analisis tatanan ruang dan aliran udara dalam bangunan ... · konduksi pada elemen kayu serta...
TRANSCRIPT
61
BAB IIIKARAKTERISTIK LINGKUNGAN ECOHOUSE DENGAN
FINITE DIFFERENCE DAN COMPUTATIONAL FLUIDDYNAMIC (CFD)
Pendahuluan
Indonesia sangat kaya akan jenis kayu, akasia dimanfaatkan sebagai
material bangunan, berkelas kuat 3. Keuntungan material bangunan kayu dapat
digunakan diseluruh bagian bangunan, kuda-kuda, atap, kolom, balok, pintu,
jendela, dan kusen, tetapi mudah terserang hama penyakit serta insekta seperti
rayap, bahwa hampir 70% bangunan di Bogor terserang rayap. Masa kini
beberapa komponen bangunan mulai diganti dengan bahan metal dan adukan
beton (Karlina et al. 2006). Sifat-sifat kayu terdiri dari sifat fisik, mekanis dan
termal, yang secara langsung berpengaruh terhadap kenyamanan manusia yang
tinggal dalam rumah kayu tersebut. Kayu peka terhadap kelembaban udara,
karena sifat higroskopis kayu yang menyebabkan terjadi kembang susut, dan
mempengaruhi kekuatan kayu tersebut. Bogor pada kondisi suhu sekitar 20-40oC,
kelembaban sekitar 80–90%, kadar lengas kayu (Uk) berada di kisaran 13–21
persen. Kembang susut balok kayu dan perubahan tergantung pada arah serat
kayu, dan menyebabkan terjadi perubahan kekuatan fisik dan mekanik kayu atau
menahan beban. Hampir seluruh bangunan transmigran pembangunan
perkampungan daerah transmigrasi dari kayu, menurut Petunjuk Pelaksanaan
Pembangunan rumah transmigrasi inti No 403/KPTS/M/2002, dan diharapkan
dapat mendukung prospek sarana usaha pertanian dan perkebunan yang dilakukan
di wilayah pedesaan itu (Departemen Tenaga Kerja dan Transmigrasi 2002).
Sebagian besar bangunan rumah petani sangat sederhana dan belum menggunakan
alat mekanis yang mahal, dalam menjaga supaya lingkungan indoor tetap nyaman.
Hal ini berkaitan dengan disain rumah, efisensi energi, kesehatan, dan melakukan
pendinginan alami dan pasif (de Witt et al. 2007).
Mikro klimat dan potensi energi alami mendukung infrastruktur unit
kawasan/sentra produksi maka diperlukan identifikasi dan rekomendasi dalam
menyusun kaji tindak (pilot project) suatu rancang bangun dan infrastrukturnya.
62
Kajian dan pengelolaan dari sifat termal pelbagai jenis kayu Indonesia di dalam
pengendalian lingkungan mikro klimat bangunan masih belum banyak penelitian
dilakukan. Rumah berfungsi sebagai tempat manusia berlindung dari sengatan
panas matahari dan perubahan lingkungan bangunan pemukiman. Disain rumah
dapat mempengaruhi dan mengendalikan kondisi perubahan lingkungan termal.
Kemampuan kayu untuk menghambat panas dari luar bangunan, seperti pindah
panas dari radiasi sinar surya, konveksi aliran udara dari luar ke dalam dan
konduksi pada elemen kayu serta pondasi bangunan. Hal ini mempengaruhi
keseimbangan energi, suhu, komponen uap air, karbon dioksida dan gas lain
diudara serta laju pergantian udara di dalam bangunan. Kondisi udara itu untuk
menjabarkan faktor kenyamanan pemukim melalui pendekatan metoda Fanger
(Fanger 1998).
Di Bab I ditunjukkan hasil kondisi lapang bangunan kayu percobaan dan
hasil metoda Fanger yang menunjukkan nilai kenyamanan untuk daerah subtropis,
mencapai 23-24 oC dan kelembaban ternyata berkisar 60-70%. Menurut Standar
Nasional Indonesia dan hasil penelitian di Jakarta serta menggunakan metoda
Fanger, bahwa manusia Indonesia masih merasakan nyaman walau suhu mencapai
26.5 oC dan masih bertahan hingga suhu lingkungan 28 oC pada bangunan
bernaungan (Karyono 2003).
Kondisi lingkungan ini dipaparkan dalam gambar ilustrasi mikro klimat
dibagian-bagian ruang untuk modifikasi tatanan ruang. Kondisi ini berdasarkan
perubahan waktu, perubahan termal, masa, dan kecepatan aliran udara agar
penempatan cross ventilation yang memadai, sesuai pergerakan aliran udara dan
bila alat mekanis ditambahkan, ditempatkan posisi yang tepat. Pada model
Ecohouse penjabaran proses yang terjadi dilingkungan disajikan dalam analisis
lingkungan seperti persamaan keseimbangan energi, panas, konservasi masa dan
momentum aliran udara serta kombinasinya, hingga memperoleh suhu ruang yang
nyaman, kemudian membahas dan menjabarkan variabel variabel penentu yang
mempengaruhi. Model ini berskala prototype, disimulasikan dengan metoda finite
difference untuk dua dimensi dan finite volume yaitu Computational Fluid
Dynamics (CFD) untuk tiga dimensi (Versteeg dan Malasekera 1995).
63
Pemecahan masalah tentang aliran fluida bergerak sangat komplek, maka
dilakukan dengan metoda CFD dan alat bantu komputer, yang akan menghasilkan
informasi tentang bagaimana fluida udara mengalir pada kondisi tertentu,
diberbagai sistim dengan biaya murah dan waktu lebih cepat. Udara yang
mengalir dalam bangunan ini adalah aliran yang tak mampu mampat dan bentuk
aliran laminar atau turbulen, yang sangat tergantung pada sifat-sifat aliran udara
dan mungkin hasil CFD tidak sesuai dengan pengukuran (Indra 2004), pendekatan
teori pada rumah percobaan ini divalidasi dengan hasil pengukuran dari Bab I.
Ilustrasi hasil perhitungan dengan program numerik Finite Difference
digunakan untuk menentukan batasan suhu atap pada kondisi pengukuran.
Selanjutnya menduga perlakuan di dalam elemen bangunan dengan CFD. Dalam
suatu ruang bangunan, simulasi CFD ini mampu menampilkan Gambar–Gambar
grafis dari gradien perubahan suhu, vektor percepatan dari gerakan aliran fluida
udara yang dinamis, pindah panas dan massa, serta pengaruh konveksi, konduksi
dan radiasi.
Tujuan penelitian ini adalah:
1 Mengetahui dan menjelaskan pindah panas pada rumah percobaan
konstruksi kayu untuk perencanaan bangunan Ecohouse sesuai kaidah SNI
dengan metoda finite difference sesuai kaidah SNI
2 Menjelaskan analisis termal secara finite volume pindah panas pada model
selubung rumah percobaan konstruksi kayu untuk perencanaan bangunan
Ecohouse dalam model bangunan rumah percobaan pada Bab I dengan
luas lantai 6x3 meter. Boundary Condition dibuat sesuai hasil pengukuran
dan berdasarkan perlakuan sifat dinamika udara, hantaran panas, massa,
dan kecepatan aliran udara pada saat pengukuran.
3 Merumuskan analisis termal pada kondisi yang dinamis dalam rancangan
model di atas menggunakan software CFD dan validasi model ini
diilustrasikan pada bangunan rumah transmigran yang sesuai dengan
bangunan percobaan.
4 Merancang dari hasil ilustrasi menjadi dasar model rancangan dan
memenuhi syarat kenyamanan pemukim dan pindah panas pada rumah
konstruksi kayu untuk perencanaan Ecohouse sesuai kaidah SNI
64
Tinjauan Pustaka
Kayu sebagai Bahan Konstruksi Bangunan Rumah
Rumah petani di daerah perdesaan sering terbuat dari bahan kayu dan
bambu, sesuai dengan daerahnya. Perkampungan masa kini yang dibuat oleh
Departemen Pekerjaan Umum dan Transmigrasi telah melakukan pembangunan
dengan variasi bentuk dan geometri bangunan dari kayu. Struktur kayu memiliki
stabilitas dan integritas tinggi, mudah membuat sambungan dengan hubungan
yang bersifat daktil, mudah dibongkar-pasang, serta menawarkan kehangatan
yang alami bagi pemukimnya. Di Indonesia terdapat berbagai bangunan
tradisional terbuat dari kayu seperti rumah adat Jawa Tengah, Barat, Melayu, dan
lainnya.
Gambar 41 Rumah kayu tradisional di daerah tropis Jawa Tengah EcohouseSumber: Rumah daerah Boyolali, Jawa Tengah.
Estetika bangunan kayu sangat menarik, kini dibuat dengan disain dengan
penampilan modern atau menambahkan lapisan dinding penahan cuaca pada
rumah yang tradisional seperti terdapat di Jawa Tengah (Gambar 41). Secara
alami pemukim siap berhubungan dengan alam, cakupan warna, tenunan serat dan
membuat material ini berkualitas. Rumah kayu dapat dikombinasikan dengan batu
bata atau bahan adukan semen mortar atau metal. Perubahan iklim sebagai akibat
pemanasan global menyebabkan pemanfaatan kayu sebagai bahan konstruksi
rumah, kembali mendapat perhatian karena dapat lebih terbuka dan menyatu
dengan alam sekitar, dapat menggunakan ventilasi alami serta dapat disesuaikan
dengan zona iklim dan cuaca sekelilingnya.
65
Konsep bangunan Ecohouse sebagai bagian dari Green–building di
Indonesia tidak terlepas dari konsep warisan leluhur yang mapan, mungkin ada
perubahan konstruksi bangunan yang mengharuskan pergeseran paradigma di
dalam disain, seperti pengoperasian dan pelayanan operasional, integrasi dan
efisiensi ekonomi, konservasi sumber daya alam, penggunaan material dan
pengurangan sisa bahan, pemanfaatan energi terbarukan, penggunaan akses dalam
fasilitas masyarakat, pola hidup masyarakat, penghematan biaya dan sehat,
penyertaan berbagai bidang kemasyarakatan, maka pelaksanaannya akan
mencakup suatu integritas dari berbagai komponen pembangunan secara individu.
Artikel Perjalanan Panjang Perumahan di Indonesia sekitar abad ke XX (John
Silas 1989) menguraikan keragaman bentuk rumah adat yang kaya dan
menunjukkan hasil yang utuh dari usaha masyarakat dalam mencukupi tempat
hunian bagi keluarga. Perkembangan ini mengandung unsur tanggung jawab dari
setiap keluarga mengupayakan pengadaan perumahan mandiri, secara individual
maupun kolektif. Pembangunan rumah berkembang berdasar pada unit keluarga
sebagai inti, terintegrasi secara seimbang dengan lingkungan sekitar. Ciri pokok
perkembangan rumah-rumah adat Indonesia sekaligus membuktikan bahwa
perumahan berada dalam dua domain berbeda yaitu: domain privat, yaitu upaya
membuat rumah sendiri yang berlawanan dan perumahan publik berupaya
merumahkan warga secara formal, dan domain (John Silas 1989).
Aspek iklim sangat mempengaruhi tata guna lahan dan rancangan
pembangunan baik secara tradisional dan modern. Penelitian berhubungan
perubahan angin Monson dari arah timur laut dan barat daya yang mengubah
musim penghujan menjadi musim kemarau. Di lokasi penelitian yang sangat
tinggi curah hujan dan lembab menjadi prioritas karena mempengaruhi jumlah
aliran udara yang datang masuk dalam bangunan. Bila suhu tinggi lebih dari
ambang zona kenyamanan diupayakan mengurangi beban panas dalam ruangan
dengan metoda penghawaan alami (Mangunwijaya 1998).
Spesies kayu yang berasal dari perkebunan rakyat dan hampir beragam,
seperti bahan kayu buah dan pertumbuhan alami dinyatakan di hutan administratif
seperti mahagoni, Acasia Mangium, Bambu, Meranti Shorea SPV, SPV Durio,
Albizzia falcata, Pinus Mercursii, dan lainya yang semua berdiameter 30 sampai
66
40 cm, dan kini kayu terkenal dikalangan petani yaitu kayu Jabon (Antho cephalus
cadamba), untuk bahan dasar pulp dan papan lapis (Nurwati et al. 2006).
Kayu merupakan bahan bangunan yang ekologi, dapat diperbaharui dan
menyerap produksi karbon. Kayu sepenuhnya “bio-degradable“ dan dapat pula
dipadatkan jika tidak ada pengulangan penggunaan kembali (Lawson 1996).
Bangunan kayu menawarkan suatu kesempatan untuk menyita karbon di
lingkungan yang dibangun, melengkapi usaha untuk mengurangi “pemanasan
global”. Pada umumnya kayu mempunyai massa jenis dan kapasitas panas yang
rendah. Massa jenis kayu sekitar 0.6–0.89 kg cm-2, dan metal lebih dari 1 kg cm-2.
Acasia mangium termasuk jenis kayu dengan massa yang ringan akan berkaitan
dengan kembang susut kayu dan pindah panas melalui bahan kayu tersebut,
seperti yang dapat dilihat pada kelas konstruksi ringan. Keuntungan yang
diperoleh banyak orang adalah bahwa situasi bangunan kayu nyaman, mempunyai
perambatan energi panas yang kecil, dapat didaur ulang, tahan terhadap panas dan
cuaca lembab, mampu menahan beban pada kemiringan tertentu. Bahan bangunan
lain yaitu bamboo, dapat dilakukan sebagai substitusi pemanfaatan kayu
(Karlinasari et al. 2006).
Gambar 42 Konstruksi Ecohouse dari bambu di daerah Amerika Selatan(Sumber: Danny Osorio 2009).
Konstruksi bangunan kayu atau bamboo dapat dilakukan sebagai penerima
beban konstruksi dengan rangka seperti tertera pada Gambar 42. dibawah ini
(Danny 2009). Pada Gambar 42 bentuk atap limasan bangunan bamboo ini
mempunyai atap bangunan dengan terbuka pada ujung atap, atau bentuk Limasan
dari suatu konstruksi bangunan bamboo di Columbia yang dimanfaatkan dengan
baik sebagai suatu bangunan pemukiman. Konstruksi kayu lokal lebih baik untuk
67
digunakan di Indonesia, karena mudah didapat, fleksibel dibentuk sesuai
perkembangan zaman untuk struktur bangunan kayu, dan pembangunan sederhana
dan tidak memerlukan kemampuan skill yang tinggi didaerah tersebut.
Pembangunan rumah transmigrasi inti yang sesuai dengan Keputusan
Menteri Permukiman dan Prasarana Wilayah Republik Indonesia Nomor:
403/KPTS/M/2002 di dalam pembangunan perkampungan daerah transmigrasi.
Persyaratan pembangunan rumah hunian dari faktor pengaruh lingkungan adalah
perencanaan struktur dalam sistem tergantung pada lahan dan sumber daya
manusia dalam usaha mempertahankan hidup yang dipengaruhi oleh tata letak dan
tata guna lahan. Perkembangan pemukiman transmigran yang menyerupai kondisi
para petani umumnya sesuai dengan kebutuhan. Dalam tatanan satu dan tiga ruang
kamar tertera pada Gambar 43, salah satu rancangan struktur bangunan dari
perumahan Transmigran adalah proses pengembangan dari bangunan Rumah
Sederhana-Sehat (RSS) dalam Gambar 43, dan bagian-bagiannya dari Pedoman
Teknis Departemen Transmigrasi.
Gambar 43 Perkembangan bangunan transmigrasi dari satu dan dua kamar(Sumber: Pedoman Teknis Departemen Transmigrasi 1995).
Ventilasi sebagai penyalur udara ditempatkan secara konvensional, dekat
langit-langit atau kisi-kisi udara (jalusi). Udara lingkungan yang membawa
polutan bercampur dengan udara dalam diseluruh ruangan yang terbagi merata ke
semua area. Di daerah terbuka seperti daerah pertanian semua pemukim di dalam
ruangan juga terkena polutan, walau sering hal ini diabaikan. Polutan ini berkaitan
68
dengan pemanfaatan dan ketersediaan energi surya atau fosil, sumber air seperti
kolam atau sumur dalam memenuhi kebutuhan pemanasan dan pendinginan. (De
Witt 2003). Persyaratan pengendalian selubung bangunan pemukiman dalam
rancangan termal dari desain rumah dipengaruhi oleh pindah panas dan aliran
udara dari luar ke dalam, akibatnya terjadi keseimbangan energi, suhu, komponen
uap air, karbon dioksida dan gas lain di udara serta laju pergantian udara dan suhu
di dalamnya.
Salah satu cara untuk mendinginkan ruangan yaitu model atap Joglo
bangunan tradisional di Jawa Tengah, yang memberikan kecepatan angin masuk
bangunan 0.4–0.5 m s-1, selisih tekanan 0.8-1 kg m-1 s-2 (Pranoto 2010). Minimal
aliran udara diperlukan 0.1-1.5 m/s untuk pendinginan udara pasif, tetapi belum
efektif untuk digunakan pada bangunan ini. Intensitas panas matahari berkisar 103
W m-2 sampai 2995 W m-2, nilai U berkisar 0.5 W m-2 K (Agung 2007). Minimal
aliran udara diperlukan 0.1-1.5 m s-1 untuk pendinginan udara pasif, tetapi tidak
efektif untuk digunakan pada bangunan. Intensitas panas matahari 103 W m-2–
2995 W m-2, nilai U berkisar 0.5 W m-2 K (Agung 2007). Astana Dalem yang
berbasis atap Sinom Apitan adalah bangunan rumah berbentuk Joglo ada ventilasi
untuk sirkulasi udara. Angin bergerak ke arah selatan tepatnya pada sudut 180o.
Pada basis atap ini, dalam kondisi yang sesungguhnya, kecepatan angin dominan
dalam bangunan, sebesar 0.1 m s-1, dengan tekanan udara sebesar -0.7 sampai
dengan -0.6 kg m-1 s-2. Pada kondisi sesungguhnya dengan bukaan 4 buah jendela,
sebesar 1.5 m2/jendela, atau 1.25% bukaan, kecepatan angin dominan dalam
bangunan sebesar 0–0.1 m s-1, dengan persentase dominasi 92.5%, dengan
tekanan udara sebesar -0.2 sampai dengan -0.1 kg m-1 s-2. Sedang kondisi
sesungguhnya dengan bukaan jendela dan pintu (17% bukaan), kecepatan angin
dominan dalam bangunan sebesar 0.5–0.6 m s-1 sebesar 40% dengan tekanan
udara sebesar 1.3 s.d. 1.4 kg m-1 s-2 (Pranoto 2007).
Menurut Standar Nasional Indonesia (SNI) menyatakan bahwa manusia
membutuhkan konstruksi nyaman dan sehat untuk ditinggali, berdasarkan
pengaruh perubahan suhu udara dan aliran Standart Nasional Indonesia dari
Infrastruktur dan Penyelesaian wilayah (Departemen KimPrasWil 2001)
menganalisa kenyamanan menggunakan persamaan Fanger. Setelah melakukan
69
penelitian di Jakarta, manusia Indonesia masih merasa nyaman, meski suhu luar
mencapai 34 oC, tetap nyaman pada suhu lingkungan 26.9 oC terutama bangunan
mempunyai naungan. Energi radiasi surya, ventilasi mekanis atau alami
mempengaruhi iklim mikro di sekitar bangunan ecohouse di pedesaan yang
ekologi. Kenyamanan udara daerah subtropis, berbeda, dijabarkan menggunakan
persamaan Fanger dan nilai 23-24.5 oC dan kelembaban berkisar 60–70%.
Peraturan yang ada untuk daerah perkotaan sesuai dengan rumusan standar teknis
untuk hidup konstruksi lingkungan yang nyaman dan seimbang suhu berkisar
pada 25-26.9 °C dan kelembaban 70-80% (Karyono 2003).
ASHRAE 55-2003, merumuskan kondisi nyaman suatu kamar disesuaikan
dengan karakteristik daerah. Selama musim panas, suhu nyaman manusia berkisar
antara 22-24.5 oC (70-80 oF) dengan kelembaban relatif antara 30-70% (Brown
1994). Dalam DOE-2.1E, menunjukkan bahwa aliran udara di dalam ruangan
yang akan setuju bila adalah 0.5–2.5 m per detik. Efisiensi bangunan dengan
penghijauan, akan mereduksi panas bangunan -39% total energi, -12% pemakaian
air total, -68% pemakaian listrik total, -38% emisi gas asam-arang total.
Pengamatan dari BMG (2009) daerah sekitar Bogor dengan konstruksi kayu
kondisi batas, mempunyai suhu ambien (Ta) 23-31 oC. Nilai ini diambil sebagai
kondisi awal (Ic), dalam penelitian ini suhu awal luar adalah sekitar 25 oC.
Thailand adalah negara tropis juga, pengaruh suhu dan humiditi terbagi
menjadi 5 zona. Indonesia termasuk Zona B dan Zona C sebagai daerah panas dan
lembab, wilayah yang mempunyai kecepatan angin tinggi dan lembab, hingga
membutuhkan dehumidifier. Suatu pengendalian lingkungan yang dinamis
diperlukan untuk mendapatkan energi yang efektif dan efisien dari sumber daya
alam dan air, untuk eko-rumah iklim mikro. Ini akan menjadi tantangan dalam
pemanfaatan energi mengendalikan fosil, air untuk perencanaan siklus-hidup,
sehingga energi menjadi lebih ekonomis. Pengamatan selama bulan panas di
Bangkok AIT di 4 derajat Lintang Utara dan 130.3o Bujur Timur, langit cerah, dan
awan menghasilkan kondisi kisaran suhu 28 oC untuk 32 oC dan kelembaban 60-
90% (Soonthorn dan UNEP 2003).
Secara mendunia dan khusus Asia oleh United Nations Environment
Programme (UNEP 2002), Ecohouse menjadi gagasan utama dalam kebijakan dan
70
perencanaan pembangunan. Dampak kebijakan ini akan dirasakan sepanjang
hidup dan generasi mendatang, dapat diterapkan dan untuk memastikan ketahanan
dalam jangka panjang. Iklim akan berubah dan mempengaruhi perkampungan di
mana manusia mempengaruhi latar belakang lingkungan dan ekonomi-sosial yang
dinamis. Perkampungan diduga menjadi sektor yang paling mudah untuk
beradaptasi. Perubahan untuk masa datang memerlukan perencanaan dan
persiapan teknis yang tepat, kelembagaan dan politis.
Faktor-faktor dalam rancangan Ecohouse dari petunjuk UNEP adalah a)
Perencanaan tapak, b) Material and produksi terpilih dalam pembangunan, c)
Memakai energi berkesinambungan, d) Sanitasi dan persediaan air, e) Manajemen
dan pengelolaan limbah serta dampaknya, f) kualitas lingkungan dalam bangunan,
g) Administrasi dan pengelolaan konstruksi, h) Pemeliharaan, pelaksanaan,
pembimbingan dalam melakukan konstruksi-bangunan. Di Sri Lanka telah
melakukan percobaan yang relevan dengan konsep Ecohouse dari teknologi,
pengembangan, pemukiman serta kehidupan (UNEP 2003)
Faktor-faktor dalam desain adalah dimensi, posisi dinding, atap, ventilasi
pada sudut bukaan ventilasi, jumlah span, pengaruh energi matahari, aliran udara
luar di sekitar bangunan yang mempengaruhi kondisi lingkungan. Pola lintasan
aliran udara lewat bangunan sangat diperlukan dalam menentukan model
ventilasi. Panas yang dihasilkan dapat meningkatkan suhu udara di dalam
bangunan dan hasilkan perbedaan kerapatan udara di dalam dan di luar.
Pergerakan angin menyebabkan terjadinya aliran udara, karena perbedaan tekanan
udara di dalam dan di luar bangunan atau dari zona tekanan tinggi ke tekanan
rendah di sekeliling bangunan. Perbedaan tekanan udara, terjadi pergerakan aliran
udara dari luar masuk kebangunan dari bukaan dan sebaliknya melalui ventilasi
silang, tekanan pada bidang tersebut adalah bidang tekanan netral. Arah aliran
udara pada bidang tekan netral itu adalah arah masuk ke bangunan tegak lurus
dinding bangunan. Apabila kondisi suhu udara di dalam bangunan lebih panas
dibandingkan dengan suhu luar, maka terjadi aliran udara ke dalam (inflow), jika
sebaliknya terjadi aliran udara ke luar (outflow) (Peng Chen 2001).
Dalam percobaan lain pengembangan secara kwantitatip, fenomena yang
terjadi dipindahkan dalam suatu model menggunakan cerobong cahaya matahari,
71
untuk menghadapi masalah aliran alami yaitu pada bidang plat vertikal sejajar,
diantara satu atau dua bidang dan mendapatkan persamaan eliptik yang
dipecahkan dengan metoda finite volume. Meramalkan kecepatan dan suhu
penampang dititik–titik posisi berbeda internal dalam bangunan, Parameter
parameter penting seperti nilai Nusselt, Prandtl, Grashof memberikan
pertimbangan untuk memberikan perbandingan dalam pengukuran dan
perhitungan, yang akan menentukan grid dan resolusi CFD. Contoh hasil
pendugaan riil dalam sistem udara di dalam kondisi itu (Bacharoudi et al. 2006).
Pola lintasan aliran udara lewat bangunan sangat diperlukan dalam
menentukan model ventilasi. Hantaran panas akan menghasilkan peningkatan
suhu udara di dalam bangunan, terjadi perbedaan kerapatan udara di dalam dan di
luar, pergerakan aliran udara yang menyebabkan terjadinya perbedaan tekanan
udara di dalam dan di luar bangunan atau zona tekanan tinggi ke tekanan rendah
di sekeliling bangunan, atau terjadi pergerakan aliran udara dari luar masuk
kebangunan dari bukaan dan sebaliknya melalui ventilasi silang. Tekanan pada
bidang tersebut adalah bidang tekan netral, di mana arah aliran udara masuk pada
bidang tekan netral itu pada arah tegak lurus dinding bangunan. Apabila kondisi
suhu udara di dalam bangunan lebih panas dibandingkan dengan suhu luar, maka
terjadi aliran udara ke dalam (inflow), jika sebaliknya terjadi aliran udara ke luar
(outflow) (Peng Chen 2001 dan Negrao 2001). Program CFD sebagai alat,
melakukan analisis ekuitas numerik metoda Finite Volume, yang menjabarkan
proses pertukaran panas, karena konduksi, konveksi pada ventilasi alami terjadilah
efek daya apung (Kibert 2008).
Perubahan tata guna lahan untuk produksi pangan, merubah pemasaran dan
pelayanan, juga memberikan pengaruh pada perkembangan ekonomi suatu daerah
(Scott et al. 2008). Hal ini dapat pula mempengaruhi jumlah pergantian udara atau
laju aliran udara pada pintu masuk dan ventilasi bangunan. Jumlah perubahan
udara di atas span terjadi ketika kecepatan angin lebih dari 2 m s-1, di mana angin
di atas span mempunyai jumlah aliran udara yang lebih besar daripada di
bawahnya (Brackett et al. 1987). Simulasi menunjukkan ketika kecepatan angin
lebih rendah dari 2 m s-1, maka jumlah pergantian udara tergantung pada
perbedaan suhu di dalam dan di luar bangunan dan tidak bergantung pada
72
kecepatan angin dan jumlah bentangan. Kecepatan angin lebih besar dari 2 m s-1,
maka jumlah pergantian udara sama dengan kecepatan angin, tidak tergantung
pada perbedaan suhu dalam dan luar bangunan tapi jumlah bentangan (Kozai dan
Sase 1978).
Dalam penelitian ini hanya mencakup topik mikroklimat dalam bangunan
percobaan sebagai panduan untuk bangunan umum. Simulasi untuk perubahan
suhu dan aliran udara alami dari ventilasi dinding diasumsikan untuk
menghasilkan pendinginan di dalam konstruksi. Dalam penelitian ini diasumsikan
bahwa konduktansi udara melalui ventilasi dinding muka konstruksi, mengalami
ventilasi silang dan keluar melalui jendela dinding lainnya, terjadi perubahan suhu
dalam bangunan karena pengaruh lingkungan luar itu. Perubahan karena proses
konduksi dan konveksi, sehingga keseimbangan dicapai sesuai perbedaan tekanan,
pertukaran panas dan aliran udara yang sedang berlangsung (Awbi 2003).
Ventilasi alami merupakan sistem murah karena memanfaatkan pertukaran udara
melalui bukaan dan akibat perbedaan tekanan untuk membuatnya bergerak. Udara
yang masuk akan bersirkulasi dan mendorong udara dalam bangunan keluar.
Perputaran udara pada bangunan ventilasi alami sebanyak 60 kali putaran/jam dan
lebih efesien jika terpasang 20-30% dari area bangunan.
Bentuk struktur dan fungsi suatu bangunan dapat mempengaruhi arah,
kecepatan aliran udara di sekitar bangunan. Dari laju aliran udara menerpa bentuk
dan struktur bangunan yang dapat menghalangi, membelokkan arah gerakan
udara, menurunkan dan meningkatkan kecepatan aliran udara. Udara bergerak
melewati bangunan dan berputar di sekitar bangunan, ke bagian atas bangunan
dan sebagian lagi bergerak kebagian sisi lain yang dapat mengakibatkan
kecepatan dan gerakan aliran udara akan terpengaruh. Asumsi dari penelitian ini
bahwa beban struktur bangunan kayu diabaikan (US Manufacture et al. 2002)
Di sekitar bangunan akan terjadi gaya tekan dan tarikan pada bagian dinding
dan atap bangunan. Ketika aliran angin mendekati suatu bangunan, terjadi
sirkulasi udara dan pencampuran udara. Tekanan atau tarikan menunjukkan
perbedaan tekanan udara di atas atau di bawah tekanan barometrik dasar, di mana
tekanan bernilai positif dan tarikan bernilai negatif. Tekanan dipengaruhi oleh
bentuk atap, pada bagian puncak kemiringan atap lebih dari 35o, tekanan akan
73
terjadi di bagian atas atap dan tarikan terjadi di bawah atap. Pada atap dengan
kemiringan 15o-30o, tarikan maupun tekanan terjadi pada bagian atas atap. Pada
kemiringan atap 0o atau atap datar dan atap dengan kemiringan 10 atau kurang
dari 15o, tarikan terjadi pada dinding atap. seluruh permukaan atap ada pada
tekanan kurang pada kemiringan 30o-45o, permukaan atap pada hilir datangnya
angin berada pada tekanan kurang, sedangkan pada permukaan atap pada hulu
arah datangnya angin sebagian besar berada pada tekanan yang lebih dari
sekitarnya. Kemiringan atap 0o-20o, seluruh permukaan atap ada pada tekanan
kurang dan pada kemiringan 30o-45o, permukaan atap pada hilir datangnya angin
berada pada tekanan kurang, sedangkan pada permukaan atap pada hulu arah
datangnya angin sebagian besar berada pada tekanan yang lebih dari sekitarnya.
Penelitian ini menggunakan sudut atap lebih kecil dari 30o (α ).
Secara simultan pindah masa dan panas udara di dalam selubung bangunan
serta ruangan adalah sangat kompleks, dan mahal untuk ditelaah secara
laboratorium. Di bahan bangunan dapat menyerap secara higroskopik dari
selubung bangunan, maka diperlukan verifikasi secara kwantitatip dari elemen-
elemen bangunan. Pemodelan kwantitatip ini untuk memecahkan pindah panas
serentak dalam selubung bangunan dan udara yang menyelubunginya, kemudian
validasi diperlukan dan digunakan pengukuran lapang.
Penyajian pendugaan di penelitian ini adalah hasil verifikasi yang
menunjukan bahwa bangunan percobaan dapat menduga pengiriman uap air dan
karbon dioksida diantara selubung bangunan, kemudian menerapkan penyelidikan
dalam selubung bangunan percobaan dari kayu untuk kualitas kelembaban,
kenyaman udara di ruang tidur dan ruang kerja. Hasil kwantitatip hendaknya
menunjukan bahwa perubahan dalam kondisi mantap, mereduksi panas dan
kelembaban dalam ruangan sehingga terjadi kondisi nyaman. Pembuktian juga
bahwa udara dalam ruang dipengaruhi oleh struktur bangunan yang higroskopik
dan adakah puncak perubahan terjadi dan pada saat kelembaban (RH) yang mana.
Hal ini dinyatakan dengan nilai PMV atau Predicted Mean Vote. Selanjutnya
persentase ketidak puasan atas kenyamanan itu dinyatakan dengan PPD atau
Percentage Predicted Dissatisfied, yang berhubungan dengan pernapasan pada
74
situasi yang hangat adalah berkisar 10% dan untuk kualitas udara dalam ruangan
berkisar 25% (Carey et al. 2004).
Departemen Mesin Universitas Indonesia untuk pendekatan perubahan
aliran udara, menggunakan pendekatan berbasis bahasa Fortran dalam perumusan
numerik disebut CFD soft. Analisis berbagai perubahan suhu dan juga kecepatan
udara, berkaitan dengan bentuk geometris sebuah ruangan. Beberapa perusahaan
yang bergerak dibidang teknologi informasi, sudah membuat program penjabaran
indoor environment bangunan seperti Solid Works, Flomeric, Ansyz Featflow,
Star-CD dan lainnya (Indra 2010). Simulasi untuk perubahan suhu dan aliran
udara alami dari ventilasi dinding diasumsikan untuk menghasilkan pendinginan
yang berkaitan dengan suhu di dalam konstruksi.
Pendugaan Kenyamanan (Indoor Thermal Comfort) untuk Ecohouse
Suhu nyaman di dalam suatu bangunan dengan udara yang mengalir secara
bebas (free Convection) dan dapat dihitung berdasarkan suhu lingkungan luar
bulanan rata-rata, seperti pada persamaan 65 (Humphreys dan NiCol dalam
Harimy 2004):
TC = 11.9 + 0.534Tmmot
TC = 0.48 x Ti + 0.14 x Tmmot .................................................................................................(67)
Di mana,
TC = suhu dugaan nyaman dalam bangunan (°C),
Tmmot = rata-rata suhu lingkungan luar bulanan (°C).
Ti = suhu rata-rata bulanan dalam bangunan (°C),
Harimy (2004) telah melakukan penelitian untuk analisis mikroklimat data
selama 35 tahun di kota Kinabalu. Ternyata kenyamanan terjadi lebih tinggi dari
kenyamanan normal yang mengikuti batas limit Humphreys. Metoda pendugaan
Humphreys di atas dapat berlaku pada suhu bulanan rata-rata diatas batas normal
yang bervariasi dari 26.1-26.9°C dan beda berkisar ± 2 °C. Persamaan 66 adalah
suhu nyaman yang dipengaruhi secara aktif dan pasif dari mikroklimat. Formula
ini untuk menduga suhu dalam ruangan yang nyaman.
75
Tabel 7 Perubahan suhu pada tatanan ruang dan bahan bangunan yang berbeda
Tipe T luar T attik T ruang Luas Dinding Atap Attik
°C °C °C m²
OPS22.5 –36.6
22.9 –35.3
26.3 –31.1
58.68Betonringan
MetalVentilasi1/13area & bebas
Idaman22.5 –37.9
23.2 –44.9
26.4 -33.6
69.39
Bata,papanUACpartisi
Metalisolasifoilalumin
Atik tertutuprapat
Serikayan22.5 –37.9
21.4 –54.2
25.6°-37.5o 79.17
UAC2 mm
MetalAtik tertutuprapat
Kinibalu29.4-20.9
44-48
26.1-26.9
DugaanHumpherday
Sumber : Harimi Malay (2006)
Suhu di atik malam hari lebih rendah dari suhu luar, sebab dinding
mempunyai masa tremal rendah dan tanpa penyimpanan panas, atap metal lebih
cepat menjadi dingin karena efektifitas nocturnal radiasi. Suhu ruang bangunan
besar lebih tinggi dari suhu luar selama malam hari dan siang hari ditahan oleh
atik. Perbedaan rata-rata suhu ruang dibawah suhu luar berkisar 0.18 oC dan
maksimum 13.63 oC. Suhu minimum ruang rata-rata di atik lebih tinggi dari suhu
luar 2.31 oC dan suhu attic lebih tinggi dari 3.36 oC pada malam hari lihat Tabel 7.
Analisis Finite Difference untuk bangunan sederhana
Analisis Finite Difference ini dilakukan dalam dua dimensi untuk
bangunan rumah percobaan yang sama dalam Bab I, lihat Lampiran 6 di mana
telah dilakukan pengukuran mengikuti sumbu Z dari cartesian pada arah
memanjang dan sumbu Y dari ketinggian bangunan tersebut. Program ini diajukan
untuk menentukan besaran nilai suhu diatas atap, karena pendekatan ini akan
menunjukkan besaran nilai suhu atap yang terpengaruh oleh radiasi matahari.
Faktor yang menentukan adalah jumlah radiasi yang sampai dibumi dan
memanasi udara sekitar dan proses pindah panas terjadi pada penampang luar atap
bangunan. Data pengukuran yang telah diterangkan pada Bab I menjadi boundary
dalam analisis, kemudian dijabarkan secara sederhana menggunakan program
76
Microsoft Excel 2010. Pada Gambar dibawah ini menunjukkan Diagram analisis
mengikuti analisis numerik di mana keterbatasan dari finite difference yang
menunjukkan pada dua arah sumbu cartesian yang kemudian dikembangkan
menjadi tiga arah sumbu menggunakan persamaan Taylor dan yang dilanjutkan
dengan finite volume dengan metoda Computational Fluid Dynamics atau CFD
(Versteeg 1995)
Gambar 44 Diagram analisis metoda numerik tiga dimensi(Sumber: Ooka 2004)
Analisis model Nodal Network, digunakan untuk simulasi termal dari
bangunan seperti kondisi suhu udara kecepatan aliran, yang diasumsikan
berbentuk sama untuk semua pemukim (Negarao et al. 2004).
Lingkungan kenyamanan menjadi salah satu mekanisme utama untuk
menunjukkan pencapaian kondisi lingkungan dalam suatu ruang bangunan agar
dapat mendukung kesehatan dan produktivitas kegiatan (Peng Chen 2001).
Analisis Finite Volume dengan Teori Simulasi CFD
Udara adalah fluida yang berubah-ubah, dengan perubahan ≠ 0, dan apabila
kerapatan dan waktu tergantung pada daya Ui di mana semua dimensi total = 0,
serta apabila tak ada perubahan atas keseimbangan energi, yang menuju 0,
77
selanjutnya fluida tersebut tidak termampatkan, maka dapat dilakukan simulasi
sesuai dengan persamaan konservasi massa, momentum dan energi, diuraikan
seperti pada Gambar 44.
Dalam metoda CFD mengaplikasikan persamaan Navier Stokes, hal ini
sangat menarik karena untuk mendapatkan hasil karakteristik fisika dari fluida
udara yang diperlukan. Karakteristik yang dinamis dari fluida udara dan cairan
adalah tekanan, kecepatan, suhu dan massa untuk kerapatan dan berat jenis.
Dalam mekanika fluida, udara mempunyai kerapatan bervariasi disebut fluida
termampatkan. Karakteristik physis adalah densitas dan viskositas/kekentalan μ
sebagai faktor hambatan/tahanan terhadap aliran fluida itu sebagai properti
internal cairan. Hukum Konservasi digunakan untuk memperoleh persamaan
matematika bagi cairan yang tak sederhana dan komplek, yaitu
Persamaan Navier-Stokes I
outin mmdt
dM
outin mm 0dt
dM
………….… .(68)
0
i
i
x
U
Dt
D
............................................................................... (69)
0, Dt
Dconst
0
i
i
x
U
.............................................................. (70)
Persamaan Navier-Stokes II: Momentum incompressible Fluid
.................................................................................(71)
…………..…….………….......(72)
…………….. ....(73)
78
Konversi Momentum :ii
j
ij
i
jii Fgxx
P
xj
u
t
u
)( …. ...............
iji
i
j
j
ii jxx
3
2 ......................................................
iij
jii
i
j
j
i
ji
jii Fgx
u
jxxxx
P
xj
u
t
u
)(
3
2)(.......
Persamaan Navier-Stokes III: Kinerja Momentum
V
j
IV
i
ij
III
j
II
i
ji
I
j gxx
P
x
UU
t
U
.................................................................. (74)
k
kij
j
i
i
jij x
U
x
U
x
U
3
2
......................................................................... (75)
di mana I : Kinerja molekuler versus waktu (Uij)
II : Konveksi untuk Momentum
III : Kerja untuk permukaan
IV: Molekular berubah tergantung kinerja dan kerja momentum (difusi)
V : Kinerja karena Massa
Persamaan Navier-Stokes IV : Konservasi Energi
V
i
jij
IV
i
III
i
i
II
ii
I
x
U
x
T
x
UP
x
TUc
t
Tc
2
2
............................................ (76)
Di mana
I : Energi Lokal versus waktu
II : Konveksi
III : Kerja oleh tekanan
IV : Kalori karena difusi (flux )
V : Kinerja mekanis berubah menjadi kerja Irreversibel berubah lagi menjadi
energi (kalor)
79
Konservasi dalam metoda Volume mantap
qx
Uxt i
ii
............................................................... (77)
TU j ,,1................................................................................................ (78)
Hukum pertama adalah Persamaan Kontinuitas, datang dari konservasi
massa, di mana dP /dt adalah perubahan massa, ρdU/dx adalah istilah konveksi,
yang berarti fluks massa persatuan jarak. Fluida ini kompresibel karena kepadatan
dapat berubah sesuai waktu, apabila kerapatan konstan, berarti dP/dt adalah nol.
Ketika menerapkan Konservasi Momentum, akan mendapatkan persamaan
momentum tahap pertama adalah momentum lokal berubah dengan waktu, tahap
kedua adalah tahap konveksi atau dapat dikatakan fluks momentum, serta tahap
ketiga adalah momentum berubah karena gaya permukaan. Gambaran karena
tekanan aktif pada permukaan objek dan kekuatan permukaan yang dapat
mengubah momentum objek. Tahap keempat adalah momentum pertukaran
karena gerak molekul. Momentum obyek dapat dipindahkan ke momentum
molekul. Tahap lima adalah momentum berubah karena gaya massa. Sebagai
contoh, gaya gravitasi, gaya percepatan. Persamaan Navier-Stokes telah didapat
dari persamaan analitis. Manusia dapat memahami dan memecahkan, tetapi
komputer tidak bisa maka perlu menerjemahkan ke bentuk-bentuk yang komputer
yang dapat dimengerti. Proses ini disebut metoda diskritisasi. Tipe metode
diskritisasi adalah Elemen selisih Hingga, Elemen Hingga dan metoda Volume
terbatas yang selanjutnya kondisi ini dilakukan dengan metoda ini.
Verifikasi dinyatakan dalam pengukuran data pada Bab I akan menjadi
karakteristik pada percobaan CFD, di beberapa posisi dalam bangunan. Dalam
bangunan terjadi perubahan udara suhu lingkungan ambient luar (Ta), suhu bagian
ruang dalam (Tr), suhu atap (Tp), suhu dinding (Tw), suhu lantai (Tf), pergerakan
aliran udara menyebabkan terjadi perubahan energi dalam bangunan secara alami.
Selain itu, pengambilan data dari BMG tertera dalam Lampiran 4, akan
menunjukkan perubahan pengamatan pada areal yang lebih luas, sehingga
pengukuran dapat berlaku pada areal yang lebih luas, dan terjadi perbedaan suhue,
tekanan, perubahan massa uap air, karakteristik konduktivitas, panas laten, panas
sensibel, dan lain-lain. Beberapa karakteristik diambil dari data penelitian
80
terdahulu seperti karakteritik thermal bahan bangunan (Mudiastuti 1996 dan 1997)
serta data sekunder yang terdapat dalam penuntun program CFD atau pustaka.
Langkah Kerja Menggunakan Data
Langkah kerja analisis CFD ini adalah batasan awal yang riil terjadi pada
lingkungan bangunan. Program CFD dijalankan dengan menghasilkan nilai-nilai
kualitatif dan kuantitatif sesuai dengan struktur geometri bangunan
1 Pergerakan aliran udara dari luar kedalam bangunan diamati pada titik
lokasi tertentu tertera pada bab pertama Pengukuran di lokasi bangunan,
parameter yang mempengaruhi yaitu suhu di luar dan dalam bangunan,
kelembaban, aliran udara, intensitas cahaya matahari, kapasistansi
pergerakan aliran udara, panas latent, dan lainnya dan diasumsikan terjadi
croos ventilation.
2 Perhitungan dari data pengukuran mengacu pada model matematik dalam
analisa perilaku gerakan fluida udara, pindah panas dan fenomena yang
terjadi dan pengukuran dilakukan dalam 5 hari. Keputusan diambil dari
pengaruh kesalahan dan menghitung ketepatan luasan segmen atau mesh.
3 Aliran udara sekeliling bangunan (angin), diassembli, dalam bentuk flow in
dan flow out dengan batasan tidak terkendali, angin luar berkisar 0.2–5 km
jam-1. Pada t = 0 dan dalam batasan mesh untuk aliran udara alami yang
mengarah pada sumbu x dan y, sesuai dengan percobaaan menghembus
aliran udara dari arah barat daya bangunan. Bangunan menghadap utara
(arah z), dengan aliran udara sekitar 0.5-2 m s-1. Angin datang bisa dalam
bentuk laminar dan turbulen, sesuai bilangan Reynold, yang apabila > 2100
akan dinyatakan sebagai turbulen. Batasan analisis ini yaitu memberikan
aliran udara ke dalam bangunan dalam bentuk aliran pada keadaan steady
state dan transien. Batasan proses perambatan panas ini akan terjadi sesuai
perumusan dan analisis pergerakan suhu, aliran udara dan kelembaban
sekitar Ecohouse, dan menjadi perubahan mikroklimat seperti terlihat pada
Gambar 45.
81
Gambar 45 Rancangan Analisis CFD untuk bangunan (Chorin 2000)
Penjabaran kondisi dalam bangunan terlihat pada Diagram proses pindah
panas dalam bangunan pada Gambar 46.
Input Lokasi dan lingkungan Global
Fluida Udara
Qatap,Tp,(absorber)
Analisa,Qw
Analisa ,Qf
Qw,Tw,(absorber)
Qf,Tf,(absorber)
Display Solver ProgramCFD
Post Processor
Selesai
Pemukim
Pindah PanasUdarake ruangBangunansecara
Radiasi,Konveksi,Konduksi
Metabolisme
Elemen Struktur rumah kayu
Analisa,Qp
Nyaman,PMV & PPD
Pre-processor
Ya Noa
82
Gambar 46 Kerangka pemikiran analisis tatanan ruang dalam rumah Ecohousedengan diagram kendali menggunakan analisis CFD
83
Pembuatan Geometri Sederhana untuk Pengaruh Lingkungan Bangunan
Gambar 47 Ilustrasi rumah kayu transmigrasi 2 kamar
Ilustrasi bangunan 2 kamar terlihat pada Gambar 47, di mana pengukuran
dilakukan di siang hari saat terjadi proses pemanasan dari jam 7 pagi hingga jam
18. Suhu ambient berkisar antara 24 °C hingga 33 oC, titik awal 25 °C. Suhu
referensi absolute digunakan 30 °C mengikuti perlakuan pengukuran. Asumsi arah
aliran udara region hanya terjadi dalam satu arah yaitu dari Z, sesuai dengan
radiasi waktu solar yang dilakukan selama 12 jam. Bangunan kayu ini tanpa
plafon disesuaikan dengan struktur kayu. Asumsi ada satu orang dalam bangunan
dan propertiesnya mengikuti pustaka dalam program CFD sekitar 90 W m-2.
Bangunan ini diasumsikan sesuai dengan peraturan Standar Nasional
Indonesia dan tata cara perancangan sistem ventilasi di Indonesia.
Metodologi Penelitian
Waktu Dan Tempat Penelitian
Pada Bab 2 telah dilakukan pengukuran pada konstruksi bangunan Rumah
Kayu dengan bahan Acasia Mangium, dan merupakan dasar dalam menduga
distribus panas untuk memperoleh lokasi yang nyaman dalam bangunan. Posisi
dapat digunakan untuk analisis
84
Bahan dan Alat
Bahan material kayu yang belum diketahui karakteristik thermalnya untuk
pengujian dilakukan data bamboo spesimen dan komposit kayu yang mengikuti
standart SNI, dilakukan oleh Simbolon et al. (2004). Konstruksi bangunan yang
digunakan untuk penelitian adalah rumah kayu dengan konstruksi tahan gempa
analisis yang dibuat Fakultas Kehutanan IPB.
Gambar 48 Konstruksi Ecohouse percobaan(Sumber: Departemen Teknologi hasil hutan IPB 2008).
Karakteristik termo-fisik untuk perhitungan seperti nilai Difusivitas Panas
material (), konduktivitas (k = W m-1 K), panas jenis (Cp) dan massa jenis.dari
Analisa fisik dalam kondisi lingkungan untuk asumsi jumlah uap air di dalam
bangunan, serta pengaruh penguapan air yang mugkin terjadi dan diberlakukan
konstan (Mora et al. 2002)
Perhitungan pindah panas dan aliran udara dilakukan dengan Program
ExCel, yang dilakukan dengan komputer PC dengan memory 2 GB, ram 2 Gb,
model Core 2.2. dan kemudian rerata data pengamatan dikondisikan sebagai
Boundary Condition (BC) dari lima hari beturut-turut di mana asumsi data harian
akan diperoleh tidak banyak menyimpang ulangan dilakukan selama 5 hari.
85
Hasil dan Pembahasan
Model Simulasi Keseimbangan Lingkungan
Penelitian ini berhubungan perubahan angin Monson dari arah timur laut
dan barat daya yang mengubah musim penghujan menjadi musim kemarau. Di
Bogor hal ini mempengaruhi jumlah aliran udara yang datang masuk dalam
bangunan. Pada bangunan kayu telah dilakukan simulasi dengan berkas aliran
udara yang datang berselang 0.5 m s-1 hingga 2 m s-1, pada bangunan dengan
asumsi batas awal, suhu, aliran udara dilakukan sesuai pengukuran di dalam dan
di luar bangunan. Hasil yang diperoleh dengan menggunakan persamaan finite
difference dengan material kayu dan bahan adukan, menunjukkan data radiasi
matahari sebagai Gambar 49 dan pada beberapa aliran udara memberikan hasil
seperti pada kurva dibawah ini.
Pendekatan analisis dengan Finite Difference dijabarkan pada Lampiran 6,
menghasilkan Grafik ini menunjukkan bahwa suhu atap dapat mencapai 60 oC
dan suhu ruang (Tr) dapat mencapai lebih dari 30 oC, pada intensitas radiasi 900
W m-2 (Gambar 49), dan perubahan kecepatan aliran udara menghasikan suhu
yang tidak banyak berbeda, lihat Lampiran 7.
Gambar 49 Grafik hubungan radiasi dan distribusi suhu dalam ruang bangunan
86
Model Simulasi CFD untuk Keseimbangan Lingkungan
Hasil perhitungan pada bangunan percobaan di mana mengalami ventilasi
alami dari celah bangunan kayu adalah berukuran 0.2 m sepanjang dinding muka
dan belakang. Alas lantai, dinding, rangka terbuat dari kayu pada ketinggian 0.1
m. Hasil dengan simulasi CFD di tunjukkan pada Gambar 50. Sesuai lokasi
Darmaga dan pengukuran BMG pada hari dan jam yang sama, terjadi aliran udara
alami masuk ke dalam bangunan, data pengamatan dapat dilihat pada Lampiran 4,
kecepatan menurut pengukuran BMG adalah 2-3 m s-1, pada siang hari itu. Hasil
simulasi dari aliran udara yang keluar dari bangunan adalah 1.6 m s-1, Pada jam
paling panas intensitas radiasi terukur 800 Watt m-2 pada selang waktu 10 jam
pengamatan Gambar 50 pada tinggi 1 meter. Kondisi tubuh orang yang tinggal
dalam ruang kerja di mana bangunan masih tanpa naungan dan di bagian belakang
bangunan ada bangunan tinggi, arah sisi kiri di luar domain banyak pepohonan
diasumsikan di daerah tersebut sebagai dinding region. Aliran udara masuk
melalui jendela depan dan aliran udara masuk melalui jendela dengan arah garis
putih.
Perubahan antara pengukuran dan simulasi terjadi kesalahan sebagai berikut
Gambar 50 Ilustrasi perubahan suhu dengan perubahan warna ketinggian lapisanudara y = 1 m
87
Gambar 51 Ilustrasi perubahan suhu dengan perubahan warna ketinggian lapisanudara di rumah kayu ketinggian lapisan udara y = 1.68 m
Gambar 52 Ilustrasi kenyamanan dari perubahan suhu dengan kontur di bagianbadan pemukim y = 0.63 m.
Ilustrasi Gambar 52 menunjukkan bahwa kenyamanan di luar bangunan
berkisar antara 0.129 sampai 0.188 (kondisi nyaman), sedangkan di dalam
bangunan di sekitar badan pemukim mencapai 0.959 berarti hal ini masih dalam
keadaan nyaman.
88
Tabel 8 Hasil simulasi CFD untuk karakteristik lingkungan rumah kayu seluruhnya kayu dan kesalahan perhitungan
No Z Y X TR T ukur jm 12 T ukur jm 13 ZV YV XV Alir DEN Tekanan VIS TVIS KE DTURB Beda suhu error Energy
Kode cm cm cm CFD oC oC m s-1 m s-1 m s-1 m s-1 kg m-3 Pa N s m-2 N s m-2 J kg-1 W kg-1 oC % (w m-2)
0 0 0 0 25.0 31.3 31.3 0.11 -1.90 -0.75 1.44 1.18 1.21 1.84E-05 0.001 0.035 0.089 6.29 20.09 12.68
3 62.8 354.3 150 26.8 30.8 31.5 -0.12 0.07 -0.17 0.01 1.18 1.82 1.85E-05 0.007 0.035 0.020 3.95 12.84 0.08
4 224.1 233.0 -15 28.4 31.3 31.0 2.20 -0.23 0.11 0.52 1.17 1.21 1.85E-05 0.007 0.013 0.002 2.94 9.38 2.10
8 431.2 173 150 26.2 30.9 31.2 -0.06 -0.47 -0.02 0.03 1.18 1.37 1.84E-05 0.008 0.045 0.028 4.72 15.28 0.20
10 554 173 150 27.9 31.1 31.3 0.44 -0.09 -0.10 0.04 1.17 1.84 1.85E-05 0.004 0.010 0.003 3.22 10.36 0.18
15 52.8 299 150 25.2 30.7 31.0 0.00 -0.06 -0.68 0.04 1.18 4.80 1.84E-05 0.001 0.008 0.011 5.46 17.79 0.30
17 308.4 173 300 26.2 31.1 31.4 -0.14 0.08 -0.13 0.02 1.18 1.80 1.84E-05 0.008 0.050 0.033 4.85 15.61 0.11
23 308.4 299.1 150 29.2 31.1 31.6 0.33 -0.10 0.05 0.03 1.17 2.04 1.86E-05 0.007 0.041 0.027 1.92 6.18 0.09
31 0 173 0 25.0 27.3 28.2 0.00 -0.64 -1.21 0.78 1.18 3.75 1.84E-05 0.001 0.029 0.069 2.29 8.37 2.50
33 62.8 53 150 26.0 28.1 28.7 -0.10 -0.65 0.03 0.07 1.18 1.02 1.84E-05 0.027 0.077 0.023 2.06 7.34 0.20
34 185.6 53 150 26.6 30.4 30.7 -0.27 -0.57 -0.36 0.26 1.18 1.24 1.85E-05 0.028 0.103 0.040 3.84 12.63 1.37
39 185.6 53 0 26.7 26.7 27.3 -0.02 -0.47 -0.05 0.02 1.18 138 1.85E-05 0.007 0.038 0022 0.001 0.003 2.57E-05
Rata-rata 26.6 30.1 30.4 0.2 -0.4 -0.3 0.3 1.2 2.0 1.85E-05 8.7E-03 4.0E-02 3.1E-02 3.5 11.3 1.7
Nama : RTG kayu 8 no pla uj terbuka
89
Table 9 Hasil simulasi CFD untuk karakteristik lingkungan rumah tembok dan kesalahan perhitungan
Notekana
n Alir BJsuhuukur
suhuCFD Energy
Kecepatanalir XV
Kecepatanalir ZV
Kecepatanalir YV VIS TVIS error
kode Pa m s-1 kg m-3 oC oCWatt m-
2 m s-1 m s-1 m s-1 N s m-2 N sm-2 %7 -2.375 4.22 1.172 28.9 28.002 11.31 0.669 4.135 -0.514 2.21E-05 0.002 -0.0314 0.378 3.28 1.172 28.9 28.000 11.31 -1.048 3.024 -0.727 2.21E-05 0.002 -0.0315 0.075 0.30 1.171 30.0 28.419 12.48 0.163 -0.119 0.223 2.21E-05 0.002 -0.0523 0.088 0.47 1.170 30.7 28.642 13.10 0.012 -0.316 0.346 2.21E-05 0.002 -0.0731 0.014 0.60 1.171 30.4 28.331 12.23 0.226 -0.087 0.553 2.21E-05 0.001 -0.0733 0.240 2.92 1.172 26.6 28.000 11.31 -0.812 2.036 -1.934 2.21E-05 0.002 0.0534 -0.117 0.28 1.172 27.6 28.114 11.63 -0.065 -0.253 0.107 2.21E-05 0.002 0.0236 -0.001 0.13 1.172 27.8 28.000 11.31 0.000 0.000 0.132 2.21E-05 0.002 0.0138 2.698 1.95 1.172 28.1 28.005 11.32 -1.689 0.000 -0.970 2.21E-05 0.002 0.0039 -0.017 0.45 1.171 30.01 28.285 12.10 -0.024 -0.393 0.212 2.21E-05 0.002 -0.0640 0.075 0.62 1.171 27.3 28.427 12.50 0.159 -0.329 -0.506 2.21E-05 0.002 0.04
rerata 0.096 1.385 1.171 28.755 28.202 11.872 -0.219 0.700 -0.280 2.21E-05 0.002 -0.017
Catatan kode r tembok 21
90
Tabel 10 Hasil simulasi CFD karakteristik lingkungan rumah kayu atap rangkap dan kesalahan perhitungan
Catatan kode r atap rangkap
No Z Y X TRT ukurjm 12
T ukurjm 13 ZV YV XV Alir DEN Tekanan VIS TVIS KE
bedasuhu
error
Kode cm cm cm CFD oC oC m s-1 m s-1 m s-1 m s-1 kg m-1 Pa N s m-2 N s m-2 J kg-1 oC %
0 0 0 0 25.01 31.3 31.3 0.12 -1.94 -0.70 2.07 1.18 1.00 1.84E-05 1.56E-03 0.03 6.3 20.1
3 63 354 150 27.03 30.8 31.5 0.29 0.28 0.18 0.44 1.18 1.17 1.85E-05 9.41E-03 0.04 4.5 14.2
4 224 233 -15 25.01 31.3 31.0 0.04 -0.43 0.19 0.47 1.18 5.05 1,84E-05 1.35E-02 0.02 6.0 19.3
8 431 173 150 27.71 30.9 31.2 0.15 0.00 -0.09 0.18 1.17 1.44 1.85E-05 2.77E-03 0.01 3.5 11.2
10 554 173 150 27.81 31.1 31.3 1.02 0.14 -0.05 1.03 1.17 0.96 1.85E-05 6.86E-03 0.04 3.5 11.1
15 53 299 150 26.75 30.7 31.0 -0.23 0.36 0.02 0.43 1.18 1.25 1.85E-05 8.71E-03 0.02 4.2 13.7
17 308 173 300 26.81 31.1 31.4 0.00 -0.20 0.00 0.20 1.18 1.14 1.85E-05 2.28E-02 0.07 4.6 14.6
21 186 299 150 27.31 30.7 31.2 -0.02 -0.28 -0.06 0.29 1.17 1.35 1.85E-05 1.09E-02 0.03 3.9 12.5
23 308 299 150 27.54 31.1 31.6 -0.02 -0.20 -0.04 0.20 1.17 1.16 1.85E-05 4.98E-03 0.01 4.1 12.8
33 63 53 150 25.53 27.3 28.2 -0.14 -0.36 0.07 0.40 1.18 1.11 1.84E-05 9.76E-03 0.02 2.7 9.5
34 186 53 150 25.57 28.1 28.7 -0.10 -0.49 -0.20 0.54 1.18 1.17 1.84E-05 1.80E-02 0.05 3.1 10.9
Rerata 26.55 30.40 30.76 0.10 -0.28 -0.06 0.57 1.18 1.53 1.85E-05 9.94E-03 0.03 4.21 13.6
91
Tabel 11 Hasil simulasi CFD karakteristik lingkungan rumah kayu panggung dan kesalahan perhitungan
NoSuhuukur
SuhuCfd Tekanan ALIR XV YV ZV DEN energi
kesalahanukur DTRB TVIS VIS
kode oC oC Pa m s-1 m s-1 m s-1 m s-1 kg m-3 Watt % N s m-2 N s m-2 N s m-2
Tubuh 2 28.00 28.43 1.57 0.33 0.19 -0.21 0.26 1.17 0.81 0.015 0.01 0.005 1.8E-05
Tubuh 1 28.00 28.03 3.68 0.26 -1.82 -0.13 0.23 1.17 0.63 0.001 0.11 0.012 1.8E-05
3 27.03 28.21 1.43 0.51 -0.18 0.37 0.35 1.17 1.23 0.044 0.05 0.008 1.8E-05
7 29.20 28.17 1.66 0.52 0.02 -0.27 0.44 1.17 1.25 -0.035 0.01 0.001 1.8E-05
14 29.50 28.01 0.05 0.21 0.22 0.00 -0.21 1.17 0.51 -0.051 0.09 0.012 1.8E-05
18 26.81 28.37 1.57 0.06 0.00 -0.06 0.01 1.17 0.15 0.058 0.00 0.004 1.8E-05
31 27.40 28.08 3.57 0.68 0.49 -0.14 -0.67 1.17 1.65 0.025 0.05 0.003 1.8E-05
33 27.30 28.06 1.25 0.40 0.76 -0.16 0.37 1.17 0.97 0.028 0.05 0.018 1.8E-05
34 28.10 28.05 1.13 0.23 0.31 0.15 0.18 1.17 0.56 -0.002 0.03 0.009 1.8E-05
rerata 27.93 28.16 1.77 0.36 0.00 -0.05 0.11 1.17 0.86 0.01 0.04 0.010 1.8E-05
Catatan kode r panggung
92
Tabel 12 Hasil simulasi CFD untuk karakteristik lingkungan rumah kayu berlantai mortar serta kesalahan perhitungan
No Z X YT ukurjm 12
T ukurjm 13
TRCFD ZV YV XV Aliran
Kerapatan
Tekanan
Viskositas
Turbulence
bedasuhu error Energi
KoDe
cm cm cm oC oC oC m s-1 m s-1 m s-1 m s-1 kg m-3 Pa N s m-2 N s m-2 oC % W m-2
0 0 0 0 31.3 31.3 28.0 0.0 0.0 0.0 0.0 1.17 0.0 1.8E-05 1.0E-10 3.28 10.5 0.0033 63 150 53 27.3 28.2 28.1 0.4 -0.2 0.8 0.4 1.17 0.0 1.8E-05 1.8E-02 -0.76 -2.78 -0.4614 150 554 53 28.9 31.5 28.0 -0.2 0.0 0.2 0.2 1.17 0.1 1.8E-05 1.2E-02 0.89 3.09 0.2634 186 150 53 27.6 31.4 28.1 0.2 0.1 0.3 0.3 1.17 0.0 1.8E-05 9.0E-03 -0.45 -1.65 -0.1731 0 0 173 26.7 27.4 28.1 -0.7 -0.1 0.5 0.7 1.17 0.0 1.8E-05 2.6E-03 -1.38 -5.17 -1.347 0 431 173 28.9 31.3 28.2 0.4 -0.3 0.0 0.6 1.17 0.0 1.8E-05 1.3E-03 0.73 2.51 0.593 63 150 354 30.8 31.5 28.2 0.4 0.4 -0.2 0.6 1.17 0.0 1.8E-05 7.9E-03 2.59 8.42 2.2618 308.4 173 280 31.2 32.2 28.4 0.0 -0.1 0.0 0.1 1.17 0.001 1.8E-05 4.2E-03 2.83 9.08 0.35H1 421 139 33 37.0 37.0 28.0 0.2 -0.1 -18 0.3 1.17 0.111 1.8E-05 1.2E-02 8.97 24.3 3.63H2 123 139 33 37.0 37.0 28.4 0.3 -0.2 0.2 0.4 1.17 0.009 1.8E-05 4.9E-03 8.57 23.2 4.70
Tabel 13 Pembahasan karakteristik lingkungan mikro di ruang dalam bangunan rumah panggung.
Lokasi R Baca R tidur
metoda FangerX Y Z
NilaiX Y Z
Nilai(m) (m) (m) (m) (m) (m)
Tekanan (Pa) 0.45 1.5 0.95 1.55 0.45 1.5 3.78 1.24suhu nyaman(oC) 0.45 1.5 0.95 28.09 0.45 1.5 3.78 28.23Rata suhu radian (oC) 0.45 1.5 0.95 28.16 0.45 1.5 3.78 28.27PMV 0.45 1.5 0.95 0.74 0.45 1.5 3.78 1.24PPD (%) 0.45 1.5 0.95 37.6 0.45 1.5 3.78 17aliran udara (m s-1) 0.45 1.5 0.95 2 0.45 1.5 3.78 0.1
93
Hasil analisis simulasi suhu sebagai karakteristik lingkungan pada bangunan
kayu di bandingkan dengan hasil pengukuran dan pengamatan yang dilakukan
oleh Badan Meteorologi dan Geofisika (BMG) terhadap waktu (jam dan tanggal),
yang menunjukkan perubahan suhu tersebut pada Gambar 53. Hasil di peroleh
dalam persamaan polynomial Y = -0.066 X3+ 0.00722 X2+1.04 X +20 dengan
R2= 0.6564 atau ketepatan simulasi terhadap pengukuran mencapai 65.64 persen
dalam rata – rata 5 hari pengukuran. Kesalahan dapat terjadi pada saat pengukuran
yang kurang tepat dan pencapaian perhitungan perubahan suhu yang sangat tinggi.
Gambar 53 Perbandingan hasil CFD dengan pengamatan BMG berdasarkanwaktu dan ketinggian untuk suhu.
Hasil analisis simulasi karakteristik lingkungan bangunan kayu untuk
kelembaban di bandingkan dengan hasil pengukuran pengamatan dari data BMG
pada berbagai waktu (jam dan tanggal), menunjukkan persamaan sebagai berikut
Y = -0.0414X3+0.9152X2+2.4998X+95.47 dengan R2= 0.6545 dan untuk
pengukuran dari BMG dan diperoleh Y = -0.0255X3-0.9152X2+1.486X+104
dengan R2= 0.7411. Grafik dibawah ini menunjukkan hubungan antara
kelembaban pengamatan dan pengukuran, sedangkan simulasi belum dapat
dipetakan.
Suhu(oC)
94
Gambar 54 Perbandingan hasil CFD dengan pengamatan BMG berdasarkanwaktu dan ketinggian untuk kelembaban
Hasil analisis pengukuran pengukuran dan simulasi kecepatan aliran udara
sebagai karakteristik lingkungan pada bangunan kayu serta hasil pengamatan data
BMG pada berbagai waktu (jam dan tanggal), menunjukkan persamaan sebagai
berikut Y = -0.0002X3+0.0052X2+0.0988X+0.1058 dengan R2= 0.8273. Grafik
dalam Gambar 55 dibawah ini menunjukkan hubungan antara kecepatan aliran
udara pengamatan dan pengukuran dan ketiga hasil berdekatan.
Gambar 55 Perbandingan hasil CFD dengan pengamatan BMG berdasarkanketinggian ruang dalam bangunan pada kecepatan aliran udara
RH(%)
Aliranudara(ms-1)
95
Hasil analisis simulasi intensitas radiasi matahari berbagai dari tanggal 23-
27 pada beberapa hari sebagai karakteristik lingkungan pada bangunan kayu, hasil
pengukuran dan pengamatan data BMG pada berbagai waktu, menunjukkan
persamaan Y = -0.0002X3-0.0142X2-1.6128X+653.87 dengan R2= 1 dan BMG
mencapai Y= -63.272X3+4698.4X2-116066X+954525 dengan R2= 0.3707. Grafik
dibawah ini menunjukkan hubungan antara kecepatan aliran udara BMG dan
pengukuran lihat Gambar 56.
Gambar 56 Perbandingan hasil CFD dengan pengamatan BMG berdasarkanwaktu dan ketinggian untuk intensitas radiasi matahari
Data intensitas penyinaran pada bangunan kayu ini untuk ketinggian 1,68 m
atau penempatan kepala pemukim sudah merasakan panas sebesar 29.5 oC dan di
dalam ruang juga sudah mencapai 29.3 oC hingga 30 oC .
Asumsi tidak terjadi penguapan yang berarti, sehingga nilai menjadi wajar
dan baik, dapat di lihat Gambar 57, di mana aliran udara sudah banyak yang
tertumbuk pada dinding belakang dan mengalir melalui jendela belakang untuk
menerobos keluar.
Intensitassurya(Wm-2))
96
Gambar 57 Ilustrasi suhu rumah kayu tinggi lapisan udara y = 2.24 m
Ternyata jalusi pada dinding sebelah kiri merupakan jalan keluar aliran
udara. Terdapat spot merah yang dikarenakan ada tahanan panas mengenai
dinding ketika panas masuk ke dalam bangunan. Pada ketinggian 2.24 m ini
ternyata kondisi sudah merasakan panas sebesar 29.5 oC dan di dalam ruang juga
sudah mencapai 29.3 oC hingga 30 oC. Spot merah sebelah kiri membesar berarti
bertambah panas pada dinding tersebut. Dengan perbedaan ± 0.5 m suhu sudah
naik 0.3 oC di ketinggian 2.87 m, sedangkan diruangan kerja suhu tetap 28.1oC
Gambar 58 Ilustrasi rumah suhu kayu tinggi lapisan udara y = 2.87 m
97
Gambar 59 Ilustrasi suhu rumah kayu tinggi lapisan udara y = 3.64 m
Vektor aliran udara di ruang wuwungan rumah ternyata bergerak berubah
arah walau pemanasan menuju sisi kiri karena ada hambatan region sesuai dengan
tata guna lahan yang terjadi di lapangan.
Gambar 60 Ilustrasi suhu rumah kayu tinggi lapisan udara y = 4.2 m
98
Gambar 61 Ilustrasi suhu rumah kayu tinggi lapisan udara y = 4.9 m
Perubahan suhu dalam bangunan di atas atap hingga lantai dasar yang
terjadi seperti Gambar 57 hingga Gambar 61
Tabel 14 Perbandingan Analisis CFD dan pengukuran lapangan pada bangunankayu dengan kondisi tanpa imbuhan aliran udara dari luar (badan bebas).
Kode CFD UKUR ERROR
RT160309 Suhu Tekanan Kecepatan Suhu Kecepatan TR(%) Kecepatan110611 (oC) (Pa) (m s-1) (oC) (m s-1) M s-1
T19 28.90 0.18 0.42 29.0 0.50 0.5 16.0
T20 29.08 1.02 0.40 29.3 0.11 0.9 -263.6
T22 28.72 0.59 0.51 28.5 0.05 -0.9 -920.0
T34 28.78 0.28 0.39 26.1 0.29 -10.2 -34.5
T39 28.04 0.75 0.17 26.1 0.34 -7.4 50.0
T42 28.11 0.46 0.78 25.9 0.11 -8.5 -609.1
Analisis di kembangkan dengan membuat dinding belakang dari rumah
percobaan menjadi elemen-elemen dinding yang berbentuk partisi. Dan
menambah jalusi atau bukaan pada bagian belakang ruang. Beberapa hasil dari
hubungan beberapa karakteristik dalam bangunan kayu Ecohouse. Sesuai dengan
bangunan uji diperoleh dan hasil di ilustrasikan dalam bentuk Gambar dan grafik.
99
1. Hubungan antara kecepatan aliran udara dan magnifican heat flux (MHF).
a) Ketinggian 1 m b) Ketinggian 2 m
c) ketinggian 3 m d) ketinggian 0.5 m arah sumbu X(Vx)
Gambar 62 Ilustrasi tampak atas dari kontur kecepatan aliran udara di ketinggian1 m hingga 3 m terhadap besaran panas yang datang (MHF)
Pengaruh kecepatan aliran udara dari sumbu x sangat mempengaruhi tata
letak kontur. Aliran udara di luar bangunan dari BMG berkisar 2.07 m s-1, pada
100
ketinggian 2 m. Aliran udara kemudian masuk kedalam bangunan mencapai 0.05
hingga 5 m s-1. Nilai minimum aliran udara 0.069 m s-1 (hisapan udara), terletak di
posisi (x = -0.561; y=3; z=-1.52) m, di mana titik ini terletak di luar bangunan dan
nilai maksimum 4.74 m s-1 di (x=-1.09; Y=3; z=-1.52) m yang terletak di luar
bangunan. Berarti pergerakan aliran udara di luar masuk ke dalam ruangan.
Nilai minimum aliran udara 0 m s-1 (hisapan udara), terletak di posisi (x =
1.45; y=2; z=0.919) m, di mana titik ini terletak di dalam bangunan dan nilai
maksimum 5 m s-1 di (x=-1.09; Y=2; z=-0.885) m yang terletak di luar bangunan.
Berarti pergerakan aliran udara di luar masuk ke dalam ruangan.
Aliran udara kemudian masuk kedalam bangunan mencapai 0.0097 hingga
0.297 m s-1. Nilai minimum aliran udara 0 m s-1 (hisapan udara), terletak di posisi
(x = -0.386; y=1; z=3.06) m, di mana titik ini terletak di luar bangunan dan nilai
maksimum 4.7 m s-1 di (x=-1.09; Y=1; z=-0.885) m yang terletak di luar
bangunan. Berarti pergerakan aliran udara di luar masuk ke dalam ruangan.
Sedangkan kecepatan arah aliran x sejajar tubuh, nilai minimum -3.3 m s-1
terletak di (x =10.93; y=0.5; z= 9.69) m, dan terletak di luar bangunan dan nilai
maksimum 3.36 m s-1 terletak di (x=3.03; y=0.5; z=-0.885) m, di luar bangunan.
Berarti ada hembusan udara dari luar kedalam bangunan, sesuai arah panah. Saat
jam 18 aliran udara dari luar bangunan berkisar 1.78 hingga 2.07 m s-1. Melintasi
ventilasi jendela di sisi depan bangunan mencapai 0.237 hingga keluar bangunan
disisi belakang 0.638 m s-1. Aliran udara disekitar pemukim berkisar 0.067 m s-1.
terjadi hambatan karena dinding bangunan kayu.
2. Hubungan suhu ruangan dan magnifican heat flux dapat dilihat dibawah ini
Tabel 15 Hubungan antara suhu dan magnifican heat flux
Item X y z Tr x y z Tr
Jarak M m m oC Minim m m m oC Maksi
Y0.5m -0.34 0.5 3.6 25 dalam 0.109 0.5 4.91 113 luar
Y1m -0.58 1 3.6 25 dalam 0.109 1 4.91 119 luar
Y2m 1.41 2 -2.7 25 luar 0.109 2 4.91 119 luar
Y3m 1.41 3 -2.66 25 luar -0.93 3 5.15 >119 luar
101
Tertera di luar bangunan suhu mencapai 30 oC dan pada teras 29.8 oC. aliran
panas udara dalam ruangan.Laju panas berkisar 600 hingga 900 W m-2, mengenai
bidang bangunan.
a) Distribusi suhu 0,5 m b) Distribusi suhu 1 m
c) Distribusi suhu 2 m d) Distribusi suhu 3 m
Gambar 63 Ilustrasi tampak atas kontur antara suhu dan magnifican heat fluxketinggian 0.5; 1; 2; dan 3 m terhadap MHF.
102
3. Hubungan viskositas dan magnifican mass flux dapat dilihat dibawah ini
Tabel 16 Hubungan antara viskositas terhadap magnifican mass flux
Item x y zViskositas
x y zViskositas
Jarak m m m N.s m-2 Mini m m m N.s m-2 MaksiY0.5 1.41 0.5 -2.7 1.845E-5 luar 1.41 0,5 -2.7 2.19E-5 luar
Y1m 1.41 1 -2.7 1.845E-5 luar 0.11 1 4.91 2.21E-5 dalam
Y2m 1.03 2 -2.7 1.845E-5 luar 0.11 2 4.91 2.21E-5 dalam
Y3m 1.41 3 -2.7 1.845E-5 luar -0.933 3 5.15 2.43E-5 luar
a) Distribusi suhu 0,5 m b) Distribusi suhu 1 m
c) Distribusi suhu 2 m d) Distribusi suhu 3 m
Gambar 64 Ilustrasi tampak atas antara viskositas dan magnifican mass fluxpada ketinggian 0.5; 1; 2; dan 3 m.
103
4. Hubungan suhu radian terhadap magnifican heat flux
Tabel 17 Hubungan antara suhu radian terhadap magnifican heat flux
Item m m m oC Minim m m m oC MaksiJarak x y z x y z
Y0.5m -0.34 0.5 3.6 25 Luar 0.11 0.5 4.91 113 dalam
Y1m -0.55 1 3.6 25 Luar 0.11 1 4.91 119 dalam
Y2m 1.41 2 -0.83 26.1 Luar 0.11 2 4.91 119 dalam
Y3m 2.04 3 -0.82 26.2 Luar -0.93 3 5.15 174 Luar
a) Ketinggian 0.5 m b) Ketinggian 1 m
c) Ketinggian 2 m d) Ketinggian 3 m
Gambar 65 Ilustrasi tampak atas perubahan suhu mean radian ketinggian 0.5;1 m; 2 m; dan 3 m
104
5. Hubungan kenyamanan (PMV) terhadap magnifican heat flux
Tabel 18 Hubungan rasa kenyamanan (PMV) dan kecepatan aliran udara
Item x y z PMV x y z PMV
Jarak m m m Minim m m m Maksi
Y0.5m 2.7 0.5 -0.83 -4 luar 0.34 0.5 4.91 3.79 luar
Y1m 2.69 1 -0.83 -4 luar 0.34 1 491 4 luar
Y2m 2.69 2 -0.83 -4 luar 0.34 2 4.91 4 luar
Y3m 2.69 3 -0.83 -4 luar -1.14 3 4.47 4 luar
a) Ketinggian 0.5 m b) Ketinggian 1 m
c) Ketinggian 2 m d) Ketinggian 2 m
Gambar 66 Ilustrasi tampak atas ilustrasi kenyamanan terhadap kecepatan aliranudara pada ketinggian 0.5 m;1 m; 2 m; dan 3 m
105
Pada bagian dalam ruang tamu ternyata mempunyai nilai PMV = 0.791,
lebih rendah dari luar yang sangat panas dan dibagian ruang tidur mempunyai
nilai PMV sebesar 1.7 dan titik lain dapat dilihat pada tabel 19.
6. Hubungan antara rasa kepuasan (PPD) dan kecepatan aliran udara
a) ketinggian 0.5 m b) ketinggian 1 m
c) ketinggian 2 m d) tinggi 2 m terhadap kecepatan udara
Gambar 67 Hubungan antara rasa kepuasan (PPD) dan kecepatan aliran udara
106
Tabel 19 Hubungan rasa kepuasan (PPD) dan kecepatan aliran udara
Item x y z PPD x y z PPD
Jarak m m m Minim m m m Maksi
Y0.5m 2.69 0.5 -0.83 0 luar 3.39 0.5 -2.66 100
Y1m 2.69 1 -0.83 0 0.36 1 4.91 100
Y2m 2.69 2 -0.83 0 0.36 2 4.91 100
Y3m 2.69 3 -0.83 0 0.36 3 4.91 100
Gambar 68 Ilustrasi tampak atas kontur solar visualisasi di bidang Y = 2 m
Solar viskositas yang nilai minimum = 0 (non dimensi) terletak di posisi di
luar bangunan (x =-1.09; y=2; z=-1.21) m, dan nilai maksimum = 1 terletak di (x
= -8.85; y = 2; z =-6.16) m juga terletak di luar bangunan.
Bangunan 2 kamar dengan semua jendela terbuka
Analisis pada bangunan 2 kamar di mana seluruh elemen jalusi dan jendela
dari bangunan terbuka agar masuk udara dari ventilasi lebih banyak dapat
menjabarkan sebagai berikut
107
Gambar 69 Grafik distribusi perubahan suhu pada y = 0.53
Gambar 70 Ilustrasi tampak atas distribusi perubahan suhu pada y = 0.53
Untuk bangunan percobaan 2 kamar tanpa plafon, aliran udara terus menuju
atap (kode percobaan RTG 81). Suhu maksimum untuk y = 0.53 adalah 29.9 oC
pada posisi (x= 0.50; y= 0.53; z= 2.17) dan nilai minimum adalah 23 oC pada
posisi (x= -0.386; y= 0.53; z= 3).
108
Gambar 71 Grafik distribusi perubahan suhu pada y = 1.73
Gambar 72 Ilustrasi Tampak atas distribusi perubahan suhu pada y = 1.73
Suhu maksimum untuk y = 1.73 adalah 29.9°C pada posisi (x= 0.502;
y=1.73; z=2.18) m dan minimum adalah 24 oC pada posisi (x=-0.386; y=0.53;
z=3) m
109
Gambar 73 Ilustrasi tampak atas distribusi perubahan suhu pada y = 2.98
Suhu maksimum untuk y = 3.3 adalah 28 oC pada posisi (x= 0.502; y=3.3;
z=-2.11) m dan minimum adalah 28 oC pada posisi (x=3.37; y=3.3; z=-2.11) m.
Fluid properti bahwa konduktivitas pada suhu yang diajukan 25 oC adalah suhu
independen
Tabel 20 Perbandingan antara nilai suhu antara perhitungan dan pengukuran
sumbu m m m m m m m m m m m m
x 0.0 0.0 0.6 4.3 0.0 4.3 4.3 5.5 5.5 1.9 4.3 4.3
z 0.0 1.9 1.5 1.5 -0.2 0.0 1.5 0.0 1.5 1.5 1.5 1.5
y 0.53 0.53 0.53 0.53 0.53 1.7 1.73 1.73 1.73 1.73 1.73 3.39
Hitung Y1.73 28.0 28.0 28.0 28.1 28.0 28.3 28.1 28.2 28.1 28.2 28.1 28.1
Hit Y0.53 28.0 280 28.0 28.1 28.0 28.3 28.1 28.2 28.1 28.2 28.1 28.1
Ukur 23.2 23.2 23.2 27.1 23.5 25.5 26.1 25.5 27.4 25.8 25.9 25.8
Perhitungan sangat dipengaruhi oleh nilai dugaan awal pada batasan yang
diberikan, di mana nilai batas limit awal yang diberikan adalah 25 oC, sesuai
dengan nilai rata -rata pengukuran
Setiap perubahan dalam batas jarak dengan grid 0.1 m telah sangat besar.
Pada pengukuran adalah ketepatan posisi, sedangkan analisis CFD merupakan
perhitungan dengan variabel yang sangat banyak, sehingga nilai pindah panas
110
yang dipengaruhi oleh analisis radiasi satu hari (12 jam) akan berbeda dengan
analisis pada saat itu, posisi juga akan mempengaruhinya. Pada rumus gas ideal
PV = nRT, bila volume dan jumlah massa dalam bangunan tetap maka hanya
tergantung kepada suhu dan tekanan.
Gambar 74 Grafik distribusi perubahan tekanan pada y = 2.98
Bangunan kayu transmigrasi 2 kamar tanpa pemukim
Gambar 75 Grafik distribusi perubahan tekanan pada y = 1 m
Arah vektor kecepatan aliran udara, berwarna hijau muda dengan kecepatan
berkisar kurang dari 1 m, arah dari bagian bawah bangunan berarti tanah lebih
lembab, udara menuju atap. Suhu di bagian tengah bangunan menuju bagian atas
bangunan
111
Tabel 21 Nilai aliran udara di lokasi ilustrasi Gambar 75
Item pada jam 11siang X Y Z Keterangan
Aliran udara ruang min <1 m s-1 1.87 0.25 (biru)
Plafon : Aliran udara (Tr) min =1m s-1 1.02 3 -3.5 Di luar bangunan
Analisis menunjukkan bahwa pada ketinggian y = 3 meter gerakan aliran
udara bergerak menuju plafon yang dilanjutkan pada arah atap dengan prakiraan
1 m s-1 Aliran udara ruang minimum kurang dari 1 m s-1 pada posisi x = 1.02
meter, y = 3 meter, dan z = -3.5 meter di bawah bangunan dan terjadi suhu sekitar
30 °C (warna kuning kehijauan). Pada pintu depan terdapat jalusi dengan warna
biru. Hal ini menunjukkan udara sekitar 28 °C (biru) yang berarti suhu di dalam
hampir sama dengan suhu di luar (belum terjadi pindah panas). Pada bagian
bangunan wuwungan (hijau kekuningan) yang berarti terjadi perbedaan suhu luar
dan dalam. Arsitektur modern sering memanfaatkan attic (para-para) sebagai area
ruang keluarga. Sebagian ruang attic lebih panas dari udara luar dengan perbedaan
berkisar 2 °C. Karyono (2004) menunjukkan batas ambang kenyamanan orang
tinggal sebesar 26.8 °C.
Pada bagian lapisan bangunan dengan ketinggian 1 meter masih
menunjukkan suhu 30 °C yang sama dengan udara luar. Ilustrasi ini dipengaruhi
oleh radiasi lantai ke dalam ruang yang belum dapat menaikkan suhu ruang
bangunan. Dari analisis numerik dan pindah panas sudah ada energi input dari
udara luar yang masuk ruangan tetapi tidak mampu menaikkan suhu ruang itu
sendiri. Perlu didekati lebih lanjut energi yang datang dari lantai yang akan
mempengaruhi suhu ruang (Tr) tetapi belum juga dapat menaikkan suhu ruang.
Pengaruh energi dari intensitas radiasi yang jatuh pada lantai mempengaruhi
bentuk dan besaran besaran jendela kaca yang dibuat. Walaupun jendela dan pintu
yang tertutup, aliran udara dapat masuk melalui jalusi dan atau dari peralatan yang
ada. Arah aliran udara dijabarkan pada arah membujur.
Pengaruh udara luar ke bagian attic yang suhunya lebih dingin akan terjadi
stagnasi udara segar maka diperlukan alat mekanis agar terjadi sirkulasi yang
baik. Dapat juga pembukaan jendela agar terjadi sirkulasi yang baik sesuai dengan
posisi.
112
Gambar 76 Gambar scalar arah sumbu X di tengah ruang bangunan Transmigrasi2 kamar.
Tabel 22. Nilai aliran udara hasil analisis Gambar 76
Lokasi Kecepata aliran udara(ms-1) WarnaLantai <0.222 biruRuangan <0.889 KuningAtap >2 Merah
Tabel 23 Hasil analisis CFD di lokasi Gambar 76
Item pada jam 11siang Suhu X Y Z Keterangan /Ulasan
Suhu ruang (Tr min), sekat 37.3°C 1.87 0.25 biru, suhu 23.3-28.3°C
Suhu ruang (Tr max) sekat 47.7°C 4.4 0.25 (merah)
Suhu ruang (Tr), plafon, min 42.5°C 1.02 3 -3.5 Di luar bangunan
Suhu ruang (Tr), plafon, max > 60°C 4.43 3 2.9 Diatas bangunan (merah)
Analisis ilustrasi Gambar 87 menunjukkan bahwa dapat diperhitungkan
dengan asumsi tekanan maka terjadi perubahan suhu sekitar 2-3 °C yang dapat
mendorong udara untuk terjadi sirkulasi. Aliran udara tetap mengarah ke barat
pada sumbu menembus bangunan. Sirkulasi ini menganjurkan pada perencana /
arsitek untuk melakukan perhitungan seksama pada bagian timur bangunan yaitu
membuat jendela lebih besar pada arah barat dan memecahkan aliran udara
menjadi lebih kecil dibagian timur dengan perhitungan :
113
Menurut Hukum Keseimbangan Energi I, P1V1 = mRT1 yang konstan.
Secara sederhana V1/T1 = V2/T2; dan tekanan yang berbanding terbalik dengan
suhu dan volume. Asumsi maksimum tekanan dalam ruang adalah separuh dari
pertambahan tekanan atmosfer luar dan dalam. Perbedaan ketinggian bangunan
(y) hendaknya ditentukan oleh perbedaan suhu dan tekanan yang terdapat dalam
lingkungan tersebut. Selanjutnya dianjurkan pada arsitek dan perencana untuk
menghitung ketinggian dan/atau lereng atap.
Desain bangunan dengan atap yang curam perlu diimbangi dengan material
penutup atap yang berat seperti genting beton atau keramik. Walaupun
keseimbangan ini perlu memperhatikan tegangan izin dan daya dukung tanah
dalam menahan beban.
a Hal ini perlu diperhatikan bahwa bukan hanya perubahan tekanan yang
dapat mendorong udara keluar tetapi lebih tergantung pada perubahan suhu.
Karena yang dominan adalah pancaran suhu pengaruh radiasi sinar surya.
Tekanan aliran udara tidak mampu menembus dinding bangunan sedangkan
dinding terpanasi sehingga terjadi pembelokan arah aliran pindah panas (A)
dan (B) terjadi aliran udara yang semakin kecil (perubahan warna panah 0.1
m s-1).
b Perhitungan dengan suhu di luar ruangan lebih dari 60 oC adalah pernyataan
suhu surface diatas permukaan atap, untuk x=1 m ; diposisi (x=1, y= 3.24, z
= 2.81) m .
c Aliran udara masuk dari arah barat (-x) dan kecepatan angin sebesar 2 m s-1
di luar bangunan dan di dalam bangunan yang masuk jadi sekitar 0.22 m s-
1. terjadi hambatan pada ujung atap yang bersuhu dingin, atau ada benturan
aliran udara diujung atap sehingga terjadi penurunan suhu mencapai 25 oC;
pengaruh perubahan suhu ini akan mempengaruhi beban angin pada
bangunan.
114
Gambar 77 Scalar suhu dan vektor aliran udara (panah), di sumbu Z =1 m, tengahruang bangunan percobaan 2 kamar tanpa pemukim A ditepi atap, Bdi ruang attik
Gambar 78 Scalar suhu dan vektor aliran udara (panah), di sumbu z = 2 m,tengah ruang bangunan percobaan 2 kamar.
Dinyatakan dalam konstruksi bangunan oleh ahlinya muatan angin, di mana
daerah yang agak jauh dari laut bertekanan berkisar P = 25 (kg m-2); pada bentuk
atap segitiga dengan sudut kemiringan α < 65 derajat, pada bidang muka koefisien
B
A
B
A
115
angin akan mencapai α = -0.4, dengan rumus ideal PV = mRT dengan
berkurangnya suhu maka tekanan akan membesar, sehingga pada ujung atap di
mana terjadi pengurangan suhu sekitar 30 oC menjadi 25 oC atau perbedaan 5 oC
akan menambah tekanan pada atap bangunan dan tekanan tambahan ini harus
dapat ditanggung oleh atap sebagai beban kejut. Beban ini akan mendorong dan
mempengaruhi sambungan kayu pada konstruksi balok papan 2/20 dimana terjadi
momen pada sambungan. Prakiraan ini tentu akan menjadi menambah nilai dalam
perencanaan bangunan. Pada arah dorongan bila hanya pada satu sisi barat, maka
arah angin belum mempengaruhinya.
Pada dinding tengah/sekat diperoleh hantaran panas dari arah cartesian x,
terjadi hambatan pada aliran udara 2 m s-1 di bagian atap dan dibagian dalam
bangunan tetap sekitar 0.22 m s-1 dan aliran pada bagian pintu dinding tengah
berjalusi terbuka sekitar 0.889 m s-1. Pada posisi dinding tengah suhunya merata
berkisar 30.1 oC. Aliran udara bergerak naik menjadi udara dingin keatas berbaur
dengan udara luar mencapai suhu sekitar 30 oC, ternyata pada sumbu z = 1 m dan
z= 2 m, terjadi tumbukan aliran udara sehingga udara aliran dapat mencapai
sekitar suhu 30 oC, maka kenyamanan kurang dinginkan.
Posisi suhu maksimum di x, y, z = 3; 3.15; 2.52 dan minimum di 3; 3.15;
0.055 m, hambatan yang terjadi dinding muka menyebabkan suhu dalam
bangunan sekitar 29 oC atau 1 oC lebih rendah dari udara lingkungan walaupun
aliran udara cukup kencang sekitar 2 m s-1.
Geseran udara pada tepian dinding muka menyebabkan tekanan dan suhu
menjadi lebih dingin. Prakiraan ini dapat mencapai 21 oC maka dapat
diperhitungkan nilai tekanan geseran yang terjadi atau P1/T1 = P2/T2 atau
geseran berubah menjadi 0.7 kali dari tekanan semula.
116
a. Tinggi Y=0.1m b. tinggi Y=0.66 m .
c. tinggi Y = 2 m
Gambar 79 Ilustrasi perubahan suhu karena kecepatan aliran udara menurutketinggian
Bila penampang 2/20 maka beban tegak lurus arah serat kayu menjadi
Wx=1/6 b.h2 atau 133 kg cm-2 dan cukup menahan tekanan yang terjadi oleh
angin. Dari ilustrasi diatas adanya terjadi perputaran suhu terjadi ditengah
ruangan untuk jarak z = 1 dan z =2 m, tetapi juga dipengaruhi oleh aliran yang
masuk dari bidang Z , aliran udara 1 m s-1 cukup memadai dalam bangunan untuk
orang yang tinggal dalam bangunan itu.
Pada bagian bawah bangunan ada udara mengalir dari bagian ruangan
keluar ke lingkungan berarti tekanan di dalam lebih besar, maka perlu ditinjau
dari proses penjabaran tekanan dan akan dibahas pada perubahan tekanan.
Hasil dapat terlihat pada banyak titik dengan suhu lebih rendah dari suhu
luar, bila dituangkan dalam bentuk grafik seperti Gambar 80.
117
Gambar 80 Ilustrasi perbedaan suhu di sumbu x, menurut ketinggian bangunan
Grafik ini.pemetaan hasil menunjukkan bahwa bagian bawah dari bangunan
masih mempunyai suhu dibawah standart yang digunakan oleh Harso (2003) atau
suhu kenyamanan 26.8 oC, dan suhu tidak merata. Dengan perbedaan suhu dan
tekanan maka udara akan lebih bergejolak.
Rumah pemukiman dengan tatanan 3 buah kamar
Rumah ini menunjukkan penambahan ruangan kamar ke tiga, dibagian
belakang menjadi bangunan tambahan. Perubahan–perubahan lingkungan yang
terjadi dalam bangunan dengan tiga kamar disajikan pada Gambar-Gambar
dibawah ini.
Gambar 81 Ilustrasi perubahan suhu pada rumah transmigrasi 3 kamar
118
Perubahan suhu berfluktuasi dari 24 oC hingga 34 oC dan menjadi bagian
yang terdingin adalah diruang tamu bagian belakang dan yang terpanas dibagian
sisi kiri yang terkena sinar matahari.
Gambar 82 Ilustrasi perubahan tekanan pada rumah transmigrasi 3 kamar
Perubahan tekanan terrendah terjadi dekat dengan lantai dan dekat dengan
sekat ruang kamar tidur diperoleh tekanan hisapan dengan nilai negatif,
sedangkan untuk ketinggian tubuh orang tersebut mendekati tekanan udara luar.
Laju panas yang diterima pada sisi kanan bangunan pada sisi kanan
Gambar 83 Ilustrasi perubahan magnitude heat flux rumah transmigrasi 3 kamar
119
Gambar 84 Ilustrasi perubahan kecepatan aliran udara arah memanjang sumbu x=3 m rumah transmigrasi 3 kamar
Di bagian dalam bangunan hampir merata dan sisi terluar menunjukkan
perubahan yang cukup berbeda
Gambar 85 Ilustrasi perubahan kecepatan aliran udara arah memanjang Z rumahtransmigrasi 3 kamar
Gambar 86 Ilustrasi perubahan kecepatan aliran udara rumah arah memanjangsumbu Y bangunan rumah transmigrasi 3 kamar
120
Gambar 87 Ilustrasi perubahan kecepatan aliran udara menyeluruh rumahtransmigrasi 3 kamar
Gambar diatas menunjukkan kecepatan aliran udara semakin jauh dari
permukaan tanah ternyata kecepatan aliran udara semakin rendah/ hingga tercapai
0.1 m s-1.
Tabel 24 Perubahan suhu minimum dan maksimum menggunakan CFD rumah
kayu
Item x z Tr minim X z Tr MaksiJarak m m oC m m oC0.5 -0.33 3.6 25 luar 0.088 4.91 153 luar1 -0.59 3.6 25 luar 0.088 4.91 149 luar2 1.41 -2.7 25 luar 0.088 4.91 145 luar3 1.41 -2.7 25 luar 2.5 5.2 178 luar
Analisis Bangunan Atap Rangkap (Kode RTG 8 Atap rangkap 300911)
Hasil pendekatan analisis CFD diperoleh kondisi yang terbaik pada
beberapa titik pengamatan lihat dari table 8 hingga Tabel 12 menunjukkan
bangunan dengan atap rangkap dapat merubah suhu karena pengaruh aliran, dan
diberikan naungan pepohonan dan elemen bangunan dinding yang terbagi sesuai
tata letak bangunan. Hasil yang diperoleh di ilustrasikan di Gambar ini.
121
1 Hubungan suhu ruang dengan kecepatan aliran udara dan Alir pada MHF
a) Ketinggian 0.5 m b) Ketinggian 1m
c) Ketinggian 2 m d) Ketinggian 3 m
Gambar 88 Ilustrasi tampak atas hubungan suhu ruang atap rangkap dengankecepatan aliran udara pada MHF
122
Tabel 25 Hubungan suhu ruang dengan kecepatan aliran udara pada MHF
Item x z Tr minim X z Tr MaksiJarak m m oC m m oC0.5 -0.33 3.6 25 luar 0.088 4.91 153 luar1 -0.59 3.6 25 luar 0.088 4.91 149 luar2 1.41 -2.7 25 luar 0.088 4.91 145 luar3 1.41 -2.7 25 luar 2.5 5.2 178 luar
Hasil pada ketinggian 0.5 m hingga 1 m, suhu diruang tamu mencapai 25.7-
26.8 oC jadi termasuk pada kategori suhu yang nyaman sedang di ruang tidur bisa
mencapai 27.8-32.2oC , berarti sudah tak nyaman dan perlu dikendalikan dengan
cara membuka jendela dan jalusi. Pada ketinggian ruang 2 m dan 3 m sebagian
lokasi masih nyaman tetapi ruang tidur memang sudah panas. Perubahan suhu
berkisar 4oC hingga 5oC.
Pencapaian puncak untuk titik terpanas dan terdingin, lihat pada tabel diatas
yang menunjukkan semua kondisi tersebut diluar bangunan.
2 Hubungan antara kecepatan aliran udara pada magnifican heat flux (MHF).
Tabel 26 Hubungan kecepatan aliran udara pada MHF
Item x z Alir x z AlirJarak m m m/s Minim m m m/s MaksiY0.5m -0.34 3.6 0 luar -1.5 7.15 3.31 luarY1m -0.34 3.6 0 Dalam -1.5 7.15 3.31 luarY2m -0.93 5.15 0 Luar 0.99 9.15 3.3 luarY3m -0.34 3.6 0 Luar 9.4 7.15 3.3 luar
Hasil pada ketinggian 0.5 m hingga 1 m, suhu diruang tamu mencapai 0.287
m s-1 hingga 0.364 m s-1 jadi termasuk pada beberapa lokasi termasuk kategori
aliran udara yang nyaman sedang di ruang tidur bisa mencapai 0.12 m s-1 hingga
0.296 m s-1, dilihat dari warna kontur ungu berarti sudah tak nyaman dan perlu
dikendalikan dengan cara membuka jendela dan jalusi. Pada ketinggian ruang 2 m
dan 3 m sebagian lokasi masih nyaman tetapi ruang tidur memang sudah panas.
123
Energi yang perlu dibuang adalah Q = m Cp dT dan nilai berkisar 5 kcal s-1
oleh aliran udara. Pencapaian puncak untuk titik terpanas dan terdingin, lihat pada
tabel diatas yang menunjukkan semua kondisi tersebut diluar bangunan.
a) Ketinggian 0.5 m b) Ketinggian 1 m
c) Ketinggian 2 m d) ketinggian 3 m
Gambar 89 Ilustrasi tampak atas hubungan kecepatan aliran udara danMHF
124
3 Hubungan PMV dan kecepatan aliran udara dapat dilihat dibawah ini
Tabel 27 Hubungan rasa kenyamanan (PMV) dan kecepatan aliran udara
Item x z PMV x z PMVJarak m m Minim m m MaksiY0.5m 2.5 -0.83 -4 luar 0.34 4.9 >4 luarY1m 2.5 -0.83 -4 luar 0.34 4.9 >4 luarY2m 2.5 -0.83 -4 luar 2.87 5.3 >4 luarY3m 2.5 -0.83 -4 luar 2.87 5.22 >4 luar
a) Ketinggian 0.5 m b) Ketinggian 1 m
c) Ketinggian 2 m d) Ketinggian 3 m
Gambar 90 Ilustrasi tampak atas hubungan kecepatan aliran udara danPMV
125
Menurut Settles G. 2011. Ada hubungan antara PMV dan kecepatan aliran
udara, hasil pada ketinggian 0.5 m hingga 1 m, suhu diruang tamu mencapai 0.287
m s-1 hingga 0.364 m s-1 jadi termasuk pada beberapa lokasi termasuk kategori
aliran udara yang nyaman sedang di ruang tidur bisa mencapai 1.8 (non dimensi),
dilihat dari warna hingga hijau pada kontur, berarti sudah tak nyaman dan perlu
dikendalikan dengan cara membuka jendela dan jalusi. Pada ketinggian ruang 2 m
dan 3 m sebagian lokasi masih nyaman tetapi ruang tidur memang sudah panas.
Penambahan aliran perlu diperhitungkan juga dari energi yang dihasilkan
bila menggunakan rumus Q = m Cp dT maka perubahan masa udara harus sesuai
dengan kecepatan aliran yang mana juga nilainya kecil jadi kurang memadai, bila
ingin dingin mempercepat pergerakan aliran udara sehingga uap air pada
permukaan kulit dengan mudah dapat teruapkan. Pencapaian puncak untuk titik
terpanas dan terdingin, lihat pada tabel diatas yang menunjukkan semua kondisi
tersebut diluar bangunan.
4 Hubungan antara rasa kepuasan (PPD) dan kecepatan aliran udara
Tabel 28 Hubungan rasa kepuasan (PPD) dan kecepatan aliran udara
Item x z PPD x z PPD
Jarak m m Minim m m Maksi
Y0.5m 2.49 -0.82 0 Luar 0.305 4.91 100 Luar
Y1m 2.49 -0.82 0 Luar 0.305 4.91 100 Luar
Y2m 2.49 -0.82 0 Luar 0.0002 3.05 100 Luar
Y3m 2.49 -0.82 0 Luar -1.14 5.15 100 Luar
126
5 Hubungan viskositas dan magnifican mass flux dapat dilihat dibawah ini
Tabel 29 Hubungan viskositas dan magnifican mass flux
Item x z Vis x z Vis
Jarak m m Minim m m Maksi
Y0.5m 1.41 -2.66 1.84E-5 Luar 0.09 4.91 2.35E-5 luar
Y1m 1.41 -2.66 1.84E-5 Luar 0.09 4.91 2.35E-5 luar
Y2m 1.41 -2.66 1.84E-5 luar 0.09 4.91 2.35E-5 luar
Y3m 1.41 -2.66 1.84E-5 luar 0.09 4.91 2.35E-5 luar
6 Hubungan suhu radian terhadap magnifican heat flux
Tabel 30 Hubungan suhu radian terhadap magnifican heat flux
Item x z Trad x z Trad
Jarak m m Minim m m Maksi
Y0.5m -0.34 3.6 25 luar 0.09 4.91 153 luar
Y1m -0.58 3.6 25 luar 0.09 4.91 149 luar
Y2m 0.76 -0.82 26.1 luar 0.09 4.91 145 luar
Y3m 0.09 -0.82 26 luar 2.87 5.22 127 luar
127
Tabel 31 Ringkasan analisis CFD untuk berbagai bentuk rumah kayu
Z X Y T jm 12 T jm 13 TR CFD ZV YV XV AliranKerapatan Tekanan Visko Turbv
BedaSuhu Error
Energy
cm cm cm o C o C o C m/s m/s m/s m/s kg/3 Pa N s/ m^2 N s/ m^2 o C %
Atap 2 216.0 135.0 191.7 30.4 30.8 26.6 0.1 -0.3 -0.1 0.6 1.2 1.5 0.0 0.0 4.2 13.6 3.7Kayu K 132.1 165.7 156.9 29.6 30.1 28.4 0.1 -0.1 0.1 0.6 1.2 3.0 0.0 0.0 1.2 3.7 1.4
Kέ 69.1 189.3 141.4 28.5 29.2 34.3 0.9 -0.4 -0.2 1.4 1.1 0.2 0.0 0.0 -5.8 -20.5 -3.2Lantai 69.1 189.3 141.4 28.5 29.2 33.2 0.9 -0.4 -0.2 1.4 1.2 -0.2 0.0 0.0 -4.7 -16.8 -2.6
Pangung 131.5 188.7 120.5 30.7 31.9 28.1 0.1 0.0 0.0 0.4 1.2 0.0 0.0 0.0 2.5 7.1 1.0Pohon 286.5 120.5 202.9 30.7 31.1 31.7 0.0 0.0 -1.2 0.3 1.2 1.2 0.0 0.0 -1.0 -3.4 -0.1
½ Tmbk 69.1 189.3 141.4 28.2 29.9 29.9 0.7 -0.3 -0.1 1.5 1.1 1.4 0.0 0.0 -1.6 -5.9Tembok 69.1 189.3 141.4 29.9 28.8 30.5 0.7 -0.2 -0.2 1.2 1.2 0.5 0.0 0.0 -0.6 -6.2 -1.1
Catatan : Hasil diatas menunjukkan rata-rata yang terjadi dalam bangunan kayu dengan kelima bentuk diatas berkisar 28,2oC
dengan suhu awal 25 oC pada jam 6 pagi hingga 34.3oC pada siang hari dengan suhu 28oC.
128
Dari ilustrasi Tabel 31 dapat digambarkan perbedaan suhu di luar dan dalam
bangunan.
a. rumah kayu pada atap rangkap b. rumah + lantai kayu
c. rumah kayu + lantai mortar d. rumah panggung kayu
Gambar 91 Ilustrasi di atas perbedaan suhu yang bisa dicapai untuk masing-masingbentuk rumah.
Kesimpulan dan Saran.
Kesimpulan
1 Dalam perasaaan sensasi manusia terhadap termal dinyatakan oleh Fanger
dengan angka, nilai yang terjadi pada pemukim rumah kayu sekitar diatas
satu, berarti rumus Fanger berlaku untuk bangunan kayu ini.
2 Di Bogor pada sekitar waktu penelitian mempunyai suhu awal 30 °C dengan
suhu operasi 27.5°C. Penggunaan rumus Fanger berdasarkan nilai suhu juga
dapat diterapkan ditempat lain dengan batas suhu yang sama yaitu 28- 30oC.
129
3 Hasil analisis Peng Chen (2002), mengenai metabolisme tubuh manusia,
yang dapat dihitung pada suhu ruang 30 oC pada pagi hari antara jam 7
hingga jam 10, dapat dinyatakan bahwa nilai laju yang tersimpan dalam
ruang adalah 6.1 W m-2. Laju panas radiasi yang bergerak dalam ruang
sekitar 30.3 W m-2 terjadi konveksi yang memansakan ruangan sebesar 44.3
W m-2.
4 Intensitas radiasi masuk dalam bangunan berkisar 300 W m2 s-1 hingga 500
W m-2 s-1 dan ini menjadi tumpuan untuk analisis laju pindah panas yang
terjadi dalam ruang bangunan pada bagian Bab 3 dan pendugaan untuk
tahap pendinginan lanjut.
5 Metabolisme tubuh dalam keadaan berpakaian adalah sekitar 57.9 W.m-2.
Nilai kenyamanan yang diperoleh (PMV) adalah 1.17 ukuran tingkat
kepuasan PPD 34%. Aliran udara yang terjadi dari 0.1-1.2 m s-1, Panas
evaporasi tubuh manusia dalam ruang bangunan berkisar 27.3 W m-2.
6 Laju konveksi yang perlu dihilangkan adalah dari Tabel 22 menghasilkan
laju berkisar antara 6.1- 44.3 W m-2 yang perlu dihilangkan. Dan dari
metabolism mencapai 57.9 W m-2.
Ilustrasi dilantai bangunan arah isometri, denah dan tampak muka
bangunan dilihat dari penampakan dari sisi Cartesian X,Y,Z, seperti terlihat
1 Pada gambar ilustrasi 62 sampai dengan gambar 67, menunjukkan
parameter terhitung s.
2 Analisis distribusi suhu, magnificent flux radiasi surya, kecepatan angin,
arah angin, tekanan udara , lebih detil tertera pada lampiran 14 hingga 21.
3 Didalam Rumah Petani di Pedesaan, rasa sesnsasi manusia terhadap termal
dinyatakan angka Fanger, hasil menunjukkan pada pemukim rumah kayu
sekitar diatas satu, maka kondisi bagnunan kayu ini hangat.
4 Aliran masuk ruangan dengan kecepatan aliran sekitar 0.1-12 m s-1
dipadukan dengan pengukuran BMG 0.15 m s-1 ternyata tidak ada di dalam
kurva Cheung, sudah pasti tidak akan memberikan kenyamanan bagi orang
yang tinggal dalam bangunan tersebut sebab suhu mencapai 30 °C.
5 Kelembaban berkisar 80% pada siang hari. Kondisi ini akan membuat
pemukim merasa kepanasan meskipun dinding kayu adalah konduktor yang
130
baik tetapi aliran pergantian udara per satuan waktu (arch) yang diperlukan
adalah empat kali per jam sudah terpenuhi, tetapi perembesan uap air di
permukaan kulit pemukim masih ada.Hal ini petani transmigran yang
tinggal di daerah yang lebih panas dari Bogor dan kelembaban yang rendah
untuk pemukim tersebut mengalami penguapan permukaan kulit yang cukup
banyak.
6 Ditambah dengan petani yang bekerja keras di lapangan dengan intensitas
radiasi matahari yang sangat tinggi terjadi pembakaran metabolism tubuh
yang berlebihan. Mikro-klimat ini menyebabkan kelelahan maka pada saat
istirahat perlu keseimbangan antara makanan dan metabolisme yang terjadi,
naungan dapat ditambahkan untuk pembukaan facade di teras agar
memberikan hambatan pada sinar surya yang dating dan emisi yang rendah
pada bangunan tersebut. Kebutuhan aliran udara ini mengimbangi terjadinya
penguapan pada permukaan kulit.
7 Kaitan dengan Ecohouse untuk mengetahui dan menjelaskan pindah panas
pada rumah percobaan konstruksi kayu untuk perencanaan bangunan Eco-
house sesuai kaidah SNI dengan metoda finite difference diperoleh satu
bidang Cartesian yaitu perubahan antara sumbu x untuk waktu dan sumbu y
untuk besaran yang diperlukan, seperti suhu atap menjadi 60 oC .
8 Analisis termal secara finite volume menggunakan software CFD , pindah
panas pada model selubung rumah percobaan konstruksi kayu untuk
perencanaan bangunan Eco-house dalam model bangunan rumah percobaan
pada bab satu dengan luas lantai 6 x 3 meter dengan berbagai bentuk seperti
rumah kayu dengan lantai mortar, panggung , rumah beratap rangkap
ternyata rumah beratap rangkap yang sangat memberikan kenyamanan.
9 Boundary condition dibuat sesuai hasil pengukuran dan berdasarkan
perlakuan sifat dinamika udara, hantaran panas, massa, dan kecepatan aliran
udara pada saat pengukuran.
10 Analisis termal pada kondisi yang dinamis dalam rancangan model di atas
dan validasi model ini diilustrasikan pada bangunan rumah transmigran
yang sesuai dengan bangunan percobaan, sehingga manfaat program CFD
cukup besar dan dapat digunakan lebih baik dan cepat.
131
11 Hasil ilustrasi menjadi dasar perencanaan model bangunan yang dapat
dijadikan pertimbangan untuk instansi yang berwewenang , dimana
rancangan nya terlebih dahulu diperhitungkan dengan CFD agar memenuhi
syarat kenyamanan pemukim dan pindah panas pada rumah konstruksi kayu
untuk perencanaan Eco-house sesuai kaidah SNI
Saran :
1 Disarankan untuk mengkaji lebih lanjut energi dari pergerakan aliran udara
yang dibutuhkan oleh para petani agar metabolisme tubuh petani yang
bekerja keras dapat diimbangi sehingga kenyamanan dapat tercapai, dengan
membuat alat pendinginan mekanis tapi murah.
2 Nilai metabolism sangat dipengaruhi oleh psikologi dan proses
kemasyarakatan yang semula dan akan berubah berdasarkan habituasi. Hal
ini masalah sosial daerah, maka perlu perbaikan tata guna lahan
perkampungan petani dengan cara memberi naungan yang padat untuk
memperoleh suhu sesuai kebutuhan petani.
3 Hubungan antara pemakaian energi untuk kehidupan orang Indonesia,
negeri tropis berbeda dengan subtropics, maka perlu suatu disain yang
menghitung jumlah metabolisme kegiatan masing-masing kegiatan dengan
karakteristik orang Indonesia.