1
BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Kaum Petani dengan kultur agraris khas pedesaan Indonesia bermukim di perumahan dengan bentuk bangunan yang mempunyai tata ruang dan tata letak sederhana. Hampir seluruh kegiatan masih menumpuk dalam satu area pekarangan. Pada beberapa perkebunan telah didirikan perkampungan untuk pekerja dan keluarganya, pada suatu area permukiman di sekitar perkebunan tersebut. Kementerian Tenaga Kerja dan Transmigrasi (Kemenakertrans) tanggap akan situasi ini dengan membenahi suatu kawasan yang teratur dan memberikan rumah pemukiman yang memadai. Kementerian ini telah mempersiapkan prioritas untuk menerapkan konsep Desa Terpadu Mandiri sejak 2007 pada beberapa daerah transmigrasi sebagai titik perkembangan pedesaan di Indonesia (Kemenakertrans 2009). Sekarang telah berkembang beberapa Kota Terpadu Mandiri (KTM) di beberapa daerah transmigrasi sebagai titik perkembangan pedesaan di Indonesia Pemerintah telah menerbitkan Undang-Undang Bangunan Gedung No.28 Tahun 2002 mengenai persyaratan kenyamanan Pr. 4 (Kimpraswil 2002). Standar Nasional Indonesia (SNI) telah dipersiapkan oleh Departemen Pemukiman dan Prasarana Wilayah (Kimpraswil) beberapa standar berkaitan dengan masalah peningkatan kenyamanan ruang dalam bangunan, sehingga diharapkan tercipta suatu bangunan yang sehat baik pada bangunan bertingkat maupun bangunan tidak bertingkat. Acuan pada pedoman Perencanaan dan Perancangan bangunan gedung adalah: 1 SNI 03-2396-2001, Tata cara perancangan sistem pencahayaan alami pada bangunan gedung. 2 SNI 03-6575-2001, Tata cara perancangan sistem pencahayaan buatan pada bangunan gedung. 3 SNI
03-6572-2001,
Tata
cara
perancangan
sistem
pengkondisian udara bangunan gedung. 4 SNI 03-1979-1990, Matra Ruang untuk rumah tinggal.
ventilasi
dan
2
Hal-hal tersebut dapat dijadikan dasar peninjauan dalam pemilihan bangunan pemukiman untuk petani di daerah pedesaan (perumahan yang ekologis) Ecohouse adalah rumah sehat untuk penghuni dengan prinsip-prinsip pelestarian lingkungan seperti reduce, reuse, recycle, protect nature, eliminate toxic, life cycle costing, dan equality untuk melestarikan pengembangan konstruksi bangunan berkaitan dengan artikulasi dan potensi di dalam kontribusi pembenahan lingkungan. Potensi lingkungan itu terdiri dari lahan, material, air, energi, dan ekosistem. Prinsip-prinsip di atas dapat digunakan pada proses penggunaan, pelaksanaan, pemeliharaan, dan modifikasi untuk memperoleh pembanguanan kembali (Kibert 2008). Faktor-faktor eksternal lingkungan bangunan adalah orientasi vegetasi, sumber bunyi, panas matahari, jenis, dan tekstur material untuk mendukung beban orang tinggal dan beban kerja struktur. Konstruksi bangunan sederhana ini mudah dilaksanakan dengan keterampilan masyarakat tani sendiri. Hal ini dilakukan agar tercipta kondisi nyaman yang dapat menghilangkan kelelahan dari kegiatan petani yang sangat padat, dan umumnya dilakukan di rumah petani itu sendiri. Kemampuan finansial yang terbatas menghindari atau meminimumkan penggunaan alat mekanis sehingga usaha lain untuk memanfaatkan aliran udara alami masuk ke dalam rumah dengan cara menyediakan sistem ventilasi udara alami dari luar. Hal ini akan menghasilkan suatu kenikmatan dan kenyamanan. Aktifitas dan produktivitas kerja dari sumber daya manusia di kawasan pertanian dapat ditingkatkan dengan pendekatan prasarana bangunan pemukiman tumbuh. Ecohouse sebagai rumah tinggal yang mengutamakan ventilasi alami mempunyai karakteristik nyaman, nikmat, sehat, dan indah, serta tata-ruang dengan estetika yang elegan. Ventilasi alami dalam disain bangunan adalah suatu konsep pengaliran udara secara alami dan menyeluruh ke dalam bangunan. Ada seberkas aliran udara tertahan ketika masuk dalam bangunan yang disebabkan oleh perubahan tekanan akibat terdorongnya massa udara dalam bangunan oleh udara luar yang masuk itu. Analisis fungsional sebuah bangunan rumah pemukiman sederhana berdasar pada energi radiasi surya yang datang dan menghantarkan panas sebagai aliran gelombang pendek cahaya yang mengenai bumi, yang kemudian diubah menjadi gelombang panjang masuk dalam bangunan. Selanjutnya geombang pendek ini
3
menghasilkan panas dan mengubah suhu dan tekanan serta pergerakan aliran udara sehingga terjadi ventilasi alami. Panas tersebut secara konduksi memanaskan lantai, dinding, dan atap serta secara konveksi memanaskan aliran udara pada selubung bangunan. Pendugaan hantaran ini dapat dilakukan dengan simulasi numerik metoda finite difference dan analisis volume untuk tiga dimensi menggunakan metoda Computational Fluid Dynamics (CFD). Hasil analisis pada kondisi ruang dalam yang dikaitkan dengan kenyamanan pemukim dilakukan dengan mengendalikan jumlah pemasukan udara dan kualitas udara agar berada pada kondisi yang memungkinkan proses metabolisme manusia berjalan dengan baik. Usaha menyediakan energi dalam rumah secara lebih murah adalah dengan mengatur proses pindah panas atau energi yang dipakai. Berkas aliran udara yang mempunyai kecepatan sesuai batasan pengukuran yang dilakukan dari luar ke dalam dapat menunjukkan proses distribusi panas ruangan untuk memenuhi persyaratan kenyamanan tubuh manusia. Validasi dinyatakan dalam perbandingan analisa hasil pengukuran di lapang dengan rancang bangun suatu struktur rumah sederhana Ecohouse. Rancang bangun model rumah sederhana sama dengan rumah pemukiman yang dibuat oleh Departemen Transmigrasi, yang disajikan sebagai bangunan rumah kayu sederhana sehat tipe-21 (Departemen Pemukiman dan Pengembangan Wilayah 2000). Kondisi dalam ruang akan diberi perlakuan aliran udara, daerah bukaan, dimensi pintu, dan jendela. Model transmigrasi telah berkembang menjadi Kota Terpadu Mandiri (KTM) dan keberhasilan ini menjadi dasar dalam hipotesa kenyamanan penduduk. Studi tentang perilaku pengaruh lingkungan dan kajian tentang distribusi suhu, aliran udara menarik minat peneliti terdahulu. Akan tetapi studi komprehensif tentang distribusi aliran udara dan karakteristik lingkungan pada bangunan kayu tropis belum dilakukan.
Perumusan Masalah Masalah yang ada dalam perumahan masyarakat yang dibangun pemerintah adalah kondisi daerah tropis yang lembab dan basah, yang memberikan pengaruh berbeda dalam bangunan, oleh sebab itu, dilakukan
4
percobaan rumah konstruksi berbahan kayu Acazia mangium (SNI 1963). Permasalahan yang menjadi dasar penelitian ini dapat dirumuskan dalam pertanyaan-pertanyaan berikut: a
Bagaimana pengaruh panas matahari terhadap bangunan berbahan kayu spesifik tropis (lokal).
b
Bagaimana disain rancang bangun rumah kayu, untuk menahan panas atau agar penghuni lebih nyaman, yang sesuai faktor penentu kenyamanan petani penghuni untuk lingkungan tropis.
c
Bagaimana metoda simulasi dengan analisis finite difference dan CFD dapat menentukan prinsip tatanan ruang yang dirancang dalam penelitian ini. Bagaimana memberikan pengaruhnya pada perkembangan lingkungan di daerah pemukiman.
d
Bagaimana kondisi kenyamanan bagi petani yang bermukim di bangunan Ecohouse ini, yang dapat memperoleh kondisi aliran udara yang terbaik?
Tujuan Penelitian Tujuan utama penelitian ini adalah mengkaji dan membandingkan beberapa rancangan bangunan kayu pada lingkungan daerah tropis yang lembab dan panas tinggi, yang mempunyai curah hujan tertinggi di Indonesia, Darmaga, Bogor, serta mendesiminasikan kemampuan lingkungan untuk memenuhi persyaratan kenyamanan, dengan cara pengkajian: a
Mengkaji
proses
dan
karakteristik
lingkungan
dalam
bangunan
“Ecohouse” seperti proses pindah panas dan pergerakan aliran udara dalam bangunan percobaan. b
Mengkaji rancangan baru ini, apakah sesuai untuk memanfaatkan radiasi matahari sebagai sumber energi untuk mencapai kenyamanan petani yang tinggal dalam bangunan kayu tersebut.
c
Mengkaji dan menangani penempatan pemukim dalam mengelola dan mengendalikan kondisi, secara menyeluruh di rumah tersebut (dengan menggunakan aliran udara alami pasif) untuk kelayakan dan kenyamanan.
d
Mengendalikan proses pindah panas dan aliran udara dalam ruang bangunan dengan sistem ventilasi alami.
5
e
Mencari peluang penerapan teknik Rancang Bangun Ecohouse secara riil, yang merupakan kajian pengukuran sebagai validasi dari simulasi Program CFD (seperti pemanfaatan radiasi matahari di siang hari sebagai sumber energi pemanasan).
Manfaat dan Penelitian Pengembangan dan perancangan bangunan pemukiman petani yang bertujuan menyejahterakan penduduk harus memenuhi persyaratan pembangunan yang sesuai SNI dan menerapkan ilmu pengetahuan dan teknologi secara benar dan konsisten. Proses dimulai dengan perbaikan lingkungan dan tata ruang bangunan berdasarkan perumahan transmigran di lapangan. Modifikasi dilakukan dengan simulasi disain bangunan berbahan konstruksi kayu di laboratorium, dengan harapan diperoleh suatu prinsip pendinginan ruang dengan lingkungan, aliran udara, cahaya, dan tata ruang yang nyaman. Metoda ini mengelola efek radiasi sinar matahari sebagai sumber energi pada selubung bangunan dan dirumuskan secara fungsional dalam proses pindah panas, pindah massa, dan pergerakan aliran udara, dalam usaha menciptakan suatu kawasan Green Building dan perumahan Ecohouse menuju suatu eco-sistem dengan eco-habitat yang baik dan riil. Seperti pemeliharaan sumber alam, penggunaan energi surya secara efisien dan memanfaatkan tumbuhan sekitar sebagai material bangunan lokal, agar murah dan ramah lingkungan. Pengembangan didaerah pedesaan akan bertambah baik dengan dasar modifikasi yang diperoleh dalam penelitian ini dan dapat diaplikasikan pada skala sesunguhnya berupa informasi tenteng tatanan ruang dan aliran udara agar petani merasakan kenyamanan dan hidup dengan sehat. Penelitian dapat merupakan dasar pengembangan bangunan rumah tinggal bagi petani di pedesaan. Penelitian ini membantu menjawab batasan pada peraturan tata cara perancangan bangunan konstruksi sederhana untuk perumahan di pedesaan, berkaitan dengan sistem agrikultur, dimulai dari prapanen hingga pascapanen mengolah produk pertanian.
6
Kerangka Penelitian Pembangunan Ecohouse yang sederhana bertujuan memenuhi standar terciptanya lingkungan yang asri, dari awal sampai selesainya pekerjaan. Pepohonan membuat naungan dan juga menjadi material lokal. Dari situ terbentuk tatanan ruang sebagai tempat istirahat dan tempat mengelola produk pertanian yang dihasilkan oleh kebun petani sendiri. Setiap
daerah
menginformasikan
di
Indonesia
kondisi
mempunyai
lingkungan
tempat
stasiun
meterologi
tempat
tersebut,
yang
melalui
pengamatan dan pengukuran mikroklimat dan lingkungan, seperti suhu bola kering, kelembaban, kecepatan angin, tekanan udara, radiasi, penggunaan dan penutupan lahan. Pengaruh radiasi, konveksi, dan konduksi dianalisa dengan simulasi finite difference dan finite volume. Tatanan ruang disesuaikan dengan predicted mean vote (PMV) serta predicted dissatisfied untuk menentukan kenyamanan pemukim pada daerah pedesaan yang miskin, yang menjadi model percobaan ini. Sementara itu, pendekatan model ekonomi dan sosial desa serta aktifitas penduduknya merupakan pendekatan pada masyarakat pedesaan ataupun transportasi. Ciri pedesaan transmigrasi ini menunjukkan aktifitas penduduk sebagai petani. Sebagian besar perumahan diberikan oleh pemerintah, dengan kualitas sesuai standar bangunan yang memiliki lingkungan udara yang baik (lihat Gambar 1). Mikroklimat menjadi dasar perancangan model bangunan yang akan ditelaah dalam penelitian ini. Pendekatan perubahan model bangunan seperti bangunan
yang
dipengaruhi
oleh
tanaman
disekitarnya
akan
lebih
mempertahankan penataan ruang pada setiap area bangunan. Panas yang hilang disebabkan oleh terjadinya panas laten akibat cahaya matahari yang mengenai area tersebut. Selanjutnya hal tersebut mempengaruhi kehidupan manusia pada skala ruang yang lebih sempit, berkisar 3 m x 6 m. Untuk mencapai kondisi yang lebih nyaman dilakukan kajian dengan penjabaran dan perumusan radiasi yang datang pada bangunan dan pada tubuh manusia itu sendiri.
7
Bentuk dan konstruksi bangunan
Properties dan perubahan lingkungan serta tatanan ruang bangunan
Standar bangunan
Lingkungan ruang yang baik
Aspek lain bangunan
PMV, PPD, dan kenyamanan
Pengaruh radiasi, konveksi dan konduksi
Tatanan ruang kamar
Analisis pengukuran lapang; kualitas Tr, RH, Kecepatan aliran udara
Analisis simulasi finite difference finite volume
Gambar 1 Skema kerangka pemikiran Pada Gambar 1 dapat dilihat bahwa properti bahan kayu dan perubahan lingkungan selanjutnya dianalisa dengan finite difference dan finite volume untuk memperoleh kenyamanan. Panas yang datang sebagian menjadi hilang kemudian sebagian lagi menjadi panas laten terkonveksi karena mengenai aliran udara di sekeliling tanaman dan pemukim. Selanjutnya panas radiasi yang datang juga mempengaruhi ruangan yang berdimensi sehingga terjadi aliran udara masuk dan keluar. Pindah panas dari udara ke benda sekitar terjadi secara konduksi. Aliran udara itu juga mengenai pemukim secara konveksi sehingga mempengaruhi evaporasi dan metabolisme dari orang tersebut. Hal ini memberikan sensasi pada manusia, dinyatakan sebagai nilai predicted mean value (PMV).
Gambar 2 Skema kerangka pemikiran (Murakami 2006)
8
Ruang lingkup dan Batasan Penelitian Studi dapat difokuskan pada tujuan, maka ruang lingkup penelitian ini dibatasi pada aspek-aspek berikut: 1 Studi perpindahan panas pada bangunan kayu Pindah panas yang terjadi dari gelombang pendek cahaya matahari secara radiasi (yang mengenai selubung bangunan dan kemudian menjadi gelombang panjang, dihantarkan secara konveksi oleh aliran udara dan angin, mengubah tekanan karena gaya buoyancy, dan selanjutnya berubah menjadi gelombang panjang memanaskan aliran udara) juga dihantarkan mengenai dinding dan atap bangunan sehingga mengubah suhu dan massa udara. Pada bagian ini selain dilakukan pengukuran juga dikaji secara matematis distribusi aliran udaranya sehingga mempresentasikan distribusi aliran udara dan suhu yang sebenarnya dalam ruang. 2 Studi analisis tatanan ruang dan aliran udara Kajian lingkungan dan bangunan akan mempengaruhi analisis kenyamanan penghuni yang tinggal dalam bangunan. Analisis dilakukan dengan metode Fanger yang dibatasi dengan asumsi–asumsi yang disesuaikan dengan kegunaan dan geometri konstruksi bangunan kayu sederhana itu. 3 Analisis kenyamanan Kajian ini menggunakan metoda Fanger dan dilakukan dengan model simulasi pada bangunan untuk menentukan bentuk dan aliran udara yang sesuai dengan kenyamanan. Faktor lingkungan ini adalah fungsi kuantitatif dari ruang tinggal. Selanjutnya, dengan memperhatikan faktor simulasi ruang dalam bangunan ini, diusahakan persyaratan kenyamanan petani Indonesia dapat dipenuhi.
