Apakah nilai OTTV bisa disimulasikan dengan software Energyplus?


Pada pembahasan sebelumnya kita telah membahas perbandingan kalkulasi SC peneduh dengan menggunakan 3 metode (manual SNI OTTV, Energyplus dan Ecotect). Pada pembahasan kali ini kita akan mencoba membuat perbandingan kalkulasi OTTV terhadap simulasi OTTV dengan software Energyplus. Tentunya secara mendasar kita sudah dapat mengambil kesimpulan bahwa dengan hasil sebelumnya pada kalkulasi SC peneduh yang berbeda maka hasil perhitungan keseluruhan OTTV akan berbeda juga, namun kita ingin mendalami seberapa jauh kisaran selisih hasil OTTV dari kedua metode yang akan kita gunakan dari semua variabel.

Berdasarkan definisi OTTV yakni nilai total thermal transmittance melalui selubung bangunan maka proses kalkulasi OTTV secara manual terbagi tiga, yakni :

  1. Konduksi dinding
  2. Konduksi kaca
  3. Radiasi kaca

Kita akan cek terlebih dahulu variabel pada rumus OTTV untuk proses konduksi dinding :

α= Absorptansi permukaan material

U= Thermal conductivity

Tdeq = Beda temperatur ekuivalen (10o,12o, 15oC , tergantung pada berat konstruksinya)

1-WWR = rasio luas dinding opaqe terhadap luas fasad

Variabel pada rumus OTTV untuk proses konduksi kaca :

U= Thermal conductivity (di dalamnya sudah terdapat nilai konveksi)

∆t = Beda temperature ruang luar dan dalam (ditetapkan 5oC).

WWR = rasio luas kaca terhadap luas fasad

Sedangkan variabel radiasi kaca terdiri dari:

SF = Solar factor (rata-rata insident solar radiation setahun untuk orientasi tertentu)

SC= SCkaca x SCpeneduh

SCkaca = Shading coefficient kaca berdasarkan jenis kaca menurut data pabrikan kaca.

SCpeneduh= Perbandingan nilai radiasi yang jatuh pada permukaan kaca akibat peneduh berbanding nilai radiasi yang jatuh pada permukaan kaca tanpa peneduh (dihitung pada 4 tanggal posisi utama matahari 21 Maret, 22 Juni, 23 September, 22 Desember kemudian dirata-ratakan untuk mewakili nilai SCpeneduh setahun)

WWR = rasio luas kaca terhadap luas fasad.

Kita akan mengambil model sederhana dengan kaca berorientasi ke selatan dengan menggunakan peneduh tipe horizontal, dinding opaque dari bata, sedangkan atap dari dak beton.

model14c

  1. Untuk orientasi selatan kita peroleh hasil perhitungan sebagai berikut

Dinding bata putih (tebal 15 cm) orientasi selatan untuk proses konduksi:

Bata tebal 10 cm (density = 1980 kg/m3, specific heat = 732,2 J/kgK, thermal conductivity = 0,711 W/mK),Plaster tebal 2,5 cm (density = 1250 kg/m3, specific heat = 1088 J/kgK, thermal conductivity = 0,431 W/mK) , Resistensi permukaan luar tipe normal = 0,05 m2 K/W Resistensi permukaan dalam = 0,1 m2 K/W, Luas permukaan dinding = 7,93 m2, Luas permukaan fasad = 14,07 m2

Dari data di atas maka dapat diketahui variabel α= 0,70 , U-value= 2,46 W/m2 K, Berat konstruksi =260,5 Kg/m2 ( Tdeq= 10oC), 1-WWR=0,56

Setelah dikalikan maka didapat nilai konduksi dinding bata orientasi selatan = 9,64 W/m2

Kaca orientasi selatan untuk proses konduksi:

Kaca indoflot clear tebal 15 cm, U-value =.5,9 W/m2 K (didapatkan data pabrikan), Luas permukaan kaca = 6,14 m2, Luas permukaan fasad = 14,07 m2

Dari data di atas maka dapat diketahui variabel, U-value= 5,9 W/m2 K , ∆t = ditetapkan 5oC , WWR=0,44

Setelah dikalikan maka didapat nilai konduksi kaca orientasi selatan = 12,98 W/m2

Kaca orientasi selatan untuk proses radiasi:

Kaca indoflot clear tebal 15 cm, SF selatan = 97 W/m2, SC kaca =0,99 (didapatkan data pabrikan), Lebar peneduh (P) =1,07 m, Tinggi Kaca (A)= 1,82 m, Luas permukaan kaca = 6,14 m2, Luas permukaan fasad = 14,07 m2

Dari data di atas maka dapat diketahui variabel, SF selatan = 97 W/m2 , SC kaca =0,99, SC peneduh = 0,60(hasil interpolasi nilai R=P/A dari tabel SNI), WWR=0,44

Setelah dikalikan maka didapat nilai radiasi kaca orientasi selatan = 25,35 W/m2

Nilai OTTV parsial orientasi selatan adalah = 47,97 W/m2

  1. Untuk orientasi barat kita peroleh hasil perhitungan sebagai berikut

Dinding bata putih (tebal 15 cm) orientasi barat:

Bata tebal 10 cm (density = 1980 kg/m3, specific heat = 732,2 J/kgK, thermal conductivity = 0,711 W/mK),Plaster tebal 2,5 cm (density = 1250 kg/m3, specific heat = 1088 J/kgK, thermal conductivity = 0,431 W/mK) , Resistensi permukaan luar tipe normal = 0,05 m2 K/W Resistensi permukaan dalam = = 0,1 m2 K/W, Luas permukaan dinding = 14,47 m2, Luas permukaan fasad = 14,47 m2

Dari data di atas maka dapat diketahui variabel α= 0,70 , U-value= 2,46 W/m2 K, Berat konstruksi =260,5 Kg/m2 ( Tdeq= 10oC), 1-WWR=1

Setelah dikalikan maka didapat nilai konduksi dinding bata orientasi barat = 17,22 W/m2

Nilai OTTV parsial orientasi barat adalah = 17,22 W/m2

  1. Untuk orientasi utara kita peroleh  hasil perhitungan sebagai berikut

Dinding bata putih (tebal 15 cm) orientasi utara:

Bata tebal 10 cm (density = 1980 kg/m3, specific heat = 732,2 J/kgK, thermal conductivity = 0,711 W/mK),Plaster tebal 2,5 cm (density = 1250 kg/m3, specific heat = 1088 J/kgK, thermal conductivity = 0,431 W/mK) , Resistensi permukaan luar tipe normal = 0,05 m2 K/W Resistensi permukaan dalam = = 0,1 m2 K/W, Luas permukaan dinding = 14,07 m2, Luas permukaan fasad = 14,07 m2.

Dari data di atas maka dapat diketahui variabel α= 0,70 , U-value= 2,46 W/m2 K, Berat konstruksi =260,5 Kg/m2 ( Tdeq= 10oC), 1-WWR=1

Setelah dikalikan maka didapat nilai konduksi dinding bata orientasi utara = 17,22 W/m2

Nilai OTTV parsial orientasi utara adalah = 17,22 W/m2

  1. Untuk orientasi timur kita peroleh hasil perhitungan sebagai berikut

Dinding bata putih (tebal 15 cm) orientasi timur:

Bata tebal 10 cm (density = 1980 kg/m3, specific heat = 732,2 J/kgK, thermal conductivity = 0,711 W/mK),Plaster tebal 2,5 cm (density = 1250 kg/m3, specific heat = 1088 J/kgK, thermal conductivity = 0,431 W/mK) , Resistensi permukaan luar tipe normal = 0,05 m2 K/W Resistensi permukaan dalam = = 0,1 m2 K/W, Luas permukaan dinding = 14,47 m2, Luas permukaan fasad = 14,47 m2.

Dari data di atas maka dapat diketahui variabel α= 0,70 , U-value= 2,46 W/m2 K, Berat konstruksi =260,5 Kg/m2 ( Tdeq= 10oC), 1-WWR=1

Setelah dikalikan maka didapat nilai konduksi dinding bata orientasi timur = 17,22 W/m2

Nilai OTTV parsial orientasi timur adalah = 17,22 W/m2

  1. Untuk atap kita peroleh data sebagai berikut

Atap dak abu-abu muda (tebal =15 cm):

Beton tebal 10 cm (density = 2300 kg/m3, specific heat = 656,9 J/kgK, thermal conductivity = 1,046 W/mK),Plaster tebal 2,5 cm (density = 1250 kg/m3, specific heat = 1088 J/kgK, thermal conductivity = 0,431 W/mK) , Resistensi permukaan luar tipe kasar = 0,036 m2 K/W Resistensi permukaan dalam = = 0,1 m2 K/W, Luas permukaan dak beton = 22,41 m2, Luas permukaan atap = 22,41 m2.

Dari data di atas maka dapat diketahui variabel α= 0,73 , U-value= 2,55 W/m2 K, Berat konstruksi =260,5 Kg/m2 ( Tdeq= 10oC), 1-WWR=1

Setelah dikalikan maka didapat nilai konduksi atap dak = 18,615 W/m2

Nilai OTTV parsial atap (RTTV) adalah = 18,615 W/m2

Jadi Total nilai OTTV (termasuk RTTV) hasil kalkulasi manual = 23,06 W/m2

Nilai RTTV dimasukkan ke dalam nilai total OTTV dikarenakan dalam simulasi Energyplus hitungan thermal transfer untuk atap opaque dan dinding opaque disatukan menjadi nilai permukaan opaque.

Selanjutnya kita akan mensimulasikan nilai transfer panas selubung bangunan melalui Energyplus. Data material (tebal, α, density, specific heat, thermal conductivity, luas permukaan) yang sama kita input juga ke dalam Energyplus, namun untuk data kaca input yang diperlukan sedikit berbeda yakni solar transmittance, solar reflectance (front&back), Emisivity (front&back). Langkah selanjutnya adalah menghilangkan variabel internal load dan mematikan sistem AC sehingga yang didapat adalah semata nilai transfer panas selubung bangunan. Nilai yang dicari adalah nilai Sensible Heat Gain dari kaca dan permukaan opaque. Data iklim yang digunakan adalah data iklim Kota Bandung berbasis tipe file AMY (Actual Meteorological Year).

Setelah disimulasikan maka hasil perhitungan dari simulasi Energyplus terkait OTTV meliputi:

WWR orientasi selatan = 43,62% ; WWR orientasi lainnya = 0%

Reflectance dinding = 0,3 (α= 0,70)

Reflectance atap dak beton = 0,27 (α= 0,73)

U-value dinding = 2,917 W/m2K.

U-value kaca = 5,894 W/m2K.

U-value atap dak = 2,086 W/m2K.

SHGC = 0.861 ( SC kaca = 0,99)

Gross Wall Area = 57,08 m2 (Opaque Area = 50,94 m2)

Window Opening Area = 6,14 m2

Gross Roof Area = 22,41 m2

Sensible Heat Gain : Window Heat Addition =16,118 GJ

Sensible Heat Gain : Opaque Surface Heat Addition =0,001 GJ

Maka nilai gabungan Sensible Heat Gain dari kaca dan permukaan opaque adalah 16,119 GJ atau 511,13 Watt.

Kemudian kita bagi dengan luas semua permukaan (dinding, kaca, atap) menjadi 511,13 W/79,49m2 = 6,43 W/m2 yang bisa jadi merupakan padanan dari nilai OTTV dari hasil simulasi Energyplus.

Kalo kita melihat hasil dari kedua kalkulasi maka sangat jauh selisihnya hingga 16,6 W/m2. Sejumlah alasan mengapa hasil kedua metode memiliki hasil yang berbeda adalah:

  1. SF pada SNI OTTV merupakan insolation Kota Jakarta sedangkan simulasi Energyplus menggunakan file iklim Kota Bandung.
  2. Pendekatan simulasi pada Energyplus mengindikasikan proses heat transfer bersifat 2 arah dimana heat conduction malah bisa saja mengarah dari dalam ke luar bangunan, Hal ini bisa ditelusuri pada nilai Opaque Surface Heat Removal = – 12,81 GJ, bandingkan dengan nilai Opaque Surface Heat Addition =0,001 GJ,  menjadikan konduksi pada permukaan opaque lebih banyak mengarah dari dalam ke luar bangunan atau heat removal ketimbang heat gain. Jadi dengan menggunakan basis file iklim maka hasil yang diperoleh adalah berupa ”kuantitas” heat transfernya. 
  3. Heat transfer pada kalkulasi OTTV merupakan kondisi ideal (sintetik) dimana proses heat transfer hanya satu arah yakni dari luar ke dalam bangunan sehingga kalkulasi OTTV manual ditunjukan untuk menghitung  “kemampuan” heat transfer-nya.

KESIMPULAN

Dari hasil di atas maka dapat disimpulkan bahwa untuk kota lain harus ditentukan SF dan baseline nilai OTTV yang berbeda karena akan menjadi tidak adil bila bangunan di daerah panas harus mencapai nilai OTTV yang sama dengan bangunan di daerah dingin yang berbeda nilai Solar faktor dan beda temperatur ruang dalam dan luarnya. Kesimpulan kedua adalah pendekatan kedua metode sangatlah berbeda karena simulasi heat transfer pada Energyplus lebih berorientasi ke “simulasi hasil perolehan panas” yang mana proses heat transfer akan sangat dinamis yakni proses transmisi panas ke dalam bangunan diiringi juga dengan pelepasan panas keluar bangunan, sedangkan kalkulasi OTTV SNI mengarah pada kondisi teoritik untuk mengetahui “kemampuan material mentransmisikan panas ke dalam bangunan” yang tidak diganggu oleh proses heat removal. Kesimpulan ketiga adalah dengan pendekatan heat transfer pada Energyplus yang berorientasi kuantitas maka simulasi OTTV dengan menggunakan Energyplus menjadi tidak valid karena seharusnya diorientasikan kepada “kemampuan optimal”nya.

Sebagai analogi, kalkulasi OTTV manual selayaknya test drive mobil pada lintasan lurus virtual pada kondisi yang tetap untuk mengetahui “kemampuan optimalnya” dari mesin dengan kondisi kecepatannya stabil (steady state), sedangkan simulasi Energyplus seperti test drive pada lintasan jalan sebenarnya dimana terdapat kombinasi jalan lurus dan belokan-belokan sehingga kecepatannya akan selalu dinamis (dinamic state) dan tidak mewakili kemampuan optimal dari suatu mobil. Sebaiknya lembaga resmi segera menyeragamkan kalkulasi OTTV dengan metode yang sesuai dengan filosofi dasar dari perhitungan OTTV.

About dezainarch

always keep in green
This entry was posted in OTTV and tagged , , . Bookmark the permalink.

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s