 7.8. Suhu udara maksimum untuk tiga warna atap dalam
loteng (Zon 3) dan ruang tetamu (Zon 6)
Warna
Atap
Terang
Menengah
Gelap
Suhu maks.
Suhu min.
Beza suhu
Suhu
Suhu
Loteng R.tetamu
(Zon 3) 0C (Zon 6) 0C
30.8
30.6
35.2
31.0
39.5
31.4
39.5
31.4
30.8
30.6
8.7
0.8
Suhu udara maksimum tertinggi yang berlaku dalam Zon Tiga adalah 39.5 0C
yang dihasilkan oleh permukaan atap warna gelap. Suhu udara maksimum terendah
dihasilkan oleh permukaan atap warna terang, iaitu 30.8 0C. Perbezaan suhu udara
maksimum tertinggi dan terendah adalah 8.7 0C. Suhu udara maksimum tertinggi
yang berlaku dalam ruang tetamu adalah 31.4 0C yang dihasilkan oleh permukaan
157
atap warna gelap. Suhu udara maksimum terendah dihasilkan oleh permukaan atap
warna terang, iaitu 30.6 0C. Perbezaan suhu udara maksimum tertinggi dan terendah
adalah 0.8 0C. Dalam loteng atas ruang tetamu juga disimpulkan bahawa suhu udara
sangat sensitif terhadap perubahan warna atap. Manakala suhu udara dalam ruang
tetamu kurang sensitif terhadap perubahan warna atap.
D.
Perbincangan
Daripada analisis sensitiviti suhu udara dalam masing-masing zon yang
diakibatkan oleh perubahan data warna atap, dapat disimpulkan bahawa suhu udara
loteng sangat sensitif terhadap perubahan bahan atap. Perubahan suhu udara yang
sangat besar dalam loteng untuk seluruh warna atap ini disebabkan oleh perbezaan
jumlah haba yang masuk ke dalam loteng. Haba yang masuk ini akan menyebabkan
suhu udara bertambah tinggi. Dengan demikian, apabila haba yang masuk banyak,
maka akan menyebabkan suhu udara lebih tinggi. Manakala aliran haba yang sedikit
akan menyebabkan suhu udara yang rendah. Besar kecilnya aliran haba ditentukan
oleh daya keberserapan terma daripada warna atap. Semakin besar keberserapan
termanya akan semakin besar pula haba yang diserap. Semakin besar haba yang
diserap, semakin besar pula jumlah haba yang dipindahkan ke dalam loteng.
Sehingga suhu udara loteng semakin tinggi. Oleh itu, suhu udara dalam loteng
semakin tinggi apabila keberserapan warna atap semain besar.
Manakala suhu udara dalam ruang atau bilik di bawah loteng tidak sensitif
terhadap perubahan warna atap. Perubahan suhu udara yang rendah dalam ruang
hunian disebabkan haba yang masuk ke dalam ruang hunian sudah berkurang kerana
dirintangi oleh adanya siling. Oleh itu, rintangan terma daripada siling juga
menentukan aliran haba ini.
158
7.5
Sensitiviti Suhu Udara terhadap Bahan Siling
Bahan siling yang digunakan dalam kajian ini adalah papan plaster, papan
lapis, simen gentian dan asbestos. Pembolehubah yang lain daripada bahan siling
iaitu bahan atap, warna atap, pengalihudaraan bumbung, bahan penebatan (pada
bahagian ini tidak digunakan), sudut bumbung dan orientasi bumbung ditetapkan.
Data masukan untuk bahan siling dapat dilihat pada Jadual 7.9. Daripada jadual ini
dapat diketahui perbezaan keberhantaran bahan siling, iaitu sebesar 0.554 W/m0C
(keberhantaran asbestos dikurangkan papan lapis).
Jadual 7.9 Daya keberhantaran untuk empat bahan siling
No.
A.
Bahan siling
Ketebalan
Keberhantaran (k)
(mm)
(W/m 0C)
1
papan plaster
4
0.160
2
papan lapis
4
0.138
3
simen gentian
4
0.360
4
asbestos
4
0.692
Loteng dan Bilik Tidur Depan
Daripada ujikaji dengan program TROPIC, diperolehi suhu udara maksimum
dalam loteng dan bilik tidur depan untuk pelbagai bahan siling seperti yang terlihat
dalam Jadual 7.10.
Suhu udara maksimum tertinggi yang berlaku dalam loteng atas bilik tidur
depan adalah 35.5 0C yang dihasilkan oleh bahan papan lapis. Suhu udara maksimum
terendah dihasilkan oleh asbestos, dengan suhu 35.0 0C. Maka perbezaan suhu udara
maksimum tertinggi dan terendah adalah 0.5 0C. Suhu udara maksimum tertinggi
yang berlaku dalam bilik tidur depan adalah 31.1 0C yang dihasilkan oleh bahan
asbestos dan simen gentian. Suhu udara maksimum terendah dihasilkan oleh papan
lapis, dengan suhu 30.9 0C. Maka perbezaan suhu udaranya adalah 0.2 0C. Apabila
159
perubahan suhu udara dalam loteng dibandingkan dengan perubahan suhu udara
dalam bilik tidur depan maka disimpulkan bahwa suhu udara dalam loteng kurang
sensitif terhadap perubahan bahan siling. Manakala suhu udara dalam bilik tidur
depan tidak sensitif terhadap perubahan bahan siling.
Jadual 7.10 Suhu udara maksimum untuk empat bahan siling dalam
loteng (Zon 1) dan bilik tidur depan (Zon 4)
Suhu
Suhu
Bahan
Loteng Bilik dpn.
Siling
(Zon 1) 0C (Zon 4) 0C
Papan lapis
35.5
30.9
Asbestos
35.0
31.1
Simen gentian
35.2
31.1
Papan plaster
35.4
31.0
Suhu maks.
35.5
31.1
Suhu min.
35.0
30.9
Beza suhu
0.5
0.2
B.
Loteng dan Bilik Tidur Belakang
Suhu udara maksimum dalam loteng dan bilik tidur belakang untuk pelbagai
bahan siling dapat dilihat dalam Jadual 7.11.
Jadual 7.11 Suhu udara maksimum untuk empat bahan siling dalam
loteng (Zon 2) dan bilik tidur belakang (Zon 5)
Suhu
Suhu
Bahan
Loteng Bilik blk.
Siling
(Zon 2) 0C (Zon 5) 0C
Papan lapis
34.7
30.8
Asbestos
34.3
31.0
Simen gentian
34.5
31.0
Papan plaster
34.7
30.9
Suhu maks.
34.7
31.0
Suhu min.
34.3
30.8
Beza suhu
0.4
0.2
160
Suhu udara maksimum tertinggi yang berlaku dalam loteng atas bilik tidur
belakang adalah 34.7 0C yang dihasilkan oleh bahan papan lapis dan papan plaster.
Suhu udara maksimum terendah dihasilkan oleh asbestos, dengan suhu 34.3 0C.
Maka perbezaan suhu udara maksimum tertinggi dan terendah adalah 0.4 0C. Suhu
udara maksimum tertinggi yang berlaku dalam bilik tidur belakang adalah 31 0C
yang dihasilkan oleh bahan asbestos dan simen gentian. Suhu udara maksimum
terendah dihasilkan oleh papan lapis, iaitu 30.8 0C. Maka perbezaan suhu udaranya
adalah 0.2 0C. Hampir sama dengan yang berlaku pada loteng dan bilik tidur depan,
suhu udara dalam loteng kurang sensitif tehadap perubahan bahan siling. Manakala
suhu udara dalam bilik tidur belakang kurang sensitif terhadap perubahan bahan
siling.
C.
Loteng dan Ruang Tetamu
Suhu udara maksimum dalam loteng dan ruang tetamu untuk pelbagai bahan
siling dapat dilihat dalam Jadual 7.12.
Jadual 7.12 Suhu udara maksimum untuk empat bahan siling dalam
loteng (Zon 3) dan ruang tetamu (Zon 6)
Kadar
Suhu
Suhu
Bahan
Loteng R.tetamu
Siling
(Zon 3) 0C (Zon 6) 0C
Papan lapis
35.2
31.0
Asbestos
34.7
31.2
Simen gentian
34.9
31.2
Papan plaster
35.1
31.1
Suhu maks.
35.2
31.2
Suhu min.
34.7
31.0
Beza suhu
0.5
0.2
Suhu udara maksimum tertinggi yang berlaku dalam loteng atas ruang tetamu
adalah 35.1 0C yang dihasilkan oleh bahan papan lapis dan papan plaster. Suhu udara
maksimum terendah dihasilkan oleh asbestos, iaitu 34.7 0C. Maka perbezaan suhu
161
udara maksimum tertinggi dan terendah adalah 0.4 0C. Suhu udara maksimum
tertinggi yang berlaku dalam ruang tetamu adalah 31.2 0C yang dihasilkan oleh
bahan asbestos dan simen gentian. Suhu udara maksimum terendah dihasilkan oleh
papan lapis, dengan suhu 31.0 0C. Maka perbezaan suhu udaranya adalah 0.2 0C.
Daripada kedua perubahan suhu udara ini, disimpulkan bahawa suhu udara dalam
loteng kurang sensitif terhadap perubahan bahan siling manakala suhu udara dalam
ruang tetamu tidak sensitif .
D.
Perbincangan
Daripada analisis sensitiviti suhu udara dalam masing-masing zon yang
diakibatkan oleh perubahan data bahan siling, dapat disimpulkan bahawa suhu udara
loteng kurang sensitif terhadap perubahan bahan siling. Hal ini disebabkan
kedudukan siling yang kurang menentukan perpindahan haba yang masuk ke dalam
loteng. Haba yang masuk ke dalam loteng sangat ditentukan oleh bahan atap dan
warna atap seperti yang sudah diterangkan sebelumnya. Manakala bahan siling hanya
berpengaruh dalam keberserapannya. Apabila bahan siling memiliki keberserapan
yang tinggi, maka akan menyerap haba yang ada dalam loteng dan menyebabkan
suhu udara turun. Sebaliknya, apabila keberserapannya rendah, maka haba yang ada
dalam loteng tidak banyak berubah jumlahnya. Oleh itu, dalam keberaliran terma
bahan siling kurang berpengaruh terhadap perpindahan haba yang masuk ke dalam
loteng. Sehingga tidak terdapat perubahan suhu udara yang besar dalam loteng.
Suhu udara dalam ruang atau bilik di bawah loteng tidak sensitif terhadap
perubahan bahan siling. Hal ini disebabkan perbezaan keberaliran bahan siling yang
kecil sehingga tidak memberikan perubahan suhu yang besar. Agar aliran haba ke
dalam ruang hunian lebih kecil, keberaliran terma bahan siling perlu dikurangkan
lagi. Selain itu, faktor keberserapan siling juga menentukan aliran haba yang masuk
ke dalam ruang hunian. Dengan demikian, apabila keberserapannya termanya rendah
maka aliran haba yang berpindah ke dalam ruang hunian akan menjadi kecil. Oleh
itu, rintangan terma daripada siling juga menentukan aliran haba ini.
162
7.6
Sensitiviti Suhu Udara terhadap Pengalihudaraan Loteng
Kadar pengalihudaraan loteng yang digunakan sebagai masukan dalam tesis
ini adalah 0, 10, 15, 20 dan 25 ACH (ACH = tukaran udara sejam). Dengan demikian
dapat disimpulkan bahawa perbezaan kadar tukaran udara yang terbesar dan terkecil
adalah 25 ACH. Pembolehubah yang lain daripada pengalihudaraan iaitu bahan atap,
warna atap, bahan siling, bahan penebatan (pada bahagian ini tidak digunakan), sudut
bumbung dan orientasi bumbung ditetapkan.
A.
Loteng dan Bilik Tidur Depan
Daripada ujikaji dengan program TROPIC, diperolehi suhu udara maksimum
dalam loteng dan bilik tidur depan untuk pelbagai kadar pengalihudaraan loteng
seperti yang dapat dilihat dalam Jadual 7.13.
Jadual 7.13 Suhu udara maksimum untuk lima kadar pengalihudaraan loteng
terhadap loteng (Zon 1) dan bilik tidur depan (Zon 4)
Kadar
Suhu
Suhu
Pengalihudara- Loteng Bilik dpn.
an bumbung
(Zon 1) 0C (Zon 4) 0C
0 ach
39.6
31.3
10 ach
37.0
31.1
15 ach
35.5
30.9
20 ach
34.6
30.9
25 ach
33.9
30.8
Suhu maks.
39.6
31.3
Suhu min.
33.9
30.8
Beza suhu
5.7
0.5
Suhu udara maksimum yang tertinggi dalam loteng atas bilik tidur depan
dihasilkan oleh bumbung tanpa pengalihudaraan (ACH = 0) sebesar 39.6 0C. Suhu
udara maksimum yang terendah dihasilkan oleh pengalihudaraan bumbung 25 ACH
iaitu 33.9 0C. Maka perbezaan suhu udara maksimum tertinggi dan terendah adalah
163
5.7 0C. Suhu udara maksimum yang tertinggi dalam bilik tidur depan dihasilkan oleh
bumbung tanpa pengalihudaraan sebesar 31.3 0C. Suhu udara maksimum terendah
dalam bilik ini dihasilkan oleh pengalihudaraan bumbung 25 ACH iaitu 30.8 0C.
Maka perbezaan suhu udaranya adalah 0.5 0C. Apabila dibandingkan perubahan
suhu udara dalam loteng dengan perubahan suhu udara dalam bilik tidur depan maka
disimpulkan bahawa suhu udara sangat sensitif terhadap perubahan kadar
pengalihudaraan. Dalam bilik tidur depan pula, suhu udara kurang sensitif terhadap
perubahan kadar pengalihudaraannya.
B.
Loteng dan Bilik Tidur Belakang
Suhu udara maksimum dalam loteng dan bilik tidur belakang untuk pelbagai
kadar pengalihudaraan loteng dapat dilihat dalam Jadual 7.14.
Jadual 7.14 Suhu udara maksimum untuk lima kadar pengalihudaraan loteng
dalam loteng (Zon 2) dan bilik tidur belakang (Zon 5)
Kadar
Suhu
Suhu
Pengalihudara- Loteng Bilik blk.
an bumbung
(Zon 2) 0C (Zon 5) 0C
0 ach
38.1
31.1
10 ach
36.0
30.9
15 ach
34.7
30.8
20 ach
34.0
30.8
25 ach
33.4
30.7
Suhu maks.
38.1
31.1
Suhu min.
33.4
30.7
Beza suhu
4.7
0.4
Suhu udara maksimum yang tertinggi dalam loteng atas bilik tidur belakang
dihasilkan oleh bumbung tanpa pengalihudaraan adalah 38.1 0C. Suhu udara
maksimum terendah dihasilkan oleh pengalihudaraan bumbung 25 ACH, iaitu
33.40C. Maka perbezaan suhu udara maksimum tertinggi dan terendah adalah 4.7 0C.
Suhu udara maksimum yang tertinggi dalam bilik tidur belakang dihasilkan oleh
bumbung tanpa pengalihudaraan, iaitu 31.1 0C. Suhu udara maksimum terendah
164
dalam zon ini dihasilkan oleh pengalihudaraan bumbung 25 ACH, iaitu 30.7 0C.
Maka perbezaan suhu udaranya adalah 0.4 0C. Hampir sama dengan yang berlaku
dalam analisis sebelumnya, suhu udara dalam loteng sangat sensitif terhadap
perubahan kadar pengalihudaraan. Manakala suhu udara dalam bilik tidur belakang
kurang sensitif.
C.
Loteng dan Ruang Tetamu
Suhu udara maksimum dalam loteng dan ruang tetamu untuk pelbagai kadar
pengalihudaraan loteng dapat dilihat dalam Jadual 7.15.
Jadual 7.15 Suhu udara maksimum untuk lima kadar pengalihudaraan loteng
dalam loteng (Zon 3) dan ruang tetamu (Zon 6)
Kadar
Suhu
Suhu
Pengalihudara- Loteng R.tetamu
an bumbung
(Zon 3) 0C (Zon 6) 0C
0 ach
38.9
31.4
10 ach
36.5
31.2
15 ach
35.2
31.0
20 ach
34.3
31.0
25 ach
33.7
30.9
Suhu maks.
38.9
31.4
Suhu min.
33.7
30.9
Beza suhu
5.2
0.4
Suhu udara maksimum yang tertinggi dalam loteng atas ruang tetamu
dihasilkan oleh bumbung tanpa pengalihudaraan, sebesar 38.9 0C. Suhu udara
maksimum terendah dihasilkan oleh pengalihudaraan bumbung 25 ACH, iaitu 33.7
0
C. Maka perbezaan suhu udara maksimum tertinggi dan terendah adalah 5.2 0C.
Suhu udara maksimum yang tertinggi dalam Ruang Tetamu dihasilkan oleh
bumbung tanpa pengalihudaraan, iaitu 31.4 0C. Suhu udara maksimum yang
dihasilkan apabila loteng diberi pengalihudaraan 25 ACH adalah 30.9 0C. Maka
perbezaan suhu udaranya adalah 0.50C. Dapat disimpulkan bahawa perubahan suhu
udara dalam loteng sangat sensitif terhadap perubahan kadar pengalihudaraan. Suhu
165
udara dalam dalam Ruang Tetamu pula kurang sensitif terhadap perubahan kadar
pengalihudaraan.
D.
Perbincangan
Daripada analisis sensitiviti suhu udara dalam masing-masing zon yang
diakibatkan oleh perubahan kadar pengalihudaraan, dapat disimpulkan bahawa suhu
udara loteng sangat sensitif terhadap perubahan kadar pengalihudaraan. Hal ini
disebabkan pengalihudaraan berpengaruh terus terhadap perpindahan haba secara
perolakan. Apabila kadar pertukaran udara bertambah semakin banyak haba yang
berpindah dan semakin rendah pula suhu di dalam loteng. Perpindahan haba secara
perolakan pada prinsipnya merupakan pertukaran udara panas di dalam sesebuah
ruang oleh udara lain yang lebih rendah suhunya. Semakin banyak udara sejuk yang
ditukarkan akan semakin rendah pula suhu dalam ruang tersebut. Begitu pula
sebaliknya, apabila tukaran udara ini dikurangkan, maka suhu dalam ruang akan
naik. Disebabkan pertukaran udara bergantung kepada suhu udara luaran, maka pola
suhu akan mengikut kepada suhu maksimum udara luar.
Suhu udara dalam ruang hunian kurang sensitif terhadap perubahan kadar
pengalihudaraan. Hal ini disebabkan haba dari loteng yang akan masuk ke dalam
ruang hunian dirintangi oleh siling. Sehingga perubahan udara dalam ruang hunian
kecil. Oleh itu, rintangan terma daripada siling juga menentukan aliran haba ini.
Faktor keberserapan siling juga menentukan aliran haba yang masuk ke dalam ruang
hunian. Apabila keberserapannya termanya rendah maka aliran haba yang berpindah
ke dalam ruang hunian akan menjadi kecil.
7.7
Sensitiviti Suhu Udara terhadap Penebatan
Bahan penebatan yang digunakan dalam kajian ini adalah papan damar,
gentian kaca dan papan gabus yang diletakkan di atas siling bumbung berkenaan.
166
Pembolehubah yang lain daripada bahan penebatan iaitu bahan atap, warna atap,
bahan siling, pengalihudaraan bumbung, sudut bumbung dan orientasi ditetapkan.
Data masukan untuk penebatan yang digunakan dapat dilihat dalam Jadual 7.16
Jadual 7.16 Daya keberhantaran untuk tiga penebatan
No.
Penebatan
Ketebalan
Keberhantaran (k)
(mm)
(W/m 0C)
1
papan damar
10
0.025
2
gentian kaca
20
0.035
3
papan gabus
10
0.040
Daripada jadual ini, dapat diketahui perbezaan keberhantaran terbesar dan
terkecil, iaitu 0.15 W/m 0C (keberhantaran papan gabus dikurangkan dengan papan
damar). Selain itu, faktor ketebalan juga perlu diambilkira kerana ia juga
mempengaruhi aliran haba. gentian kaca, misalnya, walaupun memiliki
keberhantaran yang lebih kecil berbanding dengan papan gabus, namun ia lebih
tebal.
A.
Loteng dan Bilik Tidur Depan
Daripada ujikaji dengan program TROPIC, diperolehi suhu udara maksimum
dalam loteng dan bilik tidur depan untuk pelbagai penebatan seperti yang terlihat
dalam Jadual 7.17.
Suhu udara maksimum tertinggi yang berlaku dalam loteng atas bilik tidur
depan adalah 38.5 0C yang dihasilkan oleh bahan papan damar. Suhu udara
maksimum terendah dihasilkan oleh bahan papan gabus, iaitu 38.1 0C. Maka
perbezaan suhu udara maksimum tertinggi dan terendah adalah 0.4 0C. Suhu udara
maksimum tertinggi yang berlaku dalam bilik tidur depan adalah 29.4 0C yang
dihasilkan oleh bahan gentian kaca. Suhu udara maksimum terendah dihasilkan oleh
bahan papan damar dan papan gabus, iaitu 29.3 0C. Maka perbezaan suhu udaranya
167
adalah 0.1 0C. Daripada kedua data keluaran ini, iaitu perubahan suhu udara dalam
loteng dan bilik tidur depan, maka dapat disimpulkan bahawa suhu udara dalam
loteng kurang sensitif terhadap perubahan penebatan. Manakala suhu udara dalam
bilik tidur depan tidak sensitif terhadap perubahan penebatan.
Jadual 7.17 Suhu udara maksimum untuk tiga bahan penebatan dalam
loteng (Zon 1) dan bilik tidur depan (Zon 4)
Bahan
penebatan
Papan gabus
Gentian kaca
Papan damar
Suhu maks.
Suhu min.
Beza suhu
B.
Suhu
Suhu
Loteng Bilik dpn.
(Zon 1) 0C (Zon 4) 0C
38.1
29.3
38.4
29.4
38.5
29.3
38.5
29.4
38.1
29.3
0.4
0.1
Loteng dan Bilik Tidur Belakang
Suhu udara maksimum dalam loteng dan bilik tidur belakang untuk pelbagai
penebatan dapat dilihat dalam Jadual 7.18.
Jadual 7.18 Suhu udara maksimum untuk tiga bahan penebatan dalam
loteng (Zon 2) dan bilik tidur belakang (Zon 5)
Bahan
penebatan
Papan gabus
Gentian kaca
Papan damar
Suhu maks.
Suhu min.
Beza suhu
Suhu
Suhu
Loteng Bilik blk.
(Zon 2) 0C (Zon 5) 0C
37.0
29.3
37.2
29.3
37.3
29.3
37.3
37.0
0.3
Suhu udara maksimum tertinggi yang berlaku dalam loteng atas bilik tidur
belakang adalah 37.3 0C yang dihasilkan oleh bahan papan damar. Suhu udara
168
maksimum terendah dihasilkan oleh bahan papan gabus, dengan suhu sebesar
37.00C. Maka perbezaan suhu udara maksimum tertinggi dan terendah adalah 0.3 0C.
Suhu udara maksimum tertinggi yang berlaku dalam bilik tidur belakang adalah
29.30C yang dihasilkan oleh semua bahan penebatan. Dengan demikian tidak
terdapat sebarang perubahan suhu udara apabila penebatan diubah. Sama halnya
seperti yang berlaku dalam loteng dan bilik tidur depan, suhu udara dalam loteng
kurang sensitif dan bilik tidur belakang tidak sensitif terhadap perubahan penebatan.
C.
Loteng dan Ruang Tetamu
Suhu udara maksimum dalam loteng dan ruang tetamu untuk pelbagai
penebatan dapat dilihat dalam Jadual 7.19.
Jadual 7.19 Suhu udara maksimum untuk tiga bahan penebatan dalam
loteng (Zon 3) dan ruang tetamu (Zon 6)
Bahan
penebatan
Papan gabus
Gentian kaca
Papan damar
Suhu maks.
Suhu min.
Beza suhu
Suhu
Suhu
Loteng R.tetamu
(Zon 3) 0C (Zon 6) 0C
37.5
29.4
37.8
29.5
37.8
29.4
37.8
29.5
37.5
29.4
0.3
0.1
Suhu udara maksimum tertinggi yang berlaku dalam zon loteng atas ruang
tetamu adalah 37.8 0C yang dihasilkan oleh bahan papan damar dan gentian kaca.
Suhu udara maksimum terendah dihasilkan oleh bahan papan gabus, iaitu 37.5 0C.
Maka perbezaan suhu udara maksimum tertinggi dan terendah adalah 0.3 0C. Suhu
udara maksimum tertinggi yang berlaku dalam ruang tetamu adalah 29.5 0C yang
dihasilkan oleh bahan gentian kaca. Suhu udara maksimum terendah dihasilkan oleh
bahan papan damar dan papan gabus, iaitu 29.4 0C. Maka perbezaan suhu udaranya
adalah 0.1 0C. Disimpulkan bahawa suhu udara dalam loteng kurang sensitif terhadap
169
perubahan penebatan. Suhu udara dalam ruang tetamu pula tidak sensitif terhadap
perubahan penebatan.
D.
Perbincangan
Daripada analisis sensitiviti suhu udara dalam masing-masing zon yang
diakibatkan oleh perubahan penebatan, dapat disimpulkan bahawa suhu udara loteng
kurang sensitif terhadap perubahan penebatan. Hal ini disebabkan kedudukan
penebatan yang berada di atas siling sehingga kurang menentukan perpindahan haba
yang masuk ke dalam loteng. Haba yang masuk ke dalam loteng sangat ditentukan
oleh bahan atap dan warna atap seperti yang sudah diterangkan sebelumnya.
Manakala penebatan hanya berpengaruh dalam keberserapannya. Apabila penebatan
memiliki keberserapan yang tinggi, maka akan menyerap haba yang ada dalam
loteng dan menyebabkan suhu udara turun. Sebaliknya, apabila keberserapannya
rendah, maka haba yang ada dalam loteng tidak banyak berubah jumlahnya. Oleh itu,
keberaliran terma penebatan kurang berpengaruh terhadap perpindahan haba yang
masuk ke dalam loteng. Sehingga tidak terdapat perubahan suhu udara yang besar
dalam loteng.
Suhu udara dalam ruang atau bilik di bawah loteng tidak sensitif terhadap
perubahan penebatan. Hal ini disebabkan perbezaan keberaliran penebatan yang kecil
sehingga tidak memberikan perubahan suhu yang besar. Selain itu, faktor
keberserapan penebatan juga menentukan aliran haba yang masuk ke dalam ruang
hunian. Dengan demikian, apabila keberserapannya termanya rendah maka aliran
haba yang berpindah ke dalam ruang hunian akan menjadi kecil.
7.8
Sensitiviti Suhu Udara terhadap Sudut Bumbung
Sudut bumbung yang digunakan dalam kajian ini adalah 200, 300, 400, 500
dan 600. Perbezaan sudut bumbung terbesar dan terkecil adalah 400 (600 - 200 ).
170
Pembolehubah yang lain, iaitu bahan atap, warna atap, bahan siling, pengalihudaraan
bumbung, bahan penebatan (pada bahagian ini tidak digunakan), dan orientasi
ditetapkan.
A.
Loteng dan Bilik Tidur Depan
Daripada ujikaji dengan program TROPIC, diperolehi suhu udara maksimum
dalam loteng dan bilik tidur depan untuk pelbagai sudut bumbung dapat dilihat
dalam Jadual 7.20.
Jadual 7.20 Suhu udara maksimum untuk lima sudut bumbung dalam
loteng (Zon 1) dan bilik tidur depan (Zon 4)
Sudut
bumbung
20 darjah
30 darjah
40 darjah
50 darjah
60 darjah
Suhu max
Suhu min
Beza suhu
Suhu
Suhu
Loteng Bilik dpn.
(Zon 1) 0C (Zon 4) 0C
36.3
31.0
35.5
30.9
34.8
30.9
34.1
30.8
33.5
30.8
36.3
31.0
33.5
30.8
2.8
0.2
Suhu udara maksimum tertinggi yang berlaku dalam zon ini adalah 36.3 0C
yang dihasilkan oleh sudut bumbung 200. Manakala suhu udara maksimum terendah
dihasilkan oleh sudut bumbung 600 dengan suhu sebesar 33.5 0C. Maka perbezaan
suhu udara maksimum tertinggi dan terendah adalah 2.8 0C. Suhu udara maksimum
tertinggi yang berlaku dalam Zon Empat adalah 31 0C yang dihasilkan oleh sudut
bumbung 200. Manakala suhu udara maksimum terendah dihasilkan oleh sudut
bumbung 600 iaitu 30.8 0C. Maka perbezaan suhu udaranya adalah 0.2 0C. Apabila
dibandingkan antara perubahan suhu udara dalam loteng dengan perubahan suhu
udara dalam bilik tidur depan, maka disimpulkan bahawa suhu udara dalam loteng
sensitif terhadap perubahan sudut bumbung. Dalam bilik tidur depan pula, suhu
udara tidak sensitif terhadap perubahan sudut bumbung.
171
B.
Loteng dan Bilik Tidur Belakang
Suhu udara maksimum dalam loteng dan bilik tidur belakang untuk pelbagai
sudut bumbung dapat dilihat dalam Jadual 7.21.
Jadual 7.21 Suhu udara maksimum untuk lima sudut bumbung dalam
loteng (Zon 2) dan bilik tidur belakang (Zon 5)
Sudut
bumbung
20 darjah
30 darjah
40 darjah
50 darjah
60 darjah
Suhu max
Suhu min
Beza suhu
Suhu
Suhu
Loteng Bilik blk.
(Zon 2) 0C (Zon 5) 0C
35.7
30.9
34.7
30.8
33.8
30.8
33.1
30.7
32.5
30.7
35.7
30.9
32.5
30.7
3.2
0.3
Suhu udara maksimum tertinggi yang berlaku dalam loteng atas bilik tidur
belakang adalah 35.7 0C yang dihasilkan oleh sudut bumbung 200. Manakala suhu
udara maksimum terendah dihasilkan oleh sudut bumbung 600 iaitu 32.5 0C. Maka
perbezaan suhu udara maksimum tertinggi dan terendah adalah 3.2 0C. Suhu udara
maksimum tertinggi yang berlaku dalam bilik tidur belakang adalah 30.9 0C yang
dihasilkan oleh sudut bumbung 200. Manakala suhu udara maksimum terendah
dihasilkan oleh sudut bumbung 600 iaitu 30.70C. Maka perbezaan suhu udaranya
adalah 0.2 0C. Sama seperti yang berlaku dalam loteng dan bilik tidur belakang, suhu
udara dalam loteng sensitif terhadap perubahan sudut bumbung. Dalam bilik tidur
belakang pula, suhu udara tidak sensitif terhadap perubahan sudut bumbung.
C.
Loteng dan Ruang Tetamu
Suhu udara maksimum dalam loteng dan ruang tetamu untuk pelbagai sudut
172
bumbung dapat dilihat dalam Jadual 7.22.
Jadual 7.22 Suhu udara maksimum untuk lima sudut bumbung dalam
loteng (Zon 3) dan ruang tetamu (Zon 6)
Sudut
bumbung
20 darjah
30 darjah
40 darjah
50 darjah
60 darjah
Suhu max
Suhu min
Beza suhu
Suhu
Suhu
Loteng R.tetamu
(Zon 3) 0C (Zon 6) 0C
36.1
31.1
35.2
31.0
34.4
31.0
33.7
30.9
33.1
30.9
36.1
31.1
33.1
30.9
3.0
0.2
Suhu udara maksimum tertinggi yang berlaku dalam Zon Tiga adalah 36.1 0C
yang dihasilkan oleh sudut bumbung 200. Manakala suhu udara maksimum terendah
dihasilkan oleh sudut bumbung 600 iaitu 33.1 0C. Maka perbezaan suhu udara
maksimum tertinggi dan terendah adalah 3 0C. Suhu udara maksimum tertinggi yang
berlaku dalam Zon Enam adalah 31.1 0C yang dihasilkan oleh sudut bumbung 200.
Manakala suhu udara maksimum terendah dihasilkan oleh sudut bumbung 600 iaitu
30.9 0C. Maka perbezaan suhu udaranya adalah 0.2 0C. Apabila perubahan suhu
udara dalam loteng dibandingkan dengan perubahan suhu udara dalam bilik tidur
belakang, maka disimpulkan bahawa suhu udara dalam loteng sensitif terhadap
perubahan sudut bumbung. Dalam bilik tidur belakang pula, suhu udara tidak sensitif
terhadap perubahan sudut bumbung.
D.
Perbincangan
Daripada analisis sensitiviti suhu udara dalam masing-masing zon yang
diakibatkan oleh perubahan sudut bumbung, dapat disimpulkan bahawa suhu udara
loteng sangat sensitif terhadap perubahan sudut bumbung. Hal ini berlaku kerana
jumlah haba yang masuk ke dalam loteng bergantung kepada sudut bumbung atau
173
sudut tiba matahari. Semakin besar sudut bumbung semakin kecil jumlah haba yang
diterima suatu permukaan dan semakin rendah suhu udara lotengnya. Sebaliknya,
semakin kecil sudut bumbung semakin besar pula haba yang diterima permukaan
tersebut semakin tinggi suhu udara dalam loteng tersebut. Sudut bumbung yang kecil
menyebabkan sudut tiba matahari yang besar, sehingga keamatannya tinggi. Suhu
udara dalam ruang hunian pula tidak sensitif terhadap perubahan sudut bumbung.
Hal ini berlaku kerana perubahan jumlah haba yang berada di dalam loteng kurang
dapat menembusi siling untuk mencapai ruang hunian.
7.9
Sensitiviti Suhu Udara terhadap Orientasi Bumbung
Orientasi bumbung yang digunakan dalam kajian ini hanya terdapat dua
sahaja iaitu sudut sebesar 450 dan 1350. Dengan demikian, perubahan orientasinya
adalah 900. Pembolehubah yang lain daripada orientasi bumbung iaitu bahan atap,
warna atap, bahan siling, pengalihudaraan bumbung dan bahan penebatan (pada
bahagian ini tidak digunakan) ditetapkan.
A.
Loteng dan Bilik Tidur Depan
Daripada ujikaji dengan program TROPIC, diperolehi suhu udara maksimum
dalam loteng dan bilik tidur depan untuk pelbagai orientasi bumbung seperti yang
terlihat dalam Jadual 7.23.
Suhu udara maksimum tertinggi yang berlaku dalam loteng atas bilik tidur
depan adalah 35.5 0C yang dihasilkan oleh orientasi bumbung 450. Manakala suhu
udara maksimum terendah dihasilkan oleh orientasi bumbung 1350 dengan suhu
sebesar 34.7 0C. Perbezaan suhu udara maksimum tertinggi dan terendah adalah
0.80C. Suhu udara maksimum tertinggi yang berlaku dalam bilik tidur depan adalah
30.9 0C yang dihasilkan oleh orientasi bumbung 45 0. Manakala suhu udara
maksimum terendah dihasilkan oleh orientasi bumbung 135 0 dengan suhu sebesar
174
30.8 0C. Perbezaan suhu udara maksimum tertinggi dan terendah adalah 0.1 0C.
Apabila dibandingkan antara perubahan suhu udara dalam loteng atas bilik tidur
depan dan perubahan suhu udara dalam bilik tidur depan, maka suhu udara dalam
loteng kurang sensitif. Dalam bilik tidur depan pula, suhu udara tidak sensitif
terhadap perubahan orientasi bumbung.
Jadual 7.23 Suhu udara maksimum untuk dua orientasi bumbung dalam
loteng (Zon 1) dan bilik tidur depan (Zon 4)
Orientasi
bumbung
45 darjah
135 darjah
Suhu maks.
Suhu min.
Beza suhu
B.
Suhu
Suhu
Loteng Bilik dpn.
(Zon 1) 0C (Zon 4) 0C
35.5
30.9
34.7
30.8
35.5
30.9
34.7
30.8
0.8
0.1
Loteng dan Bilik Tidur Belakang
Suhu udara maksimum dalam loteng dan bilik tidur belakang untuk pelbagai
orientasi bumbung dapat dilihat dalam Jadual 7.24.
Jadual 7.24 Suhu udara maksimum untuk dua orientasi bumbung dalam
loteng (Zon 2) dan bilik tidur belakang (Zon 5)
Orientasi
bumbung
45 darjah
135 darjah
Suhu maks.
Suhu min.
Beza suhu
Suhu
Suhu
Loteng Bilik blk.
(Zon 2) 0C (Zon 5) 0C
34.7
30.8
35.5
30.9
35.5
30.9
34.7
30.8
0.8
0.1
Suhu udara maksimum tertinggi yang berlaku dalam loteng atas bilik tidur
175
belakang adalah 35.5 0C yang dihasilkan oleh orientasi bumbung 1350. Manakala
suhu udara maksimum terendah dihasilkan oleh orientasi bumbung 45 0 dengan suhu
sebesar 34.7 0C. Maka perbezaan suhu udara maksimum tertinggi dan terendah
adalah 0.80C. Suhu udara maksimum tertinggi yang berlaku dalam bilik tidur
belakang adalah 30.9 0C yang dihasilkan oleh orientasi bumbung 135 0. Manakala
suhu udara maksimum terendah dihasilkan oleh orientasi bumbung 45 0 iaitu 30.8 0C.
Maka perbezaan suhu udaranya adalah 0.1 0C. Hampir sama dengan yang berlaku
dalam loteng dan bilik tidur depan, suhu udara dalam loteng kurang sensitif.
Manakala suhu udara dalam bilik tidur belakang tidak sensitif terhadap perubahan
orientasi bumbung.
C.
Loteng dan Ruang Tetamu
Suhu udara maksimum dalam loteng dan bilik tidur belakang untuk pelbagai
orientasi bumbung dapat dilihat dalam Jadual 7.25.
Jadual 7.25 Suhu udara maksimum untuk dua orientasi bumbung dalam
loteng (Zon 3) dan ruang tetamu (Zon 6)
Orientasi
bumbung
45 darjah
135 darjah
Suhu maks.
Suhu min.
Beza suhu
Suhu
Suhu
Loteng R.tetamu
(Zon 3) 0C (Zon 6) 0C
35.2
31.0
35.2
31.0
0.0
0.0
Dalam loteng atas ruang tetamu tidak ada suhu udara maksimum tertinggi dan
terendah. Hal ini berlaku kerana orientasi bumbung 450 dan 1350 menghasilkan nilai
suhu yang sama, iaitu 35.1 0C. Maka perbezaan suhu udara di antara kedua orientasi
bumbung ini adalah sifar. Suhu udara maksimum tertinggi yang berlaku dalam Zon
Enam adalah 31.0 0C yang dihasilkan oleh orientasi bumbung 450 dan 135 0. Dengan
demikian, tidak terdapat perbezaan suhu udara maksimum di antara kedua orientasi
176
bumbung ini. Oleh itu dapat disimpulkan bahawa suhu udara dalam loteng dan ruang
tetamu tidak sensitif terhadap perubahan orientasi bumbung.
D.
Perbincangan
Daripada analisis sensitiviti suhu udara dalam masing-masing zon yang
diakibatkan oleh perubahan orientasi bumbung, dapat disimpulkan bahawa suhu
udara loteng kurang sensitif terhadap perubahan orientasi bumbung, khususnya
untuk Zon Satu dan Zon Dua. Manakala Zon Tiga yang mempunyai dua permukaan
bumbung sama sekali tidak sensitif. Zon Satu dan Zon Dua memiliki perbezaan suhu
udara kerana jumlah haba yang diterima bumbung bergantung kepada sudut
kedudukan matahari. Zon Tiga pula memiliki dua permukaan bumbung dan berubah
orientasi sebesar 900 sehingga mendapatkan jumlah keamatan yang sama dari
matahari. Sehingga menghasilkan suhu udara loteng yang sama. Suhu udara dalam
ruang hunian pula tidak sensitif terhadap perubahan sudut bumbung. Hal ini berlaku
kerana perubahan jumlah haba yang berada di dalam loteng kurang dapat
menembusi siling untuk mencapai ruang hunian.
7.10
Ringkasan
Daripada keseluruhan simulasi di atas dapat disimpulkan bahawa seluruh
suhu udara loteng sensitif terhadap pembolehubah bumbung. Hal ini berlaku kerana
bumbung merupakan binaan nipis sehingga haba mudah untuk keluar dan masuk.
Manakala suhu udara dalam ruang hunian kurang sensitif terhadap perubahan
pembolehubah. Jumlah haba yang masuk ke dalam ruang hunian dapat dihambat
alirannya oleh bahan siling sehingga perubahan suhu udaranya pun rendah.
Perubahan haba yang ada dalam loteng dapat Urutan suhu udara yang sangat
sensitif adalah seperti berikut:
a. Suhu udara loteng sangat sensitif terhadap warna atap, bilik kurang
b. Suhu udara loteng sangat sensitif terhadap pengalihudaraan loteng, bilik kurang
177
c. Suhu udara loteng sensitif terhadap bahan atap, bilik tidur tidak sensitif
d. Suhu udara loteng sensitif terhadap sudut bumbung, bilik tidak
e. Suhu udara loteng kurang sensitif terhadap bahan siling, bilik tidak
f. Suhu udara loteng kurang sensitif terhadap penebatan, bilik tidak
g. Suhu udara loteng tidak sensitif terhadap orientasi bumbung, bilik tidak.
BAB VIII
KESIMPULAN DAN CADANGAN
8.1
Pendahuluan
Bab Tujuh telah membincangkan analisis sensitiviti daripada program
TROPIC untuk pembolehubah bumbung. Bab ini akan membincangkan mengenai
kesimpulan yang didapati daripada seluruh penyelidikan ini. Kesimpulan ini
dikaitkan dengan pertanyaan penyelidikan yang telah dibincangkan dalam Bab Satu.
Perbincangan bab ini akan dimulakan dengan penemuan penyelidikan dan
dilanjutkan dengan perbincangan mengenai penerapan penemuan penyelidikan untuk
digunakan sebagai alat bantuan arkitek di dalam merekabentuk bangunannya.
8.2
Penemuan Penyelidikan
Penemuan penyelidikan akan dibahagikan kepada empat tajuk menurut empat
persoalan penyelidikan yang telah dinyatakan dalam Bab Satu iaitu:
1.
Apakah program simulasi sediada sesuai dan dapat memberi hasil
dengan cepat untuk digunakan pada peringkat rekabentuk
konseptual?
2.
Apakah program simulasi sediada dapat digunakan untuk
rekabentuk litupan bangunan yang menggunakan pengalihudaraan
179
semulajadi?
3.
Apakah hasil ujian sensitiviti daripada program ubahsuai untuk
bangunan yang menggunakan pengalihudaraan semulajadi?
4.
Apakah kekurangan-kekurangan daripada data tempatan untuk
digunakan dalam program simulasi?
Persoalan 1: Apakah program simulasi sediada sesuai dan dapat memberi hasil
dengan cepat untuk digunakan pada peringkat rekabentuk konseptual?
Program simulasi bangunan sediada tidak sesuai untuk digunakan pada
peringkat rekabentuk konseptual. Struktur data masukan program ini sukar difahami,
sehingga memakan masa yang lama untuk mempelajarinya. Untuk mendapatkan
hasilnya pula perlu masa yang agak lama. Data masukan bersifat komplikated,
kerana selain mengetahui merangkumi hal-hal mendasar dalam rekabentuk, seperti
keluasan lantai bangunan, dinding, bumbung, tingkap dan pintu, perlu juga
mengetahui data-data loji untuk bangunan.
Persoalan 2: Apakah program simulasi sediada dapat digunakan untuk
rekabentuk litupan bangunan yang menggunakan pengalihudaraan
semulajadi?
Program simulasi sediada tidak dapat digunakan untuk rekabentuk litupan
bangunan pengalihudaraan semulajadi. Program simulasi sediada hanya sesuai untuk
bangunan dengan hawa dingin. Apabila data-data yang dimasukkan hanya berkenaan
dengan litupan bangunan sahaja, maka program tidak akan jalan. Apabila data-data
yang berkenaan dengan sistem hawa dingin ada, maka program data jalan. Selain itu,
program ini tidak menghendaki adanya penembusan atau pengudaraan, kerana a akan
menjadi beban bagi pendingin hawa.
180
.
Persoalan 3: Apakah hasil ujikaji sensitiviti daripada program ubahsuai untuk
bangunan yang menggunakan pengalihudaraan semulajadi?
Program simulasi bangunan yang baru, TROPIC, sesuai untuk bangunan
dengan pengalihudaraan semulajadi dan pengoperasiannya mudah untuk rekabentuk
pada tahap konseptual. Program ini terbukti mampu menilai sensitiviti
pembolehubah bumbung ke atas keadaan terma dalaman bangunan yang
menggunakan pengalihudaraan semulajadi. Pembolehubah yang terlibat dalam
ujikaji sensitiviti ini adalah bahan atap, warna atap, bahan siling, kadar
pengalihudaraan, bahan penebatan, sudut bumbung dan orientasi bumbung.
Ujikaji sensitiviti menunjukkan bahawa penebatan mempunyai sensitiviti
yang paling kuat terhadap suhu udara ruang hunian. Manakala warna atap dan
pengalihudaraan loteng mempunyai sensitiviti yang lemah berbanding dengan
penebatan. Pembolehubah yang lain iaitu, bahan siling, sudut bumbung, bahan atap
dan penebatan mempunyai sensitiviti yang lemah terhadap suhu udara ruang hunian
(Jadual 8.1). Jadual 8.2 menunjukkan perbezaan suhu udara maksimum tertinggi dan
terendah dalam bilik tidur depan. Bilik ini dipilih kerana memiliki suhu udara paling
tinggi berbanding dengan bilik tidur belakang dan ruang tetamu. Apabila selang beza
suhu dalam loteng dibahagikan kepada dua samarata iaitu 0 (0C) hingga 5 (0C)
dikelaskan sebagai lemah dan 5 (0C) hingga 10 (0C) dikelaskan sebagai kuat, maka
didapati bahawa warna atap memiliki sensitiviti yang paling kuat dalam loteng.
Selanjutnya, apabila selang suhu dalam ruang hunian daripada 0 (0C) hingga 0.9 (0C)
dikelaskan sebagai lemah dan selang daripada 0.9 (0C) hingga 1.7 (0C) dikelaskan
sebagai kuat maka dapat disimpulkan bahawa penebatan mempunyai sensitiviti yang
paling kuat.
Gabungan pembolehubah bumbung atau disebut ‘bumbung’ sahaja dapat
menghasilkan dua jenis keadaan terma dalaman. Gabungan pembolehubah bumbung
yang menghasilkan suhu udara terendah akan menghasilkan suhu udara ruang hunian
terendah. Manakala gabungan pembolehubah bumbung yang menghasilkan suhu
udara tertinggi akan menghasilkan suhu udara tertinggi pula (Rajah 8.3). Gabungan
pembolehubah bumbung yang menghasilkan suhu udara terendah boleh dibahagikan
181
kepada dua iaitu bumbung ‘aktif’ dan bumbung ‘pasif’. Bumbung aktif adalah
bumbung yang menggunakan pengalihudaraan secara mekanikal, seperti penggunaan
kipas. Manakala bumbung pasif menggunakan pengalihudaraan semulajadi.
Bumbung yang menghasilkan suhu udara ruang hunian paling rendah ialah
atap genting konkrit atau tanah, berwarna atap terang, bersiling papan lapis dengan
penebatan papan gabus, dengan pengalihudaraan loteng 25 ACH dan bersudut
bumbung 600. Suhu udara ruang hunian tertinggi yang dihasilkan oleh rekabentuk
bumbung sejuk secara aktif adalah 29.2 0C. Pengalihudaraan 25 ACH ini tidak boleh
dicapai secara semulajadi. Ia memerlukan pengalihudaraan secara mekanikal. Oleh
itu, rekabentuk bumbung ini dikelaskan sebagai aktif.
Jadual 8.1 Elemen bumbung yang menghasilkan suhu udara loteng maksimum
tertinggi dan terendah
Suhu udara loteng
Pembolehubah
a. Bahan atap
Suhu udara ruang hunian
Tertinggi
Terendah
Tertinggi
Terendah
(0C)
(0C)
(0C)
(0C)
Keluli dan
Konkrit
zink
Keluli, zink
Genting
dan
tanah &
asbestos
konkrit
b. Warna atap
Gelap
Terang
Gelap
Terang
c. Bahan siling
Papan lapis,
Asbestos
Asbestos
Papan lapis
papan plaster
dan simen
gentian
d. Pengalihudaraan
0 ACH
25 ACH
0 ach
25 ACH
e. Penebatan
Papan damar
Papan gabus
Gentian
Papan damar,
kaca
papan gabus,
dan gentian
kaca
f. Sudut bumbung
200
gentian kaca.
600
200
600
182
Jadual 8.2 Perbezaan suhu udara maksimum dalam loteng dan ruang hunian
Pembolehubah
a. Bahan atap
b. Warna atap
c. Bahan siling
d. Pengalihudaraan
e.Penebatan
f. Sudut
bumbung
Beza suhu udara (maks - min)
Loteng
Ruang hunian
0
( C)
(0C)
(36.4-34.8) =
(31-30.9) =
1.6
0.1
(40.1-30.9) =
(31.3-30.5) =
9.2
0.8
(35.5-35.2) =
(31-30.9) =
0.5
0.2
(39.6-33.9) =
(31.3-30.8) =
5.7
0.5
(38.5-35.5) =
(31-29.3) =
3
1.7
(36.3-33.5) =
(31-30.8) =
2.8
0.2
Sensitiviti terhadap
Loteng
Ruang
hunian
Lemah
Lemah
[5]
[5]
Kuat
Kuat
[1]
[2]
Lemah
Lemah
[6]
[4]
Kuat
Lemah
[2]
[3]
Lemah
Kuat
[3]
[1]
Lemah
Lemah
[4]
[4]
Jadual 8.3 Perbandingan elemen bumbung pada tiga jenis bumbung
Elemen bumbung
/ Suhu udara
Suhu udara
a. Bahan atap
Rekabentuk
Rekabentuk
Rekabentuk
Bumbung
Aktif
Pasif
Paling Panas
Bumbung
Bumbung
Paling Sejuk
paling Sejuk
29.2 0C
29.3 0C
32.2 0C
Keluli, zink
Genting
Genting
konkrit, tanah
konkrit, tanah
b. Warna atap
Gelap
Terang
Terang
c. Bahan siling
Asbestos
Papan lapis
Papan lapis
d.
0 ACH
25 ACH
0 ACH
Tiada
Papan gabus,
Papan gabus,
damar,gentian
damar,gentian
kaca
kaca
600
600
Pengalihudaraan
e. Penebatan
f. Sudut bumbung
200
183
Binaan bumbung pasif telah disimulasi. Bumbung pasif ini beratap genting
konkrit atau tanah, berwarna terang, bersiling papan lapis dengan penebatan papan
gabus dan bersudut bumbung 600, dan tiada pengalihudaraan loteng. Suhu udara
ruang hunian yang dihasilkan adalah 29.3 0C. Dalam keadaan iklim Malaysia, udara
semulajadi dianggarkan loteng kurang daripada 5 ACH.
Persoalan 4: Apakah kekurangan-kekurangan daripada data tempatan untuk
digunakan dalam program simulasi?
Data sediada di Malaysia belum memiliki data cuaca berupa sinaran serakan
dan terus. Program sediada memerlukan data ini sebagai masukan datanya. Oleh itu,
supaya program ini dapat menjalankan operasinya, maka diambil data cuaca dengan
lokasi yang paling hampir, iaitu Singapura. Walaubagaimanapun, program baru ini
boleh dipakai di mana-mana tempat asal data sinaran ini tersedia. Selain itu, data
untuk bahan tempatan juga perlu dilakukan ujikaji makmal sehingga dapat dilakukan
pengesahan simulasi secara tepat.
8.3
Perbincangan
Dengan adanya program ini, arkitek boleh melakukan banyak rekabentuk-
rekabentuk alternatif pada tahap konseptual kerana program ini dapat mengeluarkan
hasil dalam lingkungan beberapa minit. Arkitek hanya memerlukan pengiraan
keluasan dan isipadu unsur-unsur bangunan dan terus memasukkan datanya.
Beberapa bahan yang biasa digunakan sudah tersedia dalam buku rujukan ASHRAE
dan ARCHIPAK. Program TROPIC ini menggunakan asas WATFOR 77 yang tidak
memerlukan lesen kerana telah lama digunakai oleh masyarakat awam. Program ini
boleh digunakan untuk menilai bangunan dengan pengalihudaraan semulajadi, pada
bangunan bertingkat ataupun bangunan besar, seperti perumahan kos rendah,
sekolah, dewan dan masjid.
184
8.4
Cadangan
Penyelidikan ini telah membincangkan aspek-aspek yang berkenaan dengan
pembangunan program simulasi pembolehubah bumbung untuk menilai keadaan
terma dalaman. Penyelidikan lanjutan dicadangkan supaya diarahkan pada dua aspek
utama seperti berikut:
A.
Ujikaji dengan bangunan berskala.
Bangunan berskala adalah merupakan wakil daripada dunia sebenar. Data
yang diperolehi daripada bangunan berskala ini cukup baik apabila dibandingkan
dengan hasil simulasi. Untuk mendapatkan hasil simulasi yang lebih tepat,
perbandingan perlu dijalankan dengan ujikaji bangunan berskala. Walaupun
penyelidikan dengan menggunakan bangunan berskala memiliki pembolehubah yang
tidak boleh dikawal.
B.
Sistem pendekatan matematik untuk simulasi secara matra tiga.
Ramalan tenaga dan suhu dalam simulasi ini menggunakan kaedah rangkap
pindah yang mengira setiap gandaan haba dan beban penyejukan dengan cara
matematik biasa (lelurus). Dalam keadaan sebenar, dunia fizikal bersifat tidak
lelurus. Untuk menghasilkan hasil pengiraan yang lebih tepat perlu ramalan
pengiraan dengan kaedah Imbangan Haba. Kaedah ini menjalankan pengiraanpengiraan secara tidak lelurus, terutama untuk mengira gandaan haba daripada
sinaran suria.
.
185
RUJUKAN
Abdul Malek b. Abdul Rahman (1994). “Design for Natural Ventilation in Low-Cost
Housing in Tropical Climates.” The Welsh School of Architecture. University of
Wales College of Cardiff: Tesis Ph.D.
Abdulmalik b. Abdulshukor (1992). “Human Thermal Comfort in The Tropical
Climate.” The Barlett School of Architecture, Building, Environmental Design
and Planning. University College London: Tesis Ph.D.
Adnan bin Husain (1997). “Investigation of Thermal Comfort in Factory
Environment.” Universiti Teknologi Malaysia: Tesis M.Sc.
Ahmad, Q,T. dan Szokolay, S.V. (1990).”Thermal Design Tools in Australia: A
Comparative Study of TEMPER, CHEETAH, ARCHIPAK and QUICK.”
Department of Architecture, The University of Queensland.
AIA Research Coropration (1976). “New Design Concepts For Energy.” Washington
D.C.
Angus, T.A. (1968). “The Control of Indoor Climate.” Pergamon Press, UK.
Akbari, H., Sarah, B., Kurn, D.M. dan Hanford, J. (2001) “Peak power and cooling
energy savings of high-albedo roofs.” Building and Environment. 36.117-126.
Arens E.A, Blyholder A.G. dan Schiller, G.E. (1984). “Predicting Thermal
Comfort of People in Naturally Ventilated Buildings.” ASHRAE Transactions.
8(4).
186
ASHRAE (1989). “ASHRAE Handbook: Fundamentals.” SI edition. Atlanta:
American Society of Heating, Refrigerating and Air Conditioning Engineers,
Inc
Ayres, J.M., dan Stamper, E. (1995).”Historical Development of Building Energy
Calculations.” ASHRAE Transactions. 101(1).
Auliciem, A. (1972). “The Atmospheric Environment: A Study of Comfort and
Performance.” Research Publications. University of Toronto. Department of
Geography.
Auliciems, A. (1977).”Thermal Comfort Criteria for Indoor Design Temperature in
the Australian Winter.” Architectural Science Review.
Baker, N. (1987). “Passive and Low Energy Building Design for Tropical Island
Climates.” London: Commonwealth Science Council.
Balasubramaniya, R., Claridge, D.E, Norford, L.K., dan Krider, J.F. (1992). “A
Multiclimate Comparison of the Improved TC 4.7 Simplified Energy Analysis
Procedure with DOE-2 .” ASHRAE Trans. 98(1). 305-319.
Bedford, Thomas (1948). “Basic Principles of Ventilation and Heating.” London:
H.K. Lewis.
Berdahl, P. dan Bretz, S.E. (1997) “Preliminary survey of the solar reflectance of
cool roofing materials.” Energy and Buildings. 25. 149-158.
Berger, G.S. dan de Dear, R.J. (1998). “Thermal Adaptation in the Built
Environment: a Literature Review.” Energy and Buildings. 27. 83-96.
Bario, E.P.D. (1998) “ Analysis of the green roofs cooling potential in buildings.”
Energy and Buildings. 27. 179-193.
187
Bario, E.P.D. (2001) “Roof components models simplification via statistical
linearisation and model reduction techniques.” Building and Environment. 36.
259-281.
Berglund, L.G. dan Cunningham, D.J. (1986 ). “Parameters of Human Discomfort in
Warm Environments.” ASHRAE Transactions. 1(2).
Bloomfield, D.P dan Lomas, K.J. (1992). “Assessing Programs which Predict the
Thermal Performance of Buildings.” Gartson, U.K.: Building Research
Establishment.
Bloterberg, A., Carlsson, T., Svensson, C. dan Kronvall, J. (2001) “Air flows in
dwellings-simulations and measurements.” Energy and Building. 30. 87-95.
Billington dan Neville, S. (1952). “Thermal Properties of Buildings.” London:
Cleaver-Hume Press Ltd.
Borse, G.J. (1985). “Fortran 77 for Engineers”. Boston : PWS Engineering.
Boulkroune, K., Candau, Y., Piar, G. dan Jeandel, A. (1995) “ Validation of a
building thermal model by using ALLAN Simulation software.” Energy and
Buildings. 22. 45-57.
Brotherton,T.M., Kreider, J.F., Claridge, D.E., dan Norford, L.K (1987). “A
Multiclimate Comparison of the Simplified ASHRAE Building Consumption
Model with DOE-2 Results.” ASHRAE Trans. 93(2). 600-620.
Buffington, D.E. (1975). “Heat Gain by Conduction Through Exterior Walls and
Roofs – Transmission Matrix Method.” ASHRAE Transactions. 81(2). 89-101.
Burmeister, H. dan Keller, B. (1998) “ Climate surfaces: a quantitative buildingspecific representation of climates.” Energy and Buildings. 28. 167-177.
Cagamas Berhad (1997). “Housing the Nation: A Definitive Study.” Kuala Lumpur.
188
Cena, K., dan J.A. Clark (1981). “Bioengineering, Thermal Physiology and
Comfort.” Amsterdam: Elsevier Scientific Publishing Company.
Chalkley, J.N. dan H.R. Cater (1968). “Thermal Environment. For The Student of
Architecture.” London: The Architectural Press.
Chandra, S. dan Kerestecioglu, A.A. “ Heat Transfer in Naturally Ventilated Rooms:
Data from Full - Scale Measurements.” ASHRAE Transactions 84-05.1.
Chapra C. Steven dan Reymond P. Canale (1998). “Numerical Methods for
Engineers; with programming and software applications.” 3rd edition.
Singapore: WCB/ Mc. Graw Hill.
CIBSE GUIDE (1980). “Thermal Properties of Building Structures.” The Chartered
Institution of Building Services, Lpndon.
Citherlet, S., Clarke, J.A. dan Hand, J.A. (2001). “Integration in Building Physics
Simulation.” Energy and Buildings. 4. 155-160.
Clark, R.P. dan Edholm, O.G. (1985). “Man and His Thermal Environment.”
London: Edward Arnold Ltd.
Coleman, Thomas, F. and Charles Van Loan (1988). “Handbook for Matrix
Computations.” Philadelphia : SIAM.
Commonwealth Science Council (1987). “Passive and Low Energy Building Design
for Tropical Island Climates.”
de Dear, R.J., Leow, K.G. dan Ameen, A.(1991). “Thermal Comfort in the Humid
Tropics – Part I: Climate Chamber Experiments on Temperature Preferences in
Singapore.” ASHRAE Transactions. 1(2).
de Dear, R.J. ., Leow, K.G. dan Ameen, A.(1991). “Thermal Comfort in the Humid
189
Tropics – Part II: Climate Chamber Experiments on Temperature Preferences
in Singapore.” ASHRAE Transactions. 1(2).
De Dear, R.J. dan Leow, K.G. (1991) “Thermal Comfort in the Humid Tropics – Part
I: Climate Chamber Experiments on Thermal Acceptability in Singapore.”
ASHRAE Transactions. 16(2).
De Dear, R.J. dan Leow, K.G. (1991) “Thermal Comfort in the Humid Tropics – Part
II: Climate Chamber Experiments on Thermal Acceptability in Singapore.”
ASHRAE Transactions. 16(3).
Donn, Michael. (2001). “Tools for Quality Control in Simulation.” Building and
Environment. 36, 673-680.
Dorer, V. dan Breer, D. (1998). “Residential Mechanical Ventilation Systems:
Preformance Criteria and Evaluations.” Energy Building. 27. 247-255.
Duffie, J.A. dan Beckman, W.A.(1974). “Solar Energy Thermal Processes.” New
York: John Wiley and Sons. dlm. Mohd Yusoff.Tesis M Sc.
Eberhard, J.P. (1974). “Energy Conservation in Building Design.” United States:
AIA Research Centre.
Eberhard, A.A.dan O’Donovan, M. (1990). “A Critical Review of the Usefulness of
Microcomputer Based Design Tools for Passive Solar Design in Low Cost
Housing in Developing Countries.” dlm. A Malek, Abdul Malek b. Abdul
Rahman (1994) “Design for Natural Ventilation in Low-Cost Housing in
Tropical Climates.” The Welsh School of Architecture. University of Wales
College of Cardiff: Tesis Ph.D.
Edward, B. (1996). “Towards Sustainable Architecture: European Directives and
Building Design.” Oxford: Butterworths Architeture.
Ehringer, H. dan Zito, U. (1984). “Energy Savings in Buildings.” Dodrecht:
190
D. Radel Publishing Co.
Ellis, M.W. and Mathews, E.H. (2001) “ A New Simplified Thermal Design Tool for
Architects.” Building and Environment. 36.1009-1021.
Ellias Salleh (1981). “Thermal Performance of Light-Weight Roofing in Hot
Climate.” University of Sydney, Sydney, Australia.: Tesis M.Sc.
Eumorfopoulou, E. dan Aravantinos, D. (1998) “The contribution of a planted roof to
the thermal protection of buildings in Greece. Energy and Buildings. 27. 29-36.
Fanger, P.O. (1970) “Thermal Comfort: Analysis and Applications.” dlm.
“Environmental Engineering.” New York: McGraw Hill Book Company.
Fernandes, E de Olivera, Woods, J.E. dan Faist, A.P. (1981). “Building Energy
Management.” Pergamon Press Ltd.
Fountain, M., Arens,E., Xu, T., Bauman, F. dan Masa Oguru (1999). “An
Investigation of Thermal Comfort at High Humidity.”
http://www.dnai.com/~fountain/an.htm
Fry, M. dan Jane, D. (1964). “Tropical Architecture in the Dry and Humid Zone.”
London: BT Batsford Limited.
Gan, G. dan Croome, D.J. (1994). “Thermal Comfort Models Based on Field
Measurements.” ASHRAE Transactions. 1(2).
Ganesh, R., Sauer, H.J., dan Howell, R.H. (1989). “Part-load Simulations of Simple
Air-Conditioning Systems Using a New Coil Model.” ASHRAE Transactions.
95(1).
Givoni, B. (1976). “Man, Climate and Architecture.” 2nd. Ed. Great Britain: Applied
Science Publisher.
191
Givoni, B. (1962). “The Effect of Roof Construction upon Indoor Temperatures.”
dlm. “Man,Climate and Architecture.” 2nd. Ed. Great Britain: Applied Science
Publisher.
Givoni, B. dan Shalon, R. (1962). “Influence of Ceiling Height on Thermal
Conditions in Dwelling Houses in Beer-Sheva.” dlm.: “Man,Climate and
Architecture.” 2nd. Ed. Great Britain: Applied Science Publisher.
Givoni, B. dan Hoffman, E. (1968). “Guide to Building Design in Different Climatic
Zone.” dlm. Man,Climate and Architecture.” 2nd. Ed. Great Britain: Applied
Science Publisher.
Givoni, B. (1998). “Effectiveness of Mass and Night Ventilation in Lowering the
Indoor Daytime Temperatures.” Part I: 1993 Experimental Periods. Energy and
Buildings. 28. 25-32.
Gratia, E., dan De Herde, Andre. (2002). “A Simple Design Tool for the Thermal
Study of Dwellings.” Energy and Buildings. 34. 411-420.
Haghighat, F., Li. Y. dan Megri, A.C. (2001) “Development and validation of a
zonal model-POMA.” Building and Environment. 36.1039-1047.
Harkness, Edward, L. dan Madan, L.M (1978). “Solar Radiation Control in
Buildings.” England: Applied Science Publishers Ltd.
Hayakawa, K., Isoda, N. dan Yanase, T. (1989). “Study of the Effects of Air
Temperature and Humidity on the Human Body During Physical exercise in the
Summer.” dlm. Fountain, ME., et al., Arens, E., Xu, T., Bauman, F. dan Masa
Oguru (1999). “An Investigation of Thermal Comfort at High Humidity.”
Journal of Architecture, Planning and Environmental Engineering
Transactions of AIJ No. 405.
Hedlin, C.P. (1988). “Heat Flow Through a Roof Insulation Having Moisture
Contents Between 0 and 1% By Volume, In Summer.” ASHRAE Transactions
192
12-1.
Hirokawa, Y. dan Horie, G. (1982). “Thermal Sensory Environment and Human
Behaviour in the System of Indoor Living Spaces.” dlm. Energy and Buildings.
4. 263-276.
Hodder, S.G., Loveday, D.L., Parsons, K.C. dan Taki, A.H. (1998). “Thermal
Comfort in Chilled Ceiling and Displacement Ventilation Environments:
Vertical Radiant Temperature Asymmetry Effects.” Energy and Buildings. 27.
167-173.
Hohmann, L.M. (1981). “The Thermal Insulation of Roofs. in : Energy Conservation
and Thermal Insulation.” R. Dericott and S.S. Chissick. John Wiley and Sons
Ltd.
Holm, Dieter. (1983). “Energy Conservation in Hot Climates.” London: The
Architectural Press.
Hong, T., Chou, S.K., dan Bong, T.Y. (1982). “Building Simulation: An Overview of
Developments and Information Sources.” Buildings and Environment. 35. 347361.
Honmann, W.(1984). “Integration of Window Design and Orientation with Room
Environmental Requirements.” ASHRAE Transactions. 4.
Hooper, C. (1975). “Design for Climate: Guidelines for the design of Low-cost
Houses for the Climates of Kenya.” University of Nairobi. Nairobi: Housing
Research and Development Unit.
Hoppe, P. (1988). “Comfort Requirement in Indoor Climate.” Energy and Buildings,
11. 249-257.
Humphreys, M.A. (1976). “Field Studies of Thermal Comfort Compared and
Applied.” Applied Services Engineering. 44. 6-23.
193
Humphreys, M.A. (1978.b). “Field Studies of Thermal Comfort Compared and
Applied.” dlm. “Energy, Heating and Thermal Comfort: Practical Studies from
The Building Research Establishment.” London: BRE Building Research
Series. The Construction Press. 4. 237-265.
Humphreys, M.A. (1981). “The Dependence of Comfortable Temperatures Upon
Indoor and Outdoor Climates.” dlm. Cena, K. dan Clark, J.A. (Ed.)
“Bioengineering, Thermal Physiology and Comfort.” Amsterdam: Elsevier
Scientific Publishing Company.
Humphreys, M.A. dan Nicol, J.F. (1970). “An Investigation Into Thermal Comfort of
Office Workers.” Journal of the Institution of Heating and Ventilating
Engineers. 38. 181-189.
Humphreys, M.A. dan Nicol, J.F. (1971). “Theoretical and Practical Aspects of
Thermal Comfort.” CP 14/71 Building Research Station, Department of the
Environment.
Jarmul, S. dan AIA. (1980). “The Architects Guide to Energy Conservation.” New
York: Mc Graw Hill Book Co.
Jensen, S.O. (1995) “Validation of Building Energy Simulation Program: a
Methodology.” Energy and Buildings. 22. 133-144.
Jones, P.J. dan Whittle, G.E. ((1992). “Computational Fluid Dynamics for Building
Air Flow Prediction – Current Status and Capabilities.” dlm. Abdul Malek b.
Abdul Rahman (1994) “Design for Natural Ventilation in Low-Cost Housing
in Tropical Climates.” The Welsh School of Architecture. University of Wales
College of Cardiff: Tesis Ph.D
Jones, B.W. et.al (1986). “The Effect of Air Velocity on Thermal Comfort at
Moderate Activity Levels.” ASHRAE Transactions. 1(2).
194
Kammerud, R., Ceballos, E., Curtis, B., Place, W. dan Andersson, B. (1984).
“Ventilation Cooling of Residential Buildings.” ASHRAE Transactions.84(05).
Karyono, Tri Harso (1996). “Thermal Comfort and Energy Studies in Multi-Storey
Office Buildings in Jakarta, Indonesia.” School of Architectural Studies,
University of Sheffield.
Khattar dan Mukesh, K. (1987). “Low Energy Building Program in Warm, Humid
Climates: Program at the Florida Solar Energy Centre.” Florida Solar Energy
Centre.
Khedari, J., Hirunlabh, J. dan Bunnag, T. (1997) “Experimental study of a roof solar
collector towards the natural ventilation of new houses.” Energy and Buildings.
26. 159-164.
Khedari, J., Mansirisub, W., Chaima, S., Pratinthong, N. dan Hirunlabh, J. (2000)
“Field measurements of performance of roof solar collector.” Energy and
Buildings. 31. 171-178.
Kim, T., Kato, S., dan Murakami, S. (2001) “Indoor cooling/heating load analysis
based on coupled simulation of convection, radiation and HVAC control..”
Building and Environment. 36. 901-908.
Knebel, D.E. (1983). “Simplified Energy Analysis Using the Modified Bin Method.”
Atlanta, GA: American Society of Heating, Refrigerating and Air Conditioning
Engineers.
Koch, W., Jennings, B.H. dan Humphreys, C.M. (1960). “Environmental Study II –
Sensation Responses to Temperature and Humidity Under Still Air Conditions
in The Comfort Range.” ASHRAE Transactions. 66. 264.
Koenigsberger, O. dan Lynn, R. (1965). “Roofs in The Warm Humid Tropics.”
London: Lund Humphries. Paper no. 1.
195
Koenigsberger, O.H., Ingersol, T.G., Mayhew, A. dan Szokolay, S.V. (1973).
“Manual of Tropical Housing and Building. Part One: Climatic Design.”
London: Longman.
Kolokotroni, M., Webb, B.C. dan Hayes, S.D. (1998) “Summer Cooling with Night
Ventilation for Office Buildings in Moderate Climates.” Energy Buildings. 27.
231-237.
Kusuda, T. (1976). “Procedure Employed by Using the ASHRAE Task Group for the
Determination of Heating and Cooling Loads for Building Energy Analysis”.
ASHRAE Transactions. 82(1). 305-314.
Kusuda, T. (1981). “Comparison of Calculated Hourly Cooling Load and Attic
Temperature With Measured Data for a Houston Test House." ASHRAE
Transactions. 87(1). 1185-1199.
Kusuda, T. (2001). “Building Environment Simulation before Desk Top Computers
in the USA through a Personal Memory." Energy and Buildings. 33. 291-302.
Lauret, A.J.P., Mara, T.A, Boyer, H., Adelard, L., dan Garde, F. (2001). “A
Validation Methodology Aid for Improving A Thermal Building Model: Case
of Diffuse Radiation Accounting in A Tropical Climate.” Energy and
Buildings. 33. 711-718.
Lechner, N., (1991). “Heating, Cooling, Lighting: Design Methods for Architects.”
New York: John Wiley & Sons.
Lembaga Pembinaan Industri Pembinaan Malaysia (1998). “Standard Industri
Pembinaan.” Standard Perumahan Kebangsaaan bagi Perumahan Kos Rendah
Satu dan Dua Tingkat. CIS 1.
Lenihan, J. dan Fletcher, W.W. (1978). “The Built Environment.” Glasgow and
London: Blackie..
196
Liang, L.C. (2000). “Thermal Comfort of Medium and Low Double Storey Linked
Houses in Seri Kembangan, Selangor Darul Ehsan.” Universiti Putra Malaysia:
Tesis B.Sc. (Human Development) Project. Faculty of Human Ecology.
Littler, J. dan Thomas, R., (1984). “Design with Energy: The Conservation and Use
of Energy in Buildings.” Cambridge: Cambridge University Press.
Loke (1999). “Keselesaan Terma Pada Rumah Teres Tingkat Dua.” Projek Sarjana
Muda. Universiti Putra Malaysia. Bangi Selangor.
Lotz, F.J. dan Richards, S.J. (1964). “The Influence of Ceiling Insulation on Indoor
Thermal Conditions in Dwellings on Heavy-weight Construction Under South
African Conditions.”
Madsen, H. dan Holst, J. (1995) “Estimation of continuous-time models for the heat
dynamics of a building.” Energy and Buildings. 22. 67-79.
Markus, T.A., dan Morris (1994). “Buildings, Climate and Energy.” London: Pitman
Publishing Limited.
Mathews, E.H. dan Richards, P.G.(1989) “A Tool for Predicting Hourly Air
Temperatures and Sensible Energy Loads in Buildings at Sketch Design
Stage.” Energy and Buildings. 14. 61-80.
Mathews, E.H., Shuttleworth, A.G., Rousseau, P.G., (1994) “Validation and Further
Development of a Novel Thermal Analysis Method.” Buildings and
Environment. 29. 207-215.
Mathews, E.H., van Heerden, E., dan Arndt, D.C. (1999) “A Tool for Integrated
HVAC, Building, Energy and Control Analysis. Part 1: Overview of QUICK
control.” Buildings and Environment. 34. 429-449.
Matrosov, Yu A. dan Butovsky, I.N. (1989). “U.S.S.R. Experiences in Thermal
Design of Building Envelopes with Improved Thermal Properties.” Energy and
Buildings. 14. 31-41.
197
Matrosov, Yu A. dan Butovsky, I.N. (1992). “Concepts of the Development of
Building Physics in the USSR. Energy and Buildings.” 18. 25-33.
McIntyre, D.A. (1980). “Indoor Climate.” London: Applied Science Series Ltd.
McIntyre, D.A.(1981). “Design Requirements for a Comfortable Environment.” dlm.
Cena, K. dan Clark, J.A. (Ed.) “Bioengineering, Thermal Physiology and
Comfort.” Amsterdam: Elsevier Scientific Publishing Company.
Meffert, E.M. (1982). “Hygrothermal Comfort in Lamu Town (Kenya).” Energy and
Buildings. 4. 295-300.
Mitalas, G.P. dan Stephenson, D.G. (1976). “Room Thermal Response Factors.”
ASHRAE Transactions. 73(2); III.2.1-III.2.10.
Mohd. Yusoff Senawi (1992). “Software Development for Building Energy
Analysis.” Universiti Teknologi Malaysia. Johor Bahru. Malaysia: Tesis M.Sc.
Mohd. Yusoff Senawi (1999). “Development of a Building Energy Analysis Package
and Its Application to the Analysis of Cool Thermal Storage Energy Storage
Syste” Universiti Teknologi Malaysia. Johor Bahru. Malaysia: Tesis Ph.D.
Morrison, Ian Beausoleil (2001). “An Algorithm for Calculating Convection
Coefficients for Internal Building Surfaces for the Case of Mixed Flow in
Rooms. Energy and Buildings 33. 351-361.
Muncey, R.W.R. (1979). “Heat Transfer Calculations for Buildings.” London:
Applied Science Publishers Ltd.
Munir, Rinaldi (2000). “Algoritma dan Pemrograman dalam Bahasa Pascal dan C.”
Buku 1. Bandung : CV. Informatika.
198
Munir, Rinaldi dan Leoni Lydia (1998). “Algoritma dan Pemrograman.” Buku 2.
Bandung : CV. Informatika.
Murakami, S., Kato, S. dan Kim, T (2001). “Indoor climate design based on CFD
Coupled simulation of convection, radiation, and HVAC control for attaining a
given PMV value.” Building and Environment. 36. 701-709.
Nevins, R., Rohles, F., Springer, W. and Feyerherm.(1966). “Temperature-Humidity
Chart for Thermal Comfort of Seated Persons.” ASHRAE Transactions. 72.
283-291.
Nicol, J.F. (1993). “Thermal Comfort A Handbook for Field Studies Towards and
An Adaptive Model.” University of East London, UK.
Olesen, B.W. (1982). Technical Review no 2-1982: Thermal Comfort, Bruel and
Kjaer, Denmark.
Page-Shipp (1982). “The State of The Art with Regard to Environmental Design of
Housing in South Africa.” Energy and Buildings. 4. 161-172.
Parker, D.S. Stephen, F. dan Barkaszi (1997) “ Roof solar reflectance and cooling
energy use: field research results from Florida.” Energy and Buildings. 25. 105115.
Pawelski, M.J. et al (1979). “Transfer Functions for Combined Walls and Pitched
Roofs.” ASHRAE Transactions. 85(2). 307-318.
Ramdani, A., Candau, Y., Dauting, S., Delille, S., Rahni, N. dan Dalicieux, P.
(1997) “How to improve building thermal simulation program by use of
spectral analysis.” Energy and Building. 25. 223-242.
Roberts, C.C. dan Reinke, K. (1982). “Thermal Measurements of Building Envelope
Components in the Field.” ASHRAE Transactions. 3(6).
199
Salleh, M.R. (1989). “Natural Ventilation in Terrace Housing of Malaysia: Effects of
Air-well on Air Flow and Air Velocity.” University of Queensland: Tesis M.
Arch.
Salabury, T., dan Diamond, R. (2000) “ Performance Validation and Energy
Analysis of HVAC System Using Simulation.” Energy and Buildings. 32. 5-17.
Satelli, A., Chan, K., and Scott, E.M. (2002). “Sensitivity Analysis.” John Wiley,
Canada.
Shaviv, E., Yezioro, A., Capeluto, I.G., Peleg, U.J. dan Kalay, Y.E. (1996) “
Simulation and knowledge-based computer-aided architectural design (CAAD)
system for passive and low energy architecture.” Energy and Buildings. 23.
257-269.
Shaw, A. (Ed.) (1989). “Energy Design for Architects.” The Fairmont Press, Inc.
Snyder, M.K. (1986). “Heat-Transmission Coefficients for Metal Building Systems.”
ASHRAE Transactions 12.4.
Soegijanto, R.M. (1981). “Pengendalian Lingkungan Termis dan Penerangan Alami
Siang Hari di dlm. Rumah Sederhana Type Perumnas di Daerah Jakarta dan
Bandung.” Fakultas Pasca Sarjana Institut Teknologi Bandung. Indonesia:
Desertasi Ph.D.
Soegijanto, R.M. (1995). “Thermal Performance of a Low Cost House in Warm
Humid Climates.” dlm. Wijeysundera, N.E. (Ed.) (June 1995). “Built
Environment: Trends and Challenges.” Vol.1: Engineering Application.
Proceeding of the Asia Pacific Conference on the Built environment.”
Singapore: Singapore Association of ASHRAE Members, ASHRAE Malaysia
Chapter and Institute of Environmental Epidemiology, Ministry of the
Environment Singapore.
200
Sohar, E. (1982). “Men, Microclimate and Society, Energy and Buildings.” 4. 149154.
Stein, R.G. (1997). “Architecture and Energy.” New York: Anchor Press.
Straaten, Van, J.F., Roux, A.J.A. dan Richards, S.J. (1957). “The Effect of Attic
Ventilation on the Indoor Thermal and Ventilation and Conditions in Dwellings
of Conventional Construction.” dlm. van Straaten, J.F. (Ed.) (1967).”Thermal
Performance of Buildings.” Elsevier Publishing Company.
Straaten, J.F. (1964). “Roof Insulation.” dlm. “Thermal Performance of Buildings.”
Elsevier Publishing Company.
Straaten, J.F. (Ed.) (1967). “Thermal Performance of Buildings.” Elsevier
Publishing Company.
Surjamanto, W. (1996). “Pengaruh Ventilasi Atap Terhadap Kenyamanan Termal di
dlm. Bangunan. Eksperimental Rumah Tinggal Tipe 45 di Bandung.” Jurusan
Teknik Arsitektur Institut Teknologi Bandung. Indonesia: Tesis M.Sc.
Suryoatmono, Bambang (1997). “Bahasa Fortran: Dari Fortran IV hingga Fortran
Powerstation.” Bandung: PT. Eresco.
Sutton, G.E. (1950). “Roof Spray for Reduction in Transmitted Solar Radiation.
Heat. Pip. Air Condit. dlm. Straaten “Thermal Performance of Buildings.”
Szokolay, S.V. (1980). “Environmental Science Handbook. For Architects and
Builders.” Lancaster England: The Construction Press Ltd.
Szokolay, S.V. dan Ritson, P.R. (1982). “Development of a Thermal Design Tool.”
dlm. Yusoff, M. Architectural Science Review. 25. 89-105.
Szokolay, S.V. (1982). “Climatic Data and Its Use in Buildings.” Australia: RAIA
Education Division.
201
Szokolay, S.V. (1987). “Thermal Design of Buildings.” Canberra: RAIA Education
Division.
Tanabe, S., Kimura, K. dan Hara, T. (1987). “Thermal Comfort Requirements during
the Summer Season in Japan.” ASHRAE Transactions. 93(I). 564-577.
Tiwari, P. (2001) “Energy efficiency and building construction in India.” Building
and Environment.36.1127-1135.
Tulucca, A. (1997). “Energy Efficient Design and Construction For Commercial
Buildings.” New York: Mc Graw Hill.
United Nations (1971). “Design of Low-cost Housing and Community Facilities.”
dlm. “Climate and House Design.” New York: Department of Economic and
Social Affairs.
Ural, O. (Ed.) (1980). “Energy Resources and Conservation Related to Built
Environment.” New York: Pergamon Press.
Van Straaten, J.F. (1967). “Thermal Performance of Buildings.” Amsterdam:
Elsevier Publishing Company.
Wallenten, P. (2001) “Convective heat transfer coefficient in a full-scale room with
and without furniture.” Building and Environment. 36.743-751.
Watson, D. (1983). “Climatic Design: Energy-efficient building principles and
practices.” New York: McGraw-Hill Book Company.
Weller, J.W. and Youle, A. (1981). “Thermal Energy Conservation on Building and
Services Design.” London: Applied Science Publishers Ltd.
Wright, D. (1978). “Natural Solar Architecture A Passive Primer. New York: Van
Nostrand Reinhold Co.
202
Yilmaz, Z. (19 ). “Evaluation of Built Environment From the Thermal Comfort
Viewpoint.” ASHRAE Transactions. 549-563.
Zaheer-Uddin, M., et al. (1989). “Inter Model Comparisons between Three PC
Program and BLAST.” dlm. Mohd. Yusoff bin Senawi (1992). “Software
Development for Building Energy Analysis.” Universiti Teknologi Malaysia.
Johor Bahru. Malaysia.: Unpublished M.Sc. Tesis.
Zamri, H (1973). “Simulasi Digital Sistim Pengkondisian Udara.” Tugas Akhir
Sarjana Fisika Teknik.” Departemen Fisika Teknik. Institut Teknologi Bandung.
Zubair, S.M., Bahel, V., Abdel-nabi, D.Y. dan Abdelrahman, M.A. “A Case Study
for Improving Performance and Life Expectancy of Air-Conditioning Systems at
a University Campus.”
Zulkifli bin Hanafi (1991). “Environmental Design in Hot Humid Climates with
Special Reference to Malaysia.” University of Wales College of Cardiff: Tesis
Ph.D.
203
LAMPIRAN A
PROGRAM TROPIC
Roof colour experiment
Mohd Syarif Hidayat
18 3 2000
NTSEC DT1 DT2 KODHG
*- 1=Freq-Resp; 2=TRF
6
2. 30.
1
Sect# Nolay
1
4
Lay# Resit Cond
Dens
Spec
Thic
*-1. wall
1
.044
0
0
0
0
Ro
2
0.
.500
1300 1000
25.
plaster (light)
3
0.
.840
1700
800
100.
brickwork (ave)
4
0.
.500
1300 1000
25.
plaster (light)
idem
Sect# Nolay
2
2
Lay# Resit Cond
Dens
Spec
Thic
*-2. roof
1
.044
0.
0.
0.
0.
Ro
2
0.
.5711 1121.28 837.36 15.
clay tiles
Sect# Nolay
3
2
Lay# Resit Cond Dens Spec Thic
*-3. ceiling
1
.088
0.
0.
0.
0.
Ri=1/11.36
2
0.
.138 530. 1300. 5.
plywood
Sect# Nolay
4
2
Lay# Resit Cond Dens Spec Thic
*-4. floor
1
0
.628 2001. 1800. 304.8
soil
2
0
.500 1300. 1000. 40.
cement plaster
Sect# Nolay
4
3
Lay# Resit Cond Dens Spec
Thic
*-5. partition
1
0
.500 1300 1000
25
plaster (light)
2
0
.840 1700
800
100
brickwork (averg)
3
0
.500 1300 1000
25
plaster (light)
Sect# Nolay
5
4
Lay# Resit Cond Dens Spec
Thic
*-6. door
1
.044
0
0
0
0
Ro
2
0
.138 530
1300
5
plywood
204
3
.16
0
0
0
0
air space
4
0
.138 530
1300
5
plywood
NoCom1
1
NOA
SC
KODIGS
HSB
VSB
DET
UG
TILTG
1
0.4
0
0.
0.
0.
3.1
0.
NoCom2
2
NOB
ALPA TILTW
1
0.2
90 <- wall
2
0.5
30 <- roof
Numsch <max = 10>
5
#1-occupancy
#2-Lighting
#3-Equipment-sensible
#4-Equipment-latent
#5-Infiltration
LST
SCH#1 SCH#2
SCH#3 SCH#4 SCH#5
1,
1.
0.2
0.
0.
1
2,
1.
0.2
0.
0.
1
3,
1.
0.2
0.
0.
1
4,
1.
0.2
0.
0.
1
5,
1.
0.2
0.
0.
1
6,
1.
0.4
0.
0.
1
7,
0.25
0.4
0.
0.
1
8,
0.25
0.
0.
0.
1
9,
0.25
0.
0.
0.
1
10,
0.25
0.
0.
0.
1
11,
0.50
0.
0.
0.
1
12,
0.50
0.
0.
0.
1
13,
0.50
0.
0.
0.
1
14,
0.50
0.
0.
0.
1
15,
0.50
0.
0.
0.
1
16,
0.75
0.
0.
0.
1
17,
0.75
0.
0.
0.
1
18,
1.
0.4
0.
0.
1
19,
1.
0.4
0.
0.
1
20,
1.
0.4
0.
0.
1
21,
1.
0.2
0.
0.
1
22,
1.
0.2
0.
0.
1
23,
1.
0.2
0.
0.
1
24,
1.
0.2
0.
0.
1
NoZ
Latit SLong RLong Elev
6
1.3
100.
103. 0.
Rhog FradL FradP FradE trc
.2
0.
0.
0.
20.
ZONE# AF
NG NW
NP Mat1 Mat2 tadj1 tadj2 glo1 ori1 rtype
1
10.5
0
0
1
2
3
940
4
2
45
4
2
10.5
0
0
1
2
3
940
5
2
225
4
3
21.
0
0
1
2
3
940
6
2
0
5
4
10.5
1
1
4
3
4
1
920
0
0
0
5
10.5
1
1
4
3
4
2
920
0
0
0
6
21
2
4
3
3
4
3
920
0
0
0
Zone# G#
Ag
OriG
gloWi
4
1
1
45
1
5
1
1
225
1
6
1
1.5
45
1
6
2
1.5
225
1
Zone# W#
Aw
OriW
MatWa gloWa
4
1
8
45.
1
1
205
5
6
6
6
6
Zone#
1
2
3
4
4
4
4
5
5
5
5
6
6
6
ZONE#
1
2
3
4
5
6
ZONE#
1
2
3
4
5
6
1
8
225.
1
1
1
5.5
45.
1
1
2
5.5
225.
1
1
3
2.
45.
6
1
4
2
225.
6
1
P#
Ap MatP tadjP
1
3.53 5
1
1
3.53 5
2
1
7.06 5
3
1
10.5 5
4
2
9.
5
5
3
9.5 5
6
4
2.
6
6
1
9.
5
4
2 10.5 5
5
3
9.5 5
6
4
2
6
6
1
9.5 5
4
2
9.5 5
5
3
21.
5
6
smPER PEOSEN PEOLAT WATsm
EQPSEN EQPLAT
0.
0.
0.
0.
0.
0.
0.
0.
0.
0.
0.
0.
0.
0.
0.
0.
0.
0.
20
55
55
5
0
0
20
55
55
5
0
0
20
55
55
5
0.2
0
SchL SchP SchEs SchEL KSI Volume ACH
0
0
0
0
5 10.61 10.
0
0
0
0
5 10.61 10.
0
0
0
0
5 21.22 10.
2
1
3
4
5
31.5 20.
2
1
3
4
5
31.5 20.
2
1
3
4
5
63.
20.
206
LAMPIRAN B
SENARAI PEMBOLEHUBAH/ PARAMETER DALAM PROGRAM
NTSEC
: Jumlah bahagian dalam bangunan
DT1
: (1=Freq-Resp; 2=Rangkap pindah)
DT2
: 30
KODHG
:1
SECT #
: Nombor bahagian
NOLAY
: Bilangan lapisan dalam dalam bahagian bangunan
LAY #
: Bilangan lapisan, numbered consecutively
RESIT
: Rintangan lapisan (m /K/W)
COND
: Keberhantaran terma daripada lapisan (W/m/K)
DENS
: Ketumpatan lapisan (kg/m3)
SPEC
: Haba tentu lapisan (J/kg/K)
THIC
: Ketebalan lapisan (mm)
NOCOM1
: Data umum
NOA
: Nombor kod untuk cermin
SC
: Pekali pembayang daripada tingkap cermin
KODIGS
: Kod untuk perkakas pembayang dalaman
HSB
: Nisbah pelindung matahari mendatar
VSB
: Nisbah pelindung matahari menegak
DET
: Pemisahan menegak daripada unjuran (tepi atas tingkap)
UG
: Pekali penghantaran haba haba keseluruhan:
TILTG
: Sudut cermin tingkap.
NOCOM2
: Data umum
207
NOB
: Nombor kod untuk dinding.
ALPA
: Keberserapan bahan
TILTW
: Sudut dinding
NUMSCH
: Jadual
#1
: Penghunian
#2
: Lampu
#3
: Peralatan – deria
#4
: Peralatan - pendam
#5
: Penembusan
LST
: Masa piawaian tempatan
SCH # 1
: Masuk pada zon 1
NOZ
: Bilangan zon
LATIT
: Ketinggian geografi daripada lokasi bangunan.
SLONG
: Garis bujur piawai
RLONG
: Garis bujur tempatan
ELEV
: Ketinggian
RHOG
: Pantulan tanah atau albedo
FRADL
: Pecahan sinaran daripada haba deria yang dilepaskan lampu
FRADP
: Pecahan sinaran daripada haba deria yang dilepaskan manusia
FRADE
: Pecahan sinaran daripada haba deria yang dilepaskan peralatan
TRC
: Suhu dalaman (tetap)
ZONE
: Bilangan zon (siri)
AF
: Keluasan lantai zon
NG
: Bilangan tingkap cermin dalam zon
NW
: Bilangan dinding dalam zon
NP
: Bilangan pemisah dalam zon
MAT1
: Kod bahan 1
MAT2
: Kod bahan 2
TADJ1
: Suhu bagi zon yang bersebelahan
TADJ2
: Suhu bagi zon yang bersebelahan
GLO1
: Global 1
ORI1
: Orientasi
RTYPE
: Jenis bumbung
G#
: Bilangan cermin (integer)
208
AG
: Keluasan cermin (m2)
ORIG
: Orientasi cermin
GLOWI
: Data global
W#
: Bilangan dinding (integer)
AW
: Keluasan dinding
ORIW
: Orientasi dinding
MATWA
: Bahan dinding
GLOWA
: Dinding global
P#
: Bilangan pemisah (integer)
AP
: Keluasan pemisah
MATP
: Bahan pemisah
TADJP
: Suhu bagi zon yang bersebelahan
SMPER
: Jumlah manusia setiap meter persegi.
PEOSEN
: Haba deria maksimum yang dilepaskan manusia (kW)
PEOLAT
: Haba pendam maksimum yang dilepaskan manusia (kW)
WATSM
: Keamatan lampu maksimum dalam zon (W/m2).
EQPSEN
: Haba deria maksimum yang dilepaskan peralatan (kW)
EQPLAT
: Haba pendam maksimum yang dilepaskan peralatan (kW)
SCHL
: Jadual lampu
SCHP
: Jadual daripada manusia
SCHES
: Jadual daripada deria peralatan
SCHEL
: Jadual daripada peralatan
KSI
: Jadual jumlah penembusan
VOLUME
: Isipadu zon (m3)
ACH
: Tukaran udara setiap jam.
213
LAMPIRAN E
PENERBITAN PENYELIDIKAN
214
A FIELD EXPERIMENT TO DETERMINE THERMAL COMFORT
CRITERIA OF MALAYSIANS IN RESIDENTIAL BUILDINGS
M.N. Ibrahim and M. Syarif Hidayat
Department of Architecture
Universiti Teknologi Malaysia
81310 UTM Skudai Johor
Tel: 07-557 6160 ext. 2736/ 2747 & 07-5502761
Fax: 07-556 6155
e-mail: b-najib@utmjb.utm.my
ABSTRACT
This paper examines the perception of thermal comfort of Malaysians in nonventilated single-storey residential buildings. It compares the perception of thermal
comfort with neutrality temperatures. The perception is determined from a field
study experiment. The neutrality temperatures are computed using relationships
proposed by Humphreys, Auliciems and Nicol and Roaf. Data provided by the
Meteorological Services Department Malaysia for the nearest climatic station are
used for neutrality temperature. The field experiment indicates that neutrality
temperature of Malaysian is higher than calculated one. For male subject the
neutrality temperature is 27.80C and for female is 28.90C.
1. INTRODUCTION
The factors influencing thermal comfort such as activity, clothing, mean radiant
temperature, humidity, air temperature and air velocity has been accepted through
climatic chamber studies. On the other hand, field studies indicate another
phenomenon that is thermal experience and climatic factors also affects thermal
sensation of the subjects. Humphreys (1976), Auliciems (1981) and Nicol and Roaf
(1996) has found the mathematical relationship between neutrality temperature and
mean outdoor temperature. This paper deals with the examining thermal comfort
criteria for Malaysians through using this principle.
215
The condition of human body in which there is a normal balance between the
heat production and the heat dissipation towards a normal body temperature may
convey to the state of thermal comfort. Since homeothermic is the characteristic of
the human beings, there is always a continuous active adjustment to maintain the
constant internal body temperature. A number of researches have been conducted in
developing this concept especially by controlled-climatic chamber experiment.
Fanger (1970) has succeeded in developing the principle of heat balance of the
human body concept and produced the well-known “Predicted Mean Vote concept”
(PMV). He stated that comfort condition which is expressed in comfort equation and
PMV for all humans is same without any influence of geographical or climate
factors.
In addition, the parameters mentioned previously are not sufficient conditions
in creating thermal comfort, especially to climatically uncontrolled room, such as
naturally-ventilated building. Humphreys (1976), reviewed previous field studies
including 44 comfort surveys conducted out all over the world and found that there
is a very close correlation between thermal neutrality and monthly mean outdoor
temperature. The similar finding is also obtained by Auliciems (1981) which attempt
to improve previous methodologies and findings of Humphreys and to combine with
his findings obtain from the survey in free-running and controlled-buldings in
Australia. Later on Nicol and Roaf (1996) also found the said relationship through
conducting research on thermal comfort of five cities in Pakistan. All buildings
surveyed were naturally ventilated. The findings of these authors can be summarised
below:
Humphreys
Tn = 11.9 + 0.534 x Tm
Auliciems
Tn = 17.6 + 0.31 x Tm
Nicol and Roaf Tn = 17.7 + 0.34 x Tm
where
Tn = neutrality temperature
Tm = mean outdoor temperature
216
Auliciems and Szokolay (1997) provide a good review on thermal comfort.
Almost all studies on thermal comfort are based on controlled chamber studies with
young American and Europeans. The study assumed that the perception of thermal
comfort apply equally to all people. However, field experiments using “real” people
doing “real” work in “real” setting, rather than laboratory have produced different
results which suggest that peoples thermal environment preference also has a
geographic and cultural influence.
In Malaysia, studies on thermal comfort have been conducted. Abdul Malik
Shukor (1991) conducted a research concerning thermal comfort zone for Malaysian
especially for air-conditioned building through climate chamber assessment in
Malaysia and in United Kingdom. Adnan (1997) in the other hand, attempt to find
out the range of comfort temperatures for Malaysian through field experiment in
factory buildings. In the very recent time, Nor Hanita and Md. Najib (1999) have
finalised the study on thermal comfort for Malaysians in the outdoor plaza. None of
them conducted in residential buildings. In this study, a field experiment is
conducted on Malaysian in residential houses. The main objective of the study is to
examine thermal perception of the participants through field experiment in the “real”
environment.
2. PROCEDURES
1. Two single-storey terrace houses from a housing estate in Skudai, Johor Bahru,
Johor was selected based on two criteria. First, at least 4 of the occupants of the
houses are male or female of college-aged students and willing to participate in
this study. Second, the houses should be non air-conditioned and similar design.
Male participants live in the first house and female participants live in the second
house.
2. Two days before the measurement, the participants were informed of the
requirement of the study. They should be in a good health on the day of
measurement are conducted, and should not participate in tiring physical works
or eat at least half of an hour prior to the measurement.
217
3. At the first time, before the measurement, the participant were briefed the
meaning of comfort scales and any terminology in each question used in the
questionnaire. They were informed that not to discuss with each other what
would be written in the questionnaire.
4. Measurement of dry bulb temperature and wet bulb temperatures were conducted
in living room using sling psychrometer three times a day between 06.00 to
07.00, to 13.00 to 14.00, and 18.00 to 19.00, for three days. The psycrometer
spin around 20 to 30 seconds for each measurement at 1.20 meter high.
5. During the measurement a questionnaire was distributed. The participants keep
continued their activities and using normal clothing while they finishing the
questionnaires. As long the questionnaires being finalised, no significant problem
encountered. The measurement takes 10 to 15 minutes including the collection of
the questionnaires.
6. Climatic data from Meteorological Services Department for Senai Climatic
Station was used to calculate neutrality temperature for Johor Bahru. This
calculation was then compared with neutrality temperatures based on perception
of the house occupants.
3. OBSERVATION AND RESULTS
Neutrality temperatures of the study area, based on mean monthly temperature
from the nearest climatic station, vary from 25.6 0C to 26.5. In the questionnaire, the
participants were asked to rate how they feel at the moment of the thermal
measurement according to ASHRAE scale. Figure 1 shows the relationship between
dry bulb temperature and thermal sensation vote of male participants.
FIGURE 1: MALE THERMAL SENSATION
32
y = 1.6247x + 28.108
Dry-bulb
o
Temperature ( C)
30
28
26
24
22
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
Mean Response
1
1.5
218
Figure 2 shows the relationship between dry bulb temperature and thermal
sensation vote of female participants. It can be seen that female prefer a slightly
higher temperature than male.
FIGURE 2: FEMALE THERMAL SENSATION
Dry-bulb
o
Temperature ( C)
32
y = 1.8687x + 28.904
30
28
26
24
22
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
Mean Response
Participants were also asked to vote whether not the thermal environment of the
living room is acceptable. It can be seen that Malaysian female prefer a slightly
higher temperature than male. The vote of the four participants was expressed as
percent of unacceptable vote. Figure 3 shows relationship of thermal acceptability
vote with dry-bulb temperature for male participants.
% Unacceptable vote
FIGURE 3: MALE THERMAL ACCEPTABILITY
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
Dry-bulb Temperature
Figure 4 shows relationship of thermal acceptability vote with dry bulb
temperature for female participants. It can be seen that for Malaysian female a
219
temperature between 260C to 280C is unacceptably cool and for male a temperature
between 290C to 320C is unacceptably warm.
% Unacceptable vote
FIGURE 4: FEMALE THERMAL ACCEPTABILITY
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
Dry-bulb Temperature
4. SUMMARY &CONCLUSIONS
It has been shown that the neutrality temperature based on perception of male is
27.80C and that of female is 28.90C. The temperatures are higher than those
calculated from climatic data. This suggests that Malaysian prefer a higher
temperature than western people. Malaysian female prefers a higher temperature
than male.
ACKNOWLEDGEMENT
The author is grateful to the Ministry of Science, Technology and Environment
for funding this research through IRPA Grant Vote 72010.
REFERENCES
Abdulmalik b. Abdulshukor, (1992), Human Thermal Comfort in The Tropical
Climate, Unpublished Ph.D. Thesis, The Barlett School of Architecture,
Building, Environmental Design and Planning, University College London.
Adnan bin Husain (1997). Investigation of Thermal Comfort in Factory
Environment. Universiti Teknologi Malaysia. Unpublished M.Sc. Thesis
Auliciems, A (1981). Towards a psycho-physiological model of thermal perception,
Int. J. of Biometeorology, 25:109-122, in Auliciems, A and Szokolay, S (1997).
Thermal Comfort. PLEA Note 3. Department of Architecture. The University of
Queensland
220
Fanger, P.O., (1970), Thermal Comfort: Analysis and Applications in Environmental
Engineering, McGraw-Hill Book Co.
Humphreys (1976). ‘Thermal comfortable indoor temperatures related to the outdoor
air temperature’. Building Research Establishment (Note PD 117/76), U.K. Dept.
of Environment, in Auliciems, A and Szokolay, S (1997). Thermal Comfort.
PLEA Note 3. Department of Architecture. The University of Queensland
Nicol and Roaf (1996). Poneering new indoor temperature standards: The Pakistan
project. Energy and Buildings, 23:169-174, in Auliciems, A and Szokolay, S
(1997). Thermal Comfort. PLEA Note 3. Department of Architecture. The
University of Queensland
221
LAMPIRAN F
SUMBER KOD TROPIC
222
CHARACTER*30 INPF,OUTF,WEAF,WFFIL,PLAFIL
CHARACTER*65 USER,JOBDES
INTEGER XVAL(15),DD,YY,DAY,YEAR
REAL MUR,MSCT,YVAL(15),XX(24),vinf(24),hcat(30),ast(24)
COMPLEX FO
LOGICAL LEX,GREP,REP,OK
c***
COMMON
COMMON
COMMON
COMMON
+
/B1/DIRR(24),DIFR(24),TO(24),OAW(24)
/B3/ARM(30),HG(24),TSOL(24),CL(24),TCL(24)
/B4/ELI(30,24),ESU(30,24),CL1(30,24),CL2(30,24)
/B6/AG(30,6),ORIG(30,6),SC(10),HSB(10),
VSB(10),DET(10),UG(10),TILTG(10)
COMMON /B7/AW(30,6),ORIW(30,6),ALPA(10),TILTE(10)
COMMON /B8/AF(30),ORI1(30),AP(30,6)
COMMON /ZONRES/HER(30,24),TRM(30,24),TRC
COMMON /ZONENV/NG(30),NW(30),NP(30),KS1(30),KS2(30),
+
KTA1(30),KTA2(30),KGLO1(30),IRTYPE(30)
c****
COMMON /KODENV/KGLOG(30,6),KGLOW(30,6),KWALL(30,6),KPART(30,6)
COMMON /KSCHED/KSL(30),KSP(30),KSE(30),KSI(30),kseL(30)
COMMON /FILT/VOLUM(30),PEOSEN(30),PEOLAT(30),EQPSEN(30),
+
EQPLAT(30),ach(30)
COMMON /KODTEM/KODTA(30,6),KODIGS(10)
COMMON /SCHEDU/SCH(10,24),SFPER(30),WATSF(30)
COMMON /GEOG/GL,DEC,RLS,RLE,RHOG,ELEV,FSEN,FLAT
COMMON /FRAC/FRADP,FRADE,FRADL
COMMON /SYSTEM/NTZ
COMMON /PL4/NSEAT
COMMON /FILSYS/LU,LU1,LU2,LU3,LU4,LU5,LU6
COMMON /BTITL/JOBDES,USER
COMMON /DATE/DAY,MONTH,YEAR
COMMON /BDC/USECT(10),COMR(10),YV(10,80),DT2
COMMON /BDCI/NOJ(10),KODHG,ISLD(10)
COMMON /COMFO/FO(10,6)
COMMON /TEMP/TEA,TE(6),SAIE(6),TEMPER(24)
COMMON /SOLDAT/W(24),BETA(24),SAI(24)
COMMON /RPTR/GREP,REP(30)
COMMON /ACTU/V0(30),V1(30),W1(30),G0(30),G1(30),G2(30),RCO(30)
COMMON /SURT/CONVEC(30,24)
DATA PI/3.1415927/,DEGRAD/.0174532/
C LU=bldg, LU1,2,3 O-files, LU4=weather, LU5=wei-factors, LU6=plant
LU=1
LU1=6
LU2=6
LU3=6
LU4=4
LU5=8
LU6=6
call SCRDLY
print*
print*
C-------------------------------------------------- main input file
10 LEX=.FALSE.
PRINT*,'ENTER input file name'
PRINT*,' e.g. A:BUILDING.DAT'
223
READ(*,15,ERR=10)INPF
15 FORMAT(A30)
INQUIRE(FILE=INPF,IOSTAT=IOS,EXIST=LEX)
IF(.NOT.LEX)WRITE(*,500)INPF
500 FORMAT(/'File : ',A30,'not found !'/)
IF(.NOT.LEX)GOTO 10
OPEN(1,IOSTAT=IOS,ERR=12,FILE=INPF,STATUS='OLD')
GOTO 14
12 WRITE(*,16)INPF
STOP
16 FORMAT(/'**** Unable to open file ',A30,'****')
C------------------------------------------------- weighting factor
14 print*
20 LEX=.FALSE.
PRINT*,'ENTER file name containing custom weighting factors'
PRINT*,'
e.g. A:WEIGHT.DAT'
READ(*,15,ERR=20)WFFIL
INQUIRE(FILE=WFFIL,IOSTAT=IOS,EXIST=LEX)
IF(.NOT.LEX)WRITE(*,500)WFFIL
IF(.NOT.LEX)GOTO 20
OPEN(8,IOSTAT=IOS,ERR=18,FILE=WFFIL,STATUS='OLD')
GOTO 24
18 WRITE(*,22)WFFIL
STOP
22 FORMAT(/'**** Unable to open file ',A15,'****')
26 FORMAT(/'File : ',A30,' already exists !'/
+'Is it O.K. to overwrite ? <T for YES, F for NO>'/)
C---------------------------------------------------- weather file
24 print*
30 LEX=.FALSE.
PRINT*,'ENTER file name containing weather data'
PRINT*,'
e.g.
A:WEATHER.DAT'
READ(*,15,ERR=30)WEAF
INQUIRE(FILE=WEAF,IOSTAT=IOS,EXIST=LEX)
IF(.NOT.LEX)WRITE(*,500)WEAF
IF(.NOT.LEX)GOTO 30
OPEN(4,IOSTAT=IOS,ERR=28,FILE=WEAF,STATUS='OLD')
READ(4,*,ERR=28)NSEAT
GOTO 34
28 WRITE(*,32)WEAF
STOP
32 FORMAT(/'**** Error involving weather data in ',A15,'****')
C----.... htac= avg.hc*ATOT
34 CALL REEDAT
do 209 i=1,ntz
209
hcat(i)=af(I)*(4.2+1.06-3.24)+ arm(I)*3.24
C----READ(8,*)
READ(8,*)
READ(8,*)
READ(8,*)
DO 51 I=1,NTZ
READ(8,*,ERR=36)IZ,V0(I),V1(I),W1(I),G0S,
+
G1S,G2S,RCO(I),FC,RKT
G0(I)=G0S*AF(I)+ RKT
224
G1(I)=G1S*AF(I)+ RKT*W1(I)
G2(I)=G2S*AF(I)
51 CONTINUE
GOTO 40
36 WRITE(*,38)WFFIL
STOP
38 FORMAT(/'**** Error when reading file ',A15,'****')
C----------------------- main report ---------------------------40 print*
200 PRINT*,'For the REPORT generated by SHEAP-2, ENTER option :'
PRINT*
PRINT*,' option'
PRINT*,'
1
DISPLAY on SCREEN'
PRINT*,'
2
SEND
to PRINTER'
PRINT*,'
3
WRITE to a FILE'
READ(*,*,ERR=200)KDIS
IF(KDIS.LT.1.OR.KDIS.GT.3)GOTO 200
IF(KDIS.EQ.2)THEN
Lu1=2
print*
202 INQUIRE(FILE='(C)PRN',IOSTAT=IOS)
IF(IOS.NE.0)THEN
PRINT*
PRINT*,'*********** printer not ready *************'
PRINT*,'
Press RETURN/ENTER KEY when ready'
READ*,
ENDIF
IF(IOS.NE.0)GOTO 202
OPEN(2,IOSTAT=IOS,ERR=42,FILE='(C)PRN')
42
46
44
GOTO 44
WRITE(*,46)
FORMAT(/'**** Unable to connect with PRINTER ****')
STOP
CONTINUE
ELSEIF(KDIS.EQ.3)THEN
Lu1=3
print*
204 LEX=.FALSE.
PRINT*
PRINT*,'ENTER the name of OUTPUT file ........'
PRINT*,'
e.g.
A:BUILD.RES'
PRINT*
READ(*,15,ERR=204)OUTF
INQUIRE(FILE=OUTF,IOSTAT=IOS,EXIST=LEX)
IF(LEX)THEN
206
WRITE(*,26)OUTF
READ(*,*,ERR=206)OK
IF(.NOT.OK)GOTO 204
ENDIF
OPEN(3,IOSTAT=IOS,ERR=48,FILE=OUTF)
48
54
GOTO 50
WRITE(*,54)OUTF
FORMAT(/'**** Unable to open file ',A15,'****')
STOP
225
50
CONTINUE
ENDIF
c ----CALL CLLPE
c ---GL=GL*DEGRAD
CORLAT=(RLE-RLS)*DEGRAD
IF(NSEAT.EQ.12)NODAY=-15
IF(NSEAT.EQ.6) NODAY=-30
C---------------------------- typical day loop -----------------CCALL BANNER
WRITE(LU6,567)USER,JOBDES,DAY,MONTH,YEAR
567 FORMAT(1X,A65/1X,A65/1X,I2,2X,I2,2X,I4)
MAXI=1
IF(GREP)THEN
CALL VANISH
234 PRINT*
PRINT*,'
**** TROPIK requires iteration ****'
PRINT*,'
ENTER maximum number of iterations'
PRINT*,'
INTEGER number > 0, but < 51'
PRINT*
READ(*,*,ERR=234)MAXI
IF(MAXI.LE.0.OR.MAXI.GT.50)GOTO 234
ENDIF
DO 1000 NOSEA=1,NSEAT
print*
PRINT*,' ..... calculating for typical day :',NOSEA
CALL GETDAY(NOSEA,TOTDAY)
IF(NSEAT.EQ.12)NODAY=NODAY+30
IF(NSEAT.EQ.6) NODAY=NODAY+60
TAU=2.*PI*(NODAY-1)/365.
DEC=23.45*SIN(DEGRAD*360.*(NODAY+284.)/365.)*DEGRAD
ET=.000075+.001868*COS(TAU)-.032077*SIN(TAU)+ .014615*COS(2.*TAU)-.04089*SIN(2.*TAU)
DO 60 K=1,24
W(K)=(12.-FLOAT(K))*15.*DEGRAD+ CORLAT+ ET
BETA(K)=ASIN(SIN(DEC)*SIN(GL)+COS(DEC)*COS(GL)*COS(W(K)))
RHS=(SIN(BETA(K))*SIN(GL)-SIN(DEC))/(COS(BETA(K))*COS(GL))
SAI(K)=ACOS(RHS)
60 CONTINUE
c
CALL READWE
DO 70 N=1,NTZ
DO 70 K=1,24
IF(NOSEA.EQ.1)TRM(N,K)=TRC
70 CL2(N,K)=0.
C---------------------------------------------------------------|
ITN=0
80 ITN=ITN+1
call CALHE(ITN)
IF(GREP.AND.ITN.LT.MAXI)GOTO 80
c---**
DO 700 nz=1,NTZ
s=0.
226
do 82 k=1,24
82
s = s+trm(nz,k)
avt=s/24.
k0=ksi(nz)
vimax=0.
if(k0.gt.0)vimax=0.2778*volum(nz)*ach(nz)
write(LU1,85)nosea,nz,vimax,avt
85 format(/2x,'Typical Day =',I2,/2x,'Zone
=',I2,
+ ' ; Max. Infiltration =',f6.0,' m3/s'/
+ 2X,'Average Zone Air Temp.(C) =',F5.1//
c.
'
-------- -------- -------- ------ -----+ 2X,'LST CL1.(kW) CL2.(kW) ToCL(kw) ast(C) zon.tr',
c.
' ----- ----- ---- -----'
+ ' zonRH zon.w
to
oaw'/2X,67('-'))
c --*
IF(k0.NE.0)then
CALL CALINF(nz,vinf)
ELSE
do 87 k=1,24
87 vinf(k)=0.
ENDIF
k1=ksp(nz)
do 90 k=1,24
prh=0.
ahum=0.
qLa=0.
if(k1.ne.0)qLa=peolat(nz)*af(nz)*sch(k1,k)/sfper(nz)
if(kseL(nz).ne.0)qLa=qLa+ eqpLat(nz)*sch(kseL(nz),k)
qLa=qLa/3010.
dbt=trm(nz,k)
if(vinf(k).GT.0)then
ahum=oaw(k) + qLa/vinf(k)
call PSYC(ahum,dbt,prh)
endif
tot=cL1(nz,k) + cL2(nz,k)
if(kdis.eq.1.and.k.eq.12)then
print*,'Press ENTER key to continue'
read*,
endif
+
ast(k)=trm(nz,k)-convec(nz,k)/hcat(nz)1.23*vinf(k)*(to(k)-trm(nz,k))/hcat(nz)
90 write(LU1,95)k,CL1(nz,k)/1000.,CL2(nz,k)/1000.,tot/1000.,
+
ast(k),dbt,prh,ahum,to(k),oaw(k)
95 format(3x,i2,3(1x,F8.3),2(1x,f6.2),1x,f5.1,1x,f5.4,1x,
+
f4.1,1x,f5.4)
700 continue
1000 continue
STOP
END
c **********************************************************
SUBROUTINE VANISH
DO 10 L=1,22
10
PRINT*
227
RETURN
END
c **********************************************************
SUBROUTINE PSYC(AHUM,DBT,PRH)
t=dbt+273.15
t2=t*t
t3=t**3
rhs=-5800.2206/t+ 1.3914993- .04860239*t+ .41764768e-4*t2+
0.14452093e-7*t3+ 6.5459673*alog(t)
Ps=exp(rhs)
Pv=101325.*ahum/(0.622+ahum)
PRH=100.*Pv/Ps
RETURN
END
C***********************************************************
SUBROUTINE CALHE(ITN)
C Calculates 24 hourly conductive, infilt. HG,CL : call HEATEX
LOGICAL GREP,REP
REAL vinf(24)
COMMON /B1/DIRR(24),DIFR(24),TO(24),OAW(24)
COMMON /B3/ARM(30),HG(24),TSOL(24),CL(24),TCL(24)
COMMON /B4/ELI(30,24),ESU(30,24),CL1(30,24),CL2(30,24)
COMMON /B6/AG(30,6),ORIG(30,6),SC(10),HSB(10),
+
VSB(10),DET(10),UG(10),TILTG(10)
COMMON /B7/AW(30,6),ORIW(30,6),ALPA(10),TILTE(10)
COMMON /B8/AF(30),ORI1(30),AP(30,6)
COMMON /ZONRES/HER(30,24),TRM(30,24),TRC
COMMON /ZONENV/NG(30),NW(30),NP(30),KS1(30),KS2(30),
+
KTA1(30),KTA2(30),KGLO1(30),IRTYPE(30)
COMMON /KODENV/KGLOG(30,6),KGLOW(30,6),KWALL(30,6),KPART(30,6)
COMMON /KSCHED/KSL(30),KSP(30),KSE(30),KSI(30),kseL(30)
COMMON /FILT/VOLUM(30),PEOSEN(30),PEOLAT(30),EQPSEN(30),
+
EQPLAT(30),ach(30)
COMMON /KODTEM/KODTA(30,6),KODIGS(10)
COMMON /SCHEDU/SCH(10,24),SFPER(30),WATSF(30)
COMMON /GEOG/GL,DEC,RLS,RLE,RHOG,ELEV,FSEN,FLAT
COMMON /SYSTEM/NTZ
COMMON /BDC/USECT(10),COMR(10),YV(10,80),DT2
COMMON /BDCI/NOJ(10),KODHG,ISLD(10)
COMMON /TEMP/TEA,TE(6),SAIE(6),TEMPER(24)
COMMON /FILSYS/LU,LU1,LU2,LU3,LU4,LU5,LU6
COMMON /RPTR/GREP,REP(30)
COMMON /ACTU/V0(30),V1(30),W1(30),G0(30),G1(30),G2(30),RCO(30)
C Evaluate soil temperature
S=0.
DO 907 K=1,24
907 S=S+TO(K)
TSOIL=S/24.
DO 1000 NZ=1,ntz
C Initialize HG(),CHG(), TCL(), get TSOIL=average ambient air temp.
DO 20 K=1,24
IF(ITN.EQ.1)ESU(NZ,K)=0.
TSOL(K)=0.
HG(K)=0.
20 TCL(K)=0.
IF(.NOT.REP(NZ).AND.ITN.GT.1)GOTO 2500
C----------------------------------------------------- <window>
228
C
transmitted HG - HG(); absorbed HG - TSOL()
IF(ITN.GT.1)GOTO 700
IF(NG(NZ).EQ.0)GOTO 700
30
DO 30 J=1,NG(NZ)
CALL SHGTSO(1,NZ,J)
C** Get CL for transmitted HG ... 1=pure radiant HG ...
IF(HG(12).GT.0)THEN
CALL COOLOD(1.,NZ)
DO 40 K=1,24
CL2(NZ,K)=CL(K)
40
ESU(NZ,K)=HG(K)/ARM(NZ)
ENDIF
c...get CL for pure GHG-due-to-DT + absorbed HG ..
DO 41 K=1,24
41 HG(K)=0.
DO 60 J=1,NG(NZ)
DO 50 K=1,24
50
HG(K)=HG(K)+ AG(NZ,J)*UG(KGLOG(NZ,J))*(TO(K)-TRC)
60 CONTINUE
DO 70 K=1,24
70 HG(K)=HG(K)+ TSOL(K)
C**
CALL COOLOD(RCO(NZ),NZ)
DO 80 K=1,24
80 CL2(NZ,K)=CL2(NZ,K)+ CL(K)
C--------------------------------------------------------< wall >
700 IF(ITN.GT.1)GOTO 800
IF(NW(NZ).EQ.0)GOTO 800
82
DO 82 K=1,24
HG(K)=0.
DO 84 JJ=1,NW(NZ)
LW=KWALL(NZ,JJ)
CALL SHGTSO(2,NZ,JJ)
DO 86 K=1,24
C------ write(6,236)NZ,JJ,K,TSOL(K)
86
TEMPER(K)=TSOL(K)
C-236 format('WALL-Z:J:K:TSOL',3(1X,I2),1X,F6.1)
IF(ISLD(LW).EQ.1.AND.KODHG.EQ.1)CALL FOURIE
CALL HEGAIN(2,NZ,JJ,LW)
84 CONTINUE
CALL COOLOD(RCO(NZ),NZ)
DO 90 K=1,24
90
CL2(NZ,K)=CL2(NZ,K)+CL(K)
C-----------------------------------------------------------< roof >
800 IF(ITN.GT.1)GOTO 900
IF(KTA1(NZ).NE.940)GOTO 900
DO 100 K=1,24
100 HG(K)=0.
KREP=0
KRR=IRTYPE(NZ)
C*****
111 CALL SHGTSO(3,NZ,KREP)
IF(KREP.EQ.9)KRR=0
DO 110 K=1,24
C---- WRITE(6,237)NZ,KREP,K,TSOL(K)
110 TEMPER(K)=TSOL(K)
229
C-237 FORMAT('ROOF-Z:KREP:K:TSOL',3(1X,I2),1X,F6.1)
IF(ISLD(KS1(NZ)).EQ.1.AND.KODHG.EQ.1)CALL FOURIE
CALL HEGAIN(3,NZ,0,KS1(NZ))
C Repeat for peaked roofing .....
KREP=9
IF(KRR.EQ.3.or.KRR.eq.5) GOTO 111
C******
CALL COOLOD(RCO(NZ),NZ)
DO 130 K=1,24
130
CL2(NZ,K)=CL2(NZ,K)+CL(K)
C--------------------------------------------<S#1,S#2,partitions>
900 DO 150 JJ=1,2+NP(NZ)
DO 140 K=1,24
140
HG(K)=0.
J=JJ
IF(JJ.GT.2)J=JJ-2
IF(JJ.EQ.1)THEN
KTX=KTA1(NZ)
KSX=KS1(NZ)
IX=5
ELSEIF(JJ.EQ.2)THEN
KTX=KTA2(NZ)
KSX=KS2(NZ)
IX=5
ELSE
KTX=KODTA(NZ,J)
KSX=KPART(NZ,J)
IX=4
ENDIF
IF(KTX.EQ.910)GOTO 150
IF(KTX.EQ.920)GOTO 150
IF(KTX.EQ.940)GOTO 150
C-----*
IF(KTX.EQ.930.AND.ITN.EQ.1)THEN
DO 160 K=1,24
160
TEMPER(K)=TO(K)
C Bypass fourier routine if truly resistive layer ....
C because in HEGAIN; HG=AU*(TEMPER-TRC)
IF(ISLD(KSX).EQ.1.AND.KODHG.EQ.1)CALL FOURIE
CALL HEGAIN(IX,NZ,J,KSX)
CALL COOLOD(RCO(NZ),NZ)
DO 180 K=1,24
CL2(NZ,K)=CL2(NZ,K)+ CL(K)
180
C-----*
ELSEIF(KTX.LE.100.AND.ITN.GT.1)THEN
C
combined-hi=11.36
DO 190 K=1,24
TEMPER(K)=TRM(KTX,K)+ (ELI(KTX,K)+ESU(KTX,K))/11.36
C------- WRITE(6,238)NZ,KTX,TRM(KTX,K),TEMPER(K)
190
CONTINUE
C-238 FORMAT('S#1..PART',2(1X,I3),2(1X,F6.1))
IF(ISLD(KSX).EQ.1.AND.KODHG.EQ.1)CALL FOURIE
CALL HEGAIN(IX,NZ,J,KSX)
CALL COOLOD(RCO(NZ),NZ)
DO 210 K=1,24
210
TCL(K)=TCL(K)+ CL(K)
ENDIF
150 CONTINUE
230
C--------------------------------------------------- <infiltration>
IF(ITN.EQ.1)THEN
IF(KSI(nz).GT.0)THEN
DO 220 K=1,24
call CALINF(nz,vinf)
220
CL2(NZ,K)=CL2(NZ,K)+ FSEN*vinf(k)*(TO(K)-TRC)
ENDIF
ENDIF
C--------------------------------------------------<slab-on-ground>
IF(KTA2(NZ).EQ.920.AND.ITN.EQ.1)THEN
H=AF(NZ)*USECT(KS1(NZ))*(TSOIL-TRC)
GCL=H*(1.-RCO(NZ))+H*RCO(NZ)*(V0(NZ)+V1(NZ))/(1.+W1(NZ))
DO 230 K=1,24
230
CL2(NZ,K)=CL2(NZ,K)+ GCL
ENDIF
C*****
DO 240 K=1,24
240 TCL(K)=TCL(K)+ CL1(NZ,K)+CL2(NZ,K)
CALL HEATEX(NZ,NS,ITN)
2500 CONTINUE
1000 CONTINUE
RETURN
END
C****************************************************************
CSUBROUTINE SETGRA(NSEAT)
C
C Set up 'XVAL' and 'YVAL' arrays for bar chart plots
C
CINTEGER XVAL(15)
CREAL YVAL(15)
CCOMMON /RESULT/SUMHEX(12),SUMQCT(12),SUMFAN(12),SUMLIT(12),
C1
SUMEQP(12),SUMCOE(12),DPW
CCOMMON /PLOTG/COEN(15),CUMHR(10)
C
CIF(NSEAT.GE.6)THEN
CDO 954 I=1,NSEAT
CXVAL(I)=I
C-954
YVAL(I)=SUMCOE(I)/3412
CCALL PLOT('
SEASONAL COOLING ENERGY CONSUMPTION (KWHRS)
',
C+
' SEASON
','COOL ENER.',
C+
'
ENERGY CONSUMED BY PLANT COMPONENTS
',
C+
XVAL,YVAL,NSEAT)
CENDIF
C
CDO 956 N=1,10
CXVAL(N)=105-10*N
C-956
YVAL(N)=CUMHR(N)
CCALL PLOT(' NUMBER OF HOURS at PLANT PART LOAD RATIOS (PLR)
',
C+
' PLR/100 ',' HOURS
',
C+
'NUMBER OF HOURS IN EACH 10 % PLR BAND PER YEAR
',
C+
XVAL,YVAL,10)
C
CDO 958 N=1,15
CXVAL(N)=106-N*3
C-958
YVAL(N)=COEN(N)*0.0036/3412.
231
CBIN',
C+
CALL PLOT('COOLING ENERGY IN EACH 3 DEG. F DRY BULB TEMP.
'
DBT
','COOL ENER.',
C+
'
COOLING ENERGY OF PLANT COMPONENTS (GJ)
',
C+
XVAL,YVAL,15)
C
CRETURN
CEND
C****************************************************************
SUBROUTINE CLLPE
COMMON
COMMON
COMMON
COMMON
COMMON
+
COMMON
COMMON
+
COMMON
COMMON
COMMON
COMMON
COMMON
/B3/ARM(30),HG(24),TSOL(24),CL(24),TCL(24)
/B4/ELI(30,24),ESU(30,24),CL1(30,24),CL2(30,24)
/B8/AF(30),ORI1(30),AP(30,6)
/ZONRES/HER(30,24),TRM(30,24),TRC
/ZONENV/NG(30),NW(30),NP(30),KS1(30),KS2(30),
KTA1(30),KTA2(30),KGLO1(30),IRTYPE(30)
/KSCHED/KSL(30),KSP(30),KSE(30),KSI(30),kseL(30)
/FILT/VOLUM(30),PEOSEN(30),PEOLAT(30),EQPSEN(30),
EQPLAT(30),ach(30)
/SCHEDU/SCH(10,24),SFPER(30),WATSF(30)
/FRAC/FRADP,FRADE,FRADL
/SYSTEM/NTZ
/ACTU/V0(30),V1(30),W1(30),G0(30),G1(30),G2(30),RCO(30)
/SURT/CONVEC(30,24)
DO 5 K=1,24
CL(K)=0.
DO 100 NZ=1,NTZ
K1=KSP(NZ)
K2=KSE(NZ)
K3=KSL(NZ)
DO 10 K=1,24
convec(nz,k)=0.
ELI(NZ,K)=0.
CL1(NZ,K)=0.
10
HG(K)=0.
C---------------------------------------------------<people>
IF(K1.GT.0)THEN
DO 20 K=1,24
DUM=AF(NZ)*SCH(K1,K)*PEOSEN(NZ)/SFPER(NZ)
if(fradp.GT.0)then
HG(K)=DUM*FRADP
eli(nz,k)=dum*fradP/arm(nz)
endif
20
CL1(NZ,K)= DUM*(1.-FRADP)
ENDIF
C--------------------------------------------------<equipment>
IF(K2.GT.0)THEN
CFB = EQPSEN(NZ) + EQPLAT(NZ)
DO 30 K=1,24
DUM = EQPSEN(NZ)*SCH(K2,K)
if(frade.GT.0)then
HG(K)=HG(K) + DUM*FRADE
eli(nz,k)=eli(nz,k) + dum*frade/arm(nz)
endif
30
CL1(NZ,K)=CL1(NZ,K)+ DUM*(1.-FRADE)
ENDIF
C----------------------------------------------------<Lights>
5
232
C P=effective downward fraction of lite-HG .....
IF(K3.NE.0)THEN
DO 40 K = 1,24
SCC=SCH(K3,K)
DUM = WATSF(NZ)*AF(NZ)*SCC
if(fradL.gt.0)then
HG(K)=HG(K)+ DUM*FRADL
eli(nz,k)=eli(nz,k) + dum*fradL/arm(nz)
endif
40
CL1(NZ,K)=CL1(NZ,K)+ DUM*(1.-FRADL)
ENDIF
45
do 45 k=1,24
convec(nz,k)=CL1(nz,k)
IF(HG(12).GT.0) CALL COOLOD(1.,NZ)
DO 50 K=1,24
50
CL1(NZ,K)=CL1(NZ,K)+CL(K)
100 CONTINUE
RETURN
END
C****************************************************************
C
SUBROUTINE BANNER
C
INTEGER DAY,YEAR
C
CHARACTER*65 USER,JOBDES
C
COMMON /FILSYS/LU1,LU2,LU3,LU4,LUCC,KODOUT
C
COMMON /BTITL/JOBDES,USER
C
COMMON /DATE/DAY,MONTH,YEAR
C
RETURN
C
END
C****************************************************************
SUBROUTINE SCRDLY
WRITE(*,10)
10 FORMAT(10(/),27X,'WELCOME TO THE COMPUTING PACKAGE'/
+
27x,'--------------------------------'///
+
/22X,'
ttttt rrrr
ooo pppp
iii ccccc'
+
/22X,'
T
R
R O
O P
P
I
C
'
+
/22X,'
T
Rrrr O
O Pppp
I
C
'
+
/22X,'
T
R
R ooo P
iii ccccc'
+
/22X,'
'////
+
27X,'Fakulti Kejuruteraan Mekanikal'/
+
27X,'Universiti Teknologi Malaysia'/
+
27x,'
Version 1.0 - 2000'//
+
23X,'... Hit ENTER/RETURN key to proceed')
READ*,
RETURN
END
C****************************************************************
C
SUBROUTINE PLOT(T,TX,TY,TB,X,Y,N)
C
REAL Y(N),MIN,MAX
C
INTEGER X(N)
C
CHARACTER*1 LINE(51)
C
CHARACTER T*50,TX*10,TY*10,TB*50
C
INTEGER COL,XAXIS,YPRINT
C
COMMON /FILSYS/LU1,LU2,LU3,LU4,LUCC,KODOUT
C
MIN=0.
C
MAX=Y(1)
C
DO 10 I=1,N
C
IF(Y(I).LT.MIN)MIN=Y(I)
C 10
IF(Y(I).GT.MAX)MAX=Y(I)
233
C
C
YRANGE=MAX-MIN
C
LINE(1)='|'
C
WRITE(LU2,11)T,TY,TX
C 11 FORMAT(//5X,A50//2(1X,A10))
C
WRITE(LU2,15)
C 15 FORMAT(23X,'|',50('-'))
C
DO 30 I=1,N
C
DO 20 COL=2,51
C 20
LINE(COL)=' '
C
YPRINT=50*(Y(I)-MIN)/YRANGE+1.5
C
DO 35 II=2,YPRINT
C 35
LINE(II)='X'
C
C 30
WRITE(LU2,40)Y(I),X(I),(LINE(COL),COL=1,51)
C 40
FORMAT(G11.4,4X,I3,5X,51A1)
C
C
YINCR=YRANGE/51.
C
WRITE(LU2,50)MIN,((MIN+YINCR*I),I=11,51,10)
C 50 FORMAT(23X,'|',5(9('-'),'|')/20X,6(G10.3))
C
C
WRITE(LU2,60)TB
C 60 FORMAT(/24X,A50)
C
RETURN
C
END
C****************************************************************
SUBROUTINE GETDAY(NS,T)
COMMON /PL4/NSEAT
IF(NSEAT.EQ.12)THEN
IF(NS.EQ.2)THEN
T=28
ELSEIF(NS.EQ.4.OR.NS.EQ.6)THEN
T=30
ELSEIF(NS.EQ.9.OR.NS.EQ.11)THEN
T=30
ELSE
T=31
ENDIF
ELSE
IF(NS.EQ.1)THEN
T=59
ELSEIF(NS.EQ.4)THEN
T=62
ELSE
T=61
ENDIF
ENDIF
RETURN
END
C****************************************************************
SUBROUTINE REEDAT
INTEGER DAY,YEAR
COMPLEX FO
REAL RESIT(12),COND(12),DENS(12),SPEC(12),THIC(12),MUR,MSCT
LOGICAL FOUND,LEX,GREP,REP
CHARACTER*25 SKED
CHARACTER*65 USER,JOBDES
234
COMMON
COMMON
+
COMMON
COMMON
COMMON
+
COMMON
COMMON
COMMON
COMMON
+
COMMON
COMMON
COMMON
COMMON
COMMON
COMMON
COMMON
/B3/ARM(30),HG(24),TSOL(24),CL(24),TCL(24)
/B6/AG(30,6),ORIG(30,6),SC(10),HSB(10),
VSB(10),DET(10),UG(10),TILTG(10)
/B7/AW(30,6),ORIW(30,6),ALPA(10),TILTE(10)
/B8/AF(30),ORI1(30),AP(30,6)
/ZONENV/NG(30),NW(30),NP(30),KS1(30),KS2(30),
KTA1(30),KTA2(30),KGLO1(30),IRTYPE(30)
/KODENV/KGLOG(30,6),KGLOW(30,6),KWALL(30,6),KPART(30,6)
/KSCHED/KSL(30),KSP(30),KSE(30),KSI(30),kseL(30)
/ZONRES/HER(30,24),TRM(30,24),TRC
/FILT/VOLUM(30),PEOSEN(30),PEOLAT(30),EQPSEN(30),
EQPLAT(30),ach(30)
/KODTEM/KODTA(30,6),KODIGS(10)
/SCHEDU/SCH(10,24),SFPER(30),WATSF(30)
/GEOG/GL,DEC,RLS,RLE,RHOG,ELEV,FSEN,FLAT
/FRAC/FRADP,FRADE,FRADL
/SYSTEM/NTZ
/BDC/USECT(10),COMR(10),YV(10,80),DT2
/BDCI/NOJ(10),KODHG,ISLD(10)
COMMON
COMMON
COMMON
COMMON
COMMON
COMMON
COMMON
/PL4/NSEAT
/COMFO/FO(10,6)
/BTITL/JOBDES,USER
/DATE/DAY,MONTH,YEAR
/FILSYS/LU,LU1,LU2,LU3,LU4,LU5,LU6
/RPTR/GREP,REP(30)
/ACTU/V0(30),V1(30),W1(30),G0(30),G1(30),G2(30),RCO(30)
C---- card 1 ----------------------------------------------READ(LU,454,ERR=99)JOBDES
READ(LU,454,ERR=99)USER
READ(LU,*,ERR=99)DAY,MONTH,YEAR
454 FORMAT(A65)
C---- card 2 ----------------------------------------------READ(LU,*)
READ(LU,*,ERR=99)NTSEC,DT,DT2,KODHG
C---- card 3 ----------------------------------------------DO 360 NSEC=1,NTSEC
READ(LU,*)
READ(LU,*,ERR=99)M,NOLAY
DO 380 L=1,NOLAY
IF(L.EQ.1)READ(LU,*)
READ(LU,*,ERR=99)M,RESIT(L),COND(L),DENS(L),SPE,THI
THIC(L)=THI/1000.
IF(KODHG.EQ.1)THEN
SPEC(L)=SPE/3600.
ELSE
SPEC(L)=SPE
ENDIF
380 CONTINUE
IF(KODHG.EQ.1)THEN
CALL GETFO(NSEC,NOLAY,RESIT,COND,DENS,SPEC,THIC)
ELSE
CALL TRF(NSEC,NOLAY,RESIT,COND,DENS,SPEC,THIC)
ENDIF
235
360 CONTINUE
C---- card 4 ----------------------------------------------READ(LU,*)
READ(LU,*,ERR=99)NGLOG
IF(NGLOG.GT.0)THEN
READ(LU,*)
DO 239 N=1,NGLOG
239
READ(LU,*,ERR=99)M,SC(N),KODIGS(N),HSB(N),VSB(N),DET(N),
+ UG(N),TILTG(N)
ENDIF
C---- card 5 ----------------------------------------------READ(LU,*)
READ(LU,*,ERR=99)NGLOE
IF(NGLOE.GT.0)THEN
READ(LU,*)
DO 329 N=1,NGLOE
329
READ(LU,*,ERR=99)M,ALPA(N),TILTE(N)
ENDIF
C---- card 6 ----------------------------------------------READ(LU,*)
READ(LU,*,ERR=99)NUMSCH
IF(NUMSCH.GT.0.AND.NUMSCH.LE.10)THEN
DO 60 N=1,NUMSCH
60
READ(LU,959,ERR=99)SKED
959 FORMAT(A25)
READ(LU,*)
DO 40 K=1,24
KK = K
40
READ(LU,*,ERR=99) M,(SCH(N,KK),N=1,NUMSCH)
ENDIF
C---- card 7 ----------------------------------------------READ(LU,*)
READ(LU,*,ERR=99)NTZ,GL,RLS,RLE,ELEV
C---- card 8 ----------------------------------------------READ(LU,*)
READ(LU,*,ERR=99)RHOG,FRADL,FRADP,FRADE,trc
IF(ELEV.GT.1500.)THEN
H=1500.
ELSE
H=ELEV
ENDIF
FSEN=-1.333333E-4*H+ 1.23
FLAT=-0.34*H+ 3010.
C---- card 9 ----------------------------------------------C M=zone number,N=glass/wall/partition number
C ARM(M)=total room internal surface area
236
ABUF = 0.
NOG = 0
NOW = 0
NOP = 0
GREP=.FALSE.
READ(LU,*)
DO 1000 I=1,NTZ
REP(I)=.FALSE.
READ(LU,*,ERR=99)M,AF(M),NG(M),NW(M),NP(M),KS1(M),
+
KS2(M),KTA1(M),KTA2(M),KGLO1(M),ORI1(M),IRTYPE(M)
NOG = NOG + NG(M)
NOW = NOW + NW(M)
NOP = NOP + NP(M)
IF(KTA1(M).LE.100)THEN
REP(I)=.TRUE.
GREP=.TRUE.
ENDIF
IF(KTA2(M).LE.100)THEN
REP(I)=.TRUE.
GREP=.TRUE.
ENDIF
ARM(I)=2.*AF(M)
1000 ABUF = ABUF + AF(M)
C---- card 10 ---------------------------------------------IF(NOG.GT.0)THEN
READ(LU,*)
DO 90 I=1,NOG
READ(LU,*,ERR=99)M,N,AG(M,N),ORIG(M,N),KGLOG(M,N)
90
ARM(M)=ARM(M)+ AG(M,N)
ENDIF
C---- card 11 ---------------------------------------------IF(NOW.GT.0)THEN
READ(LU,*)
DO 95 I=1,NOW
READ(LU,*,ERR=99)M,N,AW(M,N),ORIW(M,N),KWALL(M,N),
+
KGLOW(M,N)
95
ARM(M)=ARM(M)+ AW(M,N)
ENDIF
C---- card 12 ---------------------------------------------IF(NOP.GT.0)THEN
READ(LU,*)
DO 100 I=1,NOP
READ(LU,*,ERR=99)M,N,AP(M,N),KPART(M,N),KODTA(M,N)
ARM(M)=ARM(M)+ AP(M,N)
IF(KODTA(M,N).LE.100)THEN
REP(M)=.TRUE.
GREP=.TRUE.
ENDIF
100
CONTINUE
ENDIF
C---- card 13 ---------------------------------------------DO 111 I=1,NTZ
237
IF(I.EQ.1)READ(LU,*)
READ(LU,*,ERR=99)M,SFPER(I),PEOSEN(I),PEOLAT(I),WATSF(I),
+
EQPSEN(I),EQPLAT(I)
EQPSEN(I)=EQPSEN(I)*1000.
EQPLAT(I)=EQPLAT(I)*1000.
111 CONTINUE
C---- card 14 ---------------------------------------------DO 112 I=1,NTZ
IF(I.EQ.1)READ(LU,*)
112 READ(LU,*,ERR=99)M,ksL(i),ksp(i),kse(i),kseL(i),ksi(i),
+ volum(i),ach(i)
GOTO 801
99 WRITE(*,601)
601 FORMAT(/'Error encountered while reading MAIN input file')
STOP
801 RETURN
END
C****************************************************************
SUBROUTINE GETFO(NSEC,NOLAY,RESIT,COND,DENS,SPEC,THIC)
C Complex matrix elements 'A' and 'A/B' or multilayer slab
REAL RESIT(12),COND(12),DENS(12),SPEC(12),THIC(12)
COMPLEX FO
COMPLEX AA(12),BB(12),DD(12),UNIT,E,F,G,H
COMPLEX ENEW,FNEW,GNEW,HNEW,CSINH,CCOSH
COMMON /BDC/USECT(10),COMR(10),YV(10,80),DT2
COMMON /BDCI/NOJ(10),KODHG,ISLD(10)
COMMON /COMFO/FO(10,6)
DATA PI/3.1415926/,UNIT/(1.,1.)/
C KTYP = 1 -> RSO = combined film R walls,roof only {bunyip:
C RSI = internal combined surface resistance ...
NFREQ=6
RSI=0.088
ISLD(NSEC)=0
DO 1000 NF=1,NFREQ
W=0.2618*NF
TOTRES=RSI
DO 110 J=1,NOLAY
IF(RESIT(J).GT.0)GOTO 50
C If any one layer is 'solid' the whole section is SOLID ....
50
100
110
ISLD(NSEC)=1
THEDIF=COND(J)/DENS(J)/SPEC(J)
RESIST=THIC(J)/COND(J)
P=SQRT(W*THIC(J)**2/THEDIF*.5)
CSINH=.5*(CEXP(UNIT*P)-CEXP(-UNIT*P))
AA(J)=.5*(CEXP(UNIT*P)+CEXP(-UNIT*P))
BB(J)=RESIST/(UNIT*P)*CSINH
DD(J)=(UNIT*P)/RESIST*CSINH
GOTO 100
AA(J)=1.
BB(J)=RESIT(J)
DD(J)=0.
RESIST=RESIT(J)
TOTRES=TOTRES + RESIST
CONTINUE
238
IF(NF.EQ.1)USECT(NSEC)=1./TOTRES
E=AA(1)
F=BB(1)
G=DD(1)
H=AA(1)
IF(NOLAY.EQ.1)GOTO 200
DO 150 J=2,NOLAY
ENEW=E*AA(J) + F*DD(J)
FNEW=E*BB(J) + F*AA(J)
GNEW=G*AA(J) + H*DD(J)
HNEW=G*BB(J) + H*AA(J)
E=ENEW
F=FNEW
G=GNEW
150 H=HNEW
200 FO(NSEC,NF)=E*RSI+F
1000 CONTINUE
RETURN
END
C****************************************************************
SUBROUTINE READWE
COMMON /B1/DIRR(24),DIFR(24),TO(24),OAW(24)
COMMON /FILSYS/LU,LU1,LU2,LU3,LU4,LU5,LU6
READ(4,*)
READ(4,*,ERR=99,END=999)(TO(K),K=1,24)
READ(4,*,ERR=99,END=999)(OAW(K),K=1,24)
READ(4,*,ERR=99,END=999)(DIRR(K),K=1,24)
READ(4,*,ERR=99,END=999)(DIFR(K),K=1,24)
40
C
DO 40 K=1,24
OAW(K)=OAW(K)/1000.
GOTO 777
99 WRITE(*,50)
50 FORMAT(/'Error encountered while reading the WEATHER file'//
+ 'Please check your weather data file by referring to the'/
+ ' instructions given in the USER MANUAL for SHEAP')
STOP
999 WRITE(*,60)
60 FORMAT(/'End Of File encountered while reading the WEATHER',
+
' file'//'It is possible that the file contains 6 ',
+
' typical days of weather data'/'but you specified 12 !')
STOP
777 RETURN
END
C****************************************************************
SUBROUTINE SHGTSO(KODSUR,NZ,J)
C Absorbed + Transmitted solar heat gains, Sol-air-temp
REAL IT,IDG,IDS,T(6),A(6)
COMMON /B1/DIRR(24),DIFR(24),TO(24),OAW(24)
COMMON /B3/ARM(30),HG(24),TSOL(24),CL(24),TCL(24)
COMMON /B4/ELI(30,24),ESU(30,24),CL1(30,24),CL2(30,24)
COMMON /B6/AG(30,6),ORIG(30,6),SC(10),HSB(10),
+
VSB(10),DET(10),UG(10),TILTG(10)
239
COMMON
COMMON
COMMON
+
COMMON
COMMON
COMMON
COMMON
/B7/AW(30,6),ORIW(30,6),ALPA(10),TILTE(10)
/B8/AF(30),ORI1(30),AP(30,6)
/ZONENV/NG(30),NW(30),NP(30),KS1(30),KS2(30),
KTA1(30),KTA2(30),KGLO1(30),IRTYPE(30)
/KODENV/KGLOG(30,6),KGLOW(30,6),KWALL(30,6),KPART(30,6)
/KODTEM/KODTA(30,6),KODIGS(10)
/GEOG/GL,DEC,RLS,RLE,RHOG,ELEV,FSEN,FLAT
/SOLDAT/W(24),BETA(24),SAI(24)
DATA T/-.00885,2.71235,-.62062,-7.07329,9.75995,-3.89922/
DATA A/.01154,.77674,-3.94657,8.57881,-8.38135,3.01188/
DATA PI/3.1415927/,HO/22.71/,FRACIN/.33/,F/0.0174532/
DATA SUMTJ/.3995056/,SUMAJ/.0271797/
C KODSUR: 1=window,2=Wall,3=roof{type:1(-),2(/),3(/\)},4,5
IF(KODSUR.EQ.3)THEN
IF(IRTYPE(NZ).EQ.1)THEN
ORI=0.
TILT=0.
ELSE
TILT=TILTE(KGLO1(NZ))*F
IF(J.EQ.0)THEN
ORI=ORI1(NZ)
ELSE
ORI=ORI1(NZ)+180.
ENDIF
ENDIF
ALP=ALPA(KGLO1(NZ))
ELSE
IF(KODSUR.EQ.1)THEN
ORI=ORIG(NZ,J)
AREA=AG(NZ,J)
TILT=TILTG(KGLOG(NZ,J))*F
ELSE
ORI=ORIW(NZ,J)
ALP=ALPA(KGLOW(NZ,J))
TILT=TILTE(KGLOW(NZ,J))*F
ENDIF
ENDIF
EPSI=(180.-ORI)*F
FSS=.5*(1.+COS(TILT))
FSG=1.-FSS
DO 100 K=1,24
H=W(K)
IF(TILT.EQ.0)THEN
COSTET=COS(GL)*COS(DEC)*COS(H)+SIN(GL)*SIN(DEC)
ELSE
COSTET =(SIN(GL)*COS(TILT)-COS(GL)*SIN(TILT)*COS(EPSI))
+
*SIN(DEC)+(COS(GL)*COS(TILT)+SIN(GL)*SIN(TILT)*COS(EPSI))
+
*COS(DEC)*COS(H)+COS(DEC)*SIN(TILT)*SIN(EPSI)*SIN(H)
ENDIF
SINBET=SIN(BETA(K))
IF(COSTET.GT.1)COSTET=1.
TETA=ACOS(COSTET)
300
IF(KODSUR.NE.1)GOTO 900
240
C Get transmitted, absorbed radiation ---------------- glass
IF(COSTET.GT.0.AND.SINBET.GT.0)THEN
HSBR=HSB(KGLOG(NZ,J))
VSBR=VSB(KGLOG(NZ,J))
DETC=DET(KGLOG(NZ,J))
IF(HSBR.GT.0.OR.VSBR.GT.0)THEN
S=SAI(K)
COSSI=COS(S)
IF(H.LT.0)S=-S
GAMA=ABS(S-EPSI)
TANOM=TAN(BETA(K))/COS(GAMA)
IF(TILT.EQ.90)THEN
SH=HSBR*TANOM
ELSE
OME=ATAN(TANOM)
SINZET =SIN(PI-OME-TILT)
SH=HSBR*SIN(OME)/SINZET
ENDIF
SW=VSBR*TAN(GAMA)
IF(SH.GT.1)SH=1.
IF(SW.GT.1)SW=1.
IF(SH.LT.DETC)SH=DETC
SLF=(1-SW)*(1.-SH)/(1.-DETC)
ELSE
SLF=1.
ENDIF
+
+
D=DIRR(K)*COSTET*SLF/SINBET
A1=T(1)+T(2)*COSTET+T(3)*COSTET**2+
T(4)*COSTET**3+T(5)*COSTET**4+T(6)*COSTET**5
B1=A(1)+A(2)*COSTET+A(3)*COSTET**2+
A(4)*COSTET**3+A(5)*COSTET**4+A(6)*COSTET**5
ELSE
D=0.
A1=0.
B1=0.
ENDIF
C .. Let TSOL() holds ABSORBED radiation
IF(DIFR(K).GT.0)THEN
COR3=0.
IF(COSTET.GT.0)COR3=COSTET*COSTET
RR=1.-(DIFR(K)/(DIFR(K)+DIRR(K)))**2
COR1=(SIN(.5*TILT))**3
COR2=COR3*(SIN(1.57-BETA(K)))**3
IDS=DIFR(K)*.5*(1.+COS(TILT))*(1.+RR*COR1)*(1.+RR*COR2)
C-skydif--IDS=DIFR(K)*FSS-simple <--
C
ELSE
IDS=0.
ENDIF
IDG=(DIRR(K)+ DIFR(K))*RHOG*FSG
TRAN=D*A1+ (IDS+IDG)*2*SUMTJ
ABSO=D*B1+ (IDS+IDG)*2*SUMAJ
DIRTRA=TRAN*AREA*SC(KGLOG(NZ,J))
ABSRAD=FRACIN*ABSO*AREA*SC(KGLOG(NZ,J))
C If KODIGS=1, add solar HG to conduction gain (use cond. v's)
241
IF(KODIGS(KGLOG(NZ,J)).EQ.1)THEN
TSOL(K)= TSOL(K)+ DIRTRA+ ABSRAD
ELSE
HG(K) = HG(K)+ DIRTRA
TSOL(K)= TSOL(K)+ ABSRAD
ENDIF
GOTO 100
C ----------------- sol-air temp {wall / roof only} --------------900
D=0.
IF(COSTET.GT.0.AND.SINBET.GT.0)D=DIRR(K)*COSTET/SINBET
IF(DIFR(K).GT.0)THEN
COR3=0.
IF(COSTET.GT.0)COR3=COSTET*COSTET
RR=1.-(DIFR(K)/(DIFR(K)+DIRR(K)))**2
COR1=(SIN(.5*TILT))**3
COR2=COR3*(SIN(1.57-BETA(K)))**3
IDS=DIFR(K)*.5*(1.+COS(TILT))*(1.+RR*COR1)*(1.+RR*COR2)
ELSE
IDS=0.
ENDIF
IT=D+ IDS+ (DIRR(K)+DIFR(K))*RHOG*FSG
IF(TILT.GT.0.52)THEN
C ....
.... TILT > 29.7 degrees ....
DELR=0.
ELSE
TSK=.0552*(TO(K)+273.)**1.5
TS=TO(K)+273.
DELR=.9*5.669E-8*FSS*(TS**4-TSK**4)
ENDIF
TSOL(K)=TO(K)+ ALP*IT/HO- DELR/HO
C---- WRITE(6,803)NZ,J,K,D,DIFR(K)*FSS,
C----+(DIRR(K)+DIFR(K))*RHOG*FSG,IT,ACOS(COSTET)*57.29,TSOL(K)
C-803 FORMAT('z-j-k-D-S-G-It-tet-TSO',3(1X,I2),4(1X,F5.1),
C--- +
1X,F6.1,1X,F4.1)
100 CONTINUE
C---- IF(KODSUR.NE.1)READ*,
RETURN
END
C*******************************************************************
*
SUBROUTINE FOURIE
REAL TDUM(6),SAIDUM(6)
COMMON /TEMP/TEA,TE(6),SAIE(6),TEMPER(24)
PI=3.1415926
NF=6
SUM=0.
DO 10 K=1,24
10 SUM=SUM+TEMPER(K)
TEA=SUM/24.
DO 160 NF=1,6
SUMM = 0
SUMN = 0
DO 20 K=1,24
W=0.2618*K*NF
SUMM=SUMM+ TEMPER(K)*COS(W)
20
SUMN=SUMN+ TEMPER(K)*SIN(W)
RM = SUMM/12.
RN =-SUMN/12.
TE(NF)=SQRT(RM*RM+ RN*RN)
242
ATA =ABS(RN/RM)
ARCT=ATAN(ATA)
IF(RN.GE.0.AND.RM.GT.0)THEN
SAIE(NF)=ARCT
ELSEIF(RN.LT.0.AND.RM.GT.0)THEN
SAIE(NF)=2.*PI-ARCT
ELSEIF(RN.GE.0.AND.RM.LT.0)THEN
SAIE(NF)=PI-ARCT
ELSE
SAIE(NF)=PI+ARCT
ENDIF
160 CONTINUE
RETURN
END
C****************************************************************
SUBROUTINE HEGAIN(IX,NZ,JJ,KD)
COMPLEX FO
COMPLEX UNIT
COMMON /B3/ARM(30),HG(24),TSOL(24),CL(24),TCL(24)
COMMON /B4/ELI(30,24),ESU(30,24),CL1(30,24),CL2(30,24)
COMMON /B7/AW(30,6),ORIW(30,6),ALPA(10),TILTE(10)
COMMON /B8/AF(30),ORI1(30),AP(30,6)
COMMON /BDC/USECT(10),COMR(10),YV(10,80),DT2
COMMON /BDCI/NOJ(10),KODHG,ISLD(10)
COMMON /ZONENV/NG(30),NW(30),NP(30),KS1(30),KS2(30),
+
KTA1(30),KTA2(30),KGLO1(30),IRTYPE(30)
COMMON /KODENV/KGLOG(30,6),KGLOW(30,6),KWALL(30,6),KPART(30,6)
COMMON /COMFO/FO(10,6)
COMMON /ZONRES/HER(30,24),TRM(30,24),TRC
COMMON /TEMP/TEA,TE(6),SAIE(6),TEMPER(24)
DATA UNIT/(0.,1.)/,PI/3.1415927/
IF(IX.EQ.2)THEN
AREA=AW(NZ,JJ)
ELSEIF(IX.EQ.4)THEN
AREA=AP(NZ,JJ)
ELSEIF(IX.EQ.3)THEN
IR=IRTYPE(NZ)
ANG=COS(.0174532*TILTE(KGLO1(NZ)))
IF(IR.EQ.3)THEN
AREA=.5*AF(NZ)
ELSEIF(IR.EQ.4)THEN
AREA=AF(NZ)/ABS(ANG)
ELSEIF(IR.EQ.5)THEN
AREA=.5*AF(NZ)/ABS(ANG)
ELSE
AREA=AF(NZ)
ENDIF
ELSE
AREA=AF(NZ)
ENDIF
IF(KODHG.EQ.2)GOTO 100
IF(ISLD(KD).EQ.1)THEN
DO 10 K=1,24
Q=USECT(KD)*(TEA-TRC)
DO 20 N=1,6
20
Q=Q+REAL((TE(N)*CEXP(SAIE(N)*UNIT)/FO(KD,N))*
+ CEXP(0.2618*N*K*UNIT))
10 HG(K)=HG(K)+ Q*AREA
243
ENDIF
GOTO 110
C ............... KODHG=2 using TRF .......
100 CONTINUE
IF(ISLD(KD).EQ.1)THEN
NJ=NOJ(KD)
CR=COMR(KD)
DO 40 K=1,24
L=0
AD=0.
50
L=L+1
IDX=K-L+1
60
IF(IDX.LE.0)IDX=IDX+24
IF(IDX.LE.0)GOTO 60
IF(L.LE.NJ)THEN
YY=YV(KD,L)
ELSE
YY=YV(KD,NJ)*(CR**(L-NJ))
ENDIF
AD=AD+ TEMPER(IDX)*YY
IF(YY.GT.1.E-8)GOTO 50
40 HG(K)=HG(K)+ AD*AREA- AREA*USECT(KD)*TRC
ENDIF
110 IF(ISLD(KD).EQ.0)THEN
DO 30 K=1,24
30 HG(K)=HG(K)+ AREA*USECT(KD)*(TEMPER(K)-TRC)
ENDIF
RETURN
END
C****************************************************************
SUBROUTINE COOLOD(RF,NZ)
COMMON /B3/ARM(30),HG(24),TSOL(24),CL(24),TCL(24)
COMMON /B4/ELI(30,24),ESU(30,24),CL1(30,24),CL2(30,24)
COMMON /ACTU/V0(30),V1(30),W1(30),G0(30),G1(30),G2(30),RCO(30)
C RF=radiative fraction of HG() ...
CL(24)=0.
DO 10 M=1,4
DO 10 K=1,24
IF(K.EQ.1)THEN
CLM=CL(24)
HGM=HG(24)*RF
ELSE
CLM=CL(K-1)
HGM=HG(K-1)*RF
ENDIF
10 CL(K)=V0(NZ)*HG(K)*RF+ V1(NZ)*HGM*RF- W1(NZ)*CLM
IF(RF.LT.1)THEN
DO 20 K=1,24
20 CL(K)=CL(K)+ (1.-RF)*HG(K)
ENDIF
RETURN
END
C****************************************************************
SUBROUTINE HEATEX(NZ,NOSYS,ITN)
244
LOGICAL OCCU
REAL ER(24),TR(24),DI,vinf(24)
COMMON /B1/DIRR(24),DIFR(24),TO(24),OAW(24)
COMMON /B3/ARM(30),HG(24),TSOL(24),CL(24),TCL(24)
COMMON /B4/ELI(30,24),ESU(30,24),CL1(30,24),CL2(30,24)
COMMON /B8/AF(30),ORI1(30),AP(30,6)
COMMON /SCHEDU/SCH(10,24),SFPER(30),WATSF(30)
COMMON /KSCHED/KSL(30),KSP(30),KSE(30),KSI(30),kseL(30)
COMMON /GEOG/GL,DEC,RLS,RLE,RHOG,ELEV,FSEN,FLAT
COMMON /SYSTEM/NTZ
COMMON /ZONRES/HER(30,24),TRM(30,24),TRC
COMMON /FILT/VOLUM(30),PEOSEN(30),PEOLAT(30),EQPSEN(30),
+
EQPLAT(30),ach(30)
COMMON /ACTU/V0(30),V1(30),W1(30),G0(30),G1(30),G2(30),RCO(30)
KI=KSI(nz)
DO 10 K=1,24
vinf(k)=0.
er(k)=0.
10 IF(KI.GT.0)call CALINF(nz,vinf)
g2e = g2(NZ)
p1e = w1(NZ)
TR(24)=TRM(NZ,24)
TR(23)=TRM(NZ,23)
C-------------------------------------------------------------------DO 100 M=1,10
DO 200 K=1,24
ER(K)=0.
IF(K.EQ.1)THEN
CFMM=vinf(24)
ELSE
CFMM=vinf(K-1)
ENDIF
g0e = g0(NZ)+ FSEN*vinf(K)
g1e = g1(NZ)+ P1E*FSEN*CFMM
sumg= g0e+ g1e+ g2e
IF(K.EQ.1)THEN
CLM1=TCL(24)
ERM1=ER(24)
TR1=TR(24)
TR2=TR(23)
ELSE
CLM1=TCL(K-1)
ERM1=ER(K-1)
TR1=TR(K-1)
IF(K.EQ.2)THEN
TR2=TR(24)
ELSE
TR2=TR(K-2)
ENDIF
ENDIF
DI=TRC*SUMG-G1E*TR1-G2E*TR2+TCL(K)+P1E*CLM1-P1E*ERM1
tr(k)=DI/g0e
200 CONTINUE
100 CONTINUE
DO 500 K=1,24
245
500
HER(NZ,K)=ER(K)
TRM(NZ,K)=TR(K)
RETURN
END
c *****************************************************************
SUBROUTINE TRF(NSEC,NOMAT,RES,CON,DEN,SPE,THI)
LOGICAL REPIT,CONV
DOUBLE PRECISION ZZ,YY,CR,CRZ,CRZO
REAL RHO(12),KON(12),SPEC(12),THIC(12),UVAL(12)
REAL DEN(12),CON(12),SPE(12),THI(12),UVA(12),RES(12)
DOUBLE PRECISION T(200),TO(200),RS(12),CS(12)
DOUBLE PRECISION C11,FL,FR,DX(12),EXO,D1,D2,EX
INTEGER KODTYP(12)
INTEGER KTYP(12),JR(12),NS(12),NL(12)
COMMON /BDC/USECT(10),COMR(10),YV(10,80),DT2
COMMON /BDCI/NOJ(10),KODHG,ISLD(10)
DTP=DT2
CONV=.FALSE.
FF=1.
NOMAT=NOMAT+1
DO 10 M=1,NOMAT
IF(M.EQ.NOMAT)RES(M)=0.088
IF(RES(M).GT.0)THEN
KTYP(M)=0
UVA(M)=1./RES(M)
ELSE
KTYP(M)=1
UVA(M)=CON(M)/THI(M)
ENDIF
10 CONTINUE
C .. rearrange material string -----------------------------------345 REPIT=.FALSE.
IE=0
MD=1
1008 IE=IE+1
DO 20 M=MD,NOMAT
IF(KTYP(M).EQ.1)THEN
KODTYP(IE)=1
NS(IE)=M
NL(IE)=M
MD=MD+1
GOTO 99
ELSE
KODTYP(IE)=0
NS(IE)=M
NL(IE)=M
IF(M.LE.NOMAT)THEN
DO 30 MD=M,NOMAT
KTT=KTYP(MD)
IF(KTT.EQ.0)NL(IE)=MD
IF(KTT.EQ.1)GOTO 99
IF(MD.EQ.NOMAT.AND.KTT.EQ.0)GOTO 999
30
CONTINUE
ENDIF
246
ENDIF
20 CONTINUE
99 IF(MD.LE.NOMAT) GOTO 1008
999 NOMAT=IE
DO 40 ME=1,IE
IF(KODTYP(ME).EQ.1)THEN
c*******
RHO(ME)= DEN(NS(ME))
KON(ME)= CON(NS(ME))
SPEC(ME)=SPE(NS(ME))
THIC(ME)=THI(NS(ME))
UVAL(ME)=UVA(NS(ME))
c*******
ELSE
TOTRES=0.
DO 50 JJ=NS(ME),NL(ME)
IF(UVA(JJ).EQ.0)UVA(JJ)=CON(JJ)/THI(JJ)
50
TOTRES=TOTRES+ 1./UVA(JJ)
UVAL(ME)=1./TOTRES
ENDIF
40 CONTINUE
C ----------------------------------------------------------------JC=1
C
DO 60 M=1,NOMAT
KK=KODTYP(M)
IF(KK.EQ.0)THEN
JC=JC+ 1
IF(M.EQ.1)FL=UVAL(M)
IF(M.EQ.NOMAT)FR=UVAL(M)
KODTYP(M)=0
KTYP(M)=0
ELSE
DXMAX=SQRT(2.*DTP*KON(M)/RHO(M)/SPEC(M))
KP1=9
KM1=10
IF(M.GT.1)KM1=KODTYP(M-1)
IF(M.NE.NOMAT)KP1=KODTYP(M+1)
get DXL, DXR .....
AA=.5*RHO(M)*SPEC(M)
IF(KM1.EQ.0)THEN
A=AA
B=-DTP*UVAL(M-1)
C=-DTP*KON(M)
BSQ=B*B-4.*A*C
DX2=(-B+SQRT(BSQ))/2./A
IF(DX2.GT.DXMAX)DXMAX=DX2
ENDIF
IF(KP1.EQ.0)THEN
A=AA
B=-DTP*UVAL(M+1)
C=-DTP*KON(M)
BSQ=B*B-4.*A*C
DX1=(-B+SQRT(BSQ))*.5/A
IF(DX1.GT.DXMAX)DXMAX=DX1
ENDIF
IF(KM1.EQ.1)THEN
247
A=AA
B=.5*RHO(M-1)*SPEC(M-1)*DX(M-1)-DTP*KON(M-1)/DX(M-1)
C=-KON(M)*DTP
BSQ=B*B-4.*A*C
DX1=(-B+SQRT(BSQ))/2./A
IF(DX1.GT.DXMAX)DXMAX=DX1
ENDIF
NINT=THIC(M)/DXMAX
C
???? if NINT = 0 ?????
IF(NINT.EQ.0)THEN
KODTYP(M)=0
KTYP(M)=0
C***********
UVA(M)=UVAL(M)
REPIT=.TRUE.
ENDIF
IF(NINT.GT.0)THEN
DX(M)=THIC(M)/NINT
JC=JC+ NINT
RS(M)=KON(M)*DTP/RHO(M)/SPEC(M)/DX(M)/DX(M)
CS(M)=.5*RHO(M)*SPEC(M)*DX(M)
IF(M.EQ.1)FL=KON(M)/DX(M)
IF(M.EQ.NOMAT)FR=KON(M)/DX(M)
c***********
THI(M) =THIC(M)
CON(M) =KON(M)
DEN(M) =RHO(M)
SPE(M) =SPEC(M)
KTYP(M)=1
KODTYP(M)=1
ENDIF
ENDIF
60 JR(M)=JC
IF(REPIT)GOTO 345
JCRIT=JC
JJ=JC-1
IF(JCRIT.EQ.2.AND.KTYP(1).EQ.0)THEN
ISLD(NSEC)=0
USECT(NSEC)=UVAL(1)
PRINT*,'Thin section for material no #',nsec
RETURN
ENDIF
C ----------------------------------------------------------------KDX=1
TDX=3600.
TIME= 0.
T(1)= 0.
EP=100.
65
DO 65 J=1,JCRIT
TO(J)=0.
ZZ=.5
YY=.5
EX=0.
SY= 0
248
500 TIME=TIME+ DTP
IF(TIME.LE.3600)THEN
EX=1.D0*TIME/3600.
ELSEIF(TIME.LT.7200)THEN
EX=-1.D0*TIME/3600.+ 2.D0
ELSE
EX=0.
ENDIF
T(JCRIT)=EX
IF(KODTYP(1).EQ.0)THEN
T(2)=DTP*(-KON(2)*(TO(2)-TO(3))/DX(2)-UVAL(1)*TO(2))
+
/CS(2)+ TO(2)
ENDIF
DO 100 M=1,NOMAT
KK=KODTYP(M)
IF(KK.EQ.1)THEN
IF(M.GT.1)THEN
JS=JR(M-1)+ 1
ELSE
JS=2
ENDIF
JE=JR(M)-1
90
IF(JE.GE.JS)THEN
DO 90 J=JS,JE
T(J)=RS(M)*(TO(J-1)+TO(J+1))+ (1.-2.*RS(M))*TO(J)
ENDIF
IF(JR(M).NE.JCRIT)THEN
J=JR(M)
IF(KODTYP(M+1).EQ.0)THEN
T(J)=DTP*(KON(M)*(TO(J-1)-TO(J))/DX(M)+
UVAL(M+1)*(TO(J)-TO(J+1)) )/CS(M)+ TO(J)
ELSE
C11= DTP/(CS(M)+ CS(M+1))
D1 = KON(M)/DX(M)
D2 = KON(M+1)/DX(M+1)
T(J)=C11*(D1*(TO(J-1)-TO(J))-D2*(TO(J)-TO(J+1)))+TO(J)
ENDIF
ENDIF
ELSEIF(M.GT.1)THEN
J=JR(M)
IF(J.NE.JCRIT)THEN
T(J)=TO(J)+ DTP*( UVAL(M)*(TO(J-1)-TO(J))+
KON(M+1)*(TO(J)-TO(J+1))/DX(M+1) )/CS(M+1)
ENDIF
ENDIF
100 CONTINUE
c----IF(TIME.EQ.TDX)THEN
ZO=ZZ
YO=YY
ZZ=FR*(T(JCRIT)-T(JCRIT-1))
YY=FL*T(2)
SY=SY+YY
IF(ABS(ZZ).LE.1.0E-7)THEN
COMR(NSEC)=0.
NOJ(NSEC)=KDX-1
ENDIF
249
IF(ABS(ZZ).LE.1.E-7)GOTO 808
YV(NSEC,KDX)=YY
IF(KDX.GT.1)CRZO=CRZ
CRZ=ZZ/ZO
TDX=TDX+ 3600.
KDX=KDX+1
ENDIF
IF(KDX.GT.80)GOTO 505
DO 120 J=1,JCRIT
IF(T(J).LE.1.E-25)T(J)=0.
120 TO(J)=T(J)
IF(TIME.NE.TDX-3600.) GOTO 500
IF(KDX.GT.80)NOJ(NSEC)=80
IF(KDX.GT.80)GOTO 808
IF(KDX.LE.4)GOTO 500
EP=ABS(CRZO-CRZ)
IF(EP.LE.1.E-4)CONV=.TRUE.
IF(.NOT.CONV)GOTO 500
505 NOJ(NSEC)=KDX-1
COMR(NSEC)=CRZ
17 YY=YY*CRZ
SY=SY+YY
IF(YY.GT.1.E-8)GOTO 17
808 RT=0.
DO 18 M=1,NOMAT
18 RT=RT+ 1./UVAL(M)
USECT(NSEC)=1./RT
IF(NOJ(NSEC).GE.2)THEN
ISLD(NSEC)=1
ELSE
ISLD(NSEC)=0
ENDIF
RETURN
END
c
*******************************************************************
SUBROUTINE CALINF(NZ,VINF)
REAL VINF(24)
COMMON /FILT/VOLUM(30),PEOSEN(30),PEOLAT(30),EQPSEN(30),
+
EQPLAT(30),ach(30)
COMMON /KSCHED/KSL(30),KSP(30),KSE(30),KSI(30),kseL(30)
COMMON /SCHEDU/SCH(10,24),SFPER(30),WATSF(30)
j=KSI(nz)
if(j.gt.0)then
do 10 k=1,24
10 vinf(k)=0.2778*volum(nz)*ach(nz)*SCH(j,k)
else
do 20 k=1,24
20
vinf(k)=0.
endif
RETURN
END