PENGARUH VENTILASI ALAMI TERHADAP KUALITAS UDARA (KONSENTRASI CO2) DI RUANGAN KELAS
SKRIPSI
OLEH
SHARA CHINTIA 100406045
DEPARTEMEN ARSITEKTUR FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2014
Universitas Sumatera Utara
PENGARUH VENTILASI ALAMI TERHADAP KUALITAS UDARA (KONSENTRASI CO2) DI RUANGAN KELAS
SKRIPSI
Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Dalam Departemen Arsitektur Pada Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara
Oleh
SHARA CHINTIA 100406045
DEPARTEMEN ARSITEKTUR FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2014
Universitas Sumatera Utara
PERNYATAAN
PENGARUH VENTILASI ALAMI TERHADAP KUALITAS UDARA (KONSENTRASI CO2) DI RUANGAN KELAS
SKRIPSI
Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam Skripsi ini tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu perguruan tinggi, dan sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.
Medan, 14 Juli 2014
Shara Chintia
Universitas Sumatera Utara
Judul Skripsi
: Pengaruh Ventilasi Alami terhadap Kualitas Udara (Konsentrasi CO2) di Ruangan Kelas
Nama Mahasiswa
: Shara Chintia
Nomor Pokok
: 100406045
Departemen
: Arsitektur
Menyetujui Dosen Pembimbing
Ir. Basaria Talarosha, M.T.
Koordinator Skripsi,
Dr. Ir. Dwira Nirfalini Aulia, M.Sc
Tanggal Lulus
Ketua Program Studi,
Ir. N. Vinky Rahman, M.T.
: 14 Juli 2014
Universitas Sumatera Utara
Telah diuji pada Tanggal : 14 Juli 2014
Panitia Penguji Skripsi Ketua Komisi Penguji
:
Ir. Basaria Talarosha, M.T.
Anggota Komisi Penguji
:
1. Yulesta Putra, S.T., M.Sc. 2. Firman Eddy, S.T., M.T.
Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa yang telah memberikan rahmat dan hidayah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penelitian ini, sebagai salah satu syarat untuk memperoleh kelulusan sarjana teknik Departemen Arsitektur Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Penulis mengucapkan terima kasih sebesar – besarnya kepada semua pihak yang telah membantu penulis dalam menyelesaikan skripsi ini. Pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan ucapan terima kasih kepada : 1. Ir. Basaria Talarosha, M.T., selaku dosen pembimbing yang telah memperhatikan, membimbing, dan meluangkan waktu beliau serta meminjamkan alat CO2 meter kepada penulis selama masa penelitian sehingga penulis dapat menyelesaikan karya tulis ilmiah ini. 2. Yulesta Putra, S.T., M.Sc. dan Firman Eddy, S.T., M.T., selaku dosen penguji yang telah membimbing dan memberikan banyak masukan yang berharga kepada penulis dalam penyempurnaan penulisan karya ilmiah ini. 3. Ir. N. Vinky Rahman, M.T. dan Ir. Rudolf Sitorus, M.L.A., selaku Ketua dan Sekretaris Jurusan Departemen Arsitektur Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara atas bimbingan selama perkuliahan hingga penyelesaian studi dan juga penulisan karya tulis ilmiah ini. 4. Dr. Ir. Dwira N. Aulia, M.Sc. dan Ir. Bauni Hamid, M.DesS, Ph.D, selaku dosen koordinator, serta seluruf staf pengajar Departemen Arsitektur atas bimbingan selama masa perkuliahan, tata cara penulisan skripsi, serta memantau progress skripsi penulis. 5. Ibu kepala sekolah SDN 066048 dan SDN 066049 atas sambutan yang hangat dan telah memberikan izin dan membantu selama proses penelitian. 6. Wali kelas II dan VA di SDN 066049 yang telah membantu selama proses penelitian dengan mengizinkan dan mengakomodasi tempat untuk melakukan penelitian.
vi
Universitas Sumatera Utara
vii
7. Para staf pengurus dan staf pengajar yang lainnya di SDN 066049 yang turut membantu dan mendukung selama proses penelitian. Siswa-siswi kelas II dan kelas VA yang rela untuk berpindah-pindah tempat duduk dan membantu menjaga alat ukur. 8. Ayah, Ibu, dan seluruh anggota keluarga penulis yang selalu memotivasi, mendukung dan mengantar-jemput penulis selama masa perkuliahan. 9. Sherly Chandra yang telah bersedia meminjamkan alat ukur anemometer dan memberikan arahan cara pemakaian anemometer. 10. Teman – teman sekelompok dosen pembimbing, Melia, Jenny, dan Meliana sebagai teman senasib seperjuangan selama masa penelitian. 11. Seluruh pihak yang telah membantu, baik secara moril maupun materiil, yang tidak bisa disebutkan satu persatu dalam proses penelitian dan penyusunan skripsi ini. Penulis sadar bahwa skripsi ini masih banyak memiliki kekurangan, namun demikian semoga karya tulis ini dapat memberikan manfaat bagi kita semua.
Medan, 14 Juli 2014 Penulis
Shara Chintia
Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh sistem ventilasi alami terhadap kualitas udara (konsentrasi CO2) yang dilakukan pada sekolah dasar dengan mengkondisikan kelas dalam 2 sistem ventilasi yang berbeda, yaitu sistem ventilasi silang (cross ventilation) dan sistem ventilasi single-sided. Penelitian dilakukan selama masa belajar (07.30–12.05) dengan pintu tetap dibiarkan terbuka. Selain dilakukan pengukuran terhadap laju ventilasi dan konsentrasi CO2, juga dilakukan observasi terhadap perubahan aktivitas dan jumlah pengguna ruangan. Hasil penelitian menunjukkan bahwa laju ventilasi mempengaruhi konsentrasi CO2 di dalam ruangan, namun cenderung dipengaruhi oleh aktivitas dan jumlah siswa. Meskipun tidak terdapat perbedaan yang signifikan dari kedua sistem ventilasi, namun konsentrasi CO2 pada sistem ventilasi cross lebih rendah daripada single-sided. Ketika ruangan dikondisikan dalam keadaan tidak berventilasi dengan kondisi yang sama, maka konsentrasi CO2 dari hasil perhitungan dengan mengabaikan infiltrasi akan mencapai 1.620 ppm ada masa belajar. Kata kunci: ventilasi alami, kualitas udara (IAQ), konsentrasi CO2, cross ventilation, single-sided ventilation
viii
Universitas Sumatera Utara
ABSTRACT
This study aims to determine about natural ventilation effect towards indoor air quality (CO2 concentration), which was carried out in a primary class that was set in two different ventilation systems, cross ventilation and single-sided ventilation. This research was conducted during study period (07.30 a.m – 12.05 p.m) with the door left open. Ventilation rate and CO2 concentration were observed, and so did the changes in activity and occupant. The results shows that ventilation rate do have effect on CO2 concentration inside the room (classroom), but more likely influenced by activity and occupant. The two ventilation systems do not show a significant difference, but cross ventilation system provide lower CO2 concentration than single-sided ventilation. And when the room was conditioned un-ventilated on the same classroom with same the condition (by ignoring the possibility of infiltration), CO2 concentration would reach 1.620 ppm during 4,5 hours of study period. Keywords: natural ventilation, indoor air quality (IAQ), CO2 concentration,, cross ventilation, single sided-ventilation
ix
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL……………………………………………………… i SURAT PERNYATAAN…………………………………………………. iii LEMBAR PENGESAHAN………………………………………………. iv KATA PENGANTAR…………………………………………………….. vi ABSTRAK………………………………………………………………… vii ABSTRACT…………………………………………………………………vii DAFTAR ISI……………………………………………………………… x DAFTAR TABEL………………………………………………………… xiii DAFTAR GAMBAR………………………………………………………xiv DAFTAR GRAFIK………………………………………………………. xvi DAFTAR ISTILAH……………………………………………………… xvii BAB 1. PENDAHULUAN………………………………………………... 1 1.1 Latar Belakang………………………………………………… 1 1.2 Perumusan Masalah…………………………………………… 1 1.3 Tujuan Penelitian………………………………………………. 2 1.4 Manfaat Penelitian……………………………………………... 2 1.5 Kerangka Berpikir……………………………………………… 3 BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA…………………………………………. 4 2.1 Indoor Air Quality (IAQ)............................................................. 4 2.2 Udara…………………………………………………………… 5 2.3 Ventilasi……...………………………………………………… 5 2.3.1 Ventilasi Alami.................................................................. 6 2.3.2 Cross Ventilation dan Single-sided Ventilation................. 7 2.3.3 Laju Ventilasi..................................................................... 9 2.4 Sumber Polutan............................................................................ 10 2.5 Jenis dan Sumber Polutan serta Efek yang Ditimbulkan……… 10 2.5.1 Polutan Non-organik.......................................................... 10
x
Universitas Sumatera Utara
xi
1) Karbon Monoksida (CO) ……………………………. 10 2) Karbon Dioksida (CO2) ……………………………... 11 3) Ozon (O3)...................................................................... 12 4) Nitrogen Dioksida (NO2)…………………………….. 13 5) Radon………………………………………………… 14 2.5.2 Polutan Organik…………………………………………. 14 1) Benzena………………………………………………. 14 2) Formaldehyde………………………………………... 16 3) Naftalin……………………………………………… 17 2.5.3 Jamur…………………………………………………….. 17 2.5.4 Bakteri Legionella sp.…………………………………… 18 2.5.5 Asbes…………………………………………………….. 18 2.6 Indoor Air Quality pada Sekolah……………………………… 18 2.7 Indoor Air Quality dan Ventilasi………………………………. 19 2.8 Penelitian Terkait……………………………………………… 20 2.8.1 Efek Pengkondisian Ventilasi yang Berbeda terhadap Konsentrasi CO2 dalam Ruangan……………………… 20 2.8.2 Distribusi CO2 pada Ruangan dengan Sistem Ventilasi Alami dan Pemanasan yang Tinggi dalam Ruangan………………………………………………… 21 2.9 Sintesa Pustaka………………………………………………… 22 BAB3. METODOLOGI………………………………………………….. 24 3.1 Jenis Penelitian………………………………………………… 24 3.2 Variabel Penelitian……………………………………………... 25 3.3 Populasi/Sampel……………………………………………….. 25 3.4 Metode Pengumpulan Data……………………………………. 25 3.5 Kawasan Penelitian…………………………………………….. 26 3.5.1 Lokasi Penelitian................................................................ 26 3.5.2 Objek Penelitian................................................................. 33 3.6 Metode Analisa Data……………………………………………36
Universitas Sumatera Utara
xii
BAB 4. HASIL DAN PEMBAHASAN………………………………….. 37 4.1 Analisa Pengaruh Cross Ventilation terhadap Konsentrasi CO2……………………………………………………………… 41 4.2 Analisa Pengaruh Single-sided Ventilation terhadap Konsentrasi CO2……………………………………………………………… 53 4.3 Perbandingan Grafik Konsentrasi CO2 pada Cross Ventilation dan Single-sided Ventilation …………………………………… 70 4.4 Kondisi Udara (Konsentrasi CO2) pada Ruang Kelas Tertutup (Tidak ber-Ventilasi)……………………………………………. 71 BAB 5. KESIMPULAN…………………………………………………... 74 DAFTAR PUSTAKA……………………………………………………... 75
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL No.
Judul
Hal
2.1
Konstanta penyesuaian proporsi bukaan akibat tekanan angin …… 10
2.2
Efek senyawa gas CO2 ……………………………………………. 12
3.1
Spesifikasi alat ukur yang digunakan …………………………….. 24
3.2
Data SDN 066048 dan SDN 066049……………………………… 28
4.1
Pengukuran konsentrasi CO2 di luar kelas pada hari Jumat, 6 Juni 2014………………… ……………………………………………... 40
4.2
Pengukuran pengaruh ventilasi alami dengan konsentrasi CO2 (Cross Ventilation) pada hari Senin 26 Mei 2014………………… 41
4.3
Penjabaran analisa grafik pada hari Senin 26 Mei 2014, cross ventilation………………………………………………………… 42
4.4
Pengukuran pengaruh ventilasi alami dengan konsentrasi CO2 (cross ventilation) pada hari Senin 2 Juni 2014…………………
4.5
48
Penjabaran analisa grafik pada hari Senin 2 Juni 2014, cross ventilation………………………………………………………… 49
4.6
Pengukuran pengaruh ventilasi alami dengan konsentrasi CO2 (single-sided ventilation) pada hari Rabu 28 Mei 2014…………… 53
4.7
Penjabaran analisa grafik pada hari Rabu 28 Mei 2014, singlesided ventilation…………………………………………………… 54
4.8
Pengukuran pengaruh ventilasi alami dengan konsentrasi CO2 (single-sided ventilation) pada hari Selasa 3 Juni 2014…………… 59
4.9
Penjabaran analisa grafik pada hari Selasa 3 Juni 2014, singlesided ventilation…………………………………………………… 60
4.10 Pengukuran pengaruh ventilasi alami dengan konsentrasi CO2 (single-sided ventilation) pada hari Rabu 4 Juni 2014…………… 65 4.11 Penjabaran analisa grafik pada hari Rabu 4 Juni 2014, singlesided ventilation…………………………………………………… 66
xiii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR No. 2.1
Judul
Hal
Perbandingan ukuran bukaan dengan kecepatan angin rata-rata aliran udara ………………………………………………………… 7
2.2
Single-sided ventilation dan Cross Ventilaion……………………. 8
2.3
CO2 sebagai indikator sistem ventilasi di kelas…………………… 19
3.1
Kawasan SDN 066048 dan SDN 066049…………………………. 27
3.2
Lokasi SDN 066048 dan SDN 066049……………………………. 27
3.3
Area di sekitar SDN 066048 dan SDN 066049 …........................... 27
3.4
Tampak utara bangunan SDN 066049……………………………. 28
3.5
Tampak selatan bangunan SDN 066049………………………….. 28
3.6
Tampak barat bangunan SDN 066049……………………………. 28
3.7
Tampak timur bangunan SDN 066049……………………………. 28
3.8
Keyplan SDN 066048 dan SDN 066049 ………………………….. 29
3.9
Massa bangunan A di SDN 066049 ………………………………. 29
3.10 Massa bangunan B di SDN 066048 dan SDN 066049 …………… 30 3.11 Massa bangunan C di SDN 066049 ………………………………. 30 3.12 Massa bangunan D di SDN 066049 ………………………………. 31 3.13 Massa bangunan E di SDN 066048 ………………………………. 31 3.14 Lapangan SDN 066048 dan SDN 066049………………………… 32 3.15 Suasana SDN 066048 dan SDN 066049 …………………………... 32 3.16 Ground Plan SDN 066048 dan SDN 066049.……………………... 33 3.17 Denah kelas di SDN 066049 ………………………………………. 33 3.18 Tampak bukaan depan kelas SDN 066049 ………………………... 34 3.19 Tampak bukaan belakang kelas SDN 066049 …………………….. 34 4.1
Lokasi sekolah yang dipilih ……………………………………….. 37
4.2
Site Plan SDN 066048 dan SDN 066049 …………………………. 37
4.3
Perletakan alat CO2 meter dan anemometer ………………………. 38
4.4
Perletakan CO2 meter ……………………………………………… 38
xiv
Universitas Sumatera Utara
xv
4.5
Perletakan anemometer di lokasi …………………………………. 38
4.6
Perletakan CO2 meter ketika pengukuran di luar kelas (koridor depan kelas)………………………………………………………....39
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GRAFIK No. 4.1
Judul
Hal
Pengukuran laju ventilasi—konsentrasi CO2 (cross ventilation), pada hari Senin 26 Mei 2014…………………………………….... 44
4.2
Pengukuran laju ventilasi—konsentrasi CO2 (cross ventilation), pada hari Senin 2 Juni 2014……………………………………….. 51
4.3
Pengukuran laju ventilasi—konsentrasi CO2 (single-sided ventilation), pada hari Rabu 28 Mei 2014…………………………. 56
4.4
Pengukuran laju ventilasi—konsentrasi CO2 (single-sided ventilation), pada hari Selasa 3 Juni 2014…………………………. 62
4.5
Pengukuran laju ventilasi—konsentrasi CO2 (single-sided ventilation), pada hari Rabu 4 Juni 2014…………………………... 68
4.6
Konsentrasi CO2 pada sistem cross ventilation……………………. 70
4.7
Konsentrasi CO2 pada sistem single-sided ventilation…………….. 71
xvi
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISTILAH
ACH ASHRAE BB 101 CFD CIBSE CO CO2 COHb EPA IARC IAQ IES-VE INRS MDH NCI NIEHS NO2 O3 ppm SNI VOC WHO
Air change per hour (Pertukaran udara per jam) American Society of Heating, Refrigerating, and Air-Conditioning Engineers, Inc. Building Bulletin 101 Computational Fluid Dynamics Chartered Institution of Building Service Engineers Karbon monoksida Karbon dioksida Karboksihemoglobin United States Environmental Protection Agency Institute Agency for Research on Cancer Indoor Air Quality Integrated Environmental Solutions Virtual Environment the French National Research and Safety Institute Minnesota Department of Health National Cancer Institute National Institute of Health Nitrogen dioksida Ozon Part per million Standard Nasional Indonesia Volatile Organic Compound World Health Organization
xvii
Universitas Sumatera Utara
