BAB IV RANCANGAN MODEL KENYAMANAN

132

BAB IV RANCANGAN MODEL KENYAMANAN Pendahuluan Universitas Surakarta telah mensurvei bahwa karakteristik perumahan di golongan pendapatan menengah ke bawah berpengaruh terhadap faktor-faktor sosial dan ekonomi. Kasus khusus pada orang-orang dari Kerajaan Surakarta yang sangat signifikan menunjukkan bahwa orang-orang yang rendah pendapatan ekonomi, yang tidak berpendidikan, dan belum bersosialisasi, anggota dalam keluarga yang besar akan meningkatkan pembangunan non real, tapi tidak termasuk usia orang (Prasetyo 2009). Thailand adalah negara tropis yang dipengaruhi suhu dan humidity menjadi 5 zona, sedangkan Indonesia termasuk Zona B dan Zona C yang merupakan daerah panas dan lembab, yang wilayahnya dengan kecepatan angin dan kelembaban yang tinggi sehingga akan 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. Hal Ini akan menjadi tantangan dalam mengendalikan pemanfaatan energi fosil dan air untuk perencanaan siklus-hidup sehingga energi menjadi lebih ekonomis. Pengamatan selama bulan panas di Bangkok AIT di 4o Lintang Utara dan 130.3o Bujur Timur menghasilkan kondisi langit dan awan cerah (Soonthorn dan UNEP 2003). Menurut

aspek

ekologi

kebutuhan

mata

pencaharian

diperlukan

keseimbangan antara perumahan dan lingkungan iklim mikro. Ide dasar dalam upaya untuk melaksanakan konservasi lingkungan adalah reaksi terhadap pengelolaan lingkungan hidup dalam simulasi perumahan nyaman. Aliran udara di sekitar bangunan, ventilasi alami dan kenyamanan termal merupakan topik yang terkait erat. Indoor kenyamanan termal pada bangunan berventilasi alami dalam konteks hangat sebagian tergantung pada efisiensi ventilasi alami yang meningkatkan gerak udara di atas kulit dan menghasilkan sensasi dingin. Selain itu, ventilasi alami tergantung pada distribusi tekanan di sekitar gedung yang dihasilkan oleh interaksi angin dengan bangunan itu sendiri dan hambatan bangunan tetangga. Oleh

karena

itu,

geometri

bangunan

merupakan

elemen

penting

yang

133

mempengaruhi banyak aspek bangunan iklim seperti aliran udara di sekitar gedung yang berpotensi untuk ventilasi alami dan kenyamanan interior. Tujuan penelitian adalah mempelajari teknik pendinginan dalam bangunan agar mencapai kenyamanan tinggal dalam bangunan. Tinjauan Pustaka Kenyamanan Variabel yang mempengaruhi kenyamanan adalah suhu udara, suhu radiant permukaan di sekeliling bangunan, kecepatan aliran udara, dan kelembaban relatif. John Spears dalam Marc Boem (2006), menyajikan Tabel 17 kenyamanan pada suhu dalam batasan sekitar 22.5-32.5 oC, dikaitkan dengan kelembaban (Rh) dan kecepatan aliran udara. Tabel 32 Hubungan temperatur, kelembaban, dan kecepatan aliran untuk kenyamanan PMV (Harimi 2001) Temperature (°C)

RH (%)

Kecepatan Aliran (m s-1)

22.5

45

0.01

22.5

80

1.27

22.5

80

0.01

26.7

20

0.01

26.7

45

2.54

Prasyarat pendinginan alami dapat dilihat suhu lebih tinggi mungkin diterima bila RH rendah dan kecepatan udara lebih tinggi. Ada variasi dari anggapan manusia dalam selubung kenyamanan menurut ASHRAE, terbatas pada 0.8128 m s1

. Givoni (1994) menyatakan bahwa 2.0 m s-1 sebagai maksimum batas orang

Eropa dengan RH 70%, bila bangunan dikendalikan dari ASHRAE maksimum titik embun pada 16.5 °C yang dirangkaikan dengan kandungan uap air udara atau 16.5 °C dengan kelembaban 70% pada suhu 22.2 °C dan kelembaban di bawah 70% untuk mencegah pertumbuhan jamur. Penukaran suhu radiant di antara manusia dan sekelilingnya sangat mempengaruhi kenyamanan. Sekeliling orang dengan permukaan lebih dingin daripada suhu udara akan menambah nyaman. Hal ini dapat

134

dicapai dengan mendinginkan panel radiant yaitu dengan dinding/lantai/langitlangit pejal yang sejuk dengan beberapa kondisi di bawah suhu lingkungan pemukim. Bangunan didinginkan terutama untuk kenyamanan manusia. Batasan orang sebenarnya untuk mengartikan sebagai enak berdasarkan pada kebudayaan dan pakaian, sesuai percobaan ilmiah dengan kondisi manusia. Pendinginan bertugas untuk pernyataan penolakan panas di permukaan kulit tubuh, penolakan panas tubuh dengan penguapan (keringat), konveksi (dari pindahnya udara), dan radiasi kependinginan permukaan untuk membedakan cara pendinginan lingkungan dan pendinginan pemukim dalam bangunan yang secara langsung. Kipas di plafon sebagai

contoh,

bangunan

tidak

memperoleh

pendinginan

dengan

cara

mengoperasikan kipas tapi sebenarnya suhu jadi naik karena panas motor, tetapi efek dari pergerakan udara menyatakan suatu pendinginan atau tolakan panas dari manusia. Bangunan didinginkan terutama untuk meningkatkan kenyamanan manusia. Ada beberapa orang yang mendefinisikan sebagai nyaman, berdasarkan ekspektasi budaya dan pakaian, serta beberapa pengujian ilmiah yang ketat dari subyek manusia. Dalam kasus pendinginan, tugas ini adalah untuk mempromosikan penolakan panas pada permukaan kulit. Tubuh menolak panas oleh penguapan (keringat), konveksi (dari udara yang bergerak), dan radiasi permukaan lebih dingin. Ini berguna untuk membedakan antara strategi yang mendinginkan bangunan dan strategi yang mendinginkan seseorang secara langsung. Sebuah kipas langit-langit yang beroperasi adalah contoh yang terakhir bangunan tidak bisa dingin (pada kenyataannya suhu meningkat karena panas limbah motor), tetapi efek dari udara yang bergerak adalah untuk mempromosikan penolakan panas manusia. Variabel-variabel yang mempengaruhi kenyamanan adalah suhu udara, suhu radiasi dari permukaan sekitarnya, kecepatan udara, dan kelembaban relatif. Persyaratan ventilasi untuk bangunan lokal yang diprakarsai oleh Departemen Bangunan (BD), Pemerintah Hong Kong Daerah Administratif Khusus (Hong Kong SAR). Disarankan bahwa aliran udara dalam ruangan harus dipelajari hati-hati untuk mengembangkan kode berkaitan dengan persyaratan ventilasi untuk bangunan. Kecepatan udara lokal dan turbulensi berpengaruh terhadap kenyamanan

135

termal merupakan faktor kunci dalam menentukan kriteria untuk memberikan ventilasi yang lebih baik. Korelasi hubungan antara parameter disain tombol makroskopik dan indeks kenyamanan termal dimana berasal. Selain itu, mempertimbangkan

penerapan Komputasi Dinamika Fluida (CFD) karena ini

teknologi lebih layak dan relatif lebih murah daripada metode lain untuk menduga kenyamanan dimana penggunaan CFD untuk mempelajari alam ventilasi di sebuah flat kecil (Peng Chen 2001). Psikrometri Definisi hubungan antara suhu bola lampu kering (Tdb) dan suhu bola lampu basah (Twb) di mana suhu mencapai pada tabung cairan tertutup oleh sumbu dan dipindahkan oleh pergerakan aliran udara dengan penguapan pada sumbu yang mengambil energi, sehingga menjadi lembab terjadi keseimbangan, kecuali RH = 100%. Penguapan terjadi pada suhu bola basah (Twb), Titik embun ditentukan oleh udara basah bila mencapai RH 100%

dan mengembun. Pendinginan udara

sederhana lebih jauh adalah hasil dari uap air terpadatkan keluar sebagai cairan atau dehumidifikasi. Udara 25 °C (Tdb) dan RH 50% mempunyai titik embun yang sama dengan udara 35 °C dan RH 30%, keduanya mempunyai kondisi uap air yang sama atau nisbah kelengasan (H), yang dipertimbangkan dengan butiran uap air perkilogram udara kering (7000 butir = 0.45 kg). Rasio kelembaban relatif (RH) di ditentukan pada udara yang mempunyai kandungan uap air maksimum dan udara itu jenuh didefinisikan sebagai RH 100%. Udara kering mampu menambah uap air bila suhu itu naik, maka pemanasan pada kelembaban yang rendah dan pendinginan ini akan menaikkan RH. Bila udara ini didinginkan menjadi RH 100%, maka suhu udara ini akan menuju titik embun dari suhu awal atau kondisi kelembaban. Persyaratan Ventilasi Umumnya,

orang

membutuhkan

jumlah

minimum

oksigen

untuk

kelangsungan hidup. Namun, karbon dioksida dihasilkan akan menyebabkan sensasi stuffness 'Udara buruk'. Oleh karena itu baik deplesi oksigen dan akumulasi karbon dioksida harus dipertimbangkan. Selanjutnya, dokter akan lebih suka udara lebih segar untuk meminimalkan penyebaran penyakit, terutama di kondisi ramai. Efek termal, baik suhu dan kelembaban akan mempengaruhi sensasi manusia di

136

ruang ventilasi. Setelah review terbaru Janssen [20], tingkat ventilasi minimum adalah bekerja keluar berdasarkan kebutuhan fisiologis dan faktor kenyamanan. Nilai berkisar dari minimal 4 cfm (2 l s-1) per orang untuk pertama kalinya estimasi yang dibuat dalam sejarah oleh Tredgold tahun 1836, maksimum 30 cfm (14 l s-1) per orang, maka 15 cfm (7.5 l s-1) di ASHRAE standar 62 -1989 [21]. Setelah merilis Standar ASHRAE 62-1989, banyak argumen muncul pada tingkat ventilasi, khususnya di daerah merokok. Standar ini ditarik untuk beberapa waktu untuk review lebih lanjut. Sebuah revisi yang diusulkan pada tahun 1996 di Standar 62R. Sebuah addendum dengan tingkat ventilasi lebih rendah untuk sebagian ruang adalah usulan yang akan melalui tinjauan umum. Banyak usaha (misalnya yang dikaji oleh Sherman [23]) mempelajari persyaratan ventilasi dalam bangunan komersial luar negeri. Telah ada konflik antara kebutuhan udara segar dan terkait penggunaan energi pada panas atau pendingin dari udara luar yang segar. Ventilasi pada bangunan perumahan tidak begitu banyak dipelajari sebagai pada bangunan komersial. Sebuah alasan utama adalah karena membuka jendela dipercaya untuk memberikan ventilasi yang memadai. Namun, dengan gaya hidup yang baru dalam menggunakan ventilasi lebih banyak udara segar yang diperlukan untuk menipiskan polutan dalam ruangan seperti volatile senyawa organik. Jadi, yang ada persyaratan ventilasi untuk bangunan perumahan harus ditinjau (Wang 2000). Ada dua parameter kunci ditentukan dalam sebagian besar standar dan panduan disain untuk membangun ventilasi bahwa perubahan jumlah udara meningkat sesuai dengan tingkat ventilasi. Baik parameter berasal dari total ventilasi laju aliran udara melalui lubang Q (m3 s-1). Jumlah laju perubahan udara NACH (dalam jumlah perubahan udara per jam) ditentukan dari Q dan volume ruang V (dalam m3) pada sebuah kamar

…………………………….………..(79) LajuVentilasi Tingkat ventilasi VR (di m3 s-1 m-2) dinyatakan dalam Q dan luas lantai ruang Aroom (m2) pada sebuah kamar ………………………………………..………(80) VR dapat dinyatakan dalam m3/ jam. m-2 sebagai: (3)

137

……………………………………….……… (81)

VR ditetapkan dalam standar biasanya ditentukan dari kepadatan hunian nominal dan emisi karbon dioksida dari manusia

Manfaat Ventilasi untuk Kesehatan dan Kenyamanan Pergerakkan udara untuk pendinginan badan atau pemanasan udara dalam struktur bangunan akibat pergerakkan aliran udara yang dapat menghilangkan panas pada ruang lokasi tempat duduk, menunjukkan tekanan lebih tinggi dari tekanan luar atau atmosfer. Percobaan Leeward tekanan dipermukaan dinding lebih kecil bila dibandingkan dengan tekanan udara di titik dari lubang pemasukan angin itu. Pada permukaan dinding sisi luar menunjukkan tekanan negatif pada lubang pemasukan angin dan tekanan yang positif pada sisi yang arah asal angin dibandingkan tekanan positif pada ujung sisi dinding yang lain pada arah asal angin paksa. Ventilasi menyilang terjadi ketika suatu tegangan berbeda antara permukaan bagian luar tempat bangunan dan di dalam permukaan dinding yang berbeda atau yang sama. Perbedaan tegangan ini menyebabkan udara mengalir dari inlet ke outlet bangunan yang ditempati mempunyai tekanan yang lebih rendah. Bahkan ketika pengukuran beda tegangan antara kedua lobang titik pengukuran mendekati nol, tetap aliran udara dalam lingkungan masih terjadi sebagai hasil gaya dalam sepanjang gerakan angin ketika memasuki jendela karena tingginya setiap jendela (Ernest 1998). Aliran udara alami di dalam bangunan adalah suatu kombinasi akibat efek kedua-duanya karena pindah panas dan kekuatan angin. Aliran udara ini dideferensiasikan untuk pindah panas dan tekanan udara yang keduanya tidak melebihi 40% dari hasil aliran udara paksa angin di jendela (Gambar 92).

138

Gambar 92 Contoh percobaan untuk menentukan geometri dalam bangunan (Wang 2002)

Pendinginan Mekanis Cara Konvensional Menggunakan Pemampatan Uap Air

Sistim pendinginan konvensional, udara melewati daerah penempatan pemukiman melalui suatu coil pendinginan. Temperatur udara turun untuk mencapai titik embun. Sebagian dari uap air di udara mulai mengembun di coil dan menetes sebagai embun. Udara melanjutkan penyegaran dingin sepanjang kurva pengembunan jenuh, berarti dekat RH 100% dan ini khas di sekitar 15 °C Tdb. Kedua panas yaitu panas sensible pendinginan terukur dari suhu, dan panas laten pendinginan (pemindahan uap air) telah terjadi dan menjadi udara campuran dalam udara ruangan dan dipanaskan menjadi 25 °C, dan jadi RH 45%. Udara ruangan digantikan oleh pendinginan dari pengeringan udara sehingga ruangan keduanya dingin dan dehumidifikasi. Pendinginan dinyatakan dalam ton refrigrant (3.52 kwh). Satu ton pendingin menghantarkan laju aliran udara kira-kira 11.33 meter kubik per menit mendinginkan udara pada 16.5 °C Tdb daripada 12.8 °C Tdb. Hal ini akan mengambil secara ganda laju aliran udara yang menghantarkan satu ton pendinginan. Sistem semua versi mekanis pendinginan menggunakan kompresi uap air. Kondisi udara ruangan konvensional termasuk kompresor, penghembus, coil pendinginan dan coil untuk menolak panas jadi satu . Unit ini digabungkan pada satu nilai kualitas termasuk kebisingan dan efisiensi untuk keuntungan dengan harga rendah. Lorong pendinginan dari mini-split udara punya satuan terminal berisi coil pendinginan dan kipas udara menjadikan udara permukaan dingin, dan unit luar yang memisahkan dan menolak panas dari kompresor. Hal ini lebih efisien daripada AC ruangan dan unit terminal dapat dilokasikan di dinding bagian dalam

139

atau langit-langit. Sistem pendinginan split meletakkan coil dan penghembus bersamaan secara sentral dari udara yang disediakan dan udara permukaan kembali lagi menjadi dingin. Kompresor, coil pendinginan dan kipas diletakkan di luar rumah. Sistem ini merupakan yang umum digunakan di daerah perumahan kota. Sistem ini dapat quieter dan lebih efisien daripada sistem di atas. Teknologi yang mempersatukan variabel kecepatan kipas dan multi kecepatan dari kompresor jadi lebih baik pada bermacam-macam muatan dan efisiensi akan bertambah. Sistem bubungan atap memberikan dukungan utama di dunia komersil, khususnya di bangunan harga rendah. Satu unit bubungan atap mempersatukan kompresor, kipas dan coil pendinginan, kipas dan coil penolakan panas dilokasikan di bubungan atap dengan lorong mengarah ke udara luar yang berasal dari satuan bagian bawah. Chiller digunakan bangunan besar dan gabungan permintaan pendinginan dengan area yang luas, berkisar 6.5 °C, beredar mengelilingi sekitar bangunan dengan jenis pendinginan yang berbeda. Air dari chiller dipompa melalui coil-air di satuan ini, yang melakukan pendinginan udara ruangan dan menuju semua arah ruangan. Chiller khas menyejukkan udara yang lebih besar dan mendinginkan udara dari menara air. Sistem konvensional mencatat semua penyesuaian diri dari bangunan yang memerlukan penetapan daerah pendinginan. Daerah perumahan kota khas membuat sistem hanya satu daerah, tetapi kemampuan penetapan daerah pendinginan pasif secara teknis dan keindahan dibuat merupakan kesatuan. Pendekatan konversional memungkinkan dipersatukan penetapan daerah pasif dan teknik energi . Malaysia mempunyai laju evaporasi rendah sepanjang hari penyinaran, kelembaban tinggi dan keawanan yang tebal dan dipergunakan ventilasi alami untuk memperoleh kenyamanan termal pada bangunan rumah murah tradisional, rumah berteras, dan ruangan kelas, tapi tidak digunakan pada bangunan tinggi. Letaknya dekat katulistiwa, rimbun dengan cahaya matahari dan jarang ditemui sehari penuh dengan langit yang cerah. Penyinaran rata-rata 6 jam dengan suhu terendah mencapai 24.8 oC pada malam hari dan siang hari mencapai 38.8 oC, kelembaban antara 42-94%, Laju evaporasi berkisar 4-5 mm per hari tergantung awan dan suhu udara yang rendah (Malaysian Meteorological Department 2007).

140

Sebab itu memiliki udara yang panas dan kelembaban yang tinggi pada saat cuaca dingin karena terjadi laju evaporasi, kelembaban pada saat udara cerah dan basah tetapi hangat menjadi kondisi yang terbalik dengan daerah subtropis. Parameter yang Mempengaruhi Kenyamanan Tubuh Orang Panas sensible internal dari sumber panas sensible rata-rata per orang dalam 24 jam dihasilkan 0.0183125 W s-1 per orang dalam keadaan melakukan aktifitas gerakan (Alabama 2001). Ada empat parameter lingkungan suhu udara (Ta), suhu radiant tengah (Trad), kecepatan udara(v), tekanan uap air di udara (Pa) dan tiga parameter pribadi metabolisme (M), kerja (W) serta penyekat termal. Penyimpanan panas (S) terjadi tetapi tidak termasuk parameter pribadi maka perlu terjadi kesetimbangan panas tubuh dan lingkungan. Persamaan kesetimbangan panas tubuh diperoleh dari menyeimbangkan laju panas produksi di tubuh karena metabolisme dan daya panas eksternal ke luar dari tubuh ke lingkungan, proses penguapan, pernafasan, radiasi, pemanasan konveksi dan konduksi di permukaan pakaian. …………………….…………(82)

…………………….…………(83) S = penyimpanan panas di tubuh

dimana = waktu),

W = daya kerja M = laju metabolisme W= mekanis bekerja R = penukaran panas karena radiasi C = penukaran panas konveksi K = penukaran panas dengan konduksi E = kehilangan panas evaporasi Res = kehilangan panas karena pernafasan Nilai positif S menunjukkan kenaikan suhu tubuh Tb dan negatif menunjukkan turunnya suhu Tb, dan bila S = 0 tubuh berada pada keseimbangan termal. dimana m = masa tubuh, kg dan …………………………………….……….(84)

141

h = tinggi tubuh (m) untuk pria rata-rata masa 70 kg dan tinggi 1.73 m, M = metabolisme satuannya met sesuai aktifitas Maka bila Tn = T angin diluar diperoleh Tcl Pendekatan Lingkungan Fungsi dari lingkungan adalah

………………………………………….……(85) ………………………………………….……(86) Pendekatan metabolism tubuh pada lingkungan :

………………………………………….……(87)

………………………………………….……(88) Pernukaran panas radiasi (R) terjadi di antara permukaan kulit tubuh dan pakaian dan di permukaan sekeliling seperti permukaan ruangan internal dan sumber panas meresap. Ini menggunakan bilangan stefan-boltzmann persamaan: Penggantian nilai feff, fcl, ε, dan σ, feff punya nilai 0.696 untuk posisi orang duduk dan 0.725 untuk berdiri; rata-rata 0.71. Gabungan emisivitas kulit dan pakaian ε = 0.97 pada radiasi gelombang panjang, dan tidak tergantung kulit/warna pakaian. Suhu pakaian (Tcl), bergantung pada laju metabolisme, tahanan panas pakaian dan suhu udara. Suhu lingkungan dalam ruangan biasanya kecil (khas 1030 oC) dan dalam persamaan dapat digantikan persamaan linier: …………………….………(89) Diketahui Icl dari pustaka (Awbi 2003)  0,0045: ………………………………….……(90) ………………………………….……(91) ………………………………….……(92) ………………………………….……(93)

142

………………….……(94) ………………………………….……(95) Maka diperoleh To = keseragaman suhu sebagai radiasi dari pada orang dalam selubung hitam terjadi pertukaran panas radiasi dan konveksi yang sama dengan pemanasan sebenarnya ketika lingkungan non-uniform. ………………………………….……(96) To = suhu yang berlaku dan dapat menggambarkan suhu rata-rata suhu radian dan suhu udara disebabkan oleh perpindahan ………………………………….……(97) ………………………………….……(98)

………………………………….……(99) ………………………………….…..(100) ……………………………………...(101) ………………………………….…..(102) Nilai Ed diwakilkan oleh panas yang hilang minimum karena penguapan. ………………………………….…..(103) …………………………..(104) maka nilai Ts dicocokan dan menunjukkan besaran M tertentu. …………………………………....(105) Kehilangan panas maksimum dari keringat terjadi bila permukaan kulit tubuh semua basah dan menjadi: ……………………………………...(106) fpcl = faktor penyerapan uapa air dari pakaian berrongga kecil ………………………………………(107) koefisien konveksi hc melalui persamaan Lewis ………………………………………………(108) Efisiensiberkeringat: ………………………………………………(109) koefisien pindah panas konveksi sebenarnya panas dipindahkan oleh berkeringat:

143

………………………………………………(110) ……………………………………………(111) Sres = laju aliran udara ke paru-paru yang gilirannya sebanding kepada laju metabolisme ………………………………………(112) , pindah panas laten tubuh ke lingkungan menjadi

…………….(113) ……………………………(114)

……………………………………………...(115)

…………………...(116) ……….…(117) ………………………………………….…(118)

Metodologi

Rancangan bangunan ecohouse ini dilakukan dalam pengamatan 5 hari untuk menentukan perbedaan yang ada. Tempat dan Waktu Penelitian Percobaan ini disamakan pada Bab 1 akan dinilai kenyamanannya. Pada beberapa titik yang dapat dibandingkan dengan simulasi CFD. Alat dan Bahan Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini antara lain : 1

Bahan-bahan material kayu Acasia mangiensis dari FAHUTAN-IPB. Serta pengujian spesimen kayu mengikuti standard SNI, Japan Instrument Standard (JIS) dan American Standard Agricultural Engineering (ASHRAE) diterapkan

144

untuk menghitung konduktivitas kayu, panas jenis, serta berat jenis kayu Acasia 2

Perpindahan

panas,

aliran

udara,

dilakukan

perhitungan

Program

Computational Fluid Dynamics (CFD), dengan Lap Top DELL n series, RAM 2 GB, HDD 80 GB, Processor Pentium Core 2 Duo. 3

Aplikasi konstruksi sama dengan Bab 1 di bangunan prepabrikasi FAHUTANIPB dan Balai Penelitian dan Pengembangan Hasil Hutan Bogor

Penggunaan Data Penggunaan Data sesuai Pengukuran pada Bab 1.Operasional pengambilan data dari BMG dalam Lampiran 4. 1

Pergerakan aliran udara di luar dan dalam bangunan pada titik tertentu tertera pada Bab 1.

Pengukuran parameter di lokasi bangunan yang

mempengaruhi yaitu suhu luar dan dalam bangunan, kelembaban, aliran udara, intensitas cahaya matahari, kapasistansi pergerakan aliran udara, panas latent, dan lainnya. Karakteristik dari komponen bangunan yang tidak dapat diukur diambil dari data sekunder. 2

Langkah kerja menggunakan analisis CFD ini adalah batasan awal yang riil yang terjadi pada lingkungan bangunan dengan perhitungan dari data pengukuran yang mengacu pada model matematik dalam analisa perilaku gerakan fluida udara, pindah panas dan fenomena yang terjadi dan pengukuran dilakukan 5 kali ulangan. Keputusan diambil dari pengaruh kesalahan menghitung dan ketepatan luasan segmen yang disebut mesh.

3

Aliran udara sekeliling bangunan(wind), diassembli, dalam bentuk flow in dan flow out dengan batasan tidak terkendali, angin luar berkisar 0.2–5 m s1

. Pada t = 0, batasan mesh untuk aliran udara alami pada sumbu x dan y

sesuai dengan uji coba dengan hembusan aliran udara dari arah belakang bangunan. Bangunan menghadap utara (arah z) sekitar 0.5 m s-1 hingga 2 m s-1. Angin datang bisa dalam bentuk laminar dan turbulen. Batasan analisis ini yaitu memberikan aliran udara dalam bangunan semestinya berbentuk aliran laminer, pada keadaan steady state dan transien tergantung pada bilangan Reynold dengan batasan lebih dari 2100 atau aliran turbulen. Batasan-batasan pada proses perambatan panas ini agar terjadi perumusan

145

dari analisis pergerakan aliran udara didalam bangunan dan aliran uap air atau kelembaban yang dijabarkan dalam analisis perubahan suhu udara lingkungan disekitar eco-house. Cara Pengukuran Perubahan udara suhu lingkungan ambient luar (Ta), suhu bagian ruang dalam (tr), suhu atap (Tp, suhu dinding (Tw), suhu lantai (Tf), suhu air jenuh (Tcw), pergerakan aliran udara menyebabkan terjadinya perubahan energi dalam bangunan secara alami. Demikian pula temperatur. Hal ini menyebabkan perbedaan tekanan, perubahan massa uap air, karakteristik konduktivitas, panas laten, panas sensibel, dan lain-lain seperti dibahas dalam Bab 1. Langkah Kerja Proses Pembuatan Geometri : Pengukuran dilakukan di siang hari saat terjadi proses pemanasan. Simulasi pengaruh lingkungan dimodifikasi sebagai suatu bentuk bangunan sederhana. Proses perubahan dan kelembaban serta kecepatan aliran udara akan diperoleh di dalam bangunan tersebut yang disebut dengan mikro-klimat. Suhu ambient berkisar antara 21 °C, titik awal 28 °C, T referensi yang digunakan 30 °C mengikuti perlakuan pengukuran. Asumsi arah aliran udara region hanya terjadi dalam satu arah yaitu dari z di mana kondisi ini sesuai dengan aliran udara bulan April di Bogor. Radiasi waktu solar yang dilakukan 12 jam. Bangunan ini tanpa plafon yang disesuaikan dengan struktur lebar kayu. Semua properties yang digunakan dalam perhitungan menggunakan data pustaka yang ada dalam program Flovent. Asumsi ada satu orang dalam bangunan dan propertiesnya mengikuti pustaka dalam program CFD sekitar 50 W m-2. Karakteristik dan rancangan struktur serta material bangunan terlihat pada gambar sebelumnya. Langkah kerja dalam penelitian ini mengikuti perumusan dan analisis aliran udara dengan batasan-batasan proses perambatan panas atau pindah panas, perubahan aliran udara, dan pergerakan aliran uap air. Program CFD dijalankan dengan menghasilkan nilai-nilai kualitatif dan kuantitatif sesuai dengan struktur geometri bangunan. Bangunan ini diasumsikan sesuai dengan peraturan standar tata cara perancangan sistem ventilasi di Indonesia. Hasil analisis perhitungan dilakukan ulangan untuk mengambil keputusan dari pengaruh kesalahan menghitung.

146

Faktor-Faktor Kenyamanan Sensasi kebutuhan kenyamanan berkaitan dengan rasa, pengecapan, pendengaran, pencahayaan, perabaan, dan penglihatan dalam keserasian pada aliran udara yang terkendali dalam kondisi lingkungan dalam ruang. Bangunan rumah adalah benda terselubung oleh udara sekitarnya dan dijabarkan dalam Gambar 93 dan 94.

Gambar 93 Diagram Psikometrik Hubungan Suhu Kenyamanan (Tc) dan Suhu Rerata Uji (Tm) (Cheung 2001)

Gambar 94 Interaksi temperature dan aliran udara untuk kenyamanan (Cheung 2001) Menurut Peng Chen (2003), data kenyamanan di lingkungan menjadi salah satu mekanisme utama dalam menunjukkan nilai pencapaian pengukuran panas lingkungan di dalam ruang bangunan rumah, guna mendukung kesehatan seseorang, kesejahteraan hidup dan produktivitas. Suatu rancangan dari

147

perencanaan keadaan lingkungan pemukiman perlu suatu ilustrasi penampilan dari pengaruh pengendalian di permukaan ruang agar sistem kenyamanan mencapai hasil kenyamanan tertinggi, yang dapat menanggulangi kegelisahan (Gambar 95).

Gambar 95 Zona Kenyamanan Mengikuti Hukum Fanger (Peng Chen 2002)

Keterangan : Zone AA – sangat panas, pemecahan dengan pendinginan evaporasi Zona A – panas, pemecahan dengan pendinginan evaporasi dan kecepatan angin Zona B – panas dan lembab, pemecahan dengan kecepatan angin Zona C – kelembaban yang tinggi, pemecahan dengan penurunan kelembaban Zona D – sangat kering dan lembab Zona E – sangat dingin, radiasi matahari Gambar 96 Pembagian Zona Ruangan dalam Bangunan (UNEP 2001)

148

Szokolay (1980) menunjukkan tingkat pergerakkan udara yang mempunyai arti penting berhubungan dengan sensasi kesegaran dan kenyamanan. Hubungan antara temperatur udara yang rendah, kecepatan aliran udara dalam rumah untuk kenyamanan (Gambar 96). Parker dan West (1973) mengemukakan bahwa temperatur rendah dan tingkat pergerakan udara di dalam rumah mungkin dirasakan seperti hembusan campuran udara dingin yang mungkin dapat menanggulangi kegelisahan sampai taraf tertentu dengan peningkatan temperatur udara suhu 25 °C optimal untuk kamar mandi, 24 °C membuat kantuk orang merasa hangat (lethargic), 21-22 oC optimal untuk orang tak berpakaian dan optimal yang dicapai untuk merasakan kenyamanan dan dengan tekanan emosi tanpa bergerak secara fisik diperlukan 18 ºC. Penjelasan lebih lanjut dapat dilihat pada Gambar 97.

Gambar 97 Pengaruh Lingkungan dan Faktor Psikologi untuk Kenyamanan (Boonyatikarn & Buranakarn 2006) Manusia dewasa membutuhkan penyegaran 0.0035-0.0176 m3 per orang dan dalam satu hari berkisar 0.127-0.356 m3. Perbandingan suhu pada ketinggian 0.11.8 m (batas kepala) berkisar 21-23.2 °C dan kecepatan aliran udara 0.03-0.09 m s-1 menyatakan juga kebutuhan kecepatan aliran udara 0.0063 m3 per menit dan perbandingan temperatur pada ketinggian 1.51 meter diperlukan suhu berkisar 22.7-

149

23.1 °C dengan kecepatan 0.08 m s-1. Dalam pergerakkan udara terjadi pemindahan uap air dan panas di sekeliling tubuh manusia yang mulai dirasakan dengan kecepatan dan bila kurang 0.1 per detik akan membuat rasa kaku di tubuhnya. Pada temperatur udara lebih tinggi meningkatkan kecepatan udara dan membantu penguapan keringat untuk mendorong ke suatu efek pendinginan sehingga mencapai kenyamanan. (Alamdari et al. 1994 dan Alamdari 1994). Pada saat melepas pakaian yang dikenakan, kelembaban atau temperatur

terlalu tinggi, menyebabkan akan sukar untuk merubah ketidakpuasan dengan melakukan penggantian kecepatan aliran udara. Sedangkan pada saat orang duduk peranan aliran udara di dalam panas lingkungan terlalu tinggi. Penting bagi seseorang untuk menghindari percampuran udara yang disebabkan pergerakan udara yang tak

dikehendaki untuk mendinginkan badan karena kondisi panas ini membuat emosi gelisah dan dapat digunakan kipas untuk membaurkan udara.

Bryn (1999) menyatakan pada ruang hole di mana pergerakkan udara siap

terjadi maka orang yang bekerja dengan duduk terus-menerus memperoleh perbedaan temperatur yang kecil sedangkan waktu terbatas dan sangat dipengaruhi oleh aliran udara luar berkaitan dengan kekuatan perubahan panas yang besar. Pada orang yang berpakaian dan berbadan besar di satu titik ruang dan temperatur lingkungan yang seragam ditempatkan pada posisi yang gelap agar pancaran kalor dari orang itu dihilangkan sehingga mengalami kasus yang sama dan nyata. Orientasi penempatan orang di dalam ruang itu memerlukan perhitungan yang tepat karena perhitungan rata-rata temperatur ditinjau dari faktor sudut format geometrik antara badan dan permukaan selubung bangunan, ukuran jarak, dan permukaan suhu yang berbeda. Hal ini dapat dinyatakan dengan program komputer dalam rincian mikro-klimat menjadi suatu model Computational Dinamic Fluide (CFD. Dalam banyak kasus kenyamanan, cara kerja perubahan panas dinyatakan sebagai hasil cara kerja suatu post-processor pada suatu area. Cara menghitung rata-rata temperatur permukaan (°C) untuk titik i pada luas permukaan area A (m2) yang dibatasi oleh berkas panas lokal, dipengaruhi oleh parameter-parameter perbedaan temperatur vertikal, lantai dingin atau hangat, dan berkas radiasi yang tidak simetris. Asumsi di negara sub tropis pada selubung permukaan bangunan, aktivitas biologi kritis pada kelembaban 70%. Secara umum perlu dijaga tingkat kelembaban relatif untuk kenyamanan (HVAC) seperti yang

150

diizinkan bervariasi antara 25-60%. Pada perbedaan iklim seperti tropis, bagian dalam bangunan harus dipelihara agar menghindari kelembaban permukaan kritis atau tidak terjadi kondensasi. Persepsi penghuni terhadap temperatur bagian dalam ruang, kelembaban relatif harus dipelihara sesuai dengan parameter yang ditetapkan dalam Standar ASHRAE No.55-1992. Kelembaban relatif perlu diatur sekitar 5060%. Analisis kenyamanan ini menggunakan persamaan Fanger (2001) dan Cheung untuk bangunan eco-house.

Gambar 98 Laju pindah panas berbagai suhu dari penghuni pada lingkungan (Peng Chen 2001) Pada Gambar 98 dapat didekati untuk laju pindah panas yang terjadi seperti pada Tabel 33.

151

Tabel 33 Hasil Laju Pindah Panas yang Terjadi Item simpanan (Wm-2)

Persamaan Y= - 0.005*x^3+0.3054*x^2-3.1253*x-40

Tr (oC) 30

Laju (W.m-2) 6.1

Radiasi

Y=-0.0002*x^3+0.0663*x^2+0.8477*x-110

30

-30.3

Konveksi

Y =0.0002*x^3+0.0902*x^2-0.6972*x-110

30

-44.3

Evaporasi

Y =- 0.0036*x^3+0.1346*x^2-1.374*x-10

30

-27.3

meta cloth

Y=0.0003*x^3-0.0006*x^2-0.6557*x+70

30

57.9

Kenyamanan Termis Menurut Karyono (2002), Standar Nasional Indonesia (SNI) mengikuti persyaratan ASHRAE No.55-2004 dalam penyelenggaraan pembangunan oleh Departemen Pekerjaan Umum. Variabel kenyamanan dalam persamaan Fanger juga digunakan, yaitu a

Temperatur udara lingkungan yang nyaman 24-25.6 °C (sekitar 78.1 °F) Temperatur radian yang tidak simetris karena jendela, dinding, dan langitlangit dingin (< 10 °C).

b

Kecepatan aliran udara serta kelembaban mempengaruhi aktivitas orang yang berkenaan dengan panas metabolisme demikian juga energi bebas serta hambatan karena busana atau tanpa berbusana (nude). Perbedaan temperatur udara vertikal (< 3 °C dari kaki sampai kepala) dan temperatur lantai antara 19 °C dan 29 °C. Kehangatan dinding normal dan pemanasan di langitlangit <5 °C. Kegelisahan terjadi berkenaan dengan kondisi panas lingkungan yang tak nyaman dan tidak sama dengan panas sensasi. Nilai panas sensasi tergantung pada panas temperatur kulit (dingin-panas), kenyamanan pada status keinginan fisiologis (gelisah-nyaman). Panas lingkungan ini dibatasi oleh respon manusia untuk pertukaran panas antara tubuh dan lingkungan.

c

Pendugaan nilai rata-rata PMV (Predicted Mean Vote), diperoleh dari jumlah persentase orang dalam kelompok yang hadir dalam ruangan itu untuk menyatakan gelisah karena panas. Pada kondisi panas lingkungan dalam ruangan ini, upaya menduga rasa gelisah, nyaman, serta puas tanpa

152

merasa gelisah dari hadirin yang ada di tempat tersebut mencapai 80- 90% (PPD). d

Posisi 0.6 m di atas lantai dan percepatan tarikan udara (draft) < 0.25 m s-1. Standar ISO 7730 (1988) ASHRAE 55-1992, ASHRAE 55-2004,

menyatakan bahwa : a

Standar untuk mengevaluasi kenyamanan mengikuti Indeks PMV (suhu udara, kecepatan aliran udara, kelembaban) dan PPD (aktivitas dan pemakaian busana).

b

Kepuasan 80 persen sampai dengan 90 persen.

c

Skala PMV, Skala batasan pemilihan ASHRAE yaitu Panas =+3; Hangat =+2; Sedikit hangat =+1; Netral=0; Sedikit dingin=-1, Dingin=-2; sangat Dingin=-3.

d

Nilai pernyataan kenyamanan dalam PPD.

e

Skala pernyataan kenyamanan (Icl) pengaruh hambatan berbusana dinyatakan dalam satuan Clo (1 Clo = 0.155 m2°C/Watt), setara dengan 0.15 x berat pakaian dalam pound. Rongga busana seseorang mempengaruhi penyerapan pemindahan uap air melalui sekatan pori-pori pakaian atau konstanta penyekatan. Skala nilai Clo antara 0 sampai 4 atau tanpa busana sampai pakaian orang Eskimo. Diasumsikan berpakaian di tropis 0.5-0.6 Clo.

f

Nilai skala kegiatan pada pria duduk dan bekerja, dengan suhu 21 °C, RH 50%, kecepatan aliran udara 0.01 m s-1, dan berbusana dengan sekatan 0.81.0 Clo dinyatakan dalam 1.1 met.

g

Sesuai dengan aliran udara dan pancaran radian diperoleh tingkat kegiatan dan pemakaian busana yang dinyatakan sebagai SET (Standard Effective Temperature). Effective Temperature (ET) keseimbangan kondisi gabungan parameter-parameter di atas dengan pembasahan kulit. Contoh SET untuk aktivitas orang duduk adalah 1.1 met dengan pakaian ringan dan kecepatan aliran udara yang rendah.

153

h

Perhitungan ASHRAE No.55-2004 ini menggunakan diagram psikometrik yang terdiri dari suhu bola basah, suhu bola kering, kelembaban relatif, suhu udara luar, suhu radian. Suhu pengoperasian (Top) adalah kombinasi suhu udara sekitar dengan suhu bola kering Perbedaan diagram adalah untuk perbedaan aliran udara dan teknik berpakaian. Pendekatan ASHRAE -552004 :menyatakan suhu pengoperasian (Top) atau kombinasi udara sekitar menjadi satu nilai suhu untuk efek pancaran panas radiant dari suhu bola kering (Top) berada seimbang dengan suhu dan pergerakan udara sepadan dengan perasaan hangat atau dingin.

i

Suhu efektif adalah kondisi suhu tanpa pergerakan udara jenuh yang dinyatakan dalam satuan nilai gabungan efek suhu bola kering, kelembaban dan pergerakan udara, rasa sensasi suhu baik hangat atau dingin, pengaruh kegiatan tubuh bekerja atau tidak, serta kondisi berbusana atau tanpa berbusana dalam ruangan Melikov 1988, bahwa kenyamanan sebagai fungsi frekwensi dari kecepatan

aliran udara dan fluktuasi nilai tidak nyaman adalah 0.31 m s-1. Menurut Christensen N.K.(1989), kecepatan 0.3 m s-1 dengan deviasi 0.33 m s-1, pada PMV =0, (netral), nilai PPD terkecil 5%, dan PMV= -1, pada PPD = 28%. Menurut Fanger (1970) dalam Neagrao ( 2002), keseimbangan panas dari badan manusia telah diidentifikasikan parameter yang berpengaruh pada kenyamanan termal, kecepatan aliran udara, kadar air, suhu udara, suhu radian ratarata, aktivitas fisik, dan pemakaian baju dan dinyatakan dalam indeks PMV. Tabel 34 Suhu nyaman menurut Standar Tata Cara Perencanaan *) Teknis Konservasi Energi pada Bangunan Gedung Temperetur Efektif (TE) Sejuk Nyaman 20.5-22.8 °C Ambang atas 24 °C Nyaman Optimal 22.8-25.8 °C Ambang atas 28 °C Nyaman. 25.8–27.1 °C Ambang atas 31 °C *)Sumber Basaria Talarosha 2005

Kelembaban (RH)

50 % 80% 70% 60%

154

Suhu nyaman thermal untuk orang Indonesia berada pada rentang suhu 22.825.8 °C dengan kelembaban 70%. Basaria Talasosha (2005) menunjukkan kondisi ideal yang harus dibuat untuk menciptakan bangunan nyaman secara termal adalah sebagai berikut: a

Teritis atap/Overhang cukup lebar

b

Selubung bangunan (atap dan dinding) berwarna muda (memantulkan cahaya)

c

Terjadi Ventilasi Silang

d

Bidang –bidang atap dan dinding mendapat bayangan cukup baik

e

Penyinaran langsung dari matahari dihalangi (menggunakan solar shading devices) untuk menghalangi panas dan silau.

Menurut Hendarto (2010), Standar Pertukaran udara minimal di derah tropis untuk kamar keluarga dan kamar tidur adalah 20 kali isi ruang/jam. Kecepatan angin bergerak mempengaruhi kenyamanan yang paling nyaman adalah 0.25-0.5 m s-1 dengan efek penyegaran pada suhu 30 oC, adalah 0.5 sampai 0.7 oC dan masih nyaman pada 0.5 – 1 m s-1 dengan efek penyegaran 1- 1.2 m s-1. Menurut Abdul Manan (2007), Orang Indonesia pribumi memakai pakaian biasa batas atas nyaman optimal adalah 28 oC dan kelembaban relatif 70 % atau 25.8 oC temperature efektif (TE), batas bawah adalah 24 oC dan kelembaban relative 80 % atau 22.8 oC TE ,batas atas sampai 31 oC kelembaban relative 60% atau 27.1 oC TE. Kondisi termal sejuk nyaman adalah 20.5–22.8 oC ( TE) dan panas nyaman, antara 25.8- 27 oC (TE). Dengan menggunakan metode deskriptif kuantitatif dan analisis SPSS terkait pengolahan data-data lapangan yang diperoleh dari hasil pengukuran bangunan Tradisional di Bali dan NTT, Balai PTPT Denpasar mencoba membuat formulasi konsep terkait standar kenyamanan termal bangunan tradisional di Indonesia. Dari hasil kajian menunjukkan bahwa temperatur operatif maksimum pada kondisi netral yang diterima pada musim hujan adalah 33.82 oC sedangkan di musim kemarau 30.33 °C. Berdasarkan kajian pada daerah tropis basah yang dilakukan oleh para peneliti Koengsberger, Ingersoll, Maghew, dan Szokolag, pada bukunya yang berjudul Manual of Tropical Housing and Building, Part 1. Climatic Design, Orient

155

Longman, Madres, 1975, disusunlah sebuah Nomogram Temperatur Efektif, dimana ketiga faktor kenyamanan diatas dimasukkan kedalam kurva kenyamanan. Kondisi daerah nyaman untuk orang dengan pakaian kerja normal adalah: a

Temperatur efektif antara 23–27 oC.

b

Kecepatan gerak angin maksimum 0. –1.5 m s-1.

Hasil Perhitungan dan Pembahasan Hasil Simulasi termal dari Rumah Transmigrasi 2 kamar dari hasil Drawing Board. Tabel 35 Hasil energi yang terjadi dalam pemanasan tubuh, rasa nyaman dan nilai kepuasan untuk tinggal dalam ruang itu agar mencapai kenyamanan Item Data

nilai

Item data

V o data (km/hr) Ad= luas tbh org (m-2) Vo=alud rumus (m s-1) mb= berat data (kg) hb=tng data (m) Az = Ad luas muka tbh /htg (m+2) Av /AD ==> htg Av= luas tubuh (m+2) Az = Ad luas muka tbh (m+2) RQ =asumsi M=rumus metabolism L= panjang bangunan (m) RH (%) Clo (1 met) Met ( W/kg.m) M= met Tcl awal (oC) To awal(oC) Tsk (oC) Tr (oC) Ta(oC) Fcle=I/(I+h*0.155*Icle In =

0.1-5 1.62 0.60 57.00 1.65 1.62 0.73 1.47 0.23 0.90 163.11 34.00 0.80 55.00 58.20 2.80 30.00 27.47 34.09 23.80 28.00 1.40 1.08

σ= ε= hr= Tcl(oC) hr hc= h= Ia = Kecepatan di 0 (ms-1)= Ia = Icli = Icle=0,524*Icli+0,056 = hcl hcle = Fcle= Fcle=I/(I +h*0,155*Icle) Fcle = Ia/(Ia+Icle) Fcle=hcle/(hcle+h) Energi (I) (Watt.s-1)= W= PMV ( non dimensi) PPD (%) Kecepatan di n (ms-1)=

nilai 5.67E08 0.15 4.57 31.04 0.70 4.81 9.38 0.11 0.20 0.11 0.01 0.06 0.92 16.33 0.64 1.40 0.64 0.64 0.16 10.16 1.0737 33.97 0.1-1.2

Nilai PMV yang dihitung mencapai 1.0737 atau terasa panas, berarti penghuni rumah tersebut sudah mulai berkeringat.

156

Ilustrasi dilantai bangunan arah isometri, denah dan tampak muka bangunan dilihat dari penampakan dari sisi cartesian X,Y,Z, seperti terlihat pada gambar. Pengukuran radiasi surya, kecepatan angin, arah angin, tekanan udara tertera pada lampiran Analisis Rumah Petani di Pedesaan.

Hasil Analisis CFD pada Domain 1.73 M Dari tingkat lapisan udara yang sangat mempengaruhi

rasa kenyamanan

adalah pada kulit, sehingga yang terpenting dalam analisa ini kulit merasakan suhu sesuai dengan gambar diatas , ternyata semua merasa kepanasan, dengan suhu diatas 28 oC, mencapai diatas nilai satu, jadi nilai PMV dengan persamaan Fanger masih berlaku untuk manusia Indonesia. Validasi dari lapang, hasil wawancara denganorang yang tinggal dalam bangunan itu mulai jam sebelas WIB sudah berkeringat, terjadi metabolisme dan orang tersebut sudah merasakan lingkungan dengan nilai diatas satu atau panas.

Gambar 99 Hasil simulasi perubahan dan hubungan suhu tekanan dan kecepatan aliran udara Tekanan pada bidang lapisan z (arah dinding sisi kiri ) juga 1,7 m, juga menunjukkan ada hembusan udara dari luar tetapi pada area attik ternyata ada sedotan keluar bangunan.

157

Gambar 100 Hasil simulasi perubahan dan hubungan suhu tekanan dan kecepatan aliran udara pada berbagai ketinggian

Tabel 36 Hasil analisis dengan CFD pada rumah kayu ketinggian Y= 1.73 m. Temperature (deg C) TR5.452 TR3.07 TR1.717 TR0.05

x0.05 37.59 36.09 33.98 30.37

Kecepatan ALiran udara (m/s) V5.452 0.10 V3.07 0.09 V1.717 0.04 V0.05 0.17 Tekanan (Pa) Pa5.452 (0.24) Pa3.07 0.02 Pa1.717 0.16 Pa0.05 0.22 Tingkat kepuasan (PPD %) 0.05 PPD 5.45 90.89 PPD 3.07 80.89 PPD 1.72 63.71 PPD 0.05 36.51 Tingkat kenyamanan ( PMV) PMV5.452 2.39 PMV3.07 2.10 PMV1.717 1.74 PMV0.05 1.23

x0.7997 38.30 31.94 30.39 30.16

x1.941 37.27 37.88 29.12 28.58

x3.529 35.26 35.43 28.09 45.94

x5.184 28.00 28.00 28.00 28.00

0.11 0.18 0.16 0.07

0.16 0.18 0.28 0.15

0.32 0.24 0.85 0.00

1.28 1.02 1.16 1.13

(0.24) (0.04) 0.13 0.22 0.80 97.84 68.81 49.43 38.70

(0.27) (0.16) 0.20 0.25 1.94 95.68 97.95 38.21 26.57

(0.24) (0.15) 0.75 3.53 85.12 89.92 16.11 25.00

2.05 2.29 2.16 1.82 5.18 99.21 99.11 98.17 98.11

2.80 1.84 1.47 1.27

2.62 2.82 1.26 1.01

2.21 2.36 0.73 (1.00)

3.02 3.00 2.84 2.84

158

Tabel 37 Hubungan antara massa udara dan debit aliran udara Temperature (deg C) TR5.452 TR3.07 TR1.717 TR0.05

Q=V*A*Rho*cp dT 0.84 0.64 0.19 0.37

Dari tingkat lapisan udara yang sangat mempengaruhi

Arch 8 7 5 2

rasa kenyamanan

adalah pada kulit, sehingga yang terpenting dalam analisa ini kulit merasakan suhu sesuai dengan gambar diatas , ternyata semua merasa kepanasan, dengan suhu diatas 28 oC, mencapai diatas nilai satu, jadi nilai PMV dengan persamaan Fanger masih berlaku untuk manusia Indonesia. Validasi dari lapang, hasil wawancara denganorang yang tinggal dalam bangunan itu mulai jam sebelas WIB sudah berkeringat, terjadi metabolisme dan orang tersebut sudah merasakan lingkungan dengan nilai diatas satu atau panas. Perbedaan suhu ruang tanpa dan bernaungan pohon , ternyata suhu yang dicapai tidak begitu besar , diduga hanya panas terik matahari yang sampai langsung yang memberikan panas (Gambar 101).

Gambar 101 Perbedaan suhu yang tanpa naungan dan bernaungan. Tekanan pada bidang lapisan z (arah dinding sisi kiri ) juga 1,7 m, juga menunjukkan ada hembusan udara dari luar tetapi pada area titik ternyata ada sedotan keluar bangunan. Hasil simulasi yang menunjukkan perubahan suhu dengan ketinggian dibandingkan dengan pustaka. Perbedaan suhu oleh Sangkertadi (2001) yang dilakukan di daerah lain juga berkisar 30 oC hingga -32 oC, maka nilai kenyamanan berdasarkan suhu ini juga dapat diterapkan ditempat lain.

159

Suhu udara yang lewat terhadap tubuh manusia Indonesia sesuai dengan sumbu cartesian X,Y dan Z menghasilkan kurva pengaruh pada bangunan itu terdiri dari : a) kecepatan aliran udara 2m s-1 dari udara yang lewat, b) suhu udara berkisar T udara 28 oC, c) pada tinggi y = 1-2.5 m sesuai saraf perasa pada tubuh d).suhu radian rata-rata udara berkisar T udara 28 oC; pada tingkat 1-2.5 m , maka hasil yang diperoleh adalah seperti pada gambar berikut:

Gambar 102 Hasil simulasi perubahan tekanan pada ketinggian pemukim tinggal di kamar tidur

y=1

pada

Aliran udara menunjukkan kecepatan yang cukup tinggi diatas batas yang diinginkan lebih besar dari 0.018 m s-1.

160

Gambar 103 Hasil simulasi perubahan aliran udara pada ketinggian y=1 pada pemukim yang tinggal di kamar tidur

Gambar 104 Hasil simulasi perubahan suhu nyaman ruang pada ketinggian y=1 pada pemukim yang tinggal di kamar tidur

161

Gambar 105 Hasil simulasi perubahan suhu ruang pada ketinggian y=1 pada pemukim tinggal di kamar tidur

Gambar 106 Hasil simulasi perubahan tekanan di ruangan pada ketinggian y=1 pada pemukim yang tinggal di kamar tidur

162

Ketika analisa dengan semua jendela terbuka semua, ternyata aliran udara menghadang sinar matahari masuk dengan dinding jadi aliran udara pada tepi jendela sebelah kamar kerja .

Gambar 107 Hasil simulasi perubahan suhu di ruangan pada ketinggian y=1 m pada pemukim yang tinggal di kamar tidur terhadap kecepatan aliran udara

Gambar 108 Hasil simulasi perubahan suhu di ruangan pada ketinggian y=0.1 m pada pemukim tinggal di kamar tidur terhadap kecepatan aliran udara

163

Gambar 109 Hasil simulasi perubahan kecepatan aliran udara pada ketinggian y=0.1 m pada pemukim yang tinggal di kamar tidur terhadap suhu

Gambar 110 Hasil simulasi perubahan suhu pada ketinggian y=1.73 pada pemukim tinggal di kamar tidur terhadap kecepatan aliran udara Analisis dalam kondisi terbuka semua jendela dan pintu, maka udara sama dengan diluar, dimana aliran udara dimana hanya terjadipergerakan udara sekitar 0.003-0.007

m

s-1

berarti

kelembaban,

density,

mempengaruhi porses yang terjadi dengan delta P.

viskositas

udara

akan

164

Gambar 111 Hasil simulasi perubahan suhu di ruangan pada ketinggian y=3.5 m pada pemukim tinggal di kamar tidur terhadap aliran udara

Gambar 112 Hasil simulasi perubahan tekanan di ruangan pada ketinggian y=3.5 pada pemukim tinggal di kamar tidur terhadap aliran udara

Gambar 113 Hasil simulasi perubahan tekanan di ruangan pada ketinggian y=1.73 pada pemukim tinggal di kamar tidur terhadap aliran udara

165

Gambar 114 Hasil simulasi perubahan tekanan di ruangan pada ketinggian y=0.1 pada pemukim tinggal di kamar tidur terhadap aliran udara Kenyamanan yang dirasakan dalam bangunan kayu.

Gambar 115 Hasil analisa CFD untuk rasa kenyamanan pada y= 3 m terhadap MHF

166



Kenyamanan

pada daerah dengan ketinggian 3 m atau di plafon tidak

diperoleh dengan nilai PMV normal dan semua diatas 0, berarti palfon tak baik digunakan tempat tinggal untuk ruang dibawah bangunan karena PMV diatas 0 atau panas sedang. Dalam bangunan di Indonesia banyak dilakukan bangunan tanpa Plafon yang digunakan agar terjadi sirkulasi lebih banyak tapi ternyata pada kasus bangunan ini walaupun kayu belum memenuhi untuk digunakan sebagai tempat tinggal. Namun belum ada keluhan yang dilakukan oleh orang atas nilai kenyamanan di Indonesia terutama untuk daerah tinggal seperti Perdesaan . maka perlu dikaji untuk pemukim yang tinggal di daerah urban apakah mampu menahan panas sekitar 28 lebih pada siang hari. Pada daerah tengah terdapat daerah dengan nilai mendekati nol atau nyaman walaupun hanya sangat kecil. 

Dilihat dari tampak atas maka di plafon sangat tidak nyaman mungkin masih dapat tinggal tapi sudah mendekati kategori panas.

Gambar 116 Hasil analisa CFD untuk rasa kenyamanan pada y= 3 m terhadap aliran udara 

Maksimum untuk inetensitas radiasi yang terjadi Mg heat fluks masih cukup tinggi dan orang sudah tidak merasa nyaman lagi., dengan nilai diatas 0 sebagai standard penempatan nya. Posisi minimum untuk y= 3m dilokasi

167

2.2;3;4.08 nilai PMV yang diperoleh adalah -0.44 dan posisi maksimum dilokasi 3.26;3;3.63 dengan nilai 1.27 berarti sudah sangat panas . Perbandingan ini berdasarkan intensitas radiasi matahari yang diberikan pada 300 watt , jika musim kemarau dengan intensitas mencapai 800–1000 Watt, maka akan terasa sangat terik

Gambar 117 Hasil analisa CFD untuk rasa kenyamanan pada y= 3 m terhadap MHF

Gambar 118 Hasil analisa CFD untuk rasa kenyamanan pada y=1.5m terhadap MHF 

Pada rasa kenyamanan orang dan sekelilingnya pada ketinggian y = 1.5 m, pada posisi dimana rerata ibu-ibu Indonesia , terjadi aliran warna merah dan

168

biru tercampur . ternyata PMV diperoleh 0.123 yang masih mendekati nil atau masih dapat di nayatkan panas sedang dan rasa kenyamanan ini masih dapat ditolerir oleh penghuni bangunan 

Putaran scalar suhu panas berbaur didekat posisi orang dan pada ketinggian rasa sudah panas walau masih PMV = 0.123 . Posisi dengan nilai PMV mendekati 0 berada diposisi –x,y,z = (0.51;1.5;2.94) = 0.0057 dan nilai maksimum PMV yang dapat di cari adalah(3;1.5;3.28 ) dengan nilai 1.28 dan akan terasa panas. Kategori ini dapat berubah berdasarkan habituasi orang untuk tinggal didalam bangunan tersebut .

Gambar 119 Hasil analisa CFD untuk rasa kenyamanan pada y =1 m MHF

169

Gambar 120 Hasil analisa CFD untuk suhu pada y = 2 m terhadap MHF

Dari semua hasil kenyamanan rumah kayu dapat dibahas bahwa rumah kayu masih nyaman ditinggali dengan batasan banyak penambahan pembuatan jalusi yang sudah ditambahkan dalam perencanaan dengan nilai sebagai berikut :

Gambar 121 Perbandingan hasil analisa CFD untuk rasa kenyamanan pada berbagai ketinggian Kenyamanan rumah kayu semua pada y =0.03 m, menghasikan hubungan kenyamanan dan lokasi pengukuran adalah fungsi logaritma Y = 0.023 ln(x) + 0.301 dengan R2 yang sangat rendah = 0.002 .walaupun masih dapat dirasakan kenyamanan dengan nilai antara 0 hingga 1. Pada ketinggian y= 1.41 atau tinggi

170

tubuh manusia Indonesia diperoleh hubungan aliran udara dengan kenyamanan sebesar Y = -0.14ln(x)+0.111. Pada ketinggian y= 2.69 atau setinggi jalusi, untuk ventilasi ruangan ternyata kenyamanan antara 0 sampai 0.3 dan untuk 3.08 dibagian atik bangunan diperoleh kenyamanan diatas 1 hingga 0.5 jadi sangat panas. Ilustrasi dilantai bangunan arah isometri, denah dan tampak muka bangunan dilihat dari penampakan dari sisi Cartesian X, Y, Z, seperti terlihat pada gambar ini. Pengukuran radiasi surya, kecepatan angin, arah angin, tekanan udara tertera pada lampiran Analisis Rumah Petani di Pedesaan.

Tabel 38 Kenyamanan rumah kayu atap rangkap PM atap rangkap y=0.51 Z PMV 3.05 1.52 0.07 y=1.698 Z PMV 3.05 1.52 0.07

Jarak memanjang 0.02 2.63 0.80 0.61 0.02 2.39 0.95 0.69

0.76 .65 0.62 0.48 0.76 1.76 0.70 0.47

1.41 1.28 0.49 0.52 1.41 1.15 0.55 0.40

2.87 1.19 2.21 2.29 2.87 0.77 0.33 0.20

1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00

y=0.52

Gambar 122 Hasil CFD untuk rasa kenyamanan a. y = 0.52 m; y= 2 m terhadap jarak

171

Hasil simulasi yang diperoleh pada y = 0.52 m dan y = 1.69 yang terletak dibawah plafon masih nyaman dengan nilai dibawah nilai satu mengenai bagian atas tubuh pemukim.

Tabel 39 Kenyamanan rumah kayu pada ventilasi terbuka terbuka y = 1.69 m PMV Y= 1.69 3.00 1.45 0.06 PMV Y= 0.53 3.00 1.45 0.06

0.04 0.52 0.50 0.48

1.61 0.66 0.45 0.57

2.97 1.43 0.68 0.76

0.52 0.50 0.48

0.66 0.45 0.57

1.43 0.68 0.76

Gambar 123 Hasil CFD untuk rasa kenyamanan y = 0.52 m ; y= 1.69 m pada rumah kayu berjendela terbuka semua

172

Gambar 124 Hasil CFD untuk rasa kenyamanan rumah kayu terhadap ketinggian y

Gambar 125 Hasil CFD untuk rasa kenyamanan pada rumah kayu 3 kamar

Hasil yang diperoleh dari rumah kayu percobaan dengan selubungnya untuk keseluruhan bangunan ternyata belum memenuhi nilai kenyamanan baik dibandingkan dengan pustaka, baik dari Karyono dan Muhamad.A. Hal ini terjadi karena masih mempunyai nilai di atas 27 oC hingga 30 oC. Maka dilakukan modifikasi dengan memberikan elemen dinding dengan ventilasi silang yang arah masuknya udara, memberikan ventilasi dengan posisi sejajar dengan arah pintu

173

masuk dan jendela di mana arah angin tegak lurus dinding muka dan dinding belakang elemen terbuka, maka diperoleh nilai yang memadai sekitar 27 oC. Modifikasi yang terbaik diperoleh dengan memberikan atap rangkap dan ternyata pada bagian bawah dan tengah bangunan sudah memperoleh suhu dibawah 27 oC dan hal ini memenuhi persyaratan kenyamanan. Hal ini ditunjang oleh aliran udara pada saat yang sama dengan nilai

dari 0.1 m s-1 hingga 0.364 m s-1 berarti

memenuhi syarat perhitungan Peng Chen berkisar 0.345 m s-1. Radiasi matahari yang mengenai selubung bangunan berkisar 900 W m-2 berarti pada kondisi terpanas yang terjadi pada kondisi penelitian ini berlangsung. Tekanan udara masih dalam batas yang memadai karena perbedaan tekanan dengan luar mencapai 1 sampai 3 Pa jadi kondisi pergerakan aliran udara bukan hanya karena buoyancy, tapi juga karena perbedaan tekanan. Perbedaan tekanan dekat struktur diasumsikan terjadi tarikan atau hembusan sesuai perlakuan dalam teori, meskipun terjadi tekanan negatif dibelakang bangunan, namun hal ini diasumsikan masih diperbolehkan.

Kesimpulan dan Saran Kesimpulan

1

Perasaaan sensasi manusia terhadap termal dinyatakan oleh Fanger dengan angka -3 hingga +3, atau sangat dingin, dingin, sejuk, normal, hangat, panas dan sangat panas dan nilai normal yang terjadi antara -0.5 sampai +0.5, yang terjadi pada pemukim rumah kayu sekitar di atas satu terasa hangat, berarti rumus Fanger berlaku untuk bangunan kayu ini.

2

Di Bogor pada waktu penelitian mempunyai suhu awal 25 °C dengan suhu operasi 27.5°C. Penggunaan rumus Fanger berdasarkan nilai suhu juga dapat diterapkan ditempat lain pada batas suhu yang sama yaitu 25 oC hingga 32 oC.

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 laju penyimpanan panas dalam ruang adalah 6.1 W m-2. Laju panas radiasi yang bergerak ke dalam ruang

174

sekitar 30.3 W m-2 terjadi konveksi yang memanaskan ruangan sebesar 44.3 W m-2 4

Intensitas radiasi masuk dalam bangunan berkisar 300 W m-2 hingga 900 W m-2 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

Panas 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

Dari hasil di atas menghasilkan laju berkisar antara 6.1- 45 W m-2 yang perlu dihilangkan dan untuk memperleh kenyamanan.

7

Aliran masuk ruangan dengan kecepatan aliran sekitar 0.1 sampai 1.2 m s-1 walaupun dari BMG Bogor berkisar 0.15 m s-1 dan tidak termasuk dalam kurva Cheung, sudah pasti tidak akan memberikan kenyamanan bagi orang yang tinggal dalam bangunan tersebut sebab suhu mencapai 30 °C.

8

Kelembaban berkisar 80% pada siang hari. Kondisi ini akan membuat pemukim merasa kepanasan meskipun dinding kayu adalah konduktor yang 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. 9

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.

175

10 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 . 11 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. 12 Boundary condition dibuat sesuai hasil pengukuran dan berdasarkan perlakuan sifat dinamika udara, hantaran panas, massa, dan kecepatan aliran udara pada saat pengukuran. 13 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. 14 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

176

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.