BAB III KARAKTERISTIK LINGKUNGAN ECOHOUSE DENGAN FINITE DIFFERENCE DAN COMPUTATIONAL FLUID DYNAMIC (CFD)

61

BAB III KARAKTERISTIK LINGKUNGAN ECOHOUSE DENGAN FINITE DIFFERENCE DAN COMPUTATIONAL FLUID DYNAMIC (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 Ecohouse Sumber: 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 6090% (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

pertimbangan

untuk

seperti

nilai

memberikan

Nusselt,

Prandtl,

perbandingan

Grashof

dalam

memberikan

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 35 o, 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 elemenelemen 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

°C

°C

°C

m²

OPS

22.5 – 36.6

22.9 – 35.3

26.3 – 31.1

58.68

Idaman

22.5 – 37.9

23.2 – 44.9

26.4 33.6

22.5 – 21.4 – 25.6°37.9 54.2 37.5o 29.44426.1Kinibalu 20.9 48 26.9 Sumber : Harimi Malay (2006) Serikayan

69.39

79.17

Dinding Atap

Attik

Beton ringan

Ventilasi1/13 area & bebas

Bata, papan UAC partisi UAC 2 mm

Metal

Metal isolasi Atik tertutup foil rapat alumin Atik tertutup Metal rapat Dugaan Humpherday

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 dM  m in  m out dt  U D     x Dt

  const

,

i

m in  m out

dM dt

 0

………….… .(68)

 0

i

D   0 Dt

............................................................................... (69) U i  0 xi .............................................................. (70)

Persamaan Navier-Stokes II: Momentum incompressible Fluid

.................................................................................(71)

…………..…….………….......(72)

…………….. ....(73)

78

Konversi Momentum : u i   (  i u j )  P   ij  g i  Fi …. ............... t



i

          x

ui t



i j

(i u j ) xj





 x

j i

xj

   2   i   j 3 

P    i  j    xi x j   x j xi 

xi

x j

...................................................... ij

  2 i  (ui  j )       gi  Fi   3 j  x j  

.......

Persamaan Navier-Stokes III: Kinerja Momentum U j P  ij   g j  U i  t x x j xi     i    V   I



U j

II

 U j

 ij    

 xi

di mana



III

U i x j

IV

.................................................................. (74)

 2    ij  U k  3 x k  ......................................................................... (75)

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 U j U i  2T T T  P   2   ij ............................................ (76)  c  U i t xi xi xi xi      

c 

I

II

III

IV

V

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

     t xi

     q ............................................................... (77)  U i    xi      1, U j , T  ................................................................................................ (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

Input Lokasi dan lingkungan Global

Elemen Struktur rumah kayu

Qatap,Tp, (absorber)

Analisa,Qp

Qw,Tw, (absorber)

Analisa,Qw

Qf,Tf, (absorber)

Fluida Udara

Pemukim

Pindah Panas Udara ke ruang Bangunan secara Radiasi, Konveksi, Konduksi

Metabolisme

Analisa ,Qf

Display Ya Selesai

Nyaman, PMV & PPD

Pre-processor

Post Processor

Solver Program CFD

No a

Gambar 45 Rancangan Analisis CFD untuk bangunan (Chorin 2000) Penjabaran kondisi dalam bangunan terlihat pada Diagram proses pindah panas dalam bangunan pada Gambar 46.

82

Gambar 46 Kerangka pemikiran analisis tatanan ruang dalam rumah Ecohouse dengan 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 lapisan udara y = 1 m

87

Gambar 51 Ilustrasi perubahan suhu dengan perubahan warna ketinggian lapisan udara di rumah kayu ketinggian lapisan udara y = 1.68 m

Gambar 52 Ilustrasi kenyamanan dari perubahan suhu dengan kontur di bagian badan 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 Kode

Z cm

Y cm

X cm

TR CFD

T ukur jm 12 o C

T ukur jm 13 o C

ZV m s-1

YV m s-1

XV m s-1

Alir m s-1

DEN kg m-3

Tekanan Pa

VIS N s m-2

TVIS N s m-2

KE J kg-1

DTURB W kg-1

Beda suhu o C

error %

Energy (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

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

Rata-rata

Nama : RTG kayu 8 no pla uj terbuka

89

Table 9 Hasil simulasi CFD untuk karakteristik lingkungan rumah tembok dan kesalahan perhitungan

No

tekana n

Alir

BJ

kode 7 14 15 23 31 33 34 36 38 39 40 rerata

Pa -2.375 0.378 0.075 0.088 0.014 0.240 -0.117 -0.001 2.698 -0.017 0.075 0.096

m s-1 4.22 3.28 0.30 0.47 0.60 2.92 0.28 0.13 1.95 0.45 0.62 1.385

kg m-3 1.172 1.172 1.171 1.170 1.171 1.172 1.172 1.172 1.172 1.171 1.171 1.171

Catatan kode r tembok 21

suhu ukur o

C 28.9 28.9 30.0 30.7 30.4 26.6 27.6 27.8 28.1 30.01 27.3 28.755

suhu CFD o

C 28.002 28.000 28.419 28.642 28.331 28.000 28.114 28.000 28.005 28.285 28.427 28.202

Energy Watt m2

11.31 11.31 12.48 13.10 12.23 11.31 11.63 11.31 11.32 12.10 12.50 11.872

Kecepatan alir XV

Kecepatan alir ZV

Kecepatan alir YV

VIS

TVIS

error

m s-1 0.669 -1.048 0.163 0.012 0.226 -0.812 -0.065 0.000 -1.689 -0.024 0.159 -0.219

m s-1 4.135 3.024 -0.119 -0.316 -0.087 2.036 -0.253 0.000 0.000 -0.393 -0.329 0.700

m s-1 -0.514 -0.727 0.223 0.346 0.553 -1.934 0.107 0.132 -0.970 0.212 -0.506 -0.280

N s m-2 2.21E-05 2.21E-05 2.21E-05 2.21E-05 2.21E-05 2.21E-05 2.21E-05 2.21E-05 2.21E-05 2.21E-05 2.21E-05 2.21E-05

N sm-2 0.002 0.002 0.002 0.002 0.001 0.002 0.002 0.002 0.002 0.002 0.002 0.002

% -0.03 -0.03 -0.05 -0.07 -0.07 0.05 0.02 0.01 0.00 -0.06 0.04 -0.017

90

Tabel 10 Hasil simulasi CFD karakteristik lingkungan rumah kayu atap rangkap dan kesalahan perhitungan T ukur jm 12

No

Z

Y

X

TR

Kode 0

cm 0

cm 0

cm 0

CFD 25.01

C 31.3

3

63

354

150

27.03

4

224

233

-15

25.01

8

431

173

150

10

554

173

15

53

299

17

308

21 23

T ukur jm 13

error

YV

XV

Alir

DEN

Tekanan

VIS

TVIS

C 31.3

m s-1 0.12

m s-1 -1.94

m s-1 -0.70

m s-1 2.07

kg m-1 1.18

Pa 1.00

N s m-2 1.84E-05

N s m-2 1.56E-03

J kg-1 0.03

oC 6.3

20.1

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Rerata

Catatan kode r atap rangkap

o

o

KE

beda suhu

ZV

%

91

Tabel 11 Hasil simulasi CFD karakteristik lingkungan rumah kayu panggung dan kesalahan perhitungan No kode

Suhu ukur o

C

Suhu Cfd o

Tekanan

ALIR

XV

YV

ZV

DEN

energi

kesalahan ukur

DTRB

TVIS

VIS

C

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 Ko De 0 33 14 34 31 7 3 18 H1 H2

Z

X

T ukur jm 12

Y

cm

cm

cm

0 63 150 186 0 0 63 308.4 421 123

0 150 554 150 0 431 150 173 139 139

0 53 53 53 173 173 354 280 33 33

Tabel 13

o

C

31.3 27.3 28.9 27.6 26.7 28.9 30.8 31.2 37.0 37.0

T ukur jm 13 o

C

31.3 28.2 31.5 31.4 27.4 31.3 31.5 32.2 37.0 37.0

TR CFD o

ZV -1

YV -1

XV -1

Aliran -1

Kerap atan -3

Teka nan

metoda Fanger Tekanan (Pa) suhu nyaman(oC) Rata suhu radian (oC) PMV PPD (%) aliran udara (m s-1)

X (m) 0.45 0.45 0.45 0.45 0.45 0.45

-2

Turbu lence -2

C

ms

ms

ms

ms

kg m

Pa

Nsm

Nsm

28.0 28.1 28.0 28.1 28.1 28.2 28.2 28.4 28.0 28.4

0.0 0.4 -0.2 0.2 -0.7 0.4 0.4 0.0 0.2 0.3

0.0 -0.2 0.0 0.1 -0.1 -0.3 0.4 -0.1 -0.1 -0.2

0.0 0.8 0.2 0.3 0.5 0.0 -0.2 0.0 -18 0.2

0.0 0.4 0.2 0.3 0.7 0.6 0.6 0.1 0.3 0.4

1.17 1.17 1.17 1.17 1.17 1.17 1.17 1.17 1.17 1.17

0.0 0.0 0.1 0.0 0.0 0.0 0.0 0.001 0.111 0.009

1.8E-05 1.8E-05 1.8E-05 1.8E-05 1.8E-05 1.8E-05 1.8E-05 1.8E-05 1.8E-05 1.8E-05

1.0E-10 1.8E-02 1.2E-02 9.0E-03 2.6E-03 1.3E-03 7.9E-03 4.2E-03 1.2E-02 4.9E-03

Pembahasan karakteristik lingkungan mikro di ruang dalam bangunan rumah panggung.

Lokasi

Visko sitas

R Baca Y Z (m) (m) 1.5 0.95 1.5 0.95 1.5 0.95 1.5 0.95 1.5 0.95 1.5 0.95

Nilai 1.55 28.09 28.16 0.74 37.6 2

X (m) 0.45 0.45 0.45 0.45 0.45 0.45

R tidur Y Z (m) (m) 1.5 3.78 1.5 3.78 1.5 3.78 1.5 3.78 1.5 3.78 1.5 3.78

Nilai 1.24 28.23 28.27 1.24 17 0.1

beda suhu

error

Energi

C

%

W m-2

3.28 -0.76 0.89 -0.45 -1.38 0.73 2.59 2.83 8.97 8.57

10.5 -2.78 3.09 -1.65 -5.17 2.51 8.42 9.08 24.3 23.2

0.00 -0.46 0.26 -0.17 -1.34 0.59 2.26 0.35 3.63 4.70

o

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.

Suhu (oC)

Gambar 53 Perbandingan hasil CFD dengan pengamatan BMG berdasarkan waktu 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.

94

RH (%)

Gambar 54 Perbandingan hasil CFD dengan pengamatan BMG berdasarkan waktu 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.

Aliran udara (ms-1)

Gambar 55 Perbandingan hasil CFD dengan pengamatan BMG berdasarkan ketinggian ruang dalam bangunan pada kecepatan aliran udara

95

Hasil analisis simulasi intensitas radiasi matahari berbagai dari tanggal 2327 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.

Intensitas surya (Wm-2))

Gambar 56 Perbandingan hasil CFD dengan pengamatan BMG berdasarkan waktu 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.

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


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.


98


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 bangunan kayu dengan kondisi tanpa imbuhan aliran udara dari luar (badan bebas). Kode

CFD

RT160309 110611 T19

Suhu (oC) 28.90

T20

29.08

1.02

T22

28.72

T34

UKUR

Tekanan Kecepatan (Pa) (m s-1) 0.18 0.42

ERROR

Suhu (oC) 29.0

Kecepatan (m s-1) 0.50

TR(%) Kecepatan M s-1 0.5 16.0

0.40

29.3

0.11

0.9

-263.6

0.59

0.51

28.5

0.05

-0.9

-920.0

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

c) ketinggian 3 m

b) Ketinggian 2 m

d) ketinggian 0.5 m arah sumbu X(Vx)

Gambar 62 Ilustrasi tampak atas dari kontur kecepatan aliran udara di ketinggian 1 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 Jarak

X M

y m

z

Tr

m

o

C

x

y

z

Tr

Minim

m

m

m

o

C

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

5.15 >119 luar

3

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 flux ketinggian 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

m -2.7

Visko sitas N.s m-2 1.845E-5

1

-2.7

1.03

2

1.41

3

Item

x

y

z

Jarak Y0.5

m 1.41

m 0.5

Y1m

1.41

Y2m Y3m

m -2.7

Visko sitas N.s m-2 2.19E-5

Maksi luar

1

4.91

2.21E-5

dalam

0.11

2

4.91

2.21E-5

dalam

-0.933

3

5.15

2.43E-5

luar

x

y

z

Mini luar

m 1.41

m 0,5

1.845E-5

luar

0.11

-2.7

1.845E-5

luar

-2.7

1.845E-5

luar

a) Distribusi suhu 0,5 m

c) Distribusi suhu 2 m

b) Distribusi suhu 1 m

d) Distribusi suhu 3 m

Gambar 64 Ilustrasi tampak atas antara viskositas dan magnifican mass flux pada 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 Jarak Y0.5m

m x -0.34

m y 0.5

m z 3.6

o

Y1m

-0.55

1

Y2m

1.41

Y3m

2.04

C

Minim

25

Luar

m x 0.11

3.6

25

Luar

0.11

1

2

-0.83

26.1

Luar

0.11

3

-0.82

26.2

Luar

-0.93

a) Ketinggian 0.5 m

c) Ketinggian 2 m

m m y z 0.5 4.91

o

C

Maksi

113

dalam

4.91

119

dalam

2

4.91

119

dalam

3

5.15

174

Luar

b) Ketinggian 1 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

Jarak

m

m

m

PMV

x

y

z

Minim m

m

m

PMV 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

c) Ketinggian 2 m

b) Ketinggian 1 m

d) Ketinggian 2 m

Gambar 66 Ilustrasi tampak atas ilustrasi kenyamanan terhadap kecepatan aliran udara 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

c) ketinggian 2 m

b) ketinggian 1 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

Jarak

m

m

m

PPD

x

y

z

PPD

Minim m

m

m

luar

3.39

0.5 -2.66

100

Maksi

Y0.5m 2.69

0.5 -0.83

0

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 Ukur

28.0

280 28.0 28.1 28.0 28.3 28.1 28.2 28.1 28.2 28.1 28.1

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

Aliran udara ruang min <1 m s-1

1.87

0.25

Plafon : Aliran udara (Tr) min =1m s-1

1.02

3

Z

Keterangan (biru)

-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 Transmigrasi 2 kamar. Tabel 22. Nilai aliran udara hasil analisis Gambar 76 Lokasi Lantai Ruangan Atap

Kecepata aliran udara(ms-1) <0.222 <0.889 >2

Warna biru Kuning 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 s1

. 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

B

A

Gambar 77 Scalar suhu dan vektor aliran udara (panah), di sumbu Z =1 m, tengah ruang bangunan percobaan 2 kamar tanpa pemukim A ditepi atap, B di ruang attik

B

A

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

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

o

C 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 menurut ketinggian 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 rumah transmigrasi 3 kamar

Gambar 86 Ilustrasi perubahan kecepatan aliran udara rumah arah memanjang sumbu Y bangunan rumah transmigrasi 3 kamar

120

Gambar 87 Ilustrasi perubahan kecepatan aliran udara menyeluruh rumah transmigrasi 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 Jarak 0.5 1 2 3

x m -0.33 -0.59 1.41 1.41

z m 3.6 3.6 -2.7 -2.7

Tr oC 25 25 25 25

minim luar luar luar luar

X m 0.088 0.088 0.088 2.5

z m 4.91 4.91 4.91 5.2

Tr oC 153 149 145 178

Maksi luar luar luar 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

c) Ketinggian 2 m

b) Ketinggian 1m

d) Ketinggian 3 m

Gambar 88 Ilustrasi tampak atas hubungan suhu ruang atap rangkap dengan kecepatan aliran udara pada MHF

122

Tabel 25 Hubungan suhu ruang dengan kecepatan aliran udara pada MHF

Item Jarak 0.5 1 2 3

x m -0.33 -0.59 1.41 1.41

z m 3.6 3.6 -2.7 -2.7

Tr oC 25 25 25 25

minim luar luar luar luar

X m 0.088 0.088 0.088 2.5

z m 4.91 4.91 4.91 5.2

Tr oC 153 149 145 178


Hasil pada ketinggian 0.5 m hingga 1 m, suhu diruang tamu mencapai 25.726.8 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 Jarak Y0.5m Y1m Y2m Y3m

x m -0.34 -0.34 -0.93 -0.34

z m 3.6 3.6 5.15 3.6

Alir m/s 0 0 0 0

Minim luar Dalam Luar Luar

x m -1.5 -1.5

z m 7.15 7.15

0.99 9.4

9.15 7.15

Alir m/s 3.31 3.31 3.3 3.3


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

c) Ketinggian 2 m

b) Ketinggian 1 m

d) ketinggian 3 m

Gambar 89 Ilustrasi tampak atas hubungan kecepatan aliran udara dan MHF

124

3 Hubungan PMV dan kecepatan aliran udara dapat dilihat dibawah ini Tabel 27 Hubungan rasa kenyamanan (PMV) dan kecepatan aliran udara Item Jarak Y0.5m Y1m Y2m Y3m

x m 2.5 2.5 2.5 2.5

z m -0.83 -0.83 -0.83 -0.83

PMV -4 -4 -4 -4

Minim luar luar luar luar

x m 0.34 0.34

z m 4.9 4.9

2.87 2.87

5.3 5.22

PMV >4 >4 >4 >4

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 dan PMV

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

Jarak

m

m

PPD

x

z

Minim m

m

PPD 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

100

Luar

5.15

126

5 Hubungan viskositas dan magnifican mass flux dapat dilihat dibawah ini Tabel 29 Hubungan viskositas dan magnifican mass flux Item

x

z

Vis

Jarak

m

m

x

z

Minim m

m

Vis 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

Jarak

m

m

Trad

x

z

Minim m

m

Trad 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

Atap 2 Kayu K Kέ Lantai Pangung Pohon ½ Tmbk Tembok

Z cm

X cm

Y cm

T jm 12 oC

T jm 13 oC

TR CFD oC

ZV m/s

YV m/s

XV m/s

Aliran m/s

Kera patan kg/3

Tekanan Pa

Visko N s/ m^2

Turbv N s/ m^2

Beda Suhu oC

Error %

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

3.7

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

69.1

189.3

141.4

28.5

29.2

34.3

0.9

69.1

189.3

141.4

28.5

29.2

33.2

0.9

-0.4

-0.4

131.5

188.7

120.5

30.7

31.9

28.1

0.1

286.5

120.5

202.9

30.7

31.1

31.7

0.0

69.1

189.3

141.4

28.2

29.9

29.9

69.1

189.3

141.4

29.9

28.8

30.5

-0.2

-5.8

Ener gy

1.4

1.1

0.2

0.0

0.0

-0.2

1.4

1.2

-0.2

0.0

0.0

0.0

0.0

0.4

1.2

0.0

0.0

0.0

2.5

7.1

1.0

0.0

-1.2

0.3

1.2

1.2

0.0

0.0

-1.0

-3.4

-0.1

0.7

-0.3

-0.1

1.5

1.1

1.4

0.0

0.0

-1.6

-5.9

0.7

-0.2

-0.2

1.2

1.2

0.5

0.0

0.0

-0.6

-6.2

-4.7

-20.5

-3.2

-16.8

-2.6

-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

c. rumah kayu + lantai mortar

b. rumah + lantai kayu

d. rumah panggung kayu

Gambar 91 Ilustrasi di atas perbedaan suhu yang bisa dicapai untuk masing-masing bentuk 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 Ecohouse 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.

BAB III KARAKTERISTIK LINGKUNGAN ECOHOUSE DENGAN FINITE DIFFERENCE DAN COMPUTATIONAL FLUID DYNAMIC (CFD)

Recommend Documents