Semester 6 CB603 Enviromental Science Topik 2 Kawalan Termal

1. BAB 2 KAWALAN
TERMAL

2. KAWALAN TERMAL
Sumber haba
bangunan
Sumber haba dari
luar bangunan
Sumber haba dari
dalam bangunan
1. Haba di struktur
binaan
2. Pancaran/bahangan
matahari
3. Haba panas udara
luar melalui
pengudaraan dan
penyusupan
1. Haba dari
manusia/penghuni
itu sendiri
2. Haba dari
pekakasan elektrik
yang digunakan di
dalam bangunan
3. Contoh, lampu,
pemampat, heater,
lperalatan memasak
dll.
Haba semulajadi-
matahari
Haba ciptaan - lampu

3. PRINSIP PEMGALIRAN HABA DALAM BANGUNAN
Proses pengaliran dan pertukaran haba
Haba mengalir dari jasad yang panas ke jasad sejuk.
Panas Sejuk
Pengalir haba Penebat haba
Proses pengaliran haba ke
dalam bangunan
Vapor
Conduction
Solid
Radiation
convection
liquid
Convection current
flame

4. PENGALIRAN HABA DIPENGARUHI OLEH :
Keadaan jirim
Pepejal
Gas Cecair
1. Gerakan rawak &
bebas & kelajuan
tinggi
2. Ikut bentuk bebas
1. Gerakan secara rawak &
kelajuan sederhana
2. Bentuk tak tetap. Isipadu
malar ttpi ikut bekas
1. Gerakan atom
setempat
2. Bentuk tegar serta
mempunyai
bentuk tertentu
Suhu
1. Disukat dalam º C ºF & K (Haba disukat dalam
Btu(1Btu = 1.055kJ)
2. Takat suhu : 37ºC : 100ºC : 0ºC
1. tak sama dengan haba
2. Suhu sukat darjah kepanasan
3. Alat sukat : termometer
Cth :
Suhu 1 butir bara
Suhu 1 baldi air panas
Haba 1 butir bara
Haba 1 baldi air panas
Haba
1. Pengaliran dari suhu ke suhu
2. Proses perpindahan/pengaliran haba
3. Unit haba dalam joule & unit pengaliran haba dalam Watt@ J/s
1. Tiada haba mengalir – adiabatik
2. Bila ditebat dgn baik sehingga
terlalu sedikit @ tiada haba terlepas
Q tve
Q -ve
Q = 0

5. PRINSIP PEMGALIRAN HABA DALAM BANGUNAN
Proses pengaliran dan pertukaran haba
Panas Sejuk
Pengalir haba Penebat haba
Rintangan terhadap pengaliran haba (heat resistance)
R-value Semakin rintangan terhadap
pengaliran haba
Pengukuran pengaliran haba melalui sesuatu bahan yang
diberikan suhu kedua dua belah.
Tenaga yang menerusi 1 kaki persegi bahan dalam masa 1
jam bagi setiap darjah F perbezaan suhu
( Unit Btu/ft²hrºF)
R-value U faktor penebat yang baik

6. Pemindahan haba, Rintangan Haba & Penebat
Pemindahan Haba
U = Q
T1 – T2
Q = jumlah haba merentasi
seunit luas
T1 = suhu luar
T2 = suhu dalam
Rintangan Haba
R = 1
U
Contoh :
Penambahan ketebalan konkrit daripada 6 inci ke 8 inci (
33%++) hanya akan menambah R dari 1.66 ft²hºF (Btu)
kepada 1.88 ft²hºF (Btu) (Btu) sahaja
Tetapi sekiranya penggunaan 2 bahan sebagai dinding :
Seperti contoh :
2“ wool/bulu fibre R = 9.07 1.88 ft²hºF (Btu)
+ 6” konkrit R = 1.66 1.88 ft²hºF (Btu)
Jadi RT = 10.73 1.88 ft²hºF (Btu)

7. Soalan :
Kirakan kadar rintangan dinding sebuah bangunan sekiranya
diberikan
m = 3600g
T1 = 31ºF
T2 = 26ºF
Specific heat =0.88 joule/gºC
Pengiraan
1. Q = mcΔT
= 3600g (0.88)(31-26)
= 15843 Watt
= 15.843 kWatt
2. U = Q
T1 – T2.
= 15.843
31 – 26
= 3.1686
3. R = 1
U
= 1
3168.6
= 0.316 Btu
Dinding ini bukan penebat
yang baik.

8. BAHAN PENEBAT
1. Penting dalam kawalan termal
di dalam bangunan terutama
dalam kawasan beriklim sejuk
2. Ianya juga menjimatkan
tenaga
Suhu dapat disederhanakan
melalui kaedah
Bahan penebatRongga/ lapisan udara
Pemantul yang baik
1. Bahan yang
perangkap udara
panas
2. Cth bahan penebat
yang baik :
Kayu, gabus,
fibre ringan,
wool,
polystren,
foam
1. Pemantul yang baik
adalah penebat yang
baik
2. Contoh:
Bright metal foil
diletakkan dibawah
bumbung
1. Udara yang
terperangkap boleh
digunakan semula
dalam penebatan
bangunan
2. Contoh :
Pengudaraan
diloteng,
dinding dwi
lapisan

9. PEMINDAHAN TENAGA MELALUI DINDING BERONGGA
PENEBAT DINDING BERONGGA
1. Dinding bangunan dibina dinding berongga terdiri dpd 2 barisan
dinding dan lapisan kosong atau berisi bahan penebat
2. Udara akan memindahkan haba melalui perolakan/ convection
melalui rongga
PROSES PEMINDAHAN HABA DALAM DINDING BERONGGA
1. Mengurangkan kehilangan tenaga/haba melalui rongga
2. Dinding ini lebih effisien dalam penebatan haba apabila rongga
tersebut dipenuhi bahan yang poros dan berongga
3. Haba tidak boleh dipindahkan melalui perolakan kerana ruang
udara telah digantikan dengan foam/wool (contoh insulator)
4. Bahan bahan insulator ini merupakan bahan penebat yang baik
- oleh itu pengaliran haba tidak dapat berlaku.

10. PENEBATAN DINDING BERONGGA
Dinding
luar
Dinding
dalam
1. Bahan penebat/insulator
yang poros memerangkap
haba yang datang dari luar.
2. Haba yang terperangkap ini
tidak dapat dialirkan ke
dinding dalam bangunan
Bahan penebat
Bahan penebat
Penebat lembapan/
vapor barier
Plaster board

11. MASA UNTUK HABA MENGALIR MELALUI DINDING
Dinding tidak bertebat, kekisi
keluli
Dinding kayu (25 mm)
Dinding konkrit (200mm)
Dinding marmar & batu kapor
Beberapa saat
20 minit
3 jam
3 hari
BAHAN PENEBAT
Galvanised hexagon
wire netting Kaca gentian
Sheep wool
Aluminum foil
Eco insulator Reflective thin
insulator

12. PEMBEBASAN HABA DARI BANGUNAN
25%
35%
15%
15%
10%

13. PENEBATAN BUMBUNG
Objektif :
1. Jimat kos & bil elektrik
2. Penebatan haba – good investment
Pitched roof/ bumbung rabung
1. Bahan penebat : fibreglass, mineral
fibre yang diletakkan antara gelagar
bumbung & dihampar sekeping2.
2. Satu lagi kaedah penebatan
bumbung : Fibre glass/ mineral fibre
disemburkan kedalam attik , didlm
dan diluar gelegar.
Pitched roof/ bumbung rata
1. Bergantung kepada struktur bumbung
2. Konkrit slab baru – papan separa
penebat spt polystyrene phenolic foam
board diletakkan di bawah lapisan
bumbung
3. Struktur kayu baru --- kepingan fibre
glass diantara roof slab.

14. PENEBATAN TINGKAP
1. Elemen paling lemah
dalam mengekalkan
haba dari dalam
ataupun luar
2. Single glaze window
memindahkan haba
10X dari dinding
berpenebat
3. Kaedah mengawal
thermal
a. Limit
bilangan
tingkap
b. Limit saiz
tingkap
c. berpenebat

15. KEAMATAN PANCARAN SURIA DI DALAM BANGUNAN
Masalah utama pancaran suria
Tidak dapat memisahkan antara haba dan cahaya yang datang
dari sumber yang sama.
Kaedah pencegahan haba masuk terus ke
dalam bangunan
Penggunaan alat
peneduhan mencukupi
Pemilihan warna dan
bahan komponen luar
bangunan
Orientasi bangunan yang
sesuai
1. Tumbuh an
2. Awning/juntaian
3. bidai
1. Tingkap/dinding -
konkrit, steel @ kayu
2. Warna – gelap/legap
(serap haba/cahaya) &
cerah berkilat (balik
haba/cahaya)
1. Bukaan tidak
menghadap
matahari pagi dan
petang

16. CARA/KAEDAH SINARAN MATAHARI MASUK KE
DALAM BANGUNAN
Teresap cahaya langit
Cahaya matahari pantulan luar
Cahaya matahari pantulan dlm
Cahaya matahari langsung
Cahaya matahari langsung

17. BAHAN PENGHADANG PANCARAN SURIA
Permukaan Lutsinar
Bahan yang memancarkan
sebahagian besar cahaya.
Permukaan Legap
Bahan yang halang laluan
cahaya dan bentuk bayang
dibelakang nya
Permukaan
lutcahaya
Bahan yang sebarkan cahaya
ke semua arah untuk hasilkan
cahaya resap

18. PENDEDAHAN SAMPUL BANGUNAN KEPADA ELEMEN
IKLIM
Bangunan rendah – bumbung kritikal
Bangunan tinggi – dinding kritikal
ANGIN
ANGIN
HUJAN
SURIA
HUJAN
SURIA
ANGIN
ANGIN
HUJAN
SURIA

19. PENGALIRAN HABA DALAM RUANGAN
Haba Pengaliran
Haba yang serap ke dalam bangunan melalui dinding,
bumbung, tingkap(kaca)
Bergantung kepada
a. perbezaan suhu
b. Jenis bahan
c. Luas permukaan
Q = A X U X TD
Q = Jumlah pengaliran haba
A = Luas permukaan bahan
U = Faktor U
TD= Perbezaan suhu luar dan dalam

20. U = 1/ ((X1/K1) + (X2/K2) + (X3/K3) + ….
Rsi = Jumlah pengaliran haba
A = Luas permukaan bahan
U = Faktor U
TD= Perbezaan suhu luar dan dalam
FAKTOR U
Dikenali sebagai pekali pemindahan haba
Kuantiti haba yang mengalir dalam 1 bahan pada keluasan 1m²
U = 1 / Rt
U = 1 / (Rsi + R1 + R2 + Rso)
Rt = (X1/K1) + (X2/K2) + (X3/K3) + ….

21. Sebuah dinding diperbuat daripada kayu pine
0.3m, kertas atap 0.02m dan papan asbestos
0.01m. Kirakan faktor U dinding tersebut.
Diberikan : k kayu pine = 0.546
k kertas atap = 0.378
k asbestos = 0.546
Sebuah bumbung rata yang mengandungi konkrit setebal
150mm yang diselaputi 20mm asphalt dan berada dalam
keadaaan terlindung. Hitungkan penghantaran haba (U)
bagi bumbung itu.
Diberikan : k asphalt = 1.2 kJ/hr/m/ºC
k konkrit = 1.4 kJ/hr/m/ºC
Rintangan haba : permukaan dalam = 0.11
permukaan luar = 0.07

22. PENINGKATAN HABA DI DALAM
BANGUNAN/RUANGAN
1. Haaba Pengaliran
2. Haba pengudaraan dan penyusupan
3. Haba dari dalam ruangan
HABA PENGALIRAN
1. Haba matahari yang menyerap ke dalam bangunan
melalui kaca, dinding & bumbung
2. Bergantung kepada perbezaan suhu luar dan dalam
3. Haba yang mengalir bergantung kepada jenis bahan
binaan dan keluasan permukaan
4. Setiap jenis bahan mempunyai faktor penghantaran haba
(faktor U) yang berlainan
Q = A X U X TD
Dimana Q = jumlah pengaliran haba
A = luas permukaan
U = U faktor
TD= perbezaan suhu

23. Sebuah dinding batu bata bersaiz
9m X 3m dengan ketebalan 105 mm
mempunyai u faktor 3.0. Suhu diluar
pada ketika itu adalah 32 ºC dan
suhu di dalam ruangan adalah 22ºC.
Kirakan jumlah pengaliran haba .
Lantai sebuah bilik yang dinyamankan
berukuran 4m X 2m dan diperbuat
daripada mortar, konkrit dan jubin. Suhu
bumi dianggarkan 32ºC dan suhu di
dalam bilik dirancangkan ialah 26ºC.
Jika diberikan faktor U bagi lantai ialah
6.72 . Kirakan haba bocor melalui lantai.

24. HABA PENGUDARAAN DAN PENYUSUPAN
1.Udara luar mengandungi haba pendam dan haba deria
2.Udara ini membawa haba secara menyusup dicelah celah bukaan
pintu
3.Berapa banyak haba/kadar kelembapan yang masuk kedalam
ruangan bergantung kpd kelajuan angin, saiz tingkap & pintu
4.Sumber haba dari luar bergantung kepada keadaan cuaca, matahari
dan masa
5.Penggunaan pelindung dapat mengurangkan kemasukan haba ke
dalam ruang
6.Penggunaan pelindung luar dapat mengurangkan pengaliran haba
secara terus kedlm ruang sebanyak 25% berbanding bukaan tingkap
7.Penggunaan pelindung dalam dapat mengurangkan sebanyak 65%
haba
Q = A X U X TD X faktor pelindung
Dimana Q = jumlah pengaliran haba
A = luas permukaan
U = U faktor
TD= perbezaan suhu

25. Andaikan sebuah pejabat mempunyai 4 tingkap. Tiap satu
tingkap seluas 1.5m². Dua daripada tingkap tersebut terletak
disebelah barat & berpelindungan dalam manakala 2 tingkap
sebelah utara dan selatan tidak berpelindungan. Andaikan
faktor U kaca adalah 6. Hitungkan gandaan haba suria pada
tingkap tersebut. Waktu perkiraan adalah pada pukul 4 petang.
Jadual persamaan Perbezaan suhu suria bagi kaca pada pukul 10 pagi
dan 4.0 ptg.
ARAH TERDEDAH PERBEZAAN SUHU
10.00 PAGI 4 PETANG
sELATAN 9 9
TENGGARA 26 9
TIMUR 59 8
TIMUR LAUT 86 8
UTARA 57 18
BARAT LAUT 8 68
BARAT 8 97
BARAT DAYA 8 80

26. HABA DARI DALAM RUANGAN
1. Haba yang wujud di dalam ruangan itu sendiri
2. Contoh : haba yang dikeluaarkan manusia dan pekakasan
elektrik
3. Haba yang dikeluarkan manusia berbeza mengikut saiz,
jantina & aktiviti fizikal
Q = Bil penghuni X Haba Pendam+ haba deria) X jam
BUTIRAN WATT
HABA DERIA HABA PENDAAM
Pengering rambut (serkup) 550 100
Pengering rambut semburan 800 200
Penulas kopi kecil 260 65
Penulas kopi saiz 5kW 1900 600
Pemanas makanan (setiap m luas) 1000 1000
Mesin elektronok Watt masuk -
Motor Watt masuk -
Peti sejuk Watt masuk -
Lampu pendarflour Kadar watt X 1.25 -
Lmpu pijar Watt masuk -

27. Sebuah pejabat mempunyai 15 orang
pekerja dengan suhu bilik 24 ºC dan haba
pendam & haba deria yang dihasilkan
setiap aktiviti adalah 75W dan 65 W.
Hitung haba yang terhasil dipejabat
tersebut.

28. PRINSIP ASAS PENERAPAN PENCAHAYAAN
SEMULAJADI DI DALAM BANGUNAN
• Masalah utama pencahayaan semulajadi adalah pemisahahn
antara tenaga haba dan cahaya (datang dari sumber yang sama)
• Kaedah pencegahan haba matahari terus masuk ke dalam
bangunan:
1. pemilihan bahan dan komponen luar bangunan yang betul
2. penggunaan alat peneduhan yang mencukupi
3. orientasi bangunan yang sesuai
• Sumber utama waktu siang adalah matahari tetapi ianya perlu
ditangkis oleh elemen luar bangunan.
• Cahaya resapan/cahaya yang tidak langsung daripada kecerahan
langit merupakan cahaya yang diperlukan utk pencahayaan di
dalam bangunan.

29. •Cara/ kaedah cahaya tiba daripada matahari :
Teresap cahaya langit
Cahaya matahari pantulan luar
Cahaya matahari pantulan dlm
Cahaya matahari langsung
Cahaya matahari langsung

30. Cahaya yang teruju ke suatu objek disebarkan dalam 3 cara
•Terpantul , r
•Teresap , a
•Terpancar , t
r
t
a
Dalam semua kes , r + a + t = 1
Dalam kes bjek legap , t = 0
r + a = 1
Kebaikan cahaya semulajadi
1. Memberikan kesan 3 D yang berkualiti terhadapa objek yang dilihat
2. Menyediakan satu gambaran yang jelas atau kesedaran tentang
keadaan diluar
3. Memberikan nilai keamatan pada tahap 500 lux dipermukaan tanah
pada keadaan langit yang cerah
Keburukan cahaya semula jadi
1. Perubahan diluar kawalan baik dari segi kualiti mahupun kuantiti
2. Bahagian cahaya yang masuk adalah terhad kepada saiz bukaan
3. Banyak kehilangan haba melalui tingkap samada secara biasan /
pantulan

31. Cahaya ciptaan /ciptajadi
Faktor pemilihan jenis pencahayaan
1. Kuantiti cahaya
2. Cahaya semulajadi
3. Penggunaan tenaga
4. Kos
5. Sifat sifat fizikal
Sifat sifat lampu
1. Jangka hayat lampu
2. Penonjolan warna
3. Suhu dan warna
Kebaikan pengabungan antara pencahayaan
semulajadi dan cahaya ciptaan
1. Pencahayaan dalaman yang bebas dpd masalah silau
2. Menghasilkan suasana yang lebih hidup dan tidak membosankan
3. Memberikan pencahayaan yang sempurna utk bekerja
4. Berupaya menghasilkan persekitaran visual yang selesa
5. Penggunaan siling yang rendah dan bilik yang lebih dalam dapat
diterapkan

32. Merekabentuk alat alat
peneduhan
Sudut tuju bahangan matahari
terbahagi kepada 2
1. Sudut altitud suria (γ)
Sudut tegak pada titik
pemerhatian di antara satah
mengufuk dengan garisan yang
menghubungkan matahari
dengan pemerihati.
2. Sudut azimut matahari
Sudut pada titik pemerhati yang
disukat pada satu satah
mengufuk diantara satah utara
dengan satu titik pada bulatan
ufuk tempat persilangan lengkuk
bulatan tegak melalui jenis dan
kedudukan matahari
θ
U
θ