ANALISIS KENYAMANAN TERMAL GEDUNG KULIAH B1IPB BERATAP TANAMAN DENGAN TEKNIK SIMULASI BERBASIS COMPUTATIONAL FLUID DYNAMICS
MAULIYAWAN ILHAM
DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL DAN LINGKUNGAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2013
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Analisis Kenyamanan Termal Gedung Kuliah B1-IPB Beratap Tanaman dengan Teknik Simulasi Berbasis Computational Fluid Dynamics adalah benar karya saya dengan arahan dari pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini. Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut Pertanian Bogor. Bogor, Juni 2013 Mauliyawan Ilham NIM F44090017
ABSTRAK MAULIYAWAN ILHAM. Analisis Kenyamanan Termal Gedung Kuliah B1-IPB Beratap Tanaman dengan Teknik Simulasi Berbasis Computational Fluid Dynamics. Di bawah bimbingan Meiske Widyarti. 2013. Atap hijau (green roof) merupakan atap bangunan yang ditutupi dengan vegetasi. Tipe atap ini banyak digunakan sebagai bangunan yang ramah lingkungan karena dapat menekan penggunaan energi dan meminimalkan dampak polusi CO2 dari bangunan. Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui keadaan termal ruang Gedung Kuliah B1-IPB. Pada penelitian ini dilakukan perbandingan kenyamanan termal dari Gedung Kuliah B1 dengan kondisi awal, menggunakan atap tanaman dan optimalisasi bukaan pintu. Analisis dibuat dengan menggunakan teknik simulasi berbasis Computational Fluid Dynamics menggunakan program Solidworks 2012. Hasil simulasi menunjukan bahwa suhu efektif (TE) tertinggi keadaan existing adalah pada jam 13.00, yaitu 28°C dengan kelembaban relatif udara (RH) berada pada kisaran 77%-79%. Dengan atap hijau mampu menurunkan TE jam 13 menjadi 25.1°C dengan RH pada kisaran 75%-77%. Tambahan bukaan pintu masuk pada gedung beratap hijau mampu menurunkan TE pada jam 13.00 menjadi 23.1°C dengan RH berkisar 46%-48%. Keadaan ruang setelah modifikasi atap dan bukaan pintu berada pada zona kenyamanan termal dengan TE 21°C-23.1°C dan RH antara 40%-50%. Penurunan RH terjadi akibat perubahan sirkulasi udara dari pembukaan pintu masuk. Kata kunci: atap hijau, Computational Fluid Dynamics, kenyamanan termal, solidworks, simulasi
ABSTRACT MAULIYAWAN ILHAM. Thermal Comfort Analysis at Class Room B1, FEMIPB, by Sambiloto Plant Green Roof with Simulation Technique. Supervised by Meiske Widyarti. 2013. Green roof are building’s roof that covered by vegetation. Green roof applications are able to keep room temperature comfort. This study aimed to fine out thermal condition of Class Room B1, Faculty of Economic and Management, IPB. Class Room B1 drawing is built by Solidworks 2012 program. In this research are compare the thermal comfort of B1 classroom which used a concrete roof, plant roof and opening optimization. The green roof use sambiloto plant this research result found out that the. Highest effective temperature (TE) existing condition at 13.00 o’clock 28°C TE with relative humidity (RH) is about 77%-79%. Green roof application can keep TE at 13.00 o’clock up to 25.1°C with relative humidity is about 75°C-77°C. Opening optimalization of entrance doors at the green roof building able to decrease the TE at 13.00 o’clock up to 23.1°C with RH 46%48%. Room conditions with this modification, at 10.00-14.00 o’clock, are with in the thermal comfort zone with TE is about 21°C-23.1°C and relative humidity is about 40%-50%. Reduction of RH is caused by change of air circulation from the entrance opening.
Keywords: green roof, Computational Fluid Dynamics, thermal comfort, solidworks, simulation
ANALISIS KENYAMANAN TERMAL GEDUNG KULIAH B1, FEM-IPB, BERATAP HIJAU TANAMAN SAMBILOTO DENGAN TEKNIK SIMULASI BERBASIS CFD
MAULIYAWAN ILHAM
Skripsi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada Departemen Teknik Sipil dan Lingkungan
DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL DAN LINGKUNGAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2013
Judul Skripsi: Anali sis Kenyamanan Terrnal Gedung Kuliah Bl , Fakultas FEM IPB, Beratap Hijau Tanaman Sambiloto dengan Teknik Simulasi Berbasis CFD : Mauliyawan Ilham Nama : F44090017 NIM
Disetujui oleh
Dr. Jr. Meiske Widyarti M .Eng
Pembimbing
TanggalLulus:
1'3
~E P
2013
Judul Skripsi : Analisis Kenyamanan Termal Gedung Kuliah B1, Fakultas FEMIPB, Beratap Hijau Tanaman Sambiloto dengan Teknik Simulasi Berbasis CFD Nama : Mauliyawan Ilham NIM : F44090017
Disetujui oleh
Dr. Ir. Meiske Widyarti M.Eng Pembimbing
Diketahui oleh
Prof. Dr. Ir. Budi Indra Setiawan, M.Agr Ketua Departemen
Tanggal Lulus:
PRAKATA Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas segala karuniaNya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini. Tema yang dipilih dalam penelitian ini ialah green building, dengan judul Analisis Kenyamanan Termal Gedung Kuliah B1, FEM-IPB, Beratap Hijau Tanaman Sambiloto dengan Teknik Simulasi Berbasis CFD. Pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan ucapan terima kasih kepada: 1. ALLAH SWT. yang telah memberikan ridho-NYA sehingga dalam pelaksanaan penelitian dan penyusunan laporan berjalan dengan baik dan lancar. 2. Dr. Ir. Meiske Widyarti M.Eng, selaku dosen pembimbing akademik yang telah memberikan pengarahan dan masukan yang sangat bermanfaat dalam penyusunan laporan. 3. Kedua orang tua saya yang selalu memberikan doa, semangat, dan dukungan dalam seluruh kegiatan saya. 4. Kedua kakak saya, Fajar dan Lida serta Uji yang selalu memberikan dorongan dan perhatiannya. 5. Seluruh sahabat saya di UKM MAX!! IPB terutama Bari, Memey, Khalid, Zha, Herna, dan Ubur yang selalu menyempatkan waktunya ketika saya mengalami kemunduran. 6. Bang Zega, dan Pak Ahmad yang telah membantu dan memberikan masukan yang berguna dalam penelitian ini. 7. Cacan dan Yuni, serta seluruh teman-teman SIL’46, terima kasih kebersamaan dan dukungannya. Masih terdapat banyak kekurangan yang penulis lakukan selama penyusunan skripsi ini, oleh karena itu penulis sangat mengharapkan adanya masukan guna mendorong penulis dan memperbaiki kekurangan yang ada.
Bogor, Agustus 2013 Mauliyawan Ilham
DAFTAR ISI DAFTAR ISI
vi
DAFTAR TABEL
vii
DAFTAR GAMBAR
vii
DAFTAR LAMPIRAN
vii
DAFTAR NOTASI
vii
PENDAHULUAN
1
Latar Belakang
1
Perumusan Masalah
2
Tujuan Penelitian
2
Manfaat Penelitian
2
Ruang Lingkup Penelitian
2
METODE
2
Waktu dan Tempat
2
Alat dan Bahan
2
Prosedur Penelitian
3
Prosedur Analisis Data
5
HASIL DAN PEMBAHASAN
6
Penggambaran Geometri Gedung Kuliah B1
6
Kondisi Termal Awal Gedung Kuliah B1
7
Simulasi Keadaan Termal Awal Gedung Kuliah B1
8
Modifikasi Gedung Kuliah B1 dengan Atap Hijau
10
Hasil Simulasi Termal dengan Atap Hijau
11
Saran Optimalisasi Kenyamanan Termal dengan Modifikasi
15
SIMPULAN DAN SARAN
21
Simpulan
21
Saran
21
DAFTAR PUSTAKA
22
LAMPIRAN
23
RIWAYAT HIDUP
37
DAFTAR TABEL 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Tingkat kenyamanan berdasarkan letak geografis dan suku bangsa Data kondisi lingkungan bagian tengah ruangan Gedung Kuliah B1 Contoh data hasil simulasi keadaan awal Gedung Kuliah B1 jam 13.00 Suhu efektif titk 2 ketinggian 1 m simulasi awal Engineering database tanah mineral dan tanaman sambiloto Suhu dan RH titik 2 ketinggian 1 m ruangan sebelum dan setelah aplikasi atap hijau Penurunan TE titik 2 ketinggian 1 m Gedung Kuliah B1 beratap hijau Contoh perubahan keadaan termal dengan atap hijau jam 13.00 Perubahan suhu efektif titik 2 ketinggian 1 m Gedung Kuliah B1 modifikasi Contoh perubahan suhu ruangan Gedung Kuliah B1 jam 13.00 Penurunan RH Gedung Kuliah B1modifikasi pada titik 2 ketinggian 1 m Contoh perubahan RH ruangan Gedung Kuliah B1 jam 13.00
6 7 8 9 10 12 12 13 16 17 17 18
DAFTAR GAMBAR 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
Diagram alir penelitian Titik-titik pengambilan data Titik-titk pengambilan data pada atap Denah Gedung Kuliah B1 Boundray conditions Tampak isometri model Gedung Kuliah B1 dengan atap hijau Denah pola sebaran suhu dengan atap hijau pada ketinggian 1 m Tampak samping pola sebaran suhu dengan atap hijau Denah pola sebaran RH Gedung Kuliah B1 beratap hijau Tampak samping pola sebaran RH Gedung Kuliah B1 beratap hijau Tampak depan Gedung Kuliah B1 modifikasi pintu Grafik perbandingan TE awal, atap hijau, dan modifikasi titik 2 ketinggian 1 m Grafik perbandingan RH awal, atap hijau, dan modifikasi titik 2 ketinggian 1 m Denah pola sebaran RH modifikasi pada ketinggian 1 m Tampak samping pola sebaran RH modifikasi Denah pola sirkulasi udara awal ketinggian 1 m Denah pola sirkulasi udara modifikasi ketinggian 1 m Pola sirkulasi udara awal Pola sirkulasi udara modifikasi
3 4 4 7 9 11 14 14 15 15 16 16 18 19 19 20 20 20 20
DAFTAR LAMPIRAN 1 Denah Gedung Kuliah B1
23
2 3 4 5 6 7
Nomogram suhu efektif Tahap general setting Data hasil pengukuran kondisi lingkungan Gedung Kuliah B1 Data hasil simulasi model Gedung Kuliah B1 keadaan existing Validasi data Data hasil simulasi model Gedung Kuliah B1 beratap hijau dan modifikasi
DAFTAR NOTASI 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
ρ ∆ Cp h k RH RH’ RH’’ RH’’’ T T’ T’’ T’’’ TE v v’ v’’ v’’’
densitas selisih panas Jenis ketinggian pengukuran konduktifitas panas kelembaban relatif udara hasil pengukuran kelembaban relatif udara hasil simulasi keadaan exsting kelembaban relatif udara hasil simalasi atap hijau kelembaban relatif udara hasil simulasi modifikasi suhu udara hasil pengukuran suhu udara hasil simulasi keadaan exsting suhu udara hasil simulasi atap hijau suhu udara hasil simulasi modifikasi suhu efektif kecepatan aliran udara hasil pengukuran kecepatan aliran udara hasil simulasi keadaan existing kecepatan aliran udara hasil simulasi atap hijau kecepatan aliran udara hasil simulasi modifikasi
26 27 28 30 32 32
1
PENDAHULUAN Latar Belakang Pembangunan infrastruktur dalam berbagai bidang terus meningkat, tidak terkecuali bidang pendidikan Indonesia seperti pembangunan ruangan kelas mengikuti bertambahnya kuantitas pelajar. Menurut beberapa penelitian pembangunan tersebut tidak diimbangi dengan pemahaman akan pentingnya kenyamanan dan penghematan penggunaan energi dalam proses belajar mengajar. Menurut pengamatan di Institut Pertanian Bogor (IPB), pada mayoritas gedung kenyamanan cenderung didapatkan melalui teknik yang boros penggunaan energi seperti instalasi air conditioner (AC) pada berbagai ruangan kelas. Pemilihan cara tersebut dapat menyebabkan terjadinya penurunan kualitas lingkungan akibat polusi CO2. Maka dari itu diperlukan suatu penelitian dalam pembangunan ruangan kelas agar dapat ekonomis, efisien, dan efektif serta lebih ramah lingkungan. Pembangunan yang nyaman dan ramah lingkungan populer dengan istilah konsep greenbuilding. Green building merupakan bangunan yang berwawasan lingkungan dan hemat energi sebagai usaha untuk mengurangi dampak terhadap lingkungan yang berkembang saat ini misalnya pemanasan global, pengurangan material tak terbaharui, dan pembangunan yang ekonomis. Salah satu pengaplikasian konsep green building adalah dengan penggunaan greenroof. Green roof atau atap hijau merupakan atap bangunan yang sebagian atau seluruhnya ditutupi dengan vegetasi. Aplikasi greenroof dapat menahan panas radiasi sinar matahari yang masuk ke dalam ruangan dan juga membantu menjaga suhu lingkungan tidak terlalu tinggi dibanding atap tanpa tanaman (Satwiko 2008). Perlu diteliti tentang berkurangnya panas yang masuk ke dalam ruangan kelas agar dapat meningkatkan kenyamanan termal yang menunjang kelancaran proses belajar mengajar. Pada penelitian ini akan dilakukan studi dari manfaat aplikasi greenroof sebagai upaya tercapainya kenyamanan termal yang baik selain peningkatan estetika bangunan. Gedung Kuliah B1-IPB dipilih sebagai objek penelitian ini karena dalam perencanaan seharusnya ruang kelas ini menggunakan atap hijau. Teknik simulasi digunakan untuk melihat perbandingan kondisi kenyamanan ruang sebelum aplikasi greenroof dan dengan penggunaan greenroof. Teknik simulasi ini diketahui dapat merupakan solusi untuk mengetahui kondisi lingkungan yaitu kenyamanan termal pada bangunan sebelum pembangunan. Simulasi dibuat menggunakan teknik Computational Fluid Dynamics (CFD)) untuk mengetahui pola sebaran aliran udara, suhu, dan RH dalam ruangan kelas agar dapat diketahuikondisi kenyamanan ruang kelas dengan menggunakan green roof dan menggunakan atap beton. Perumusan Masalah Berdasarkan latar belakang tersebut, beberapa masalah yang dapat dirumuskan: 1. Bagaimana kondisi kenyamanan termal Gedung Kuliah B1? 2. Kesesuaian kondisi kenyamanan termal Gedung Kuliah B1 FEM, IPB sebagai ruang kuliah
2
3. Apakah atap hijau Gedung Kuliah B1 dapat membuat kondisi kenyamanan ruang menjadi lebih baik? Tujuan Penelitian Berdasarkan permasalahan yang telah dirumuskan, tujuan yang diperoleh dari penelitian ini: 1. Melakukan pengukuran kondisi kenyamanan termal Gedung Kuliah B1, FEM, IPB. 2. Memodifikasi atap dengan atap hijau dan menganalisis perbandingan kenyamanan termal Gedung Kuliah B1 kondisi awal dengan kondisi menggunakan atap hijau. 3. menganalisis kenyamanan termal ruang Gedung Kuliah B1 dengan mengoptimalkan bukaan dinding. Manfaat Penelitian Manfaat yang diperoleh dari penelitian ini: 1. Mengetahui dan memberikan informasi terkait kondisi kenyamanan termal desain ruangan kuliah seperti Gedung Kuliah B1. 2. Hasil penelitian dapat digunakan sebagai referensi bagi institusi terkait dalam upaya pembangunan ruangan kelas yang nyaman secara termal dan hemat energi. Ruang Lingkup Penelitian Ruang lingkup dari penelitian ini terbatas pada keadaan termal Gedung Kuliah B1 pada keadaan sebenarnya dan menggunakan atap hijau hasil modifikasi yang meliputi simulasi: 1. Pola aliran udara 2. Sebaran Suhu 3. Sebaran kelembaban udara
METODE Waktu dan Tempat Penelitian ini dilaksanakan pada bulan Mei 2013 di Gedung Kuliah B1, Fakultas Ekonomi dan Manajemen, Kampus IPB Dramaga, Bogor. Pengolahan dan analisis data dilakukan di Departemen Teknik Sipil dan Lingkungan, Fakultas Teknologi Pertanian (FATETA), IPB. Alat dan Bahan Alat dan bahan yang digunakan: 1. Digital Multi Meter Instrument (Anemometer, Termometer, Hygrometer, dan Lighmeter) 2. Termometer bola basah bola kering
3
3. 4. 5. 6. 7.
Weather Station Personal Computer atau Laptop Software Solidworks 2012 64 bit Software MunterS HDPsyChart Gambar Geometri Gedung Kelas B1 FEM IPB dicontoh dari peta Class Room Type B1 dalam dokumen peta As Built Drawing of Architectural Works for Package A1 Additional Construction Works for Building of Faculty of Agriculture terdapat pada Lampiran 1 8. Tabel nomogram suhu efektif terdapat pada Lampiran 2 ProsedurPenelitian
Gambar 1. Diagram alir penelitian 1. Pengumpulan Data Data yang diukur di lokasi adalah pengukuran suhu, kelembaban udara (RH), kecepatan aliran udara, dan radiasi sinar matahari. Data lingkungan tersebut diukur dalam waktu 3 hari pada bulan Mei secara acak (10, 17, dan 24 Mei). Titik-titik pengambilan data dapat dilihat pada Gambar 2 dan 3 berikut ini
4
Gambar 2. Titik-titik pengambilan data
Gambar 3. Titik-titik pengambilan data pada atap Titik-titik pengambilan data dibagi menjadi 6 titik. Setiap titik pengukuran dibagi menjadi tiga ketinggian pengukuran, yaitu 0.5 m, 1 m, dan 1.5 m. Titik 1, 2, dan 3 mewakili titik pengambilan data di dalam ruangan. Titik 4 merupakan titik pengukuran di jendela. Titik 5 dan 6 adalah titik pengukuran di halaman dan atap bangunan.
5
2. Penggambaran Geometri Gedung Kuliah B1 FEM IPB Gambar dan dimensi Gedung Kuliah B1 yang telah dibuat dengan menggunakan program Solidworks 2012 64 bit. 3. Input Data Lingkungan Awal yang Diambil Pada Pengukuran Input data akan mempergunakan kondisi terburuk dari data pengukuran ruang dan lingkungan. Input data lingkungan di dalam program Solidworks dilakukan pada menu General Setting. Adapun tahapan pada General Setting yang dilakukan adalah sebagai berikut: 1. Analysis type Pada tahap ini dipilih tipe analisis internal yang digunakan untuk simulasi. Data yang diinput pada tahap ini adalah radiasi matahari, arah radiasi matahari, dan suhu lingkungan. Input data disesuaikan setiap jam pengukuran. 2. Fluids Fluida yang digunakan didefinisikan sebagai gas udara dengan aliran laminar dan turbulen untuk mendekati kondisi sebenarnya. 3. Wall conditions Pada tahap ini dipilih dinding yang digunakan, yaitu dinding bata atau brickwork (outer leaf). 4. Initial and ambient condition Pada tahap ini didefinisikan kondisi lingkungan seperti suhu, arah angin, dan kelembaban. 5. Initial mesh Hasil simulasi yang baik dapat ditentukan dengan memilih tingkat initial mesh 8, namun karena keterbatasan spek personal computer yang dimiliki maka dipilih initial mesh 3. 6. Pendefinisian material bangunan Penyerapan panas pada material bangunan diperhitungkan maka dibutuhkan pendefinisian setiap bagian bangunan yang digunakan. Tahap general setting secara lengkap terlampir pada Lampiran 3. 4. Simulasi CFD Simulasi kondisi kenyamanan termal menggunakan program Solidworks 2012 64 bit dengan flow simulation. Pada penelitian ini digunakan komputer portable atau notebook dengan spesifikasi CPU Intel® Core i5 2430M @2.40 GHz; 16 GB RAM; VGA Card Nvidia GeForce GT540M 2GB; dan 64-bit Windows Operating System. Analisis berupa analisis 3 dimensi terhadap aliran fluida, kelembaban dan termal pada kondisi tetap (3-dimensional steady state analysis). Asumsi yang digunakan pada simulasi adalah sebagai berikut: 1. Kondisi bangunan dalam keadaan kosong. 2. Udara bergerak dalam keadaan steady. 3. Udara tidak terkompresi. 4. Panas jenis, konduktivitas, dan viskositas udara konstan. 5. Udara lingkungan dianggap konstan selama simulasi. 6. Distribusi suhu pada lantai, dinding, dan atap seragam.
6
7. Suhu efektif pada plafon tidak diperhitungkan karena bukan zona pakai ruangan Simulasi terbagi menjadi 2, yaitu simulasi awal untuk menentukan besarnya nilai error dan simulasi modifikasi. Simulasi dilakukan pada setiap jam pengukuran yaitu jam 10.00-14.00 yang diasumsikan sebagai waktu yang tidak nyaman di dalam ruangan. Dalam penelitian ini, dilakukan modifikasi yang dilakukan adalah aplikasi atap hijau berupa tanah dengan ketebalan 50 cm dan tanaman sambiloto dengan ketinggian 75 cm yang diasumsikan menutupi atap sesuai dengan luasan atap beton dibawahnya. 5. Prosedur Analisis Data Melakukan perbandingan hasil simulasi kenyamanan termal model Gedung Kuliah B1 keadaan standar dengan model Gedung Kuliah B1 beratap hijau dan Gedung Kuliah B1 yang dimodifikasi sebagai saran penggunaan. Seluruh hasil simulasi juga dibandingkan dengan literatur, apabila tidak sesuai dengan literatur maka dilakukan simulasi ulang pada keadaan modifikasi dengan mengatur ulang setting pada Solidworks. Literatur untuk pembanding diacu dari teori Humphpreys dan Nicol, Lipsmeier (1994) yang menyatakan batas kenyamanan sebagai suhu efektif (TE) seperti yang disajikan pada Tabel 1 di bawah ini. Kenyamanan berbeda sesuai dengan letak geografis dan suku bangsa pada lokasi tersebut. Tabel 1. Tingkat kenyamanan berdasarkan letak geografis dan suku bangsa Pengarang Tempat Kelompok Batas Manusia Kenyamanan ASHRAE USA Selatan (30oLU) Peneliti 20.5oC-24.5 oC TE Rao Calcutta (22oLU) India 20 oC-24.5 oC TE Webb Singapura Malaysia 25 oC-27 oC TE Khatulistiwa Cina o Mom 20 oC-26 oC TE Jakarta (6 LS) Indonesia Ellis 22 oC-26 oC TE Singapura Eropa Khatulistiwa Suhu efektif pada penelitian didapatkan dengan pengolahan data simulasi pada program Munters HDPsyChart dan nomogram suhu efektif Lipsmeier.
HASIL DAN PEMBAHASAN Penggambaran Geometri Gedung Kuliah B1 Geometri bangunan yang dibuat pada program Solidworks 2012 merupakan ukuran Gedung Kuliah B1 sebenarnya sesuai dengan yang terdapat pada peta Class Room Type B1 dalam dokumen peta As Built Drawing of Architectural Works for Package A1 Additional Construction Works for Building of Faculty of Agriculture. Model bangunan Gedung Kuliah B1 dikondisikan sesuai keadaan saat pengukuran dengan arah sumbu –z menjadi arah utara bangunan. Lebar dan tinggi
7
bangunan mengarah pada sumbu x dan y. Tampak model Gedung Kuliah B1 secara lengkap dapat dilihat pada Lampiran 1. Adapun denah Gedung Kuliah B1 dan geometrinya dapat dilihat pada Gambar 4 di bawah ini.
Gambar 4. Denah Gedung Kuliah B1 Kondisi Termal Awal Gedung Kuliah B1 Kondisi lingkungan yang diambil untuk simulasi adalah kondisi terburuk atau paling panas yang didapatkan pada pengukuran ke 3 (24 Mei 2013) yang dapat dilihat pada Lampiran 4. Pada Tabel 2 di bawah ini disajikan contoh data pengukuran ke 3 pada jam 13.00. Tabel 2. Data kondisi ruangan Gedung Kuliah B1 jam 13.00 Titik
h (m)
1
0.5 1 1.5 0.5 1 1.5 0.5 1 1.5 2.5
2
3
Plafon 1
T (°C) BB BK 26.0 28.5 26.0 29.0 26.0 30.0 27.0 30.0 27.0 30.5 27.0 30.5 26.0 29.0 27.0 29.5 26.5 30.0 -
RH (%)
v (m/s)
TE (°C)
82.2 85.8 76.2 79.4 76.4 76.4 79.0 76.0 73.1 -
0.0
26.8 27.2 27.5 28.0 28.3 28.3 27.0 27.9 28.0
0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0
8
Titik
h (m)
Plafon 2 Plafon 3 Rata-rata
2.9 3.3
T (°C) BB BK 26.5
29.7
RH (%)
v (m/s)
78.3
0.0
TE (°C)
0.0
0.0
27.7
Jam 13.00 merupakan keadaan terpanas pada saat pengukuran. Dari data pada Tabel 2 di atas dapat dilihat bahwa kondisi ruangan hasil pengukuran pada jam 13.00 telah melewati ambang batas nyaman TE zona Indonesia menurut teori Humphpreys dan Nicol. Rata-rata TE yang didapat 27.7°C > batas atas TE zona nyaman, yaitu 26°C. Kecepatan aliran udara pada setiap titik dan ketinggian pengukuran dalam ruang menunjukan nilai 0 m/s. Nilai RH yang didapat cukup besar, yaitu berkisar 73-86%. Nilai nol pada pengukuran kecepatan angin tidak berarti bahwa tidak ada aliran udara sama sekali. Nilai ini dikarenakan aliran udara yang terus berubah setiap detiknya dan kecepatan udara tersebut berada di luar jangkaun sensitifitas anemometer yang peneliti gunakan. Jika mengacu pada Satwiko (2008), sebagai pedoman kasar, kenyamanan termal untuk daerah tropis lembab dapat dicapai dengan batas 24°C < T < 26°C, 40% < RH < 60%, dan apabila T > 26°C dibutuhkan angin dengan batas 0.6 m/s < 1.5 m/s, maka keadaan ruang pada jam 13.00 tersebut juga tidak memenuhi syarat kenyamanan termal. Simulasi Keadaan Termal Awal Gedung Kuliah B1 Penentuan Boundary Conditions Boundary conditions merupakan tahapan terakhir yang diatur sesuai dengan celah dalam ruangan yang mungkin dilalui oleh udara sebagai masukan atau keluaran seperti jendela. Kemungkinan adanya perbedaan suhu pada atap dan dinding bagian luar karena perbedaan pengaruh radiasi matahari juga diatur dalam boundary conditions seperti disajikan pada Gambar 5. Adapun boundary condition yang diatur diantaranya adalah inlet atau tempat masuk udara dan outlet atau tempat keluar udara dengan kecepatan udara pada inlet sesuai dengan hasil pengukuran di jendela yang dapat dilihat pada Lampiran 2. Karena aliran udara dalam ruang sangat kecil maka diasumsikan kecepatan udara pada outlet bernilai 0 m/s. Lokasi inlet berada pada jendela samping kanan dan outlet di samping kiri diasumsikan sama setiap jamnya. Kemudian untuk suhu material bagian luar ditentukan dengan outer wall. Suhu dinding bagian luar serta atap disesuaikan dengan data setiap jam pengukuran yang dapat dilihat pada Lampiran 2 dengan asumsi suhu dinding bagian luar mengikuti suhu halaman dan suhu atap mengikuti suhu udara yang diukur di bagian atap.
9
Gambar 5. Boundary conditions Hasil Simulasi Keadaan Termal Awal dan Validasi Data Hasil simulasi keadaan existing (tanpa atap hijau) Gedung Kuliah B1 disajikan secara lengkap pada Lampiran 5. Contoh hasil simulasi CFD keadaan standar Gedung Kuliah B1 disajikan pada Tabel 3 di bawah ini. Tabel 3. Contoh data hasil simulasi keadaan awal Gedung Kuliah B1 jam 13.00 Titik 1
2
3
Plafon 1 Plafon 2 Plafon 3 Rata-rata
h (m) 0.5 1 1.5 0.5 1 1.5 0.5 1 1.5 2.5 2.9 3.3
T (°C) BB BK 26.0 28.5 26.0 29.0 26.0 30.0 27.0 30.0 27.0 30.5 27.0 30.5 26.0 29.0 27.0 29.5 26.5 30.0 26.5 29.7
T' (°C) BB BK 27.4
29.9
26.8
30.0
26.8
30.1
26.9
29.9
26.9
30.0
26.8
30.1
26.9
29.8
26.9
29.9
26.9
30.0
26.9
30.4
27.0
30.2
25.8
30.2
26.8
30.0
Error (%) BB BK 5.3 5.1 3.2 3.5 3.1 0.4 0.5 0.5 0.4 1.8 0.6 1.4 3.3 2.8 0.4 1.3 1.4 0.1 -
RH (%)
RH' (%)
82.2 85.8 76.2 79.4 76.4 76.4 79.0 76.0 73.1 78.3
78.5 78.2 77.6 79.1 78.8 78.3 79.5 79.3 79.1 76.4 78.0 78.5
78.4
Error (%) RH 4.5 8.9 1.8 0.4 3.1 2.4 0.6 4.3 8.2 -
v' (m/s)
TE (°C)
TE' (°C)
0.022
26.8 27.2 27.5 28.0 28.3 28.3 27.0 27.9 28.0
28.0 27.9 27.9 27.9 27.9 27.9 27.9 28.0 28.0
-
-
0.019 0.013 0.017 0.020 0.023 0.006 0.006 0.010 0.014 0.029 0.034
0.018 27.7 27.9
Suhu bola kering tertinggi hasil simulasi (T’ BK) didapati pada bagian belakang (titik 1) ketinggian pengukuran 1.5 m yaitu sebesar 30.1ºC. Suhu tersebut memiliki selisih 0.1°C dari hasil pengukuran yang sebesar 30°C dengan error 0.4%. RH simulasi (RH’) pada titik tersebut didapatkan sebesar 77.6%, lebih besar dari pengukuran yang bernilai 76.2% dengan error 1.8%. Suhu plafon yang didapatkan sesuai dengan perkiraan yaitu lebih tinggi daripada suhu di bagian bawah kelas dengan nilai terkecil 30.1735ºC pada plafon bagian tengah. Pada plafon tidak dicari nilai error karena parameter lingkungan pada plafon tidak diukur langsung melainkan hanya hasil simulasi. Rata-rata nilai error secara keseluruhan dapat dilihat pada Lampiran 6. Secara keseluruhan rata-rata nilai error yang didapat dari perhitungan nilai suhu
10
BB, BK, dan RH secara berurutan adalah 1.1%, 1.7%, dan 3.8%. Karena rata-rata nilai error yang relatif kecil maka tidak diperlukan pengulangan simulasi keadaan existing. Dari data yang disajikan pada Tabel 3 di atas dapat dilihat juga bahwa nilai temeperatur efektif dari data hasil simulasi (TE’) sebesar 28°C. Nilai tersebut berada di luar zona nyaman. Menurut Lipsmeier, batas kenyamanan manusia untuk daerah khatulistiwa adalah 19°C TE (batas bawah) - 26°C TE (batas atas). Pada suhu 26°C umumnya manusia pada daerah tersebut sudah berkeringat (Idealistina, 1991). Nilai suhu efektif titik 2 ketinggian 1 m dari seluruh hasil simulasi keadaan awal disajikan pada Tabel 4 di bawah ini. Tabel 4. Suhu efektif titk 2 ketinggian 1 m simulasi awal Jam TE’ (°C) 10 26 11 26.8 12 27.8 13 27.9 14 27.2 Dari data pada Tabel 4 di atas dapat dilihat bahwa secara keseluruhan pada titik 2 ketinggian 1 m, kondisi suhu efektif Gedung Kuliah B1 berada di luar ambang batas nyaman daerah Indonesia, yaitu 20oC-26oC TE menurut teori Humphpreys dan Nicol, Lipsmeier (1994). Hampir seluruhnya bernilai > 26°C TE. Hanya jam 10 yang berada pada zona nyaman menurut suhu efektif yaitu 26°C TE. Modifikasi Gedung Kuliah B1 dengan Atap Hijau Modifikasi awal yang dilakukan pada model Gedung Kuliah B1 dalam upaya mendapatkan zona nyaman pada penelitian ini adalah menambahkan atap hijau tanaman sambiloto. Penampakan model bangunan dengan atap hijau dapat dilihat pada Gambar 6 berikut ini.
11
Gambar 6. Tampak isometri model Gedung Kuliah B1 dengan atap hijau Atap hijau tersusun dengan lapisan pertama di atas beton adalah tanah mineral dengan ketebalan 50 cm menyesuaikan dengan zona perakaran tanaman sambiloto. Lapisan kedua berupa tanaman sambiloto dengan asumsi ketinggiannya mencapai 75 cm dan ditanam secara rapatt menutupi lapisan tanah dibawahnya. Lapisan kedap air di bawah lapisan tanah diabaikan dalam simulasi karena sangat tipis dan dianggap memiliki pengaruh yang sangat kecil pada perubahan suhu di dalam ruangan. Proses pendefinisian material ditambahkan secara manual karena tidak terdapat pada engineering database Solidworks 2012. Adapun data material yang disadur dari Rahayoe (2008) tersebut dapat dilihat pada Tabel 5 berikut ini. Tabel 5. Engineering database tanah mineral dan tanaman sambiloto Material ρ Cp k 3 -1 -1 kg/m J.kg .K W.m-1.K-1 Tanah Mineral 2.65x103 0.87 2.5 Sambiloto 691.73 3375 0.483 Hasil Simulasi Termal dengan Atap Hijau Perubahan termal yang terjadi pada model Gedung Kuliah B1 dengan atap hijau antara lain adalah penurunan suhu dan RH, sedangkan pada aliran udara tidak terjadi perubahan berarti karena tidak adanya perubahan pada inlet dan outlet. Hasil simulasi Gedung Kuliah B1 dengan atap hijau secara lengkap terlampir pada Lampiran 7. Perubahan yang terjadi setiap jam pengukuran pada titik 2 ketinggian 1 m disajikan pada Tabel 6 berikut ini.
12
Tabel 6. Suhu dan RH titik 2 ketinggian 1 m ruangan sebelum dan setelah aplikasi atap hijau Jam 10 11 12 13 14
T' (°C) BB 25.1 25.5 27.0 26.9 26.1
BK 27.5 28.7 29.3 30.0 28.6
T'' (°C) BB 21.4 21.4 23.1 23.6 23.0
BK 23.9 24.7 25.5 26.7 26.1
RH' (%)
RH'' (%)
82.3 77.6 83.4 78.8 81.3
80.9 75.3 82.0 77.6 78.0
Dari Tabel 6 di atas dapat dilihat bahwa pada titik 2 ketinggian 1 m, suhu hasil simulasi atap hijau (T’’) baik BB maupun BK mengalami penurunan. Pada keadaan terburuk, yaitu jam 13.00, suhu BK mencapai 30.0°C dan BB 26.9°C dengan RH’ 78.8%. Dengan aplikasi atap hijau suhu BK yang didapat turun hingga 26.7°C dan suhu BB 23.6°C dengan nilai RH’’ turun menjadi 77.6%. Menurut Bruce (1980), terjadinya penurunan tersebut karena tanaman memiliki kemampuan untuk menyerap radiasi. Perubahan Suhu Efektif Adapun perubahan suhu efektif pada titik 2 ketinggian 1 m pada setiap jam akibat dari aplikasi atap hijau tanaman sambiloto disajikan pada Tabel 7 di bawah ini. Tabel 7. Penurunan TE titik 2 ketinggian 1 m Gedung Kuliah B1 beratap hijau Jam 10 11 12 13 14
TE' (°C) 26.0 26.8 27.9 28.0 27.2
TE'' (°C) 22.6 23.1 24.1 25.0 24.6
Penurunan TE (°C) 3.6 3.7 3.8 3.0 2.8
Penurunan suhu efektif terkecil terjadi pada jam 14.00, yaitu sebesar 2.8°C, turun dari 27.2°C menjadi 24.6°C. Penurunan suhu efektif terbesar terjadi pada jam 12.00, yaitu sebesar 3.8°C, turun dari 28.0°C menjadi 25.0°C. Adapun keadaan terburuk, yaitu jam 13.00, mengalami penurunan suhu efektif sebesar 3.0 °C, turun dari 28.0°C menjadi 25.0°C. Jika ditinjau dari teori Humphpreys dan Nicol, Lipsmeier (1994) yang menyatakan batas kenyamanan berkisar antara 20°C - 26°C TE pada daerah Indonesia maka dapat dikatakan bahwa aplikasi atap hijau mampu menciptakan zona nyaman pada ruang Gedung Kuliah B1 tanpa penggunaan Air Conditioner. Perubahan suhu efektif merupakan akibat dari perubahan suhu dan kelembaban udara dalam ruang. Pada Tabel 8 berikut ini disajikan contoh perubahan keadaan termal ruangan Gedung Kuliah B1 yang terjadi pada jam 13.00.
13
Tabel 8. Contoh perubahan keadaan termal dengan atap hijau jam 13.00 Titik 1
2
3
Plafon 1 Plafon 2 Plafon 3 Rata-rata
h (m) 0.5 1 1.5 0.5 1 1.5 0.5 1 1.5 2.5 2.9 3.3
T' (°C)
T'' (°C)
RH' (%)
RH'' (%)
TE' (°C)
TE'' (°C)
28.0 28.0 28.0 28.0 28.0 28.0 28.0 28.0 28.0
25.0 25.0 25.1 24.9 25.0 25.1 25.0 25.0 25.0
28.0
25.0
BB
BK
BB
BK
27.4
29.9
23.6
26.7
78.5
77.1
26.8
30.0
23.6
26.8
78.2
76.7
26.8
30.1
23.6
26.9
77.6
76.2
26.9
29.9
23.6
26.6
79.1
77.8
26.9
30.0
23.6
26.7
78.8
77.6
26.8
30.1
23.7
26.8
78.3
77.4
26.9
29.8
23.6
26.6
79.5
77.8
26.9
29.9
23.6
26.6
79.3
77.7
26.9
30.0
23.6
26.7
79.1
77.4
26.9
30.4
23.7
27.1
76.4
75.1
27.0
30.2
23.7
27.0
78.0
75.9
25.8
30.2
23.6
27.1
78.5
75.3
26.8
30.0
23.6
26.8
78.4
76.8
Pada tabel di atas dapat dilihat bahwa terjadi penurunan suhu baik BK maupun BB dan RH pada setiap titik. Penurunan suhu BB dan BK relatif sama rata, yaitu sekitar 3°C – 3.5°C. Penurunan RH yang terjadi tidak terlalu signifikan pada zona pakai ruangan (bukan plafon). Nilai RH turun namun tetap bernilai > 75%. Sebagai contoh pada titik 1 ketinggian 1.5 m, T’ BB 26.8°C dan T’ BK 30.1°C dengan RH’ 77.6%, pada simulasi dengan atap hijau suhu turun menjadi 23.6°C BB dan 26.9°C BK. Sementara itu kelembaban relatif udara dengan atap hijau (RH’’) tidak mengalami penurunan yang signifikan. RH’’ yang didapatkan sebesar 76.2% masih berada di atas batas atas zona nyaman. Menurut Satwiko (2008), sebagai pedoman kasar, kenyamanan termal untuk daerah tropis lembab dapat dicapai dengan batas 40% < RH < 60%. Meski temperatur efektif telah memenuhi syarat kenyamanan termal, yaitu 25°C, namun kelembaban dirasa masih terlalu tinggi. Contoh pola sebaran suhu dan kelembaban udara Gedung Kuliah B1 menggunakan atap hijau pada jam 13.00 dapat dilihat pada Gambar 7 sampai Gambar 10.
14
Gambar 7. Denah pola sebaran suhu dengan atap hijau pada ketinggian 1 m
Gambar 8. Tampak samping pola sebaran suhu dengan atap hijau
15
Gambar 9. Denah pola sebaran RH Gedung Kuliah B1 beratap hijau pada ketinggian 1 m
Gambar 10. Tampak samping pola sebaran RH Gedung Kuliah B1 beratap hijau Saran Optimalisasi Kenyamanan Termal dengan Modifikasi Karena tingkat kelembaban yang dirasa masih terlalu tinggi, maka dilakukan modifikasi pada bagian pintu masuk bangunan. Pada modifikasi model Gedung Kuliah B1 ini, kedua pasang pintu masuk di bagian depan bangunan dibuka sebagai upaya adanya tambahan jalur sirkulasi udara. Data lengkap hasil simulasi Gedung Kuliah B1 atap hijau dengan modifikasi dapat dilihat pada Lampiran 7. Modifikasi yang dilakukan pada Gedung Kuliah B1 ini dapat dilihat pada Gambar 12 berikut ini.
16
Gambar 11. Tampak depan Gedung Kuliah B1 modifikasi pintu Nilai Suhu Efektif Turun Perubahan nilai suhu efektif titik 2 ketinggian 1 m disajikan pada Tabel 9 dan grafik pada Gambar 12 berikut ini. Tabel 9. Perubahan suhu efektif titik 2 ketinggian 1 m Gedung Kuliah B1 modifikasi Jam 10 11 12 13 14
TE'' (°C) 22.6 23.1 24.1 25.0 24.6
TE''' (°C) 20.9 21.3 22.1 23.1 22.4
Penurunan TE (°C) 1.5 1.8 2.0 1.9 2.2
Gambar 12. Grafik perbandingan TE awal, atap hijau, dan modifikasi titik 2 ketinggian 1 m Suhu efektif titik 2 ketinggian 1 m hasil modifikasi (TE’’’) mengalami penurunan dibandingankan dengan hanya menggunakan atap hijau saja (TE’’). TE’’ tertinggi, pada jam 13.00, pada aplikasi atap hijau sebesar 25.0°C mengalami penurunan sebesar 1.9°C menjadi 23.1°C. Penurunan paling besar terjadi pada jam 14.00, yaitu dari 24.6°C menjadi 22.4°C dengan penurunan sebesar 2.2°C.
17
Penurunan terkecil terjadi pada jam 10.00, yaitu dari 22.6°C menjadi 20.9°C dengan besar penurunan 1.5°C. Perubahan suhu efektif yang terjadi diakibatkan karena penurunan suhu bola basah secara keseluruhan dan perubahan yang signifikan pada kelembaban udara. Pada tabel 10 berikut ini merupakan contoh data perubahan keadaan ruang Gedung Kuliah B1 pada jam 13.00. Tabel 10. Contoh perubahan suhu ruangan Gedung Kuliah B1 jam 13.00 Titik 1
2
3
Plafon 1 Plafon 2 Plafon 3 Rata-rata
h (m) 0.5 1 1.5 0.5 1 1.5 0.5 1 1.5 2.5 2.9 3.3
T'' (°C) BB BK
T''' (°C) BB BK
RH'' (%)
RH''' (%)
v'' v''' (m/s) (m/s)
TE'' (°C)
TE''' (°C)
25.0 25.0 25.1 24.9 25.0 25.1 25.0 25.0 25.0 25.0
23.1 23.1 23.1 23.0 23.1 23.1 23.0 23.1 23.1 23.1
23.6
26.7
18.9
26.7
77.1
48.0
0.013
0.008
23.6
26.8
19.0
26.7
76.7
48.0
0.019
0.016
23.6
26.9
19.0
26.8
76.2
47.7
0.028
0.030
23.6
26.6
18.9
26.6
77.8
48.4
0.005
0.009
23.6
26.7
19.0
26.7
77.6
48.6
0.005
0.008
23.7
26.8
19.1
26.8
77.4
48.6
0.010
0.013
23.6
26.6
18.9
26.6
77.8
48.2
0.005
0.006
23.6
26.6
18.9
26.6
77.7
48.2
0.008
0.007
23.6
26.7
18.9
26.7
77.4
48.0
0.017
0.014
23.7
27.1
19.0
27.1
75.1
46.6
0.012
0.010
23.7
27.0
19.2
27.0
75.9
48.1
0.013
0.019
23.6
27.1
19.0
27.1
75.3
46.5
0.016
0.008
23.6
26.8
19.0
26.8
76.8
47.9
0.013 0.012
Dari data jam 13.00 di atas dapat dilihat bahwa tidak terjadi perubahan suhu bola kering yang cukup berpengaruh sehingga dapat diasumsikan pola sebaran suhu model Gedung Kuliah B1 modifikasi ini sama dengan model Gedung Kuliah B1 menggunakan atap hijau saja meskipun TE berubah cukup besar. Penurunan suhu bola kering hanya terjadi pada titik 1 ketinggian 1m dan 1.5m, yaitu sebesar 0.1°C. TE’’’ yang didapat berada pada kisaran 23°C -23.1°C. Nilai Kelembaban Relatif Udara Turun Nilai RH ruangan Gedung Kuliah B1 hasil modifikasi berubah dan masuk dalam kategori zona nyaman yang berkisar antara 40%-60%. Nilai perubahan RH titik 2 ketinggian 1 m pada setiap jam pengukuran disajikan pada Tabel 11. Tabel 11. Penurunan RH Gedung Kuliah B1modifikasi pada titik 2 ketinggian 1 m Jam 10 11 12 13 14
RH'' (%) 80.9 75.3 82.0 77.6 78.0
RH''' (%) 49.8 48.0 48.5 48.6 47.9
Penurunan RH (%) 31.1 27.3 33.5 29.0 30.1
18
Grafik perbandingan keadaan RH awal, atap hijau, dan modifikasi pada titik 2 ketinggian 1 m dapat dilihat pada Gambar 13 berikut ini.
Gambar 13. Grafik perbandingan RH awal, atap hijau, dan modifikasi titik 2 ketinggian 1 m Perubahan RH seperti pada Tabel 11 terjadi secara signifikan. Pada keadaan terburuk pengukuran, yaitu jam 13.00, RH dengan atap hijau sebesar 77.6%, kemudian dengan tambahan modifikasi turun sebesar 29.0% menjadi 48.6%. Penurunan RH terbesar terjadi pada jam 12.00, yaitu dari 82.0% turun 33.5% menjadi 48.5%. Penurunan RH terkecil terjadi pada jam 11.00, yaitu dari 75.3% turun 27.3% menjadi 48.0%. Contoh perubahan RH yang terjadi pada jam 13.00 dapat dilihat pada Tabel 12 berikut ini Tabel 12. Contoh perubahan RH ruangan Gedung Kuliah B1 jam 13.00 Titik
h (m)
RH'' (%)
RH''' (%)
1
0.5 1 1.5 0.5 1 1.5 0.5 1 1.5
77.1
48.0
76.7
48.0
76.2
47.7
77.8
48.4
77.6
48.6
77.4
48.6
77.8
48.2
77.7
48.2
77.4
48.0
2
3
∆RH (%) 29.1 28.7 28.6 29.3 29.0 28.7 29.6 29.5 29.4
19
Titik
h (m)
RH'' (%)
RH''' (%)
Plafon 1 Plafon 2 Plafon 3 Rata-rata
2.5 2.9 3.3
75.1
46.6
75.9
48.1
75.3
46.5
76.8
47.9
∆RH (%) 28.4 27.8 28.8 28.9
Adanya perubahan RH dipengaruhi oleh perubahan aliran udara. Pembukaan kedua pasang pintu masuk menambah jalur sirkulasi udara sehingga aliran udara menjadi lebih lancar. Lancar aliran udara mengakibatkan nilai RH yang tidak terlampau tinggi. Pola sebaran RH dan aliran udara ruang Gedung Kuliah B1 atap hijau dengan modifikasi pada bukaan pintu masuk dapat dilihat Gambar 14 sampai Gambar 19 berikut ini.
Gambar 14. Denah pola sebaran RH modifikasi pada ketinggian 1 m
Gambar 15. Tampak samping pola sebaran RH modifikasi
20
Gambar 16. Denah pola sirkulasi udara awal ketinggian 1 m
Gambar 18. Tampak isometri pola sirkulasi udara awal
Gambar 17. Denah pola sirkulasi udara modifikasi ketinggian 1 m
Gambar 19. Tampak isometri pola sirkulasi udara modifikasi
Dari Gambar 16 sampai 19 dapat dilihat bahwa ada perubahan pola sirkulasi udara sebelum dan sesudah Gedung Kuliah B1 dengan atap hijau dimodifikasi. Secara kasat mata, sirkulasi udara dalam ruang Gedung Kuliah B1 setelah modifikasi lebih merata daripada sebelum modifikasi sehingga memiliki kelembaban udara relatif yang lebih baik.
21
SIMPULAN DAN SARAN Simpulan Berdasarkan hasil simulasi Gedung Kuliah B1 keadaan standar dan modifikasi dapat disimpulkan bahwa: 1. Hasil pengukuran ruangan Gedung Kuliah pada jam 10.00 hingga 14.00 tidak memenuhi kondisi kenyamanan termal. Suhu efektif yang didapat > 26°C TE. Adapun nilai TE keadaan awal dari jam 10.00 hingga 14.00 pada titik 2 ketinggian 1 m secara berurutan adalah 26.3°C, 27.3°C, 27.9°C, 28.3°C, dan 27.3°C. 2. Kenyamanan termal Gedung Kuliah B1 dengan atap hijau tanaman sambiloto lebih baik dari pada kondisi Gedung Kuliah B1 keadaan existing. Aplikasi atap hijau mampu menciptakan zona nyaman di dalam ruang Gedung Kuliah B1. Suhu efektif (TE) pada keadaan terburuk, yaitu jam 13.00, pada titik 2 ketinggian 1 m turun 3°C dari kondisi awal 28°C menjadi 25°C. 3. Usulan modifikasi yang dilakukan, yaitu membuka kedua pasang pintu masuk di bagian depan Gedung Kuliah B1 pada model yang telah menggunakan atap hijau memberikan efek positif. Suhu efektif turun dibandingkan tanpa membuka pintu. TE yang didapatkan pada keadaan terburuk, yaitu jam 13.00, pada titik 2 ketinggian 1 m turun 1,9°C dari kondisi menggunakan atap hijau saja 25°C menjadi 23.1°C. (Aplikasi atap hijau daun sambiloto dan pembukaan kedua pasang pintu masuk dapat menjadi solusi penghematan penggunaan energi karena pemakaian air conditioner dapat dikurangi) Saran 1. Pintu masuk Gedung Kuliah B1 selalu dibuka keduanya pada saat pemakaian agar sirkulasi udara lebih lancar dan menghindari udara yang terlalu lembab. 2. Atap hijau dapat diaplikasikan pada seluruh bangunan dengan geometri setipe dengan Gedung Kuliah B1. 3. Jendela sebaiknya selalu dibuka untuk menghindari kelembaban udara yang berlebih. 4. Aplikasi atap hijau sebaiknya diberlakukan sebagai upaya penghematan energi jangka panjang dari pemakaian AC dan mengurangi pemakaian AC (air conditioner) pada ruang sebelum jam 10.00 untuk menghemat energi. 5. Beban yang didapatkan bangunan akibat dari adanya tanah dan tanaman di atas atap dirasa terlalu besar. Beban dari tanah dan tanaman sebesar 1325 kg/m 2 dan 518.80 kg/m2. Oleh karena itu maka untuk meningkatkan efektifitas dari struktur bangunan maka tebal tanaman dapat dikurangi hingga pada batas minimal zona perakaran tanaman sambiloto, yaitu 15 cm, sedangkan tinggi tanaman dikontrol pada batas minimal ketinggian produktif tanaman sambiloto, yaitu 30 cm. Apabila hal tersebut dilakukan maka beban dari tanah berkurang menjadi 397.5 kg/m2 dan beban dari tanaman berkurang menjadi 207.52 kg/m2.
22
DAFTAR PUSTAKA Arvi. 2007. Analisis Hubungan Penyinaran Matahari dan Suhu Udara dengan Kelembaban Udara di Tangerang. Jurnal. Tangerang. Avissar, R. and Yazhaq. 1982. Verification Study of Numerical Greenhouse Microclimate Model. Trans. ASAE: 1711-1920 Bruce, Mary Jo. 1980. Green Roofing : A Rooftop Vineyard [internet]. [diacu 2013 April 3]. Tersedia dari: http://www.motherearthnews.com/green– homes / green - roofing -/ Kurnia, Redny. 2010. Identifikasi Kenyamanan Termal Bangunan Ruang Kuliah Kampus IPB Baranangsiang dan Darmaga Bogor. Jurnal. Geofisika dan Meteorologi, Institut Pertanian Bogor. Lipsmeier, Georg. 1994. Tropenbau Building in the Tropics, Bangunan Tropis, Jakarta, Erlangga. Satwiko, Prasasto. 2008. Fisika Bangunan, Yogyakarta, PenerbitAndi. Scotia, Nova. 2011. Nova Scotia Green Roof Manual, Ecology Action Centre, Canada. Soegijanto. 1999. Bangunan di Indonesia dengan Iklim Tropis Lembab Ditinjau dari Aspek Fisika Bangunan, Direktorat Jenderal Pendidikan Tinggi Departemen Pendidikan dan Kebudayaan. Talarosha, Basaria. 2005. Menciptakan Kenyamanan Termal dalam Bangunan. Jurnal. Sistem Teknik Industri, Universitas Sumatera Utara. Tjasyono, Bayong HK. 2004. Klimatologi, Bandung, Penerbit ITB. Versteeg H K. Malalasekera W. 1995. An Introduction to Computational Fluid Dynamics: The Finite. Wooley, Tom. Green Building Handbook Vol.1, Manchester, ECRA. 1997. Hal.6 Yani, Ahmad. 2007. Analisis dan Simulasi Distribusi Suhu Udara pada Kandang Sapi Perah Menggunakan ComputationalFluid Dynamics (CFD). Tesis. Sekolah Pascasarjana, Institut Pertanian Bogor. Latifah, Nur Laela. 2012. Kajian Kenyamanan Termal pada Bangunan Student Center Itenas Bandung. Jurnal. Teknik Arsitektur, Institut Teknologi Nasional.
23
24
25
26
Lampiran 2 Nomogram suhu efektif
27
Lampiran 3 Tahapan general setting
28
29
30
31
32
Lampiran 6 Validasi Data
33
Lampiran 6 Lanjutan
34
`
35
36
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Bogor, Jawa Barat pada tanggal 29 Agustus 1991 dari pasangan suami istri Anang Sudjana dan Eli. Penulis merupakan anak ketiga dari tiga bersaudara, adik dari Maulana Fajar dan Maulida R.M. Pada tahun 2009 lulus dari SMA Negeri 99 Jakarta dan diterima di Departemen Teknik Sipil dan Lingkungan IPB melalui jalur USMI (Undangan Seleksi Masuk IPB). Selama mengikuti perkuliahan, penulis aktif berrorganisasi di dalam lingkungan kampus IPB. Penulis merupakan anggota aktif dari divisi musik Unit Kegiatan Mahasiswa Music Agriculture X-Pression!! (UKM MAX!!) sejak tahun 2009. Selama menjadi anggota UKM MAX!! penulis pernah menjadi penanggung jawab Album Kompilasi MAX!! ke 3 pada tahun 2010, menjadi Vice General Manager pada kepengurusan 2011, penanggung jawab Inagurasi MAX!!7 tahun 2011, penanggung jawab ACRA (Art Collaboration and Revolutionary Action) tahun 2012, dan menjabat sebagai General Manager MAX!! tahun kepengurusan 2012.
