STUDI PERBANDINGAN SISTEM VENTILASI MEKANIK ANTARA VENTILASI MEKANIK KONTROL DAN VENTILASI MEKANIK INSUFLASI DI RUMAH TINGGAL DENGAN BANTUAN SIMBAD

UNIVERSITAS INDONESIA

STUDI PERBANDINGAN SISTEM VENTILASI MEKANIK ANTARA VENTILASI MEKANIK KONTROL DAN VENTILASI MEKANIK INSUFLASI DI RUMAH TINGGAL DENGAN BANTUAN SIMBAD

TESIS

OZKAR FIRDAUSI HOMZAH 1006804054

FAKULTAS TENIK PROGRAM PASCASARJANA TEKNIK MESIN DEPOK JANUARI 2013

Studi perba..., Ozkar Firdausi Homzah, FT UI, 2013

STUDI PERBANDINGAN SISTEM VENTILASI MEKANIK ANTARA VENTILASI MEKANIK KONTROL DAN VENTILASI MEKANIK INSUFLASI DI RUMAH TINGGAL DENGAN BANTUAN SIMBAD

TESIS Diajukan sebagai salah satu untuk memperoleh gelar Magister Teknik

OZKAR FIRDAUSI HOMZAH 1006804054

FAKULTAS TENIK PROGRAM PASCASARJANA TEKNIK MESIN DEPOK JANUARI 2013

Halaman Studi perba..., Ozkar Firdausi Homzah, FT UI, 2013

2

HALAMAN PERNYATAAN ORISINILITAS

Tesis ini adalah hasil karya saya sendiri, dan semua sumber baik yang dikutip maupun dirujuk telah saya nyatakan dengan benar

Nama

: Ozkar Firdausi HOMZAH

NPM

: 1006804054

Tanda Tangan

:

Tanggal

: Januari 2013


3


4


5

KATA PENGANTAR Alhamdulillah, puji syukur saya panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, karena atas berkat dan rahmat-Nya, saya dapat menyelesaikan tesis ini. Penelitian ini dilakukan dalam rangak memenuhi salah satu syarat akademik untuk mencapai gelar Magister Teknik Jurusan Teknik Mesin pada Fakultas Teknik Universitas Indonesia dan Université de La Rochelle. Saya menyadari bahwa, tanpa bantuan dan bimbingan dari berbagai pihak, dari masa perkuliahan sampai pada penyusunan tesis ini. Oleh karena itu, saya mengucapkan terima kasih kepada: (1) Karim LIMAM dan Dr. Juslin KHOFFI di LEPTIAB Université de La Rochelle, selaku dosen pembimbing stage dan pembimbing simulator SIMBAD yang telah banyak membantu dalam penyelesaian dan penyusunan tesis ini. (2) Dr-Ing. Ir. Nasruddin, M.Eng di Departemen Teknik Mesin Universitas Indonesia, selaku dosen pembimbing seminar yang telah memberikan masukan untuk mengarahkan saya dalam pengembangan tesis ke dalam bahasa Indonesia. (3) Orang tua, Istri dan keluarga yang telah memberikan semangat dan motivasi tidak terbatas. (4) Seluruh rekan di Teknik Mesin Universitas Indonesia dan rekan Program DDIP di kota La Rochelle. (5) Seluruh rekan kerja di Politeknik Sekayu. (6) Semua pihak yang telah membantu yang tidak dapat disebutkan satu persatu.

Depok, Januari 2013

Penulis Email: [email protected]


6

HALAMAN PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI TUGAS AKHIR UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS Sebagai civitas akademik Universitas Indonesis, saya yang bertanda tangan di bawah ini: Nama

: Ozkar Firdausi Homzah

NPM

: 1006804054

Program Studi

: Magister Teknik Mesin

Departemen

: Teknik Mesin

Fakultas

: Teknik

Jenis Karya

: Tesis

Demi pengembangan ilmu pengetahuan, menyetujui untuk memberikan kepada Universitas Indonesia Hak bebas Royalti Noneksklusif (Non-exclusive RoyaltyFree Right) atas karya ilmiah saya yang berjudul: STUDI PERBANDINGAN SISTEM VENTILASI MEKANIK ANTARA VENTILASI MEKANIK KONTROL DAN VENTILASI MEKANIK INSUFLASI DI RUMAH TINGGAL DENGAN BANTUAN SIMBAD Beserta perangkat yang ada (jika diperlukan dengan meminta izin pengguna). Dengan Hak Bebas Royalti Nonekslusif ini Universitas Indonesia berhak menyimpan, mengalihmedia/formatkan, mengelola dalam bentuk pangkalan data (database), merawat dan mempublikasikan tugas akhir saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis/pencipta dan sebagai pemilik Hak Cipta. Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya Dibuat di : Depok Pada Tanggal : 07 Januari 2013 Yang Menyatakan

(Ozkar Firdausi Homzah)


7

ABSTRAK Nama : Ozkar Firdausi Homza Program Studi : Teknik Mesin Judul : Studi Perbandingan Sistem Ventilasi Mekanik antara Ventilasi Mekanik Kontrol (VMK) dan Ventilasi Mekanik Insuflasi (VMI) di Rumah Tinggal dengan bantuan SIMBAD

Upaya mengurangi indikator partikel polusi pada suatu sistem ventilasi udara ialah menggunakan konsep rumah tinggal dengan tipe bangunan banyak zona yang ramah lingkungan. Studi perbandingan sistem ventilasi aliran udara sederhana perlu dilakukan yaitu untuk ventilasi mekanik kontrol dan ventilasi mekanik insuflasi. Indikasi kandungan polutan CO2 (ppm) dan Formaldehida (mg/m3) dari kualitas udara interior serta debit udara segar (m3/jam) yang memberikan kenyaman termal dapat dilakukan dengan mengevaluasi kinerja dari sistem ventilasi. Akan tetapi, ada beberapa polutan lain yang belum dapat diketahui akibat belum adanya data kontaminasi yang dapat menunjukkan nilai batas indeks. Sebuah Simulasi dengan perangkat lunak seperti SIMBAD untuk model bangunan dan perangkat HVAC digunakan untuk menujukkan kemampuan ke dua sistem ventilasi udara. Dalam studi ini, berdasarkan kualitas udara interior dan kenyamanan penghuni diketahui bahwa kinerja ventilasi mekanis kontrol lebih baik dibandingkan ventilasi mekanis insuflasi, serta konsumsi energi listrik lebih efesiensi. Dalam hal ini, kualitas udara dapat memberikan gambaran untuk kandungan dari udara dan prilaku penghuni ruangan. Dimana terdapat indikasi polutan yang diberikan oleh material dinding dan peralatan yang mempengaruhi kualitas udara dalam ruangan. Oleh sebab itu, dibutuhkan kinerja yang baik dari sebuah sistem ventilasi udara, yaitu dapat mengurangi partikul berbahaya dari udara. Kata Kunci: Kualitas udara dalam ruangan, ventilasi mekanis, partikul, isolasi bangunan.


8

ABSTRACT

Name : Ozkar Firdausi Homza Field of Study : Mechanical Engineering Topic : A study comparison for mechanical ventilation systems between ventilation mechanic control (VMC) and ventilation mechanic insufflation (VMI) in the residential house used simulator SIMBAD.

The main of study is to reduce the indicators of the particles pollutions in the air indoor that we used the residential buildings are using a low energy consumption with a multi-zone model. This is an essential study to compare two models of single airflow (simple flux) in the system of mechanical ventilation between mechanical control and mechanical by insufflations. This study is shows the measures of CO2 (ppm) and Formaldehyde (mg/m3); they are reliable and usable to assure a quality of air indoor. Also we obtained the occupation comfort; debit fresh air (m3/hr). These results were used to evaluate the performances of air ventilation system. However, some pollutants are comes into particles insight that could be used or give the difficulties to predicted the contaminations values in base of the pollutant indications. In this study, we used model from SIMBAD building and HVAC toolbox. Based on the occupation comfort and IAQ, we obtained the air ventilation systems by mechanical control has a better performance than mechanical insufflations also more efficiently for the electrical consummation. Hence, the ability models of air ventilation system as shown into the quality of air indoor and occupation behavior. Furthermore, the pollutant emissions from material walls and equipment can be reducing an indoor air quality (IAQ). Therefore, the IAQ with a good characteristic of mechanical ventilation system it might be able to reduce the air dangerous. Keywords: IAQ, ventilation mechanics, particles, and building isolation.


9

DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL …………………………………………………………… HALAMAN SAMPUL ………………………………………………………… HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS ……………………………… GAZETTE OF ENDORSEMENT ……………………………………………… HALAMAN PENGESAHAN …………………………………………………. KATA PENGANTAR …………………………………………………………. HALAMAN PERSETUJUAN PUBLIKASI TUGAS AKHIR ……………….. ABSTRAK ……………………………………………………………………… DAFTAR ISI …………………………………………………………………… DAFTAR GAMBAR …………………………………………………………… DAFTAR TABEL ……………………………………………………………….

i ii iii iv v vi vii viii x xi xiv

1. PENDAHULUAN ……………………………………………………………. 1 1.1 Latar Belakang …………………………………………………………... 1 1.2 Motivasi Penelitian ………………………………………………………. 1 1.3 Tujuan Penelitian ………………………………………………………… 2 1.4 Manfaat Penelitian ……………………………………………………….. 2 1.5 Batasan Penelitian ………………………………………………………... 3 1.6 Sistematika Penelitian ……………………………………………………. 3 2. TINJAUAN PUSTAKA …………………………………………………….. 2.1 Fungsi Ventilasi Udara ………………………………………………. 2.2 Sistem ventilasi udara dalam bangunan ……………………………… 2.3 Komponen sistem ventilasi udara ……………………………………. 2.4 Representasi studi ……………………………………………………. 2.5 Perangkat lunak SIMBAD GTB ……………………………………...

6 7 8 14 18 19

3. PEMODELAN DAN APLIKASI SISTEM VENTILASI MEKANIK UNTUK RUMAH TINGGAL ………………………………………………………… 26 3.1 Pemodelan rumah tinggal …………………………………………… 26 3.2 Aplikasi sistem ventilasi udara ………………………………………. 34 3.3 Aplikasi studi ventilasi mekanik pada rumah tinggal tipe Apartemen . 44 4. ANALISIS HASIL SIMULASI TERHADAP KUALITAS UDARA INTERIOR, KENYAMANAN TERMAL DAN KONSUMSI ENERGI . 4.1 Kualitas udara Interior ………………………………………………. 4.2 Kenyamanan termal udara Interior ………………………………….. 4.3 Konsumsi Energi untuk Temperatur Nyaman ……………………….

58 58 73 81

5. APLIKASI PEMODELAN RUMAH TINGGAL APARTEMEN KANADIAN UNTUK CUACA INDONESIA ……………………………………………. 85 5.1 Kualitas udara Interior ………………………………………………. 85 5.2 Kenyamanan termal udara Interior ………………………………….. 92 5.3 Konsumsi Energi Listrik …………………………………………….. 95 6. KESIMPULAN ……………………………………………………………… 97 DAFTAR PUSTAKA …………………………………………………………... 99

Halaman 10 Studi perba..., Ozkar Firdausi Homzah, FT UI, 2013

DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1. Aksi Tiuapan Angin ke Bangunan Gambar 2.1. Efek Pertukaran Kalor di Bangunan Gambar 2.3. Ilustrasi Ventilasi Mekanik Kontrol Aliran udara Sederhana (Simple flux) Gambar 2.4. Ilustrasi Ventilasi Mekanik Insuflasi Simple flux Gambar 2.5. Skema prinsip penukar Kalor Gambar 2.6. Simulator SIMBAD Gambar 2.7. Fungsi umum dari perangkat simulator SIMBAD versi 4 Gambar 2.8. Library Simulink Gambar 3.1. Skema interaksi di sistem Bangunan Gambar 3.2. Perpindahan partikulan di Rumah Tinggal Gambar 3.3. Tahap pertama pemodelan VMK untuk zona Utama Gambar 3.4. Tahap kedua pemodelan VMK untuk zona Utama Gambar 3.5. Deskripsi detail dinding untuk zona Utama Gambar 3.6. Tahap pertama pemodelan VMK untuk zona Pendukung Gambar 3.7. Tahap kedua pemodelan VMK untuk zona Pendukung Gambar 3.8. Konfigurasi model VMK untuk Rumah Tinggal Gambar 3.9. Tahap pertama pemodelan VMI untuk zona Utama Gambar 3.10. Tahap kedua pemodelan VMI untuk zona Utama Gambar 3.11. Tahap pertama pemodelan VMI untuk zona Pendukung Gambar 3.12. Tahap kedua pemodelan VMI untuk zona Pendukung Gambar 3.13. Layout Apartemen Gambar 3.14. Deskripsi model studi pada Apartemen Gambar 3.15. Model skenario occupancy Gambar 3.16. Karakteristik diffuser masuk dan ektraksi autoreglable Gambar 3.17. Langkah kerja metode couple pada termo-ventilasi Gambar 3.18. Skematik metode couple pada model termal-airflow di Simulink Gambar 3.19. Metorologi untuk temperature outdoor Trappes Gambar 3.20. Metorologi untuk perbandingan humiditi Trappes Gambar 3.21. Prinsip integrasi sistem ventilasi couple dan pengoperasian pada musim dingin dan musim panas Gambar 3.22. Model sistem VMK simple flux dengan couple termo-airflow pada perangkat SIMBAD Gambar 3.23. Sinopsis skema VMK simple flux dengan couple termo-airflow Gambar 3.24. Model sistem VMI simple flux dengan couple termo-airflow pada perangkat SIMBAD Gambar 4.1. Perbandingan Konsentrasi CO2 di zona Ruang Keluarga (a) Hari biasa (b) Akhir pekan Gambar 4.2. Perbandingan Konsentrasi CO2 di zona Dapur (a) Hari biasa (b) Akhir pekan Gambar 4.3. Perbandingan Konsentrasi CO2 di zona Kamar Tidur Utama (a) Hari biasa (b) Akhir pekan Gambar 4.4. Perbandingan Konsentrasi CO2 di zona Kamar Tidur Anak (a) Hari biasa (b) Akhir pekan Gambar 4.5. Perbandingan Konsentrasi CO2 di zona Kamar Mandi (a) Hari biasa (b) Akhir pekan


Gambar 4.6. Perbandingan Konsentrasi CO2 di zona WC (a) Hari biasa (b) Akhir pekan Gambar 4.7. Perbandingan Konsentrasi Formaldehida di zona Ruang Keluarga (a) Hari biasa (b) Akhir pekan Gambar 4.8. Perbandingan Konsentrasi Formaldehida di zona Dapur (a) Hari biasa (b) Akhir pekan Gambar 4.9. Perbandingan Konsentrasi Formaldehida di zona Kamar Tidur Utama (a) Hari biasa (b) Akhir pekan Gambar 4.10 Perbandingan Konsentrasi Formaldehida di zona Kamar Tidur Anak (a) Hari biasa (b) Akhir pekan Gambar 4.11. Perbandingan Konsentrasi Formaldehida di zona Kamar Mandi (a) Hari biasa (b) Akhir pekan Gambar 4.12. Perbandingan Konsentrasi Formaldehida di zona WC (a) Hari biasa (b) Akhir pekan Gambar 4.13. Kebutuhan udara segar di zona Ruang Keluarga (a) Hari biasa (b) Akhir pekan Gambar 4.14. Kebutuhan udara segar di zona Dapur (a) Hari biasa (b) Akhir pekan Gambar 4.15. Kebutuhan udara segar di zona Kamar Tidur Utama (a) Hari biasa (b) Akhir pekan Gambar 4.16. Kebutuhan udara segar di zona Kamar Tidur Anak (a) Hari biasa (b) Akhir pekan Gambar 4.17. Kebutuhan udara segar di zona Kamar Mandi (a) Hari biasa (b) Akhir pekan Gambar 4.18. Kebutuhan udara segar di zona WC (a) Hari biasa (b) Akhir pekan Gambar 4.19. Perbandingan Konsumsi Energi antara VMK dan VMI di Ruang Keluarga Gambar 4.20. Perbandingan Konsumsi Energi antara VMK dan VMI di Dapur Gambar 4.21. Perbandingan Konsumsi Energi antara VMK dan VMI di Kamar Tidur Utama Gambar 4.22. Perbandingan Konsumsi Energi antara VMK dan VMI di Kamar Tidur Anak Gambar 5.1. Perbandingan Konsentrasi CO2 di zona Utama (a) VMK (b) VMI Gambar 5.2. Perbandingan Konsentrasi CO2 di zona Pendukung (a) VMK (b) VMI Gambar 5.3. Perbandingan Konsentrasi Formaldehida di zona Utama (a) VMK (b) VMI Gambar 5.4. Perbandingan Konsentrasi Formaldehida di zona Pendukung (a) VMK (b)VMI Gambar 5.5. Perbandingan Debit udara segar di zona Utama (a) VMK (b) VMI Gambar 5.6. Perbandingan Debit udara segar di zona Pendukung (a) VMK (b) VMI Gambar 5.7. Perbandingan Akumulasi Konsumsi energi listrik


DAFTAR TABEL Tabel 2.1. Tabel 2.2. Tabel 3.1. Tabel 3.2. Tabel 3.3. Tabel 3.4. Tabel 3.5. Tabel 4.1. Tabel 4.2.

Tiga tipe Topolagi dari ventilasi mekanik Karakteristik matematis dari diameter hidrolik Skenario metabolisme tiap occupant Dimensi tiap zona Skenario aktivitas penghuni dalam ruangan [%] Distribusi debit udara pada VMK simple flux Distribusi debit udara pada VMI simple flux Perbandingan Konsumsi Energi untuk bulan Januari Perbandingan Konsumsi Energi untuk bulan Juli


BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Pertumbuhan ekonomi yang di ikuti dengan pertumbuhan konsumasi energi akan sangat membahayakan ketersediaan energi jika tidak diatur pemakaiannya. Sebagai contoh, Konferensi Kyoto yang mengatur emisi rumah kaca dan protokol lainnya yang telah membatasi penggunaan emisi gas rumah kaca. Dampak dari konferensi tersebut, Uni Eropa sepakat untuk mengurangi konsumsi energi primer yaitu energi listrik. Pada tahun 2004, ditetapkan sektor perumahan merupakan salah satu konsumen energi terbesar di Uni Eropa, di sektor ini memberikan 39% dari total konsumsi energi listrik dengan 11% untuk kebutuhan komersial dan 28% untuk kebutuhan rumah tinggal [1]. Pengurangan konsumsi energi listrik saat ini sangat mendesak untuk sebuah alasan ekonomi. Misalnya disektor kontruksi bangunan, seorang harus bekerja dengan teliti dalam pemanfaatan energi yang baik untuk mengurangi inefisiensi konsumasi energi. Di Perancis, dalam regulasi termik (RT) 2012 telah ditetapkan untuk bangunan baru penggunaan konsumsi yang dianjurkan adalah 50 kWh/m2.tahun[2], untuk memenuhi standar ini diperlukan permodelan dan simulasi numerik. Oleh sebab itu, merancang dan menetukan building envelope seperti bahan isolasi pada dinding dan atap, dapat memberikan keseimbangan kalor di dalam bangunan. Dalam beberapa studi yang telah dilakukan, penggunaan energi dalam bangunan berkaitan erat dengan permasalahan untuk memenuhi persyaratan Kenyamananan dan kesehatan serta dampak yang diberikan untuk ekonomi dan lingkungan.

1.2 Motivasi Penelitian Dalam penerapan bangunan ramah lingkungan, rumah tinggal harus memenuhi standar RT 2012. Untuk alasan memaksimalkan kualitas udara dalam ruangan didalam sistem ventilasi, pemilik bangunan harus mempertimbangan kinerja sistem ventilasi udara. Hal ini dengan memilih karakteristik dari suatu sistem ventilasi serta dampak yang akan ditimbulkan untuk mengurangi kerugian


penggunaan energi listrik serta memaksimalkan penggunaan energi gratis, misal penggunan sistem ventilasi alami. Oleh sebab itu, diperlukan studi untuk mencapai kinerja optimal dari sistem ventilasi yang dapat memberikan kualitas udara dalam ruangan hingga 75% melalui suatu envelope bangunan yang optimal serta pemanfaatan energi gratis dari matahari untuk sistem pemanas.

1.3 Tujuan Penelitian Studi ini bertujuan sebagai studi perbandingan kinerja dari dua sistem ventilasi mekanik untuk aliran udara sederhana (simple flux) antara ventilasi mekanik kontrol dan ventilasi mekanik insuflasi di sebuah rumah tinggal. Dalam penelitian ini dilakukan satu simulasi kalor dan aliran udara (thermal and airflow) dengan bantuan perangkat lunak SIMBAD (Simulator for Building and Advices). Dimana dalam perangkat lunak ini merupakan pengembangan dari perangkat lunak Matlab/Simulink. SIMBAD akan membantu menampilkan konsentrasi udara dalam ruangan serta dapat membandingkan dua sistem ventilasi udara untuk kondisi cuaca yang sama. Hasil simulasi dari perangkat ini akan memberikan gambaran dari kualitas udara dalam ruangan, Kenyamanan termal bagi penghuni serta efisiensi konsumasi energi listrik sebagai indikator performasi dari kedua sistem ventilasi udara mekanis.

1.4 Manfaat Penelitian Objektif penelitian ini diharapkan dapat menganalisis karakteristik rumah tinggal dengan konsumsi energi yang rendah dengan model banyak zona (multizone). Dalam studi ini juga menganalisis bagaimana dampak yang diberikan oleh setiap zona yang ditandai oleh data parameter temperatur dan konsentrasi udara. Dengan satu hipotesa yaitu udara yang dialirkan seragam dalam setiap zona untuk menjaga Kenyamananan bagi penghuni rumah tinggal. Selain itu diperlukan data yang berupa orientasi lokasi bangunan, keadaan iklim dan karakteristik isolasi dari sistem ventilasi udara. Manfaat penelitian ini diharapkan dapat memberikan hasil studi yang relevan dan rekomendasi strategis dalam pemilihan sistem ventilasi yang cocok pada bangunan rumah tinggal, sehingga para pemilik


rumah dapat menjadikan sebagai salah satu bahan referensi dalam menerapkan konsep rumah ramah lingkungan terutama pada ventilasi dan tata udara.

1.5 Batasan Penelitian Ruang lingkup atau batasan dari studi ini adalah sebagai berikut: 1. Membuat model sistem ventilasi udara di rumah tinggal tipe Apartemen dengan menggunakan data cuaca di kota Trappes, Perancis. Model ini dibuat dengan menggunakan perangkat lunak SIMBAD for building and HVAC devices. 2. Dalam pemodelan akan membandingkan dua sistem ventilasi udara mekanis yaitu sistem ventilasi mekanis kontrol (VMK) dan mekanis insuflasi (VMI) untuk aliran udara sederhana (simple flux). 3. Mensimulasikan pemodelan yang telah dibuat dengan menggunakkan perangkat Matlab dan Simulink. Dalam hasil simulasi yang akan didapat, yaitu membandingkan performasi dua sistem ventilasi mekanis terhadap: •

Kualitas udara interior yang meliputi konsentrasi gas CO2 [ppm] dan gas Formaldehida [mg/m3] untuk zona utama dan zona pendukung.

•

Kenyamanan termal yang akan di dapat oleh penghuni/pemilik apartemen yang meliputi Kelembaban udara relatif [%RH] dan debit udara segar [m3/jam] untuk zona utama dan zona pendukung.

•

Konsumsi energi listrik [kWh] dan Temperatur udara dalam ruangan [oC] yang diberikan oleh kedua sistem ventilasi mekanik.

4. Menganalisa hasil studi dari hasil simulasi untuk setiap zona/ruangan yang memberikan fungsi aktivitas bagi penghuninya, sehingga didapat sebuah kesimpulan yang dapat memberikan masukan dan kontribusi bagi kontruksi gedung dan juga pemilik rumah dalam memilih sistem ventilasi udara yang tepat.

1.6 Sistematika Penelitian Bab satu dalam thesis ini menyampaikan mengenai latar belakang, motivasi, tujuan, manfaat dan batasan masalah serta metodologi studi dalam sistematika penelitian. Untuk metodologi studi dalam penelitian dapat dilihat sebagai langkah kerja penelitian. Bab kedua akan menyampaikan satu survei atau pembacaan literatur untuk memperoleh dan mendokumentasikan jenis sistem


ventilasi udara serta pemanfaatan sebuah simulator SIMBAD. Bab ketiga menyampaikan pemodelan dan aplikasi sistem tata udara di rumah tinggal tipe Apartemen dengan memanfaatkan simulator SIMDAB dan juga library Matlab/Simulink yang merupakan satu-kesatuan dalam perangkat simulator SIMBAD. Bab ini juga mendiskusikan beberapa studi pemodelan yang digunakan dalam aplikasi sistem tata udara yang secara riil di negara Perancis. Bab ke empat mendemonstrasikan hasil simulasi kedalam perbandingan kinerja kedua sistem ventilasi mekanis yaitu ventilasi mekanis kontrol dan insuflasi. Hasil simulasi akan memberikan masukan dan kontribusi bagi kontruksi bangunan dan pemilik rumah tinggal dalam mendapatkan kondisi nyama termal dan kualitas udara interior serta memberikan informasi sistem ventilasi mana yang lebih hemat konsumsi energi listrik. Bab ke lima, berisi studi tambahan dengan melakukan simulasi untuk pemodelan rumah tinggal dengan menggunkan data cuaca kota Depok. Hasil simulasi yang diberikan dapat memberikan kontribusi awal bagi kontruksi rumah tinggal di Indonesia, sehingga dapat terwujudnya rumah tinggal sehat dan hemat energi berdasarkan kebutuhan masyrakat Indonesia. Bab ke enam berisi kesimpulan dari evaluasi studi.


Langkah Kerja Penelitian

Deskripsi kontruksi bangunan

Tahap 1 : Pengukuran sistem ventilasi udara di rumah

Rumah Tinggal Hemat Energi (QUAD-BBC)

Modelisasi

Definisi fungsi setiap zona studi dengan memberikan temperatur setpoint Memilihi data cuaca (file.MAT) Deskripsi jenis ventilasi udara yang digunakan

SIMDAB

Matlab dan Simulink

Tahap 2 : Evaluasi hasil simulasi

Building envelop Ventilasi udara

Kenyamanan termal bagi penghuni (termal comfort occupation) dan kualitas udara dalam ruangan (interior air quality)

Perbandingan hasil simulasi untuk menentukan kinerja dan efisiensi dalam konsumasi energi listrik

Tahap 3 : Kesimpulan


BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Pengembangan alat simulator sangat dibutuhkan untuk penunjang perangkat desain, yang secara khusus yaitu mengoptimalkan pemilihan sistem tools seperti sistem pemanas, sistem ventilasi atau sistem penyejuk udara

[4]

.

Simulasi audit energi dapat membantu sebelum merancang sebuah gedung, dimana desain pertama merupakan sebuah konsep utama yang dapat menunjukan kinerja sebuah sistem termis dari selubung bangunan. Permodelan bangunan dan mensimulasi harus tersedia sebelum melakukan kontruksi bangunan. Namun, kenyataannya akan sedikit sulit jika sebuah simulator yang digunakan memberikan hasil simulasi yang tidak nyata. Hal ini sangat tergantung apakah hasil simulator tersebut cukup valid dalam memberikan kualitas dari sebuah bangunan. Sebuah studi akan mempelajari sebuah gedung atau bangunan yang mendefinisikan setiap ruangan dengan kualitas nyaman dan terlindungi dari lingkungan luar. Karakteristik bangunan dan fasilitas didalamnya akan tergantung pada aktivitas yang terkait dengan bangunan dan ditentukan oleh banyak tidaknya aktivitas penghuni. Definisi bangunan yang ideal adalah bangunan yang memiliki fungsi spesifik untuk memberikan Kenyamanan didalam ruangan untuk satu atau lebih aktivitas yang berlangsung. Dan juga beroperasi dalam lingkungan yang ditandai oleh posisi geografis, prilaku pengguna bangunan dan distribusi energi. Sebagai contoh, ventilasi udara di bangunan sangat penting untuk memberikan Kenyamananan dan menjaga kualitas udara yang baik. Selain itu juga, sistem ventilasi udara memiliki peranan yang penting dari fungsi bangunan dimana akan mengurangi resiko kesehatan akibat adanya mikroba berbahaya yang terkandung di udara.


2.1 Fungsi Ventilasi Udara Untuk memastikan pengelolahan yang baik dari ventilasi udara di dalam bangunan, kita perlu mengetahui terlebih dahulu fungsi dari ventilasi itu sendiri. Sistem ventilasi dipergunakaan untuk memenuhi persyaratan kesehatan, perlindungan terhadap lingkungan dan juga hemat energi. Ventilasi udara harus memiliki tiga fungsi utama. Pertama adalah peran higienis dari ventilasi yaitu harus dapat mempertahankan kualitas udara dari luar ruangan, dengan cara penggantian udara yang diekstraksi dengan udara segar. Dengan cara ini dapat mencegah penambahan jumlah polutan gas didalam bangunan. Kedua yaitu bagaimana mencapai fungsi ventilasi yang berkelanjutan, mengganti dengan udara segar dan mempertahankan kelembaban udara melalui ‘’breakdown maintenance’’. Dan ketiga adalah untuk memperoleh Kenyamananan termal yang berasal dari konveksi dari pertukaran panas dan menguapkannya. Kenyamananan termal sangat dibutuhkan untuk mengatur kelembaban dari kulit manusia dan masalah ini terjadi pada daerah dengan kelembaban rendah

[5]

. Dalam sebuah sistem ventilasi

udara yang baik, diperlukan suatu kondisi peningkatan pertukaran udara dalam ruang dengan udara luar, misalnya udara dikoridor. Hal ini dapat membantu mendinginkan udara di bangunan ketika suhu udara luar lebih rendah daripada suhu dalam ruangan. Oleh karena itu, ventilasi udara harus dibatasi ketika suhu yang terjadi terbalik. Selain tiga fungsi utama, fungsi lain yang berkaitan dengan konsumasi energi serta bagaimana mengurangi kerugian akibat kinerja ventilasi yang kurang optimal menjadi isu yang menarik. Di Perancis, pembatasan konsumsi energi telah diberlakukan dalam persyaratan Regulasi Termik (RT) tahun 2005, akan tetapi pembatasan energi ini tidak sama sekali akan merugikan kualitas udara dalam ruangan. Dampak dari inefisiensi energi pada sistem ventilasi udara ialah adanya kerugian waktu tertentu, karena terdapat konsumsi energi tambahan yang disebabkan oleh aliran udara akibat infiltrasi.


2.2 Sistem ventilasi udara dalam Bangunan Pertukaran udara secara aerodinamika dalam bangunan dibagi menjadi dua jenis, yaitu ventilasi alami dan mekanik. Kedua ventilasi memiliki karakteristik serta memiliki kelebihan dan kekurangan. Dan juga, keduanya dapat menyajikan laju aliran udara (m3/s) yang disirkulasikan dari lingkungan ke ruangan. Ventilasi alami dan mekanik secara general telah diterapkan untuk semua tipe bangunan. Saat ini di Perancis, menerapkan sebuah sistem kombinasi dari kedua ventilasi ini yang disebut sebagai ventilation balayage, akan tetapi dalam studi ini tidak dibahas.

2.2.1

Ventilasi Alami (natural ventilation) Ventilasi alami adalah sistem ventilasi udara segar untuk dalam gedung

didasarkan pada prilaku utama dari angin dan perbedaan temperatur antara udara dalam ruangan dan udara luar. Ventilasi ini dipengaruhi oleh variabel waktu sehingga sulit untuk mengontrol aliran udara internal. Pada Gambar 2.1, mengilustrasikan faktor Angin

yang bertiup menuju sebuah bangunan

menginduksi tekanan positif pada fasa permukaan bangunan dan tekanan negatif pada fasa penurunan tekanan (leeward). Dalam hal ini, udara dapat menyapu ruangan melalui berbagai bukaan (misal kisi-kisi udara) dari daerah tekanan tinggi ke tekanan rendah. Tiupan angin memiliki kecepatan bervariasi dari titik daerah tertinggi menuju terendah. Gambar 2.2, menyajikan efek pertukaran kalor yang menyebabkan perbedaan temperatur antara di dalam dan luar bangunan. Efek ini memberikan perbedaan massa jenis udara yang menghasilkan gradien tekanan pada dalam dan luar bangunan.


Gambar 2.1. Aksi tiupan angin ke bangunan [6]

Gambar 2.2. Efek pertukaran kalor di bangunan [7] Ventilasi alami di identikan sebagai pertukaran udara akibat perbedaan tekanan dan temperatur yang terjadi alami. Ada dua jenis efek aerodinamis yaitu: efek dinamis dari angin dan efek pertukaran kalor. Kedua efek ini sangat penting diketahui karena dapat memberikan gambaran dari karekteristik angin seperti tekanan, arah angin dan koefisien tekanan akibat beda temperatur. Dimana koefesien ini secara empiris terganting dari geometri bangunan dan sudut datang angin ke sekitar bagian bangunan. Untuk mengevalusi prilaku ventilasi alami, kita dapat menggunakan persamaan Bernoulli mekanika fluida, yang dapat ditulis:


1 ρν 2 + P + ρgz = consta.n 2

(2.1)

Dimana : (v) kecepatan fluida, (P) tekanan, (p) massa jenis, (g) gravitasi, dan (z) altitude. Dalam hal ini, aliran udaran dapat dibedakan menjadi dua jenis, yaitu aliran udara akibat infiltrasi dan aliran udara dari ventilasi alami. Pada prinsipnya, keduanya memiliki metode perhitungan yang sama, tetapi hanya terjadi perbedaan pada jenis bukaan aliran. Sebagai contoh, infiltrasi dimana aliran udara mengalir melalui celah-celah ketika jendela/pintu ditutup. Aliran udara ini berbeda ketika memakai ventilasi alami, yang mana udara sengaja dialirkan dengan membuka jendela, pintu atau sarana lain yang dapat dibuka.

2.2.2

Ventilasi Mekanik Terdapat perbedaan sistem ventilasi udara di dalam gedung dan dianggap

satu kesatuan yang spesifik (misalnya sistem distribusi udara atau kebutuhan udara yang disesuaikan dengan fungsi ruangan). Ventilasi mekanik dirancang sebagai cara untuk mendistibusikan udara segar ke seluruh ruangan. Pada tabel 2.1, tipe ventilasi mekanis berdasarkan fungsi pendistribusian udara segar dan udara tak segar. Tipe Aliran udara sederhana (simple flux) dengan kontrol Aliran udara sederhana (simple flux) dengan insuflasi Aliran udara ganda (double flux) dengan kontrol

Udara suplai

Udara intake

Statik (udara masuk)

Mekanik (auto hygro) atau hidrolik

Mekanik (blow box)

Statik (barometrik)

Mekanik

Mekanik

Tabel 2.1 Tiga tipe topologi dari ventilasi mekanik Di gedung, keberadaan ventilasi mekanis secara umum telah diterapkan fungsinya. Akan tetapi, tidak semua jenis rumah tinggal pribadi menggunakan


ventilasi mekanik, tetapi biasanya hanya membuka saranan bangunan yang dapat berfungsi sebagai ventilasi. Dengan meningkatnya kebutuhan sirkulasi udara yang baik maka sistem ventilasi mekanik merupakan satu solusi yang baik dalam memenuhi kebutuhan tersebut. Pada saat ini, kebutuhan akan sistem ventilasi mekanik sudah menjadi kebutuhan tersier. Banyak bangunan yang telah memiliki fungsi pemanas atau penyejuk udara dengan sistem pengaturan terpusat untuk mengelolah sirkulasi udara segar yang pada akhirnya menggunakan satu sistem ventilasi yaitu ventilasi mekanik. Jika tidak, sangat penting untuk menyediakan sistem ventilasi terpisah yang lebih spesifik. Dalam sistem ini hampir sebagian pendistribusian udara dilakukan dengan aliran sederhana (simple flux) melalui ektraksi kontrol maupun insuflasi (hisap). Namun, ventilasi alami masih sering dipakai sebagai cara praktis terutama di gedung sekolah, rumah tinggal bahkan beberapa gedung perkantoran.

2.2.2.1 Ventilasi mekanik kontrol aliran udara sederhana (simple flux) Pada gambar 2.3 menunjukkan sistem ventilasi udara mekanik kontrol yang dimanfaatkan fungsinya untuk mensirkulasikan udara segar ke ruangan utama (kamar tidur, ruang keluarga dan ruang lain) dengan menggunakan kipas/fan auto hygro. Cara ini banyak di aplikasikan pada rumah tinggal baru

[9]

.

Oleh sebab itu, ventilasi ini membutuhkan implementasi dimensi ruangan serta perawatan berkala untuk menjaga kualitas udara yang dihasilkan.

Gambar 2.3. Ilustrasi ventilasi mekanik kontrol aliran udara sederhana [26]


Ventilasi mekanik kontrol dapat mengekstrak udara berbahaya dari sumbernya yaitu dapur (cuisine), kamar mandi (bains) dan WC. Dimana ventilasi ini menempatkan sebagai sistem ventilasi ideal untuk rumah tinggal karena dapat mengurangi kelembaban udara akibat adanya konduksi panas melalui dinding. Namun, ventilasi ini dapat meningkatkan resiko infiltrasi dan terjadinya transfer polutan berbahaya dari udara luar atau dari tanah. Akan tetapi dengan menerapakan perawatan berkala resiko ini dapat dikurangi bahkan dapat di tiadakan. Di Perancis sisten ventilasi mekanik telah ditetapkan sebagai dasar regulasi untuk ventilasi udara di rumah tinggal. Beberapa kelebihan dan kekurangan dari ventilasi mekanik kontrol yaitu:

Kelebihan :

Mengurangi kerugian lokal (melindungi dinding dari kelembaban).

Memiliki kemampuan untuk memodulasi aliran udara (energetik).

Memenuhi regulasi kebakaran.

Sistem yang sederhana dan ekonomis.

Kekurangan:

Desain yang buruk dapat menyebabkan ketidak nyamanan bagi penguni karena aliran udara yang tinggi, misal diruang kelas.

Dibutuhkan isolasi suara yang baik, khususnya di perkantoran untuk debit yang besar.

Tidak memiliki device yang dapat mengurangi inflitrasi akibat udara luar terutama untuk wilayah perkotaan.

2.2.2.2 Ventilasi Mekanik Insuflasi/hisap aliran udara sederhana (simple flux) Ventilasi mekanik dengan insuflasi merupakan pembaharuan udara yang didasarkan dari karakteristik udara. Hampir mirip seperti ventilasi mekanik kontrol yang mendistibusikan udara segar ke ruangan. Pada gambar 2.4, memberikan gambar untuk prinsip ventilasi ini dengan dua bagian utama:

Pasokan udara dilakukan dengan cara meniup udara yang terhubung satu saluran kipas (fan) dan biasanya ditempatkan dikamar atau dikoridor. Kemudian pasokan udara ditempatkan diposisi atas dari kamar/koridor,


lalu udara segar yang telah dihisap dari luar didistribusikan ke setiap ruangan dengan alami melalui ventilasi grid kesetiap bagian bukaan yang teredia. Ventilasi ini sering digunakan untuk tipe rumah tinggal yang terletak dipinggir jalan.

Ekstrasi udara didistribusikan melalui ventilasi grid yang sama dipakai pada ventilasi alami.

Udara segar dari luar

Ventilasi grid

Gambar 2.4. Ilustrasi ventilasi mekanik insuflasi [26] Beberapa keunggulan dan kekurangan dari sistem ventilasi ini yaitu: Keuntungan :

Memungkinkan dapat mengurangi inflitrasi.

Sangat cocok untuk memberikan Kenyamananan untuk level kebisingan.

Mengurangai tekanan yang berasal dari infiltrasi gas yang diberikan oleh lingkungan atau material bangunan.

Mengurangi kehilangan sumber panas buatan (misal dari tungki perapian, heater, dll).

Kekurangan :

Aliran udara ekstrak lalu disuplai oleh ventilasi grid alami dan dipengaruhi oleh kecepatan angin, kecepatan termal dari dalam ruangan.


Ekstraksi udara melalui semua bagian bukaan yang tersedia, sehingga dinding luar bangunan harus memiliki ketahanan struktur yang di sebabkan adanya infiltrasi uap air yang berasal dari dinding.

2.3 Komponen sistem ventilasi udara Bagian ini akan menjelaskan beberapa komponen penting dalam sistem ventilasi tata udara yaitu: saluran ventilasi (ventilation duct), kipas (fan) dan alat penukar panas (heat exchanger device).

2.3.1

Saluran ventilasi Koefesien kerugian tekanan pada saluran ventilasi sangat tergantung pada

singularitas geometri serta rasio penurunan tekanan per satuan panjang akibat kekasaran (thickness) diameter dan dimensinya. Pada saluran ventilasi selalu terjadi kerugian tekanan akibat gesekan per unit satuan panjang, dapat ditentukan sebagai:

∆p frot = λ

L DH

1  x ρV 2  2 

(2.2)

Dimana: D H = 4S / Π : sebagai diameter hidrolik pipa saluran Π : konstanta untuk saluran ventilasi

V: kecepatan aliran udara ρ : massa jenis Untuk model saluran ventilasi memungkinkan menggunakan penghubung (conducting) yang berbentuk lingkaran (singular), persegi panjang (rectanguler) atau annular. Perbedaan penghubung ini akibat perbedaan diameter hidrolik (DH), dapat ditentukan pada tabel 2.2 Tipe penghubung Singular (D0) Rectanguler (a0 et b0) Annular (Dint et Dext)

Diameter hidrolik DH = D0 DH = 2a0b0/(a0+b0) DH = Dext – Dint

Tabel 2.2 Karakteristik matematis dari diameter hidrolik


Dari tabel 2.2, dapat mengetahui kerugian tekanan yang diakibatkan oleh penghubung singular dengan rumus 2.3 1  ∆psin g = ζ .x. ρV 2  2 

(2.3)

Dimana:

ζ : koefisien rugi tekanan pada bilangan Reynods (Re) dan jenis penghubungnya. Untuk jenis smoothly pipe, nilai λ mungkin bisa dicari dengan menggunakan hukum Blasius

λ=

0,3164 Re0, 26

(2.4)

Untuk jenis rough pipe, formulasi menghitung λ persamaan Nikuradse dapat dipakai dimana hanya memiliki perbedaan kecil dalam perhitungan loss.

λ=

1   3.7    2 x log    a  

2

(2.5)

Dimana: a adalah nilai kekasaran (roughness) Misal dalam kasus dimana model saluran ventilasi dibuat oleh beberapa pipa berbentuk lingkaran secara seri, maka dapat dihitung total rugi tekanan sepanjangan saluran ventilasi: ∆p tot = ∆p frot + ∆p sin g

∆p tot

.  L  1  m  =  λ + ∑ ζ i  x ρ    DH  2  ρA 

2

(2.6)

Untuk perhitungan akhir dari rugi tekanan, dimana koefesien akibat beban reguler ( λ ) merupakan parameter yang harus dipertimbangkan dan juga rugi akibat ( ζ ) harus ditentukan sebelum mendapatkan total rugi tekanan.


2.3.2

Kipas (fan) Karakteristik kipas ditentukan oleh kurva tekanan pada aliran udara dan

kerugian. Dalam sistem mekanik mengekstrak udara secara paksa dan secara umum produsen menyediakan kipas dalam sistem ventilasi mekanik. Kurva performasi kipas ditunjukkan oleh tekanan dan kecepatan udara yang dapat dicari dengan menggunakan fungsi polinom ∆pventi = f (Qν ) dari kurva performasi yang dimodelkan.

Pemodelan

ini

dapat

menggunakan

rumus

2.3

untuk

memodelisasikan kipas, dimana dalam pemodelan rugi tekanan akan sebanding dengan kecepatan aliran udara yang dihasilkan. Daya (Parbre) dari poros fan, menginformasikan bahwa sebuah fan harus dapat mengatasi kerugian kerja serta debit udara yang diekstrak/dihisap. Untuk memperoleh daya poros fan dapat dipakai formulasi 2.7.

Parbre =

Q x∆pventi 1 x v 3600 η tot

(Watt)

(2.7)

Dimana debit aliran udara (Qv) fan telah diketahui, akan tetapi beban ventilasi (

∆p venti ) dengan kondisi pengoperasian dapat diketahui dimana debit udara yang dibutuhkan setelah dikurangi dengan kerugian disepanjang saluran ventilasi yang didasarkan pada karakteristik fan.

2.3.3

Alat penukar kalor Dalam sebuah ventilasi udara sangat diperlukan alat penukar kalor, karena

dalam pengoperasiannya udara yang didistribusikan akan mengalami kenaikan ataupun penurunan temperatur. Oleh karena itu, alat penukar kalor (heat exchanger device) dibutuhkan untuk memenuhi kebutuhan Kenyamanan termal penghuni. Pada gambar 2.5, menunjukkan prinsip sebuah alat penukar kalor sederhana.


Air blow: T2

Reject from air return: T4

Air return: T3

Fresh air: T1

Gambar 2.5. Skema prinsip penukar kalor Efisiensi alat penukar kalor ditentukan oleh perbedaan temperatur yang dihasilkan. .

ε ec

T − T1 m an = 2 x . T3 − T1 m − m. an av

(2.8)

Ekspresi 2.8 juga dapat dipakai untuk mendapatkan kinerja total termal, yang dipengaruhi oleh besarnya kalor sensible dan laten yang diangkut selama proses pendistribusian udara. Hal ini didasrakan oleh nilai entalpi.

 m (h − h ) 

η ec =  an 2 1   mmin (h3 − h1 ) 

(2.9)

Dimana:

ɛec

: Efisiensi alat penukar panas

ηec

: Kinerja total termal

h

: entalpi [kJ/kg.K]

man

: massa aliran udara segar [kg/s]

mav

: massa aliran udara return[kg/s]

mmin

: minimum aliran udara antara man dan mav [kg/s]

Secara objektif, pemulihan kalor dari udara return dikelolah oleh preheating. Dimana udara segar disirkulasikan ke setiap ruangan utama dengan tujuan untuk mengurangi beban pemanas dari sitem pemanas. Temperatur air blow/udara insuflasi (T2) dapat dihitung dengan ekspresi 2.10 .

T2 = T1 + ε ec x (T3 − T1 ) x

m min .

(2.10)

m3


2.4 Representasi studi Studi ini, menyangkut pemodelan ventilasi mekanik untuk aliran udara sederhana (simple flux) dengan tujuan memperoleh perbandingan kinerja dari sistem thermo-ventilation bangunan. Studi ini memanfaatkan perangkat pemrograman Matlab/Simulink untuk mengevaluasi performasi sistem ventilasi udara di satu rumah tinggal tipe apartemen dengan luas 64,1 m2.

2.4.1

Model Mutizone Pemodelan dilakukan berdasarkan data nyata bangunan, dimana bangunan

rumah tinggal ini dibagi menjadi zona-zona yang berbeda. Ketinggian referensi ialah tinggi (m) lantai setiap zona. Untuk bagian luar, ketinggian referensi ialah tinggi lantai ruang bawah dengan lantai penghubungnya. Dimana, wilayah ini terhubung melalui celah kecil dari bawah pintu, dengan ketinggian celah sebesar 1cm untuk zona utama (kamar tidur/chambre dan ruang keluarga/sejour) dan 2cm untuk zona pendukung (dapur/cuisine). Untuk ukuran yang dianjurkan, masing-masing zona dimodelkan dengan dua selubung bangunan. Pertama ditempatkan ¼ dari ketinggian selubung dan yang kedua ditempatkan ¾ dari tinggi zona/ruangan. Perbedaan selubung ini dimaksudkan untuk membedakan nilai permeabilitas udara. Untuk permeabilitas langit-langit (plafond) dan lantai tidak diperhitungkan dalam model ini.

2.4.2

Kualitas udara Interior Dalam regulasi termik mensyaratkan bahwa udara luar yang masuk ke

dalam ruangan harus melalui proses filterisasi mekanis. Namun, ada banyak ventilasi yang tidak memiliki filter. Sebagai contoh, satu kasus dimana udara tidak difilter dan ketika posisi bangunan terletak diwilayah udara tercemar (misalnya, pada saat musim gugur) maka sangat dianjurkan untuk menggunakan filter udara. Ludovic et al

[14]

melakukan pengukuran untuk kualitas udara dalam

ruangan pada sembilan ruang kelas di sekolah menengah di Inggris. Hasil pengukuran menyatakan konsentrasi CO2 per hari harus dibawah 1500ppm untuk


kategori ruangan sehat. Wang et al

[15]

dalam penelitian lain, melakukan

pengukuran kualitas udara dalam ruangan untuk tiga rumah tinggal di Singapura dengan dua sistem ventilasi yang berbeda. Hasil penelitian menunjukkan, penghuni selama tidur yang menggunakan ventilasi mekanik (air conditioner) memberikan jumlah CO2 sebesar 1000ppm untuk semua tipe air conditioner. Jumlah CO2 ini jauh lebih tinggi jika dibandingkan dengan kamar yang menggunakan ventilasi alami. Studi ini mencoba mengidentifikasi beberapa indikator polutan yang berkontribusi menunjukkan kinerja dari sistem ventilasi. Ada banyak jenis polutan gas dan organik yang dikandung oleh udara, seperti CO2, NO2, PM2.5 dan polutan berbahaya lainnya. Ada empat indikasi udara berbahaya yang disebabkan oleh aktivitas penghuni ataupun material bangunan.

CO2 berkaitan dengan Kenyamanan termal penghuni

NO2 dan SO2 terkait dengan aktivitas penghuni

Formaldehid, CO, COV ditimbulkan oleh material bangunan, aktivitas dan prilaku penghuni

PM2.5 dan PM10 ditimbulkan oleh aktivitas tertentu. Dapat disimpulkan, indikasi adanya udara berbahaya tergantung dari

karakteristik sistem ventilasi. Hasil dari studi ini diharapkan dapat memberikan gambaran jumlah atau konsentrasi polutan berbahaya di udara, sehingga dapat menuntukan batas rata-rata yang dianjurkan oleh peraturan kesehatan yang berlaku.

2.5 Perangkat lunak SIMBAD GTB

Pada tahun 1989 sebuah proyek penelitian dilakukan oleh Badan Energi Internasional untuk pengembangan sebuah metode evaluasi dari sistem manajemen gedung (Building management system)

[3]

. Dalam proyek ini, enam

negara ikut berpartisipasi dalam mengembangkan simulator SIMBAD dengan pusat pengembangan masing-masing ditiap negara:

Belgia (Laboratory of Thermodynamics of the University of Liége)

Finlandia (Laboratory of Heating and Ventilation at the technical research centre of Finland, VTT)


Inggris (Oxford University)

Belanda (Netherland Organisation of Applied Scientific Research, TNO)

Perancis (Centre Scientifique thermique du Bâtiment et Gaz de France, CSTB France)

USA (National Institute of Standard and Technology, NIST) Setiap simulator telah dikembangan lebih lanjut dengan menggunakan

perangkat simulasi yang berbeda dengan berbagai virtual bangunan, instalasi atau sistem ventilasi untuk setiap bagian nyata dari sistem manajemen gedung. CSTB (Central Scientifics for thermal building and Gaz) di Perancis, mengembangkan proyek ini untuk sebuah keterampilan dalam sistem manajemen teknis di gedung, sistem strategi pengendalian bangunan dan sistem konservasi energi, dimana proyek ini terus mengembangan perangkat lunak SIMBAD untuk menjadi satu laboratorium virtual. Perangkat

lunak

SIMBAD

dipakai

untuk

memodelkan

dan

mensimulasikan aliran udara dan kalor di dalam bangunan akibat adanya sistem energetik dan aliran massa. Perangkat ini menyediakan model bangunan untuk Rumah tinggal dengan tipe Mozart, Matisse atau MARIA, dan gedung besar untuk kantor atau gedung komersial dengan tools sistem pemanas atau pendingin. Dimana dari perangkat ini dapat melakukan simulasi dinamis pada instalasi HVAC (heating, ventilation and air conditioning). Dan perangkat ini

juga

menggunakan model komputasi yang berhubungan dengan lingkungan dan virtual bangunan berdasarkan standar yang dapat ditentukan.

2.5.1

Penggunaan SIMBAD Untuk skala laboratorium, perangkat lunak diperlukan untuk mensimulasi

data secara virtual dari suatu sistem gedung/bangunan. Sistem akan dikontrol secara nyata ataupun maya dalam sebuah uji simulasi di laboratorium. Pada gambar 2.6 sebuah perangkat simulator SIMBAD yang diperuntukkan untuk laboratorium. Perangkat simulator ini terdiri 1 personal komputer yang dilengkapi dengan perlengkapan yang mewakilkan parameter gedung yang akan dimodelkan


serta pusat data (centrale d’acquisition et de commande) yang merupakan komponen penunjang dalam memodelkan dan mensimulasikan sistem manajemen gedung (GTB a Tester).

Gambar 2.6 : Simulator SIMBAD Pada studi ini menggunakan beberapa tools dari simulator SIMBAD GTB (gestion thermique du batiment), yang dapat diilustrasikan pada gambar 2.7.

Building Elements, mendeskripsikan jumlah zona (multizone), dimana zona didefinisikan sebagai sebuah konsep termal yang bukan geometrik. Pada bagian ini juga menjelaskan secara lengkap penggunaan jendela dan pintu serta keadaan real didalam zona.

Production and Storage, pada studi ini rumah tinggal yang dimodelkan menggunakan pompa kalor, mini boiler, hot-water storage, dan perlengkapan pendukung lainnya.

Hydraulic and Aeraulic network yaitu terdiri dari sistem tata udara, water recycle, katup, dan pendukung lain.

Heat Exchangers, rumah tinggal dimodelkan menggunakan fan coil unit untuk air ventilation dan pemanas lantai untuk pemanas ruangan.

Control devices, sistem kontrol untuk sistem pemanas air, serta sensor automatik.

Weather and Loads, data pendukung untuk keadaan iklim dan penghuni bangunan.


Untuk studi ini rumah tinggal memiliki banyak zona/multizone dimana komponen dan sistem ventilasi udara merupakan implementasi untuk mensimulasi dan menganalisis dari sebuah strategi dalam pemanfaatan energi serta Kenyamananan dari penghuni bangunan.

Gambar 2.7 : Fungsi umum dari sebuah perangkat simulator SIMBAD versi 4.

2.5.2

Pemanfaatan perangkat simulator Saat ini ada banyak jenis perangkat lunak yang dipakai oleh kalangan

kontruksi bangunan dalam menerapkan konsep bangunan hemat energi (green building). Perangkat lunak digunakan untuk mensimulasi kondisi aerodinamika dari sebuah bangunan. Namun ada beberapa perangkat simulator yang menyediakan simulasi untuk thermo-ventilation. Sebagai contoh, perangkat lunak TRNSYS/COMIS yang menyediakan tools yang cukup baik untuk membantu menghitung kondisi termik-ventilasi dengan hasil simulasi yang cukup komprehensif sehingga dapat diketahui kebutuhan energi didalam sebuah bangunan. Akan tetapi dalam pengolahan data sedikit rumit, terutama untuk menambahkan model baru dengan perbedaan data permodelan. Ada beberapa jenis perangkat simulator yang sering digunakan dalam penerapan konsep green building.


COMIS

Perangkat yang menyediakan model aliran udara untuk multizone, dapat mempertimbangkan aliran turbulensi, serta dapat memprediksi pertukaran udara dan penyebaran polutannya.

CONTAM

Perangkat open source untuk sebuah model multizone airflow, dapat memodelkan bentuk orifice untuk skala besar serta debit airflow, hanya dirancang untuk memprediksi kandungan polutan homogen dari udara.

TRNSYS

Merupakan perangkat lunak dari penggabungan dua simulator untuk model termal dan model airflow (COMIS)

SIMDAB GTB

Sebuah simulator yang lebih kompleks untuk pengujian sistem manajemen gedung (Building Management System). Perangkat ini dijalankan untuk mengevaluasi bangunan dengan dilengkapi regulasi yang menghubungkan ke sebuah bangunan virtual dengan fasilitasnya.

SIMTRAIN merupakan

SIMTRIAN

perangkat

lunak

untuk

simulasi

awal

dimana

penggunaannya bertujuan memperoleh gambaran Kenyamanan dan konsumsi energi yang berdasarkan regulasi dari pengelolahan teknis bangunan.

EnergyPlus

Perangkat open source untuk sebuah model monozona/multizone thermal dan airflow

SIMTEST

Sebuah simulator yang dibuat berdasarkan standarisai Eropa untuk sebuah sistem pemanas dan tata udara yang dipergunakan dalam hal pemeliharaan dari kontruksi bangunan.

Simulator ini terdiri dari alat testing yang berupa sensor dan

termokopel yang dihubungkan ke sebuah terminal pembaca data.


2.5.3

SIMBAD v.4.0. Simbad versi 4 dari pengembangan simulator GTB yang merupakan

bagian tools dari MATLAB/Simulink. Simulator sebagai sistem kontrol yang terdiri dari satu set model kompleks yang mewakili sebuah sistem bangunan seperti building envelope, indoor condition serta instalasi HVAC. Simulator ini sangat komprehensif dalam memberikan model bangunan beserta regulasinya.

2.5.3.1 MATLAB MATLAB (Matrix Laboratory) dikembangkan untuk memfasilitasi perhitungan matriks dan elemen dasar dari perhitungan matematika. Perangkat MATLAB bisa disebut sebagai penerjemah bahasa, yaitu bahasa pemrograman yang dikembangkan dari bahasa sintaksis. Dalam Penggunaan tidak berurusan dengan tersedianya memori atau mengubah ukuran seperti dalam bahasa klasik. Studi ini menggunakan dua bahasa sintaks dari Matlab yaitu:

Sebuah perintah pengetikan untuk inviter ">>"

Mengelompokkan perintah dalam M-File (dengan ektensi dot M)

Sebagai perangkat penerjemah, MATLAB tidak menghasilkan eksekusi. Akan tetapi hanya dapat menghasilkan kode C, yang pada gilirannya dapat dikompilasi untuk dieksekusi.

2.5.3.2 SIMULINK Simulink ialah bagian grafis untuk simulasi yang menggunakan MATLAB sebagai penerjemah. Simulink mengintegrasikan kemampuan perhitungan kedalam MATLAB. Oleh karena itu, keduanya merupakan tools pendukung yang interaktif untuk pemodelan, analisis dan simulasi sistem dinamis termasuk sistem diskrit atau analog. Simulink diartikan juga sebagai representasi dari sebuah sistem kedalam diagram blok. Dimana setiap blok memiliki lebih dari satu blok yang saling berhubungan.


Gambar 2.8 : Library Simulink Pada gambar 2.8 menunjukkan perpustakaan Simulink yang berisi berbagai blok. Sebagai contoh: sistem kontinu, diskrit, sumber (sources), Input (sinks), operasi matematika (linier, tidak linier) dan kategori lainnya (blocksets and toolboxes)


BAB III PEMODELAN DAN APLIKASI SISTEM VENTILASI MEKANIK UNTUK RUMAH TINGGAL

Pemodelan dengan aplikasi sistem tata udara adalah cara yang efektif untuk mengembangkan dan mempelajari perilaku termal dari bangunan. Dalam Studi dengan membandingan sistem ventilasi udara, kami memilih perangkat lunak SIMBAD karena menyediakan tools yang lebih komperehensif serta sangat cocok untuk tipe bangunan ramah lingkungan. Di Perancis, CSTB terus melakukan pengembangan dari perangkat ini guna mendukung perkembangan regulasi termik sistem tata udara. Bab ini akan menyajikan penjelasan dari pemodelan, aplikasi ventilasi udara untuk dua sistem ventilasi mekanik dan aplikasi studi pada rumah tinggal tipe apartemen.

3.1 Pemodelan Rumah Tinggal Model multizone menyajikan pemodelan sebuah bangunan dengan banyak zona yang disesuaikan dengan fungsi tiap zona. Model ini terdiri dari kompenen dasar dari bangunan, yaitu:

Model zona dengan udara

Model dinding dengan beberapa partisi (layer)

Model jendela Pada pemodelan apartemen ini akan mensimulasikan satu posisi bangunan

tanpa memperhitungkan posisi bangunan disekitarnya. Model ini didasarkan pada asumsi bahwa udara disekitar adalah homogen. Namun tidak menutupkan kemungkinan

terjadinya

percampuran

udara

(heterogen)

dengan

mempertimbangkan setiap zona memiliki temperatur udara yang bervariasi. Secara deskripsi sebuah bangunan/gedung terdiri dari empat komponen utama yaitu:


1. Zona, didefinisikan sebagai volume udara pada temperatur yang seragam atau zona sering disebut sebagai konsep Kenyamanan termal penghuni didalamnya. Volume udara itu sendiri dipengaruhi oleh banyak tidaknya proses perpindahan panas dan penyimpan panas yang dihasilkan oleh sebuah permukaan. Pada pemodelan ini semua bagian zona menghadap arah selatanbarat.

2. Instalasi termal, sistem HVAC yang disediakan di bangunan. Dalam studi ini mengevaluasi instalasi termal yang memberikan pengaruh pada aspek Kenyamananan, kualitas udara dan konsumsi energi. Pemodelan rumah tinggal didasarkan pada data-data riil dilapangan dimana sistem termal ini memiliki kontrol pengatur serta alat ukur selama studi ini berlangsung.

3. Penghuni bangunan (occupants), penghuni bangunan terdiri dari penghuni tetap dan tidak tetap. Dalam sebuah pemodelan bangunan, faktor occupants memiliki pengaruh besar dalam menentukan kualitas udara di bangunan. Secara perspektif pemodelan menggunakan siklus konvesional yaitu aktivitas penghuni adalah homogen dalam satuan waktu. Oleh karenanya, setiap penghuni memiliki peran spesifik dalam pengoperasian sistem pemanas dan ventilasi udara. Pada pemodelan studi ini, menetapkan tiga skenario bagi penghuni dan dapat dimodifikasi berdasarkan data nyata disetiap tipe bangunan yang akan dimodelkan. Pada tabel 3.1, menggambarkan tiga tipe penghuni dengan aktivitasnya. Occupants

Activitas CO2 (g/h)

H2O (g/h)

Kalor sensible (Watt)

Orang dewasa (>15 tahun)

Bangun

18

55

70

Tidur

12

30

50

Anak-anak (5-15 tahun)

Bangun

12

45

40

Tidur

8

15

35

Bangun

8

30

30

Tidur

4

10

25

Balita (< 5 tahun)

Tabel 3.1 : Skenario metabolisme tiap occupant [2; RT-2012]

4. Interaksi (interactions), Hasen[17] dalam penelitiannya mengusulkan sebuah bangunan terdiri dari lingkungan dinamis dengan unsur-unsur bangunan yang


saling berinteraksi. Sebagai contoh pada gambar 3.1, mengilustrasikan sebuah sistem HVAC yang saling berinteraksi dengan unsur bangunan dan lingkungan luar. Diagram ini sebagai bagian teknis instalasi termal untuk mengontrol siklus interaksi dan pada pengembangnya sebagai alat ukur untuk menghasilkan regulasi termik untuk sebuah sistem dinamis.

Gambar 3.1. Skema interaksi di sistem bangunan

3.1.1

Pemodelan zona dengan udara Pemodelan ini di dasarkan pada satu hipotesa bahwa temperatur udara

adalah homogen. Hal Ini menerangkan bahwa pada model multizona udara akan tercampur karena mengasumsikan bahwa pemanasan yang terjadi disetiap zona akibat temperatur setpoint: minimum dan maksimum dimana kondisinya tidak pernah lebih dari kedua temperatur ini. Pada pemodelan ini menggunakan kesetimbangan kalor untuk setiap zona udara berdasarkan perhitungan empiris.

1. Kesetimbangan termal pada zona udara untuk menghitung temperatur udara Kesetimbangan termal di zona udara dapat dinyatakan sebagai:

Theating < T z _ air < Tair .conditioning

(3.1)

Dari (Tz_air) dapat ditentukan debit ventilasi udara (Pventi) disuatu tempat dengan persamaan (3.2)


.

Pventi = m xC p ,air x(Tventi − Tz _ air )

(3.2)

Dimana m adalah laju massa aliran udara yang diinjeksi ke ruangan Dengan adanya kerugian pada sebuah model ventilasi mekanik akibat infiltrasi melalui building envelope. Infiltrasi dimodelkan sebagai jenis kerugian yang selalu terjadi karena berhubungan dengan lingkungan eksternal, dimana kerugian ini dinyatakan sebagai: (3.3)

Tinf iltrasi = Text

2. Kesetimbangan termal pada zona udara untuk menghitung debit udara nyaman Jika temperatur di zona (Tz_air) adalah sama dengan temperatur udara nyaman setelah dikurangi dengan temperatur pemanasan (heating). Maka pemodelan ini dicari besar debit heating yang dibutuhkan agar tidak terjadi penurunan temperatur tiba-tiba (temperatur drop). Persaman 3.4, dapat digunakan untuk menentukan debit udara nyaman:

Pheating = Pconv, dinding + Pequip,conv + Pgains,conv + Pventilations + Pcouplages

3.1.2

(3.4)

Pemodelan transfer polutan Pemodelan ini sangat dibutuhkan karena kualitas udara dalam ruangan

merupakan satu kriteria penting untuk mengevaluasi sebuah sistem ventilasi udara. Studi ini melakukan pengukuran dari transfer polutan gaz yang diberikan oleh prilaku didalam bangunan. Sebagai bentuk evalusi kesetimbangan massa udara polutan untuk setiap zona, persamaan konservasi massa gas polutan ke zona (i) dengan bangunan multizone dapat dirumuskan sebagai: Nz dmi = Si + ∑ dt j =0

Nk ( i , j ) .

Nz

∑

m jik (1 − η jik )C j / ρ j − ∑

k =0

j =0

Nk ( i , j )

∑

.

(m ijk + k ip )Ci / ρ i (3.5)

k =0

Dimana: Nz

: Jumlah zona dibangunan

Nk (i,j) : Jumlah penghubung antar zona (j dan i)


.

mijk

: Debit udara yang mengalir ke orifice k dari j ke i (kg/s)

η jik

: Koefisien infiltrasi akibat polutan yang mengalir ke orifice k antara zone j dan i

kip

: Debit polutan reaktif dalam zona i (kg/s)

ρi

: massa jenis udara di zone i (kg/m3)

Ci

: Konsentrasi polutan di zona j (j=0 diluar) (kg/m3)

Si

: Debit transmisi dari sumber polutan di zona i (kg/s).

Allard et al [19] memperkenalkan faktor kip dalam term njik sebagai penyaring konsentrasi polutan di daerah j ke i melalui orifice k ; (1- njik) yang pada akhirnya akan sampai ke daerah i. Efek penyaringan ini sebagai transport dari konsentrasi polutan. Oleh karena itu, debit polutan reaktif (kip) sebagai sebuah reaksi kimia polutan yang dipelajari. Pada reaksi ini terdapat fenomena penyerapan dalam bahan padat. Parameter njik et kip bisa didefinisikan sebagai fungsi variabel berdasarkan besar konsentrat polutan.

3.1.3

Pemodelan transfer hidrolik Studi ini mempelajari suatu sistem pengaturan transfer hidrolik, misal

transfer hidrolik air dingin ke lantai. Untuk sistem ventilasi mekanik maka harus memperhitungkan efek kondensasi pada transfer hidrolik karena efek ini memberikan nilai Kenyamananan termal yaitu kelembaban. Pada studi ini mencoba untuk membagi transfer hidrolik menjadi dua tipe pendekatan sebagai: 1. Kondensasi,

dalam

sistem

transfer

termal

akan

memberikan

pengkondensasian dari udara menjadi uap air, kondisi ini terjadi karena volume udara berubah menjadi kabut dimana jumlah uap air yang terkandung diudara telah mencapai tingkat kejenuhan. Kondisi ini disebabkan ketika terjadi penurunan/kenaikan temperatur secara mendadak dalam kuantitas uap air. Misal selama mandi air hangat, fenomena sering terjadi pada tipe bangunan rumah tinggal. Pada studi ini mengasumsikan pemodelan dengan jenis kondensasi sebagai:


Jumlah (kuantitas) uap air yang terkondensasi rendah dan massa jenis udara berubah.

Mengabaikan fase cair ke fase padat yang tidak mungkin terjadi dibangunan.

Kesetimbangan cair-uap dijaga pada tekanan saturasi.

Proses kondensasi uap akan tinggal didalam zona sampai benar-benar menguap.

Massa air yang terkandung di udara mencakup sebagian cair dan sebagian uap, dimana massa uap air selalu lebih kecil dibandingkan massa jenuh. Pemodelan kondensasi untuk volume udara dapat dinyataan dengan beberapa persamaan dibawah ini:

m air ,total = muap,i + mcair , dimana: m uap ,i ≤ m sat =

Puap , sat ,i xV zona ,i rv ,i xT

(3.6)

Sehingga,

m air ,total ≤ m sat , jika ; mcair =0

(3.7)

Jadi,

m uap,i = m sat , dan mcair = m air ,total − m cair ,i

(3.8)

Dengan: rv,i = Rv/Mv = 461,52 J/kg/K sebagai konstanta uap air 2. Uap-Air, Kelembaban udara dalam sebuah ruang dipengaruhi oleh perubahan karekteristik udara. Produksi kondensasi dari aktivitas metabolisme manusia rata-rata sebesar 50 g/h uap air. Berbagai aktivitas manusia seperti mandi, memasak, mencuci, pengeringan dan sebagainya memberikan tingkat kualitas uap-air yang dimiliki oleh udara. Selain itu juga, uap-air dari udara luar yang masuk dari bukaan jendela, pintu atau sarana lain dapat mengurangi kinerja dari sistem ventilasi udara dan mungkin dapat menyebabkan kebocoran pada ventilasi.


Kesetimbangan konsevasi massa uap-air dapat dinyatakan dalam persamaan 3.9, dimana akan mempertimbangan transport aliran udara, kondensasi di dinding dan juga volume udara.

dmv ,i dt

Nz

Nk ( i , j )

j =0

k =0

= Si + ∑

∑

.

Nparois

.

(m jik ω j + m ijk ω i ) −

+ η hyg V zone ,i (ρ v ,in (t ) − ρ v ,temps (t ) ) −

∑A

p

B p ( ρ v , surf , p − ρ v ,i )

p =1

(3.9)

dmliquide ,i dt

Dimana: Nz

: Jumlah zona dibangunan

Nk (i,j) : Jumlah penghubung antar zona (j dan i) Nparois : total dinding di bangunan .

m jik .

: Debit udara yang mengalir ke orifice k dari i ke j (kg/s)

mijk

: Debit udara yang mengalir ke orifice k dari j ke i (kg/s)

η hyg

: Koefisien infiltrasi dari transfer polutan higroskopik

kip

: Debit polutan reaktif dalam zona i (kg/s)

ρ v,i

: massa jenis udara di zona i (kg/m3)

ρ v ,surf , p : massa jenis udara dipermukaan zona p (kg/m3) Si

: Debit transmisi dari sumber polutan di zona i (kg/s)

3.1.4

Pemodelan transfer partikulan Partikulan atau udara berbahaya secara signifikan mempengaruhi kualitas

udara serta berdampak buruk bagi kesehatan penghuni, yang mungkin menyebabkan alergi. Oleh sebab itu perlu adanya upaya memodelkan bentuk transportasi partikulan di rumah tinggal. Ada dua jenis partikulan yaitu:

Partikulan dengan ukuran lebih besar dari 10 mikron (PM10), partikulan ini berasal dari alam terutama dari proses mekanis dan biologis

Partikulan dengan ukuran lebih kecil dari 10 mikron (PM2.5; PM10), partikulan ini diberikan oleh proses pembakaran dan proses industri


Pada gambar 3.2, mengilustrasikan sebuah jalur perpindahan partikulan untuk rumah tinggal. Jalur perpindahan ini tejadi melalu jalur udara akibat aliran udara dan jalur dari interaksi antar permukaan.

Gambar 3.2. Perpindahan partikulan di rumah tinggal Konservasi massa partikulan dapat dinyatakan kedalam persamaan 3.10

V zone ,i

Nz dC i = Si + ∑ dt j =0

. .   m jik C j mijk C i   Nk ( i , j ) η +  ji ρj ρ i   ∑  k =0  −V zone ,ix(λ dep ,i C i − λ Rs ,i C dep ,i )

(3.10)

Dengan : Ci

: Konsentrasi partikulan di zona i (kg/m3)

Cdep,i : Konsentrasi deposit di zone i (kg/m3)

η j,i : Koefisien penetrasi partikulan dari zona j ke zona i λdep,i : parameter dépôt dalam zona i (s-1) λ Rs,i : parameter re-suspended zona i (s-1) Faktor nji dianggap sebagai keofisien penyaring partikulan pada bagian orifice. Dimana persentase konsentrasi partikulan dinyatakan dalam persaman 3.11.

η ji =

Cj C ouverture

(3.11)

nji berkisar 30% dan 90-100% untuk PM10 atau dalam ukuran yang lebih rendah, nilai tersebut merupakan terbesar secara umum. Parameter dépôt dalam zona


diperoleh melalui rasio perbandingan produk dari perpindahan dépôt dan kecepatan permukaan dinding dengan total volume zona, dinyatakan kedalam persamaan 3.12.

λ dep ,i =

S dinding xU dep ,i

(3.12)

V zone ,i

Udep,i (m/s) didefinisikan sebagai kecepatan permukaan dépôt ruangan, dimana merupakan kecepatan partikulan berpindah kearah dinding. Selain itu sering didefinisikan juga sebagai rasio kepadatan total fluks J i (kg atau per saruan m2.s). Untuk sebuah jarak (space) terhadap konsentrasi permukaan udara didalam ruangan, dinyatakan dalam persamaan 3.13.

U dep,i =

Ji Ci

(3.13)

Biasanya untuk mengevaluasi dépôt agak sulit karena ini tergantung dari karakteristik

partikulan,

aliran

partikulan,

jenis

lapisan

dinding

serta

orientasi/letak dari dinding (plafond, lantai, atau dinding vertikal). Ada dua jenis re-suspended partikel yang tersimpan di dinding yaitu:

Partikel yang dihasilkan oleh aliran udara lokal, dimana akan memberikan efek dari kecepatan aliran udara, intensitasi turbelensi, RH, dan temperatur re-suspended yang bisa diabaikan untuk kondisi normal di rumah tinggal.

Partikel yang dihasilkan oleh aktivitas penghuni. Dalam studi ini dapat menunjukkan bahwa konsentrasi partikulan akan meningkat akibat dari jumlah aktivitas yang meningkat dalam ruangan.

3.2 Aplikasi Sistem Ventilasi Udara Dalam paragraf ini menjelaskan pemodelan pada struktur penataan sistem tata udara, yaitu ventilasi mekanik aliran udara sederhana (simple flux) untuk ventilasi mekanik kontrol (VMK) dan ventilasi mekanik insuflasi (VMI). Apliksi pemodelan ini di ilustrasikan sebagai tingkat konfigurasi dari langkah studi yang dilakukan dengan mempelajari setiap kondisi zona yaitu: zona utama (kamar tidur/chambre dan ruang keluarga/sejour) dan zona pendukung (WC, kamar mandi/SDB dan dapur/cuisine), dengan mengaplikasikan simulator SIMBAD.


3.2.1

Model VMK aliran udara sederhana Sangat penting untuk mengetahui struktur penataan model pada sistem

ventilasi mekanik kontrol sebelum melakukan penyediaan pekerjaan simulasi. Dalam pemodelan harus memenuhi semua fungsi dan struktur pemodelan, sehingga dapat digunakan kembali pada tahap akhir pemodelan. Pada gambar dibawah memberikan penjelasan singkat sebagai konfigurasi tahap studi dalam pemodelan sistem VMK yang di jalankan di dalam simulator SIMBAD.

Tudara indoor (oC)

Tsurface (oC)

Gambar 3.3. Tahap pertama pemodelan VMK untuk zona utama Tahap awal pemodelan sistem ventilasi di zona utama , diberikan kondisi Indoor_air, Ctrl_order, Plant_supply dan Matrix_air. Dimana ke empat kondisi ini menjelaskan karakteristik dari sistem ventilasi yang digunakan dan diilustrasikan pada gambar 3.4 sebagai tahap kedua pemodelan sistem ventilasi.


Densitas udara (g/m3)

Matrix udara […]

Gambar 3.4. Tahap kedua pemodelan VMK untuk zona utama Pada Gambar 3.3, di bagian , didefinisikan menjadi keadan dinding/wall yang terdiri dari deskripsi envelope, distribusi energi (energy distribution) dan model Zona dengan udara (zone air new). Keadaan ini di jelaskan pada gambar 3.5 sebagai pemodelan dari detail dinding untuk zona utama.


Gambar 3.5. Deskripsi detail dinding untuk zona utama

Tintérieur d’air (oC)

Tsurface (oC)

Gambar 3.6. Tahap pertama pemodelan VMK untuk zona pendukung


Gambar 3.6 sebagai zona pendukung untuk tahap awal pemodelan sistem ventilasi , diberikan kondisi Indoor_air, Ctrl_order, Air_extract dan Matrix_air.


Matrix udara […]

Gambar 3.7. Tahap kedua pemodelan VMK untuk zona pendukung Pada gambar 3.7, menjelaskan tahap kedua untuk pemodelan sistem ventilasi mekanik kontrol pada zona pendukung diperlukan satu device yang berfungsi untuk menghisap/membuang udara tak segar ke luar zon menuju lingkungan luar. Hal ini diperlukan untuk menjaga kualitas udara yang disediakan didalam zona, oleh karena itu diperlukan air extraction serta alat pengontrol yang dijalankan oleh control order . Dimana devices ini tergabung didalam fungsi


blok paramater sebagai pressure controlled air outlet <4.self-controlled air grille KIT>. Pada gambar 3.8, menjelaskan konfigurasi sebagai kondisi bangunan (building state) dari pemodelan sistem ventilasi mekanik kontrol secara umum yang dipakai di bangunan rumah tinggal. Dari konfigurasi ini akan memberikan kondisi temperatur setiap zona dan temperatur bangunan, dimana kondisi temperatur setiap zona didefinisikan sebagai temperatur udara interior atau temperatur nyaman penghuni (comfort occupation temperatur). Sedangkan temperatur bangunan (building temperatur) didefinisikan sebagai temperatur yang dihasilkan oleh properties (dinding, atap, dan lantai) bangunan akibat perpindahan kalor.

Tzones dan Tbuilding (oC) Gambar 3.8. Konfigurasi model VMK untuk rumah tinggal

3.2.2

Model VMI aliran udara sederhana Ventilasi mekanik insuflasi pada prinsipnya sama seperti ventilasi

mekanik lainnya yang bekerja akibat adanya perubahan udara dan menjaga kualitas udara. Sistem ventilasi ini sangat cocok digunakan pada kondisi bangunan yang memerlukan renovasi karena bangunan tersebut memiliki masalah kelembaban udara yang digambarkan sebagai warna hitam dibagian dinding


dalam bangunan. Permasalahan ini sering timbul pada tipe bangunan lama dan hampir 25% ditimbulkan akibat kelembaban udara. Di Perancis sendiri, VMI sangat jarang digunakana dikarenakan jumlah produksi yang tidak terlalu besar jika dibandingkan dengan VMK. Sistem VMI ini diaplikasikan untuk jenis rumah tinggal dengan luas bangunan tidak melebihi 350 m3 atau 450m3 dengan menggunakan VMI seri, dan perlu diperhatikan jumlah aliran udara masuk harus diperhitungkan dengan cermat. Pemodelan yang dilakukan mirip dengan model VMK, dimana harus memenuhi semua fungsi dan struktur pemodelan. Pada gambar dibawah ini memberikan penjelasan singkat sebagai konfigurasi tahap studi di dalam pemodelan sistem VMI yang di jalankan didalam simulator SIMBAD. Gambar 3.9, sebagai tahap awal pemodelan sistem ventilasi di zona utama , diberikan kondisi Indoor_air, Ctrl_order, Plant_supply dan Matrix_air. Dimana ke empat kondisi ini menjelaskan karakteristik dari sistem ventilasi mekanik insuflasi yang digunakan dan diilustrasikan pada gambar 3.10 sebagai tahap kedua pemodelan sistem ventilasi.

Tudara interior (oC)

Tsurface (oC)

Gambar 3.9. Tahap pertama pemodelan VMI untuk zona utama



Matrix udara […]

Gambar 3.10. Tahap kedua pemodelan VMI untuk zona utama Pada Gambar 3.10, di bagian , didefinisikan menjadi keadan dinding/wall yang terdiri dari deskripsi envelope, distribusi energi (energy distribution) dan model Zona dengan udara (zone air new). Dalam pemodelan ini detail dinding untuk zona utama dimodelkan sama dengan model dinding VMK yang dijelaskan pada gambar 3.5. Gambar 3.11 sebagai zona pendukung untuk tahap awal pemodelan sistem ventilasi , diberikan kondisi Indoor_air, Ctrl_order, Air_extract dan Matrix_air.


Tintérieur d’air (C)

Tsurface (C)

Gambar 3.11. Tahap pertama pemodelan VMI untuk zona pendukung Pada gambar 3.12, menjelaskan tahap kedua untuk pemodelan sistem ventilasi mekanik insuflasi pada zona pendukung tidak diperlukan device yang berfungsi untuk menghisap/membuang udara tak segar ke luar zona menuju lingkungan luar. Hal ini dikarenakan udara tak segar keluar secara alami melalui sarana bukaan seperti pintu dan jendala. Akan tetapi, dalam sistem VMI biasanya dibuat seri untuk sistem distribusi udara segar yaitu dipasang dua device <3.self controlled air inlet new>, sehingga debit udara segar yang masuk ke setiap zona memenuhi kebutuhan bagi penghuni didalamnya.



Matrix udara […]

Gambar 3.12. Tahap kedua pemodelan VMI untuk zona pendukung


3.3

Aplikasi Studi Ventilasi Mekanik pada Rumah Tinggal tipe Apartemen Pada sub bab ini menjelaskan tujuan dari penelitian yaitu untuk

membandingkan sistem ventilasi berdasarkan data konfigurasi yaitu menganggap rumah tinggal tipe apartemen memiliki keseragaman paramater yang akan digunakan di dalam studi. Dimana jika membandingkan parameter disetiap tipe rumah tinggal, mungkin relevan jika kita memiliki data yang identik atau memakai paramater yang paling mendekati. Misalnya, skenario dalam menentukan kehadiran polutan akibat aktivitas penghuni atau disebabkan oleh data meteorologi. Pada studi ini, memilih tipe rumah tinggal apartemen E-23 tipe F3 yaitu apartemen yang memiliki dua kamar tidur (Chambre 1 dan 2), ruang keluarga (Sejour), dapur (Cuisine), kamar mandi (Salle de bain), WC, gudang (Cellier) dan teras (Hall). Dan tipe ini dapat dihuni maksimal oleh 3 orang. Dalam studi ini diharapkan dapat menampilkan performasi kedua sistem ventilasi mekanik dalam menjaga kualitas udara dan juga konsumsi energi listrik dalam memberikan kondisi temperatur nyaman bagi penguhuninya.

3.3.1

Studi Objektif Dalam studi ini, menganalisis perumahan kolektif yaitu satu apartemen

tipe F3, layout bangunan dapat dilihat gambar 3.13. Apartemen ini terletak di lantai dua dan memiliki 8 zona. Pada tabel 3.2 sebagai rincian dimensi tiap zona, dengan ketinggian (Hsp) plafond/langit-langit 2.4m.

Tabel 3.2 : Dimensi tiap zona


Gambar 3.13. Layout Apartemen

Tinggi celah (1cm)

Lebar (90cm)

(a)

(b) Gambar 3.14. Deskripsi model studi pada Apartemen


Permeabilitas udara di envelop merata pada semua zona yaitu 1,0 m3/jam/m2surface. Terdapat kerugian tekanan antara zona yang berbeda karena tiap pintu dimodelkan dengan lebar 90cm dan tinggi celah 1cm, di ilustrasikan pada gambar 3.14a dan b. Deskripsi ini mewakilkan konfigurasi yang digunakan pada SIMBAD dengan pengkondisian terdapat bagian zona yang terkena angin (vent) dan pertukaran tekanan (étancheité).

Gambar 3.15. Model skenario occupancy.


Tabel 3.3 : Skenario aktivitas penghuni dalam ruangan [%] Dalam studi kasus ini dibuat pemodelan untuk skenario kegiatan penghuni/occupancy yaitu ada empat penghuni tetap yang dimodifikasi menjadi identik dengan memberikan metabolisme yang berbeda, lihat tabel 3.1 menjelaskan metabolisme tiap penghuni dan tabel 3.3 menggambarkan skenario aktivitas tiap penghuni dan ruangan dengan persentase 0 sampai 100%. Dimana pada saat kondisi 0% mengilustrasikan tidak terdapat aktivitas, sedangkan kondisi 100% menjelaskan akitivitas maksimum terjadi oleh tiap penghuni. Gambar 3.15, dipakai sebagai struktur model occupancy di Matlab/Simulink. Dari studi ini, hasil simulasi hanya memberikan periode selama satu hari (24 jam) di hari biasa dan akhir pekan.


3.3.2

Studi Sistem ventilasi mekanik Sistem ventilasi mekanis kontrol menerapakan sistem aliran hygro

sederhana. Sedangkan pada sistem ventilasi mekanik insuflasi menerapkan aliran udara dari fan. Untuk sistem ventilasi mekanik aliran udara sederhana, setidaknya terdapat satu lubang udara (difuser) untuk udara udara segar masuk dan mengendalikan kelembaban udara dalam ruangan.

1. VMK aliran udara sederhana (simple flux) Karakteristik difuser udara masuk untuk aliran hygro (autoreglable) memiliki kelembaban sensitif, oleh karena itu debit udara harus dapat diatur sebagai (Qv m3/jam dengan tekanan 80Pa). Pada Tabel 3.4, kondisi distribusi aliran udara disetiap zona utama dan zona pendukung. Dimana untuk zona dapur harus diberikan debit udara segar yang lebih besar yaitu sekitar 45-105 m3/jam, dan kondisi ini hanya akan disetting selama makan siang dan makan malam yaitu terjadi aktivitas penghuni dengan waktu tunda 30 menit.

Zona

Dapur

Kamar mandi

Debit udara (m3/jam)

45 s.d 105

15 s.d 30 dengan 3666%RH

WC

Qext_total

Ruang keluarga (2 difuser)

15

90 s.d 150

6 s.d 45dengan 4560%RH~20Pa

Kamar Tidur Utama 10 s.d 60 dengan 60%RH~ 20Pa

Kamar Tidur Anak 10 s.d 60 dengan 60%RH~ 20Pa

Tabel 3.4 : Distribusi debit udara pada VMK simple flux Pada studi ini, koefisien temperatur ditetapkan untuk difuser yaitu, α = 0,26. Koefisien ini akan memperhitungkan pengaruh suhu udara luar yang memasuki ruangan melalui saluran masuk. Dan kemudian koefisien ini juga dipakai sebagai titik perbandingan dari kualitas udara interior yang dihasikan.


(a)

(b)

Gambar 3.16.a. Karakteristik difuser masuk autoréglable [8] b. Karakteristik difuser ekstraksi autoréglable untuk zona dapur [8] Difuser autoreglable mendistribusikan udara ke tiap zona, misalnya di dapur komponen ini disediakan untuk menghisap udara tak segar yang berasal dari aktivitas memasak dan juga mendistribusikan udara segar pada saat makan siang dan malam. Paga gambar 3.16 a dan b, masing-masing difuser menunjukkan karakteristik untuk pendistribusian udara yang dapat disesuaikan. Difuser dengan 15/30 m3/jam digunakan untuk zona WC serta difuser tiup dan hisap 45/135 m3/jam digunakan untuk zona dapur. Dalam simulasi SIMBAD, dilakukan pemodelan untuk setiap difuser yang menggunakan debit udara real dan eksperimental, tetapi bisa digunakan untuk berbagai kebutuhan.

2. VMI aliran udara sederhana (simple flux) Produsen VMI diperancis VENTILAIRSEC memproduksi sistem ventilasi ini untuk total surface tidak melebihi 350m3. Distribusi udara segar yang telah disaring, dapat dipanaskan dan lalu ditiup dengan menggunkan fan sentrifugal. Distribusi udara ini sebanyak 90% menyebar secara horizontal ke segala arah dan sejajar ke langit-langit ruangan dan 10% akan menyebar secara vertikal. Debit aliran udara segar diset dan memberikan nilai minimum ditiap zona yang didistribusikan secara keseluruhan, digambarkan pada tabel 3.5.


Zona Dapur Kamar Tidur Utama Kamar Tidur Anak Kamar mandi WC

Ektrasi pabrikan [m3/h] 20 s.d 80 dengan 29~69%RH 10 s.d 45 dengan 60%RH~20Pa 10 s.d 45 dengan 60%RH~20Pa 6 s.d 45 dengan 36~66%RH 6 s.d 45 dengan 36~66%RH

Ektrasi kontinu [m3/h] 47 30 30 29 22

Tabel 3.5: Distribusi debit udara pada VMIsimple flux Dalam pemodelan VMI diperlukan pemanasan awal udara, sehingga aliran udara luar yang masuk melalui difuser dapat diset secara real atau eksperimental, tetapi itu hanya sebagai pilihan.

3.3.3

Studi rumah tinggal tipe Apartemen Studi ini menyajikan model rumah tinggal dengan konsumsi energi yang

rendah untuk memberikan kualitas udara dalam ruangan. Perangkat lunak Matlab/Simulink dikombinasikan dengan perangkat lunak SIMBAD untuk membandingkan performasi dua sistem ventilasi mekanik. Pada studi ini, akan mendefiniskan bagian dari sistem ventilasi dan konfigurasi apartemen terhadap kebutuhan udara segar didalam ruangan.

1. Strukturisasi sistem ventilasi Penerapam pemodelan Simulink untuk sistem ventilasi dan model termal yang digabungkan dengan aljabar ditunjukkan pada Gambar 3.18. Solver mendeteksi Model iterasi aljabar untuk menemukan solusi dalam memenuhi persamaan konservasi massa dan energi. Metode couple diilustrasikan pada gambar 3.17, metode ini sudah diterapkan dalam kode Simulink dan telah digunakan untuk simulasi yang berbeda. Selain menjadi sumber kode, metode ini dapat mengurangai waktu perhitungan yang memerlukan pengaturan pada sistem ventilasi yaitu pada pengaturan kelembaban udara, temperatur, konsentrasi udara.


Gambar 3.17. Langkah kerja metode couple pada termo-ventilasi [20]

Gambar 3.18. Skematik metode couple pada model termal-airflow di Simulink Untuk model airflow (modele aeraulique) ditetapkan suhu awal udara dalam ruangan dan laju aliran awal. Kemudian tekanan internal (Pm) dapat diketahui dengan menggunakan persamaan konservasi massa udara. Lalu aliran udara yang diperoleh, untuk model termal menghitung suhu udara dalam ruangan dengan menggunakan persamaan keseimbangan massa entalpi udara. Perhitungan ini dilakukan dengan metode yang dipisahkan. Selain metode ini, kode dapat memeriksa apakah temperatur (Tm-1) digunakan untuk mendapatkan aliran udara, dapat memberikan nilai tekanan yang dihitung (Pm), dimana nilai ini kemudian memberi kriteria konvergensi ([Tm-(Tm-1)] <ε).


2. Deskripsi rumah tinggal Apartemen Deskripsi rumah tinggal memberikan gambaran secara umum karakteristik apartemen seperti karakteristik dinding, mekanikal termal pada bahan bangunan, serta deskripsi sistem ventilasi yang digunakan. Pada lampiran [A] menjelaskan komposisi bahan bangunan dan mekanikal termal. Lampiran [B] menunjukkan sifat bahan secara detail dan pada lampiran [C] mendeskripsikan laju aliran udara pada setiap zona untuk ke dua sistem ventilasi mekanik. Dimana pada deskripsi ventilasi untuk debit rata-rata udara segara sebesar Qv =135 m3/h atau sama dengan Qm.rate = 0,0461 kg/s = [(135x1.23)/3600]. Dan debit maksimum sebesar Qv = 220 m3/h atau sama dengan Qm.mak = 0,0751 kg/s. Serta presentase aliran couple dapat digambarkan pada lampiran [C].

3. Meteorologi Simulasi ini menggunakan kondisi cuaca di kota Trappes, Perancis yang berdasarkan standar regulasi termal 2005 dan regulasi dari Avis Techniques. Dalam simulasi memberikan data aktual cuaca selama setahun dan SIMBAD akan memodifikasi data cuaca setiap 4-7 tahun sekali disetiap kota di Perancis. Perangkat lunak SIMBAD memberikan data cuaca untuk 10 kota di perancis, dan data

cuaca

dapat

dibuat

dengan

menggunakan

perintah

file.Mat

di

Matlab/Simulink. Kota Trappes memiliki kondisi cuaca sedikit basah di ilustrasikan pada Gambar 3.19 dan 3.20, dimana grafik perbedaan tempeatur kering udara luar (outdoor drybulb temperature) dalam periode satu tahun serta grafik perbandingan humiditi (ratio humidity) dari udara.

Gambar 3.19. Metorologi untuk temperatur outdoor (oC)


Gambar 3.20. Metorologi untuk perbandingan humiditi (g/kg.da) Selain kedua kondisi metorologi di gambar 3.19 dan 3.20, perangkat SIMBAD juga memperhitungkan parameter pendukung kondisi cuaca seperti, radiasi matahari [W/m2], radiasi matahari difusi [W/m2], kecepatan angin [m/s], dan arah angin (derajat mata angin). Parameter cuaca dapat dibuat melalui data aktual yang diperoleh secara berkala ataupun selama satu tahun.

4. Couple Recovery Untuk model rumah tinggal tipe Kanadian/apartemen mengintegrasikan Kenyamanan udara di dalam sistem ventilasi dengan melakukan couple recovery pada udara intake. Hollmuller et al

[21]

menganalisa redundansi parsial dari dua

sistem ventilasi mekanik. Hasil studinya disajikan pada gambar 3.21; pada musim dingin (Hiver) dimana udara segar direcovery sebesar 66% dengan menggunakan sistem couple pemanasan temperatur udara dari -8oC menjadi 16oC. Dengan sistem ventilasi recovery biasa hanya menghasilkan pemanasan temperatur udara dari -8oC menjadi 12oC. Dalam hal ini sistem ventilasi dengan couple recovery dapat memberikan kenaikan udara 4oC dari sistem biasa. Sistem ini juga dipakai untuk recovery pendinginan pada saat musim panas (Eté).


Gambar 3.21. Prinsip integrasi sistem ventilasi couple dan perngoperasian pada musim dingin dan panas. Sistem recovery udara ini sangat dominan digunakan disebagian besar tipe rumah tinggal kanadian, dengan temperatur udara dalam ruangan 20oC terhadap temperatur luar sekitar ±10oC. Akan tetapi, pada sistem ini memiliki kekurangan karena udara intake tidak dapat mensinergikan dengan peningkatan difusi kalor yang diberikan oleh bangunan. Dalam hal ini, energi yang dibutuhkan dalam penyimpanan udara recovey secara tak langsung memberikan penambahan konsumsi energi listrik. Oleh sebab itu, recovery udara dapat merusak kualitas udara segar yang dibutuhkan. Didalam kekurangannya sistem recovery ini sangat menguntungkan pada musim dingin karena udara yang direcovery memberikan udara yang hangat karena adanya redaman osilasi dari isolasi bangunan dan sistem cuaca tahunan.


3.3.4

Studi sistem ventilasi mekanik yang dikombinasi (couple) Pada sub bab ini menyajikan sistem ventilasi mekanik yang menggunakan

kombinasi (couple) yaitu ditambahkan sistem pemanas (heating system). Hal ini dilakukan untuk mendapatkan model vantilasi termo-airflow (thermo aéraulique) di rumah tinggal.

1. Model VMK termo-airflow simple flux

Gambar 3.22. Model sistem VMK simple flux dengan couple termo-airflow pada perangkat SIMBAD Gambar 3.22 dan 3.23, mengilustrasikan model studi untuk sistem ventilasi couple, dan model ini diaplikasikan pada konsep rumah tinggal ramah lingkungan (QUAD-BBC). Dimana pada model ini diberikan jumlah pertukaran udara per jam (air change per hour) sebesar 0,65.


Gambar 3.23. Sinopsis skema VMK simple flux dengan couple termo-airflow Dalam mengaplikasikan regulasi termal 2005 untuk sistem ventilasi udara di bangunan, maka dalam studi ini mematuhi standar kecepatan rata-rata udara pada saluran udara yang di distribusikan secara horizontal ialah ≤ 6 m/s dan untuk vertital ≤ 5 m/s. VMK dipasang pada rumah tinggal yang lembab, hal ini dimaksudkan agar dapat memodulasi secara otomatis dengan dipasang nya sistem kontrol (control system) pada model ventilasi yang dipelajari dan sistem kontrol ini sangat tergantung dari perubahan %RH dalam ruangan. Selain itu, model studi ini membuat zona ektraksi seperti di dapur (cuisine) dan zona yang memiliki kelembaban yang tinggi. Pada zona tersebut diberikan debit maksimal udara eksktraksi sebesar 220 m3/jam dan tekanan statis 115Pa, sehingga didapat daya total yang dibutuhkan sebesar 35 Watt. Akan tetapi, debit ini dapat diatur sedemikian rupa sehingga debit ekstraksi hanya diberikan sebesar 135 m3/jam dan memperbesar tekanan statis menjadi 136Pa, serta daya yang diberikan hanya 25 Watt dan kondisi ini berlangsung jika tingkat occupancy tidak berada dalam kondisi optimum.


2. Model VMI termo-airflow simple flux

Gambar 3.24. Model sistem VMI simple flux dengan couple termo-airflow pada perangkat SIMBAD Pada gambar 3.24, model VMI dengan couple termo-airflow sangat mirip cara kerjanya dengan model VMK. VMI hanya memberikan pertukaran udara per jam (ach) sebesar 0,55. Untuk kecepatan rata-rata udara pada saluran udara yang di distribusikan secara horizontal ialah ≤ 4 m/s dan untuk vertital ≤ 3 m/s yang didasarkan pada regulasi termal 2005. Selain itu, model studi VMI juga membuat zona ektraksi dan zona yang memiliki kelembaban yang tinggi seperti pada model VMK, dimana debit ekstraksi yang diberikan juga sama.


BAB IV ANALISIS HASIL SIMULASI TERHADAP KUALITAS UDARA INTERIOR, KENYAMANANAN TERMAL DAN KONSUMSI ENERGI

Bab ini menyajikan hasil simulasi dengan perangkat SIMBAD untuk setiap zona, yaitu zona utama dan zona pendukung. Hasil simulasi mengilustrasikan kualitas udara dalam ruangan sebagai jumlah atau konsentrat polutan berbahaya di udara berupa konsentrasi CO2 (ppm) dan Formaldehida (mg/m3). Hasil studi juga menyajikan Kenyamanan termal interior bagi penghuni yang dinyatakan sebagai jumlah atau debit udara segar yang disuplai (m3/jam). Konsumsi energi listrik (kWh) juga dibutuhkan oleh kedua sistem ventilasi mekanis akibat adanya kebutuhan kondisi temperatur udara interior (oC) yang diinginkan. Dimana keduanya sebagai indikator efisiensi serta dapat memenuhi regulasi termis 2012 sebesar 50 kWh/m2.tahun. Hasil simulasi dapat menggambarkan kondisi waktu periodik, akan tetapi pada studi ini hanya akan menampilkan waktu satu minggu untuk puncak musim dingin di bulan Januari dan puncak musim panas di bulan Juli.

4.1. Kualitas Udara Interior Dalam mendesain sistem ventilasi udara harus memperhatikan konsentrat polutan udara yang terkandung selama proses pertukaran udara berlangsung. Dalam studi ini akan menampilkan jenis polutan yang sering memberikan permasalahan bagi kesehatan seperti alergi dan gangguan pada pernapasan yaitu gas karbon dioksida (CO2) dan

Formaldehida. Dalam hasil simulasi dengan

perangkat simulator SIMBAD mengilustrasikan jumlah polutan yang dinyatakan dalam perbandingan konsentrasi polutan dalam ppm dan mg/m3.


4.1.1. Konsentrasi Karbon Dioksida (CO2) Kandungan CO2 ditampilkan untuk semua zona yang memiliki fungsi ruang tempat untuk melakukan metabolisme bagi penguhinya. Konsentrasi CO2 memberikan pengaruh dalam mendapatkan kondisi nyaman dalam satu zona aktivitas, semakin kecil konsentrasi CO2 menunjukkan performasi yang baik dari sistem ventilasi udara interior. Berdasarkan regulasi termik 2012, konsentrasi CO2 didalam ruangan tidak lebih dari 1400ppm per hari dan konsentrat rata-rata sebesar 1000ppm/hari untuk kategori ruangan sehat. Sedangkan untuk ruangan dengan tingkat kelembaban tinggi yaitu sebesar 2000ppm per hari tergantung dari jumlah aktivitas yang berlangsung. Dalam pemodelan konsentrasi gas polutan CO2 dari udara luar adalah 350ppm.

1. Ruang keluarga (Sejour) dan Dapur (Cuisine) Konsentrat polutan CO2 [ppm] untuk zona ruang keluarga dijelaskan dalam gambar 4.1. Kedua gambar (a) dan (b) mengilustrasikan perspektif global dimana hasilnya sangat konsisten satu sama lain selama periode satu hari di hari biasa dan hari libur/akhir pekan. Konsentrat CO2 yang diberikan selama proses metabolisme berfluktuasi tiap satu jam berkisar 380ppm sampai ±1200ppm. Pada hari biasa, akumulasi polutan gas CO2 meningkat di waktu sore hingga malam yaitu pukul 19.00 sampai 23.00. Hal ini disebabkan terjadi penambahan aktivitas oleh penghuni.

(a)


(b) Gambar 4.1. Perbandingan Konsentrat CO2 di zona Ruang Keluarga (a) Hari Biasa, (b) Akhir Pekan Akan tetapi, pada akhir pekan (sabtu dan minggu) terlihat konsentrasi CO2 memberikan penambahan yang fluktuatif untuk setiap 4 jam, diilustrasikan di gambar 4.1.b. Kondisi ini disebabkan aktivitas penghuni di dalam ruangan akan terus meningkat pada waktu siang hingga malam (pukul 12.00 sampai 24.00 atau pada saat 132jam hingga 144jam). Gambar 4.2 memberikan hasil perbedaan konsentrat polutan CO2 di zona dapur dengan tingkat ekstraksi polutan diudara interior sebesar 1100ppm, dimana nilai ini mengalami perubahan secara signifikan di sepanjang hari kerja dengan perumbahan rata-rata minimum sekitar 350ppm. Pada hari kerja atau hari biasa, kenaikan polutan gas CO2 terjadi pada saat adanya aktivitas memasak yaitu pada pukul 06.00-07.00, pukul 12.00-13.00, dan pukul 19.00-23.00. Sedangkan untuk akhir pekan, terlihat terjadi penigkatan aktivitas didapur yang memberikan poluat CO2 meningkat pada pukul 12.00 hingga pukul 16.00 (jam ke 132 sampai 136) dan pukul 20.00 hingga 24.00 (jam ke 140 hingga 144). Dimana kondisi ini serupa untuk hari minggu yaitu pada jam ke 156 hingga jam ke 160 dan jam ke 164 hingga ke jam 168.


(a)

(b) Gambar 4.2. Perbandingan Konsentrat CO2 di zona Dapur (a) Hari Biasa, (b) Akhir Pekan Untuk kedua zona ini yaitu gambar 4.1 dan 4.2, nilai konsentrasi CO2 [ppm] memberikan kondisi yang sedikit berbeda. Zona ruang keluarga memberikan konsentrat CO2 yang hampir serupa dengan zona dapur. Hal ini disebabkan produksi gas polutan yang dihasilkan tergantung dari banyak tidak nya aktivitas metabolisme dari penghuni misalnya aktivitas memasak atau kegiatan lain yang memberikan tambahan gas CO2. Dan tujuan akhirnya, jika suatu sistem ventilasi udara dapat mengurangi konsentrat CO2 yang terbawa oleh aliran udara, maka kenyamanan ruangan yang diberikan semakin baik.


2. Kamar Tidur Hasil simulasi memberikan jumlah konsentrat CO2 [ppm] dari Kamar Tidur Utama dan Kamar Tidur Anak diperlihatkan pada gambar 4.3 dan gambar 4.4. Pengamatan grafik hasil perbandingan di gambar 4.3 menunjukkan konsentrasi polutan CO2 di hari biasa (a) dan akhir pekan (b); memberikan jumlah gas CO2 diatas 1000ppm pada pukul 0.00 sampai pukul 6.00 pagi, kondisi ini menggambarkan gas CO2 tetap diproduksi oleh penghuni selama aktivitas tidur. Dari grafik perbandingan menunjukkan VMK lebih performasi dalam mengurangi jumlah polutan CO2 selama proses aktivitas terjadi didalam ruangan.

(a)

(b) Gambar 4.3. Perbandingan Konsentrat CO2 di zona Kamar Tidur Utama (a) Hari Biasa, (b) Akhir Pekan


Pengamatan grafik dari hasil perbandingan di gambar 4.4 menunjukkan konsentrasi gas polutan CO2 di kamar tidur anak lebih rendah dibandingkan kondisi kamar tidur utama. Dimana penghuni (anak/children) tidak melakukan aktivitas dalam kamar pada pukul 11.00 hingga ukul 17.00, sehingga konsentrat gas CO2 yang dihasilkan dibawah 700ppm. Kondisi ini lebih dapat dipertahankan oleh sistem ventilasi mekanik dengan kontrol (VMK) dalam mengurangi polutan gas karbon dioksida.

(a)

(b) Gambar 4.4. Perbandingan Konsentrat CO2 di zona Kamar Tidur Anak (a) Hari Biasa, (b) Akhir Pekan Untuk zona kamar tidur telah didapat jumlah polutan CO2 rata-rata terkecil 350ppm dan jumlah ini terus berfluktuasi dan berbanding lurus terhadap banyak


nya aktivitas serta jumlah penghuninya dalam satuan waktu periodik. Dari kedua gambar grafik perbandingan diatas, dapat disimpulkan bahwa kandungan polutan gas CO2 di zona Kamar Tidur Utama lebih tinggi dibandingkan di zona Kamar Tidur Anak. Hal ini dipertimbangkan untuk Kamar Tidur Utama ditempati oleh tiga penghuni yaitu dua orang dewas dan seorang balita. Sedangkan di Kamar Tidur Anak hanya ditempati seorang anak berumur berkisar 10-13 tahun.

3. Kamar mandi dan WC Kondisi ruangan yang lembab dan basah selalu diberikan kedua zona ini, dimana udara didalam kedua zona harus dibuang keluar dan tidak boleh disirkulasikan kembali ke zona/ruangan lain. Hal ini menunjukkan bahwa sistem VMI lebih baik dalam mengurangi jumlah polutan gas dibandingkan sistem VMK, akan tetapi pada sistem VMI tidak tersedianya difuser hisap yang berfungsi membuang udara ke luar ruangan. Sehingga udara yang tak segar dari zona kamar mandi/WC akan bersirkulasi secara alami menuju zona/ruangan sekitar. Pada gambar 4.5 mengilustrasikan perbandingan jumlah polutan bagi kedua sistem ventilasi pada hari biasa dan akhir pekan. Grafik perbandingan memberikan jumlah polutan gas CO2 dengan jumlah rata-rata terkecil 370ppm dan tertinggi 1500ppm.

(a)


(b) Gambar 4.5. Perbandingan Konsentrat CO2 di zona Kamar mandi (a) Hari Biasa, (b) Akhir Pekan Selanjutnya, pada gambar 4.6, perbandingan jumlah polutan gas CO2 hampir serupa dengan di zona kamar mandi. Dimana sistem VMI berhasil mengurangi jumlah polutan CO2 dan sebagai akibatnya terjadi penambahan polutan gas CO2 di zona utama yaitu zona kamar tidur utama dan anak.

(a)


(b) Gambar 4.6. Perbandingan Konsentrat CO2 di zona WC (a) Hari Biasa, (b) Akhir Pekan Pada akhirnya didapat satu kesimpulan untuk kedua zona ini, bahwa konsentrasi gas CO2 [ppm] berhasil direduksi oleh jenis sistem ventilasi mekanis insuflasi, akan tetapi kondisi ini tidak disarankan bila penurunan jumlah konsentrat disuatu ruangan/zona akan memberikan penambahan jumlah polutan di zona sekitarnya. Hasil simulasi secara umum menggambarkan tingkat konsentrasi polutan gas CO2 [ppm] untuk setiap zona yang telah disimulasikan menunjukkan kualitas udara interior masih dalam kategori udara sehat dan masih relevan berdasarkan regulasi termik 2012. Hasil perbandingan konsentrasi polutan juga menunjukkan sistem ventilasi mekanis kontrol lebih performasi dalam mereduksi gas CO2 berbahaya bagi kesehatan dan juga Kenyamanan termal dalam ruangan serta lebih memenuhi batas-batas minimum konsentrat polutan dari ketentuan regulasi termik 2012.

4.1.2. Konsentrat Formaldéhida Formaldehida adalah salah satu jenis polutan udara yang berasal dari aktivitas tertentu misalnya merokok, hasil pembakaran atau berasal dari bahan material bangunan. Polutan ini termasuk dalam kategori volatil organic compound (VOC) dan selalu terdapat pada setiap jenis bangunan, oleh karena itu dibutuhkan


sistem ventilasi udara yang baik dalam mengurangi jumlah konsentrat polutan yang terkandung didalam udara. Dalam sebuah kasus kontruksi sistem ventilasi udara, polutan ini sering diabaikan karena berbagai faktor dalam pemilihan material bangunan serta penghuni salah memanfaatkan fungsi ruangan yang telah di desain. Dalam simulasi termo-ventilasi ini dapat memberikan jumlah polutan Formaldehida dalam waktu satu minggu untuk musim dingin dan musim panas. Dalam penelitian lain, diketahui terjadi peningkatan jumlah polutan Formaldehida dimalam hari pada saat sistem ventilasi udara tidak bekerja, dan peningkatan ini sering terjadi untuk jenis bangunan perkantoran atau supermarket

[20]

. Pada hasil

simulasi akan memberikan perbandingan konsentrasi Formaldehyde [mg/m3] disetiap zona utama (kamar tidur dan ruang keluarga) dan zona pendukung (dapur, kamar mandi dan WC). Berdasarkan Anses, 2007b dalam RT 2012 menetapkan jumlah konsentrat Formaldehida sebesar 0.05 mg/m3 per dua jam.

1. Ruang keluarga (Sejour) dan Dapur (Cuisine) Perbandingan konsentrasi Formaldehida akan di ilustrasikan pada grafikgrafik dibawah untuk zona ruang keluarga dan dapur di apartemen hemat energi dan ramah lingkungan (QUAD-BBC). Pada ruang keluarga dan dapur saling berhubungan karena hanya dipartisi oleh dinding dan gambar 4.7 dan 4.8 menggambarkan perbedaan konsentrat Formaldehida.

(a)


(b)

Gambar 4.7. Perbandingan Konsentrat Formaldehida di zona ruang keluarga: (a) Hari Biasa, (b) Akhir Pekan

(a)

(b) Gambar 4.8. Perbandingan Konsentrat Formaldehida di zona dapur: (a) Hari Biasa, (b) Akhir Pekan


Gambar 4.8, mengilustrasikan perbandingan konsentrasi polutan gas Formaldehida pada zona dapur untuk hari biasa dan akhir pekan. Untuk sistem kedua sistem ventilasi dari hasil simulasi memberikan konsentrat Formaldehida yang hampir serupa. Hal ini disebabkan peningkatkan jumlah polutan di waktu siang (pukul.12.00-13.00) dan malam (pukul. 19.00-20.00 serta 23.00-24.00), yang disebabkan karena adanya peningkatan aktivitas panghuni, misalnya aktivitas

merokok

dan

menonton

televisi

ataupun

faktor

penambahan

Formaldehida dari material bangunan seperti dinding dan atap bangunan.

2. Kamar tidur Untuk zona kamar tidur, konsentrat Formaldehida dapat dipengaruhi oleh nilai kelembaban udara relatif. Hal ini dikarenakan oleh aktivitas pernapasan yang dilakukan oleh penghuni atau keadaan temperatur didalam serta faktor lainnya. Dari hasil simulasi pada gambar 4.9 dan 4.10, ditampilkan grafik perbedaan yang signifikan diantara kedua sistem ventilasi mekanis yang dipakai serta terjadi sama untuk kondisi hari biasa dan akhir pekan. Dimana, sistem VMI memberikan penurunan jumlah konsentrat polutan, sedangkan VMK memberikan jumlah yang identik untuk setiap waktu periodik.

(a)


(b) Gambar 4.9. Perbandingan Konsentrat Formaldehida di Kamar Tidur Utama: (a) Hari Biasa, (b) Akhir Pekan

(a)

(b) Gambar 4.10. Perbandingan Konsentrat Formaldehida di Kamar Tidur Anak: (a) Hari Biasa, (b) Akhir Pekan


Dari hasil simulasi pada kedua gambar diatas (4.9 dan 4.10). Untuk kedua kondisi yaitu hari biasa dan akhir pekan menunjukkan bahwa sistem VMK memberikan hasil yang konsisten pada jumlah polutan Formaldehida. Akan tetapi ini berbeda untuk sistem VMI, hasil simulasi memberikan perubahan polutan secara dramatis dan menyebabkan penurunan kualitas udara interior serta kelembaban relatif udara.

3. Kamar mandi dan WC Dari hasil simulasi di gambar 4.11 dan 4.12, pada hari biasa 4.11.a dan 4.12.a menunjukkan untuk sistem VMK memberikan hasil yang konsisten pada jumlah polutan Formaldehida. Jumlah polutan sedikit meningkat pada pukul 19.30 hingga 21.00. Akan tetapi ini berbeda untuk sistem VMI, hasil simulasi memberikan peningkatan polutan secara dramatis dan akibatnya menyebabkan penurunan kualitas udara interior dan juga % kelembaban relatif. Dan juga terjadi penambahan polutan Formaldehida pada pukul 18.00 dan pukul 23.00, hal ini disebabkan pada sistem VMI tidak tersedia kontrol mekanik yang memberikan fungsi mengatur mensirkulasikan udara tak segar ke lingkungan luar.

(a)


(b) Gambar 4.11. Perbandingan Konsentrat Formaldehida di kamar mandi (a) Hari Biasa, (b) Akhir Pekan

(a)

(b) Gambar 4.12. Perbandingan Konsentrat Formaldehida di WC (a) Hari Biasa, (b) Akhir Pekan


Sebagai

kesimpulan

dari

hasil

perbandingan

konsentrat

polutan

Formaldehida masih dibawah batas ketetapan RT 2012 yaitu 50 µg/m3 selama periode dua jam. Diperancis, batas ini akan terus di turunkan menjadi 10 µg/m3 dan akan diterapkan di tahun 2023.

4.2. Kenyamanan termal Udara Interior Hasil simulasi menyajikan Kenyamanan termal bagi penghuni yang dinyatakan sebagai kebutuhan udara segar yang disuplai (m3/jam). Kenyamanan termal yang diperoleh dari sebuah sistem tata udara terutama sistem ventilasi secara mekanis, dimana sangat populer diaplikasikan didalam bangunan ataupun rumah tinggal. Oleh sebab itu, kinerja dari sebuah sistem ventilasi udara harus dapat memberikan kondisi dimana penghuni didalam ruangan merasa nyaman.

4.2.1. Kebutuhan udara segar Untuk memberikan kenyaman udara yang terjadi di dalam ruangan, maka diperlukan laju aliran udara dengan jumlah tertentu untuk menjaga temperatur udara di dalam ruangan tidak bertambah melewati pada temperatur nyaman yang diinginkan. Studi dengan pemodelan apartemen, akan menampilkan debit aliran udara segar [m3/jam] untuk kodisi hari biasa dan akhir pekan untuk setiap zona yang memberikan fungsi untuk melakukan aktivitas bagi penghuninya. Hasil simulasi menunjukkan perbandingan jumlah kebutuhan udara segar yang disuplai ke ruangan, seperti ruang keluarga, dapur, kamar tidur utama dan anak, serta kamar mandi dan WC.

1. Ruang Keluarga dan Dapur Hasil simulasi pada gambar 4.13 memberikan perbandingan debit udara segar yang disuplai setiap jam. Hasil ini menggambarkan perspektif secara global untuk laju aliran udara suplai yang hasilnya sangat konsisten selama periode satu hari diakhir pekan (gambar 4.13.b) dengan rata-rata suplai udara segar berkisar 53m3/jam untuk sistem VMK dan 48m3/jam untuk sistem VMI. Sistem VMK memberikan kenaikan suplai udara segar yang dramatis yaitu menjadi 108m3/jam


selama 30 menit pada pukul 12.30 atau jam ke 132 dan 19.30 atau jam ke 139. Sedangkan pada sistem VMI memberikan kenaikan jumlah udara segar yang disuplai menjadi 95m3/jam selama 30 menit pada waktu yang sama yaitu 12.30 dan 19.30. Kondisi hampir serupa untuk hasil simulasi di hari biasa yang di ilustrasikan pada gambar 4.13.a. Dari grafik perbandingan menunjukkan sistem VMK mensuplai udara segar lebih banyak untuk kedua kodisi studi dibandingkan sistem VMI. Dimana, kondisi ini diberikan oleh karakteristik sistem kontrol yang diaplikasikan oleh sistem VMK.

(a)

(b) Gambar 4.13. Kebutuhan udara segar di ruang keluarga (a) Hari Biasa, (b) Akhir Pekan


(a)

(b) Gambar 4.14. Kebutuhan udara segar di dapur (a) Hari Biasa, (b) Akhir Pekan Gambar 4.14, memberikan hasil debit udara suplai yang berbeda antara ke dua sistem ventilasi mekanik. Sama seperti pada kondisi ruangan keluarga, dimana untuk musim dingin VMK dapat mengontrol kebutuhan udara segar, sehingga kebutuhan udara yang disuplai lebih sedikit dibandingkan sistem VMI, dalam hal ini pada sistem VMK mengatur temperatur optimum yang dibutuhkan oleh penghuni ruangan dengan mensuplai udara segar dari lingkungan yang lebih sedikit dari sistem VMI. Penambahan jumlah suplai udara segar terjadi pada pukul 12.30 dan pukul 19.30 selama 30 menit. Hal ini disebabkan dikedua sistem


ventilasi diset untuk memberikan tambahan suplai udara segar ke dalam ruangan sebanyak 25m3/jam. Akan tetapi dari hasil simulasi sistem VMI tidak dapat mengontrol debit udara suplai dan akibatnya terjadi penambahan yang cukup melonjak dari data set studi. Dari hasil simulasi yang telah diilustrasikan pada gambar 4.14.a dan b diketahui bahwa sistem VMK dapat mengontrol penambahan jumlah udara segar yang disuplai bila dibandingkan sistem VMI untuk waktu/jam yang diset selama studi berlangsung. Penambahan jumlah udara suplai yang besar pada sistem VMI mungkin disebabkan oleh kecepatan angin ataupun infiltrasi dari ruangan lain.

2. Kamar Tidur Pada studi pemodelan untuk apartemen QUAD-BBC ini juga mengamati tingkat ektraksi udara segar antara kedua sistem ventilasi mekanik untuk aliran udara sederhana (simple flux) dikamar tidur utama dan anak. Dari gambar 4.15 menggambarkan jumlah suplai udara yang diberikan untuk kedua kamar tidur, dimana dalam pengoperasiannya pada sistem ventilasi mekanik di kamar tidur memberikan 20% kerja pada malam hari atau pada akhir pekan. Dari gambar menunjukkan sistem ventilasi mekanik dengan insuflasi pada pukul 12.00-13.00 dan 19.00-20.00 di hari biasa dan akhir pekan memberikan penambahan laju suplai udara segar ke dalam ruangan sebesar 65% akibat tidak terdapatnya kontrol mekanik dalam sistem ventilasi ini. Dalam waktu periodik tersebut memberikan peningkatan konsumsi energi listrik untuk memberikan kenyaman udara termal.

(a)


(b) Gambar 4.15. Kebutuhan udara segar di Kamar Tidur Utama (a) Hari Biasa, (b) Akhir Pekan Gambar 4.16 juga menunjukkan sistem ventilasi mekanik dengan insuflasi pada pukul 12.00-13.00 dan 19.00-20.00 di hari biasa dan akhir pekan memberikan penambahan laju suplai udara segar ke dalam ruangan sebesar 65% akibat tidak terdapatnya kontrol mekanik dalam sistem ventilasi ini dan memberikan peningkatan konsumsi energi listrik untuk memberikan kenyaman udara termal.

(a)


(b) Gambar 4.16. Kebutuhan udara segar di Kamar Tidur Anak (a) Hari Biasa, (b) Akhir Pekan Dari kedua gambar diatas menunjukkan sistem ventilasi mekanis dengan insuflasi (VMI) memberikan ketidak tetapan dalam mensuplai udara segar sepanjang periode satu hari di hari biasa dan akhir pekan. Hal ini memberikan konsumsi listrik tambahan dalam memenuhi kebutuhan udara segar. Sistem ventilasi mekanik dengan kontrol (VMK) membutuhkan konsumsi yang kebih efisiensi dibandingkan sistem VMI karena sistem ventilasi ini dapat mengontrol banyak-sedikit nya suplai udara segar yang dibutuhkan oleh penghuni dalam ruangan.

3. Kamar Mandi dan WC Hasil studi menunjukkan perbandingan suplai udara segar untuk kamar mandi dan WC yang digambarkan dalam gambar 4.17 dan 4.18. Gambar 4.17, menunjukkan pada hari biasa dan akhir pekan jumlah atau debit suplai udara segar di kamar mandi dari sistem ventilasi mekanik dengan insuflasi adalah tetap sekitar 31 m3/jam atau [(31x1, 23)/3600= 0,0104 kg/s]. Sedangkan pada sistem VMK memberikan suplai udara segar tetap dengan debit udara rata-rata sekitar 18 m3/jam untuk akhir pekan dan 16 ~18 m3/jam untuk hari biasa. Suplai udara segar


memberikan penambahan maksimum menjadi 25 m3/jam pada pukul 12.00-13.00 dan 19.00-20.00.

(a)

(b) Gambar 4.17. Kebutuhan udara segar di Kamar Mandi (a) Hari Biasa, (b) Akhir Pekan Untuk perbedaan debit suplai udara segar di WC serupa dengan di kamar mandi. Dimana pada gambar 4.18, menggambarkan perbedaan kecil antara kedua sistem ventilasi mekanik pada hari biasa dan akhir pekan. Sistem VMI memberikan suplai udara yang tetap yaitu 15,5 m3/jam selama satu hari. Sedangkan sistem VMK mensuplai udara segar dengan jumlah fluktuasi yaitu 10~12 m3/jam hingga 20~23 m3/jam.


(a)

(b) Gambar 4.18. Kebutuhan udara segar di WC (a) Hari Biasa, (b) Akhir Pekan Secara keseluruhan, simulasi numerik SIMBAD telah menunjukkan bahwa kapasitas sistem ventilasi mekanik simple flux antara VMK dan VMI untuk model apartemen QUAD-BBC menunjukkan perbedaan kinerja yang mendeskripsi perbandingan dari setiap zona studi untuk kualitas udara dalam ruangan dan Kenyamananan termal. SIMBAD dikembangkan untuk memvalidasi model inersia higroskopis dan memberikan hasil simulasi yang lebih lengkap.


4.3. Konsumsi Energi untuk Temperatur Nyaman Temperatur udara interior/dalam ruangan didefinisikan sebagai temperatur udara yang disuplai ke dalam ruangan (T2). Dimana T2 dapat dicari dengan menggunakan persamaan 2.10. rasio perbandingan kualitas udara-air didalam udara yang tergantung dari temperatur atau tekanan yang diinginkan dan rasio ini dinyatakan ke dalam [%]. Dimana setiap hasil perbandingan dapat menyatakan kinerja dari sebuah sistem ventilasi udara yang telah dimodelkan dalam studi ini. Kenyamananan termal dicapai ketika mekanisme termoregulator tubuh tidak diminta untuk bekerja maksimal. Karena hasil termoregulator yang dinyatakan adalah dalam sensasi fisik yang tidak menyenangkan. Tubuh manusia adalah mesin biologis, merupakan produk dari kalor internal dan menjaga suhu sekitar 37oC. Kondisi ini tidak dapat dipenuhi jika tidak terdapat keseimbangan antara produksi kalor internal dan perpindahan kalor antara tubuh dan lingkungan sekitarnya. Tubuh dapat menjaga keseimbangan kalor pada suhu permukaan dan permukaan basah akibat keringat. Lingkungan sekitarnya dapat bertindak melalui peralatan teknis, suhu dinding atau kecepatan dan kelembaban udara. Untuk kerja metabolisme yang dilakukan oleh manusia disebut MET. Dimana 1 MET sama dengan 58 W/m2 energi yang dibutuhkan oleh tubuh saat duduk[16,28,29]. Konsumsi energi untuk memberikan Kenyamananan termal dari udara dalam ruangan sangat perlu diperhatikan dalam memutuskan penggunaan sistem ventilasi udara. Sebagai contoh indikasi proporsi kerugian, misalnya suhu udara di dalam ruangan terjadi peningkatan akibat adanya akitivitas tambahan ataupun akibat cuaca, hal ini menyebabkan penambahan konsumsi energi dari sistem ventilasi dalam menjaga temperatur nyaman didalam ruangan. Kondisi ini mirip dengan model rumah tinggal hemat energi (BBC), dimana debit udara interior per jam nya (qch) di suplai dari udara luar yang diambil. Hal ini menyebabkan pada ventilasi udara mekanik selama musim panas mengalami peningkatan konsumasi energi. ASHRAE standar 2008, menetapkan temperatur nyaman di musim dingin berkisar 20oC ~ 23,5oC pada kelembaban udara relatif 60% atau berkisar 20,5oC ~ 24,5oC pada dewpoint 20 oC dan dibatasi oleh temperatur efektif 20oC dan 23 oC.. Dari

hasil

simulasi

dengan

bantuan

simulator

SIMBAD,

memberikan


perbandingan akumulasi konsumsi energi listrik (kWh/bulan) yang diberikan oleh kedua sistem ventilasi mekanik untuk setiap zona utama dan pendukung

Gambar 4.19. Perbandingan Akumulasi Konsumsi Energi (kWh) antara VMK dan VMI di Ruang Keluarga

Gambar 4.20. Perbandingan Akumulasi Konsumsi Energi (kWh) antara VMK dan VMI di Dapur


Gambar 4.21. Perbandingan Akumulasi Konsumsi Energi (kWh) antara VMK dan VMI di Kamar Tidur Utama

Gambar 4.22. Perbandingan Akumulasi Konsumsi Energi (kWh) antara VMK dan VMI di Kamar Tidur Anak


Dapat disimpulkan bahwa perbedaan temperature interior yang diinginkan memberikan perbedaan konsumsi energi di setiap zona/ruangan. Dalam hal ini dapat diwakilkan pada table berikut: Temperatur interior (oC) Zona

VMK VMI simple flux simple flux KT Utama 19 ~ 20 20 ~ 21 KT Anak 19,2 ~ 20 19 ~ 20 Ruang Keluarga 18,5 ~ 20 18,5 ~ 20 Dapur 18,5 ~ 20 18,5 ~ 20,5 Kamar Mandi 20,2 ~ 20,9 20,2 ~ 21 WC 20,2 ~ 21,6 20,2 ~ 21,8 Gudang 19,5 ~ 19,8 20 ~ 20,1 Teras 19,6 ~ 20 20 ~ 20,2 Rata-rata Konsumsi Energi

Konsumsi Energi ventilasi (kWh) VMK simple VMI flux simple flux 26 75 100 80 205 205 25 80 356 440

Tabel 4.1. Perbandingan Konsumsi Energi untuk Bulan Januari Temperatur interior (oC) Zona

VMK VMI simple flux simple flux KT Utama 25 ~ 29 34,5 ~ 39 KT Anak 23,5 ~ 28,5 24,2 ~ 29,8 Ruang Keluarga 24 ~ 31 25,8 ~ 33 Dapur 23 ~ 29 27 ~ 33 Kamar Mandi 24,3 ~ 27,5 27,9 ~ 31,8 WC 24,5 ~ 28,4 28,2 ~ 32,2 Gudang 23,4 ~ 25,5 26,2 ~ 29 Teras 24,5 ~ 27 28,3 ~ 31 Rata-rata Konsumsi Energi

Konsumsi Energi ventilasi (kWh) VMK simple VMI flux simple flux 75 175 275 240 605 650 48 220 1003 1285

Tabel 4.2. Perbandingan Konsumsi Energi untuk Bulan Juli Tujuan akhir studi perbandingan sistem ventilasi mekanik ialah untuk mengetahui sistem ventilasi yang lebih efisiensi dalam mendistribusikan udara segar serta dapat menjaga kualitas udara di dalam ruangan. Dari tabel 4.1 dan 4.2 diketahui bahwa sistem ventilasi mekanik dengan kontrol (VMK) mengkonsumsi energi lebih sedikit dibandingkan sistem ventilasi mekanik dengan insuflasi (VMI) yaitu 19% lebih hemat untuk bulan Januari yang mewakilkan musim dingin serta 22% untuk bulan Juli yang mewakilkan musim panas. Dan juga sistem VMK lebih performasi dalam menjaga kualitas udara interior.


BAB V APLIKASI

PEMODELAN

RUMAH

TINGGAL

APARTEMEN

KANADIAN UNTUK CUACA INDONESIA

Bab ini menyajikan hasil simulasi dengan perangkat SIMBAD untuk kondisi cuaca di kota Depok. Dimana pada bab ini akan menyajikan hasil simulasi sebagai studi awal dalam memodelkan bentuk rumah tinggal Apartemen Kanadian dengan data – data cuaca secara periodik atau tahunan. Data cuaca [lampiran D] meliputi temperatur drybulb lingkungan, kecepatan angin, radiasi dari sinar matahari, humidity ratio dan arah angin serta data pendukung lainnya. Hasil pemodelan memberikan ilustrasi kondisi untuk kualitas udara dalam ruangan sebagai jumlah atau konsentrat polutan berbahaya di udara berupa konsentrasi CO2 (ppm) serta Kenyamanan termal interior bagi penghuni yang dinyatakan sebagai jumlah atau debit udara segar yang disuplai (m3/jam). Konsumsi energi listrik (kWh) juga dibutuhkan oleh kedua sistem ventilasi mekanis akibat adanya kebutuhan kondisi temperatur udara nyaman (oC) yang di inginkan.

5.1. Kualitas Udara Interior Dalam aplikasi cuaca di kota Depok akan menampilkan jenis polutan yang sering memberikan permasalahan bagi kesehatan seperti alergi dan gangguan pada pernapasan yaitu gas karbon dioksida (CO2) dan Formaldehida. Dalam hasil simulasi dengan perangkat simulator SIMBAD mengilustrasikan jumlah polutan yang dinyatakan dalam perbandingan konsentrasi polutan dalam ppm dan mg/m3.

5.1.1. Konsentrasi Karbon Dioksida (CO2) Dalam mendesain sistem ventilasi udara harus memperhatikan konsentrat polutan udara yang terkandung selama proses pertukaran udara berlangsung. Dalam pemodelan dengan kondisi cuaca di kota Depok akan menampilkan jenis


polutan gas bukan organik yang sering memberikan gangguan pada pernapasan yaitu gas karbon dioksida (CO2). Kandungan konsentrat CO2 untuk lingkungan outdoor berkisar 330ppm sampai 370ppm. Dimana jumlah ini akan terus meningkat seiring dengan bertambah produksi gas CO2 oleh aktivitas manusia. Menurut Standar ASHRAE 62.1 yaitu jumlah konsentrat polutan gas CO2 untuk kategori ruangan sehat berkisar 1000ppm sampai 1200ppm, jumlah ini didasarkan untuk

10orang/100m2

mengilustrasikan

luas

jumlah

area.

polutan

Perangkat yang

simulator

dinyatakan

SIMBAD

dalam

dapat

perbandingan

konsentrasi polutan dalam ppm (parts of contaminant by volume per million parts of air by volume). Kandungan CO2 ditampilkan untuk semua zona yang memiliki fungsi ruang tempat untuk melakukan metabolisme bagi penguhinya. Konsentrasi CO2 memberikan pengaruh dalam mendapatkan kondisi nyaman dalam satu zona aktivitas, semakin kecil konsentrasi CO2 menunjukkan performasi yang baik dari sistem ventilasi udara interior. Dari data cuaca di kota Depok didapat temperatur drybulb outdoor minimum 21,6oC dan maksimum 35,6oC [lampiran D]. Konsentrat gas CO2 dari hasil simulasi akan menggambarkan perbandingan jumlah konsentrasi CO2 dalam periodik satu hari (24jam). Hasil simulasi dari gambar 5.1 dan 5.2 mengilustrasikan zona utama dan pendukung memberikan perbandingan konsentrat gas CO2 yang diberikan oleh kedua sistem ventilasi udara mekanik untuk zona utama dan pendukung.

(a)


(b) Gambar 5.1. Perbandingan Konsentrat CO2 di zona Utama (a) VMK, (b) VMI Gambar 5.1 menggambarkan kandungan konsentrat polutan gas CO2 dalam satu hari untuk sistem VMK dan VMI sangat identik di kamar utama diatas 1150ppm hingga > 1600ppm pada pukul 00.00 hingga pukul 06.00, dan perlahan menurun menjadi 380ppm hingga pukul 23.00 serta naik kembali setelahnya.. Sedangkan untuk kamar tidur anak memberikan jumlah konsentrat rata-rata CO2 sekitar 580ppm pada pukul 00.00-07.00 dan mengalami penurunan menjadi 380ppm pada pukul 09.00-17.00, serta untuk malam hari terjadi kenaikan kembali menjadi 700ppm pada pukul 19.00, hal ini disebabkan terjadi penambahan aktivitas oleh penghuni. Untuk zona ruang keluarga terjadi peningkatan konsentrat CO2 yang terjadi dimalam hari yaitu pukul 19.00 hingga pukul 23.00 dengan nilai maksimum ialah 1210ppm. Aplikasi pemodelan apartemen kanadian untuk kondisi cuaca Depok, dimana kamar utama dihuni oleh 2 orang dewasa dan satu anak balita, sehingga kedua sistem ventilasi memberikan perbandingan kinerja yang sama dalam mempertahankan kualitas udara interior.

Halaman100 Studi perba..., Ozkar Firdausi Homzah, FT UI, 2013

(a)

(b) Gambar 5.2. Perbandingan Konsentrat CO2 di zona Pendukung (a) VMK, (b) VMI Gambar 5.2 mengilustrasikan konsentrat polutan gas CO2 di zona pendukung untuk sistem VMK dan VMI sangat identik di zona kamar mandi dan WC bervariasi sebesar 700ppm hingga > 1790ppm pada pukul 00.00 hingga pukul 08.00 dan perlahan menurun menjadi 380ppm pada siang dan sore hari serta naik kembali pada malam hari konsentrat rata-rata CO2 menjadi 900ppm. Sedangkan untuk zona dapur memberikan jumlah konsentrat rata-rata CO2 sekitar 580ppm


pada pukul 00.00-07.00 dan mengalami penurunan menjadi 380ppm pada pukul 09.00-12.00, serta untuk malam hari terjadi kenaikan kembali menjadi 700ppm pada pukul 12.00-14.00, hal ini disebabkan terjadi penambahan aktivitas oleh penghuni. Untuk zona ruang keluarga terjadi peningkatan konsentrat CO2 yang terjadi dimalam hari yaitu pukul 19.00 hingga pukul 23.00 dengan nilai maksimum ialah 1050ppm Hasil perbandingan pada gambar 5.1 dan 5.2 menunjukkan bahwa konsentrat gas bukan organik yang dihasilkan oleh aktivitas pernapasan atau aktivitas dari pembakaran bahan bakar masih tergolong ke dalam ruangan sehat. Akan tetapi, jumlah konsentrat CO2 terus meningkat pada siang, sore dan malam hari yaitu dari 350ppm menjadi 1200ppm untuk zona ruang keluarga dan <1100ppm untuk zona dapur. Hal ini disebabkan oleh banyak faktor diantaranya aktivitas penghuni serta pengaruh kontaminasi gas yang diberikan oleh lingkungan luar (outdoor). Dari kedua gambar dapat memberikan gambaran bahwa kedua sistem ventilasi mekanik memberikan kualitas udara interior cukup baik yaitu masih dibawah 1200ppm untuk 1 penghuni per 10m2 luas zona. Perbandingan performasi dari kedua sistem ventilasi dapat di ilustrasikan di zona dapur, dimana sistem VMK lebih baik dalam menjaga kualitas udara interior. Pada zona dapur, sistem VMK memiliki kipas hisap (hood) sedangkan sistem VMI tidak dilengkapi dengan hood. Hood memiliki fungsi membuang udara tak segar langsung ke lingkungan dan dapat diatur penggunaan untuk aktivitas tertentu seperti memasak. Kipas hisap juga dipasang untuk zona WC dan kamar mandi.

5.1.2. Konsentrasi Formaldéhida Formaldehida adalah salah satu jenis polutan udara yang berasal dari aktivitas tertentu misalnya merokok, hasil pembakaran atau berasal dari bahan material bangunan. Polutan ini termasuk dalam kategori volatil organic compound (VOC) dan selalu terdapat pada setiap jenis bangunan, oleh karena itu dibutuhkan sistem ventilasi udara yang baik dalam mengurangi jumlah konsentrat polutan yang terkandung didalam udara. Pada hasil simulasi akan memberikan perbandingan konsentrasi Formaldehyde [mg/m3] disetiap zona utama (kamar


tidur dan ruang keluarga) dan zona pendukung (dapur, kamar mandi dan WC). Berdasarkan Standar ASHRAE 62.1 menetapkan jumlah konsentrat Formaldehida sebesar 0.02 mg/m3 per dua jam. Hasil simulasi dari gambar 5.3 dan 5.4 mengilustrasikan zona utama dan pendukung memberikan perbandingan konsentrat gas Formaldehida yang diberikan oleh kedua sistem ventilasi udara mekanik.

(a)

(b) Gambar 5.3. Perbandingan Konsentrat Formaldehida di zona Utama (a) VMK, (b) VMI


(a)

(b) Gambar 5.4. Perbandingan Konsentrat Formaldehida di zona Pendukung (a) VMK, (b) VMI Gambar

5.3

menggambarkan

kandungan

konsentrat

polutan

gas

Formaldehida dalam satu hari untuk sistem VMK dan VMI sangat identik di Ruang keluarga mengalami kenaikan yang cukup besar menjadi 0.01 mg/m3 selama satu jam pada pukul 18.00-19.00 dana pukul 23.00-24.00 dan perlahan menurun menjadi rata-rata 0.0085mg/m3 dari pukul 05.00 hingga pukul 18.00. Sedangkan untuk kamar tidur utama dan anak memberikan jumlah konsentrat Formaldehida rata-rata konstan sebesar 0.0085 mg/m3 sepanjang satu hari. Gambar 5.4 memberikan konsentrat Formaldehida dari zona pendunkung. Dimana


jumlah gas Formaldehida di zona Dapur mengalami kenaikan selama satu jam pada pukul 12.00-13.00 dan pukul 19.00-20.00 dengan kenaikan maksimum sebesar 0.095 mg/m3 untuk sistem VMK dan kenaikan sebesar 0.135 mg/m3 untuk sistem VMI. Dimana di zona kamar mandi dan WC jumlah polutan gas Formladehida identik konstan sebesar 0.0085mg/m3 sepanjang 24 jam. Hasil simulasi menunjukkan bahwa konsentrat gas Formaldehida yang terkandung di udara dalam ruangan untuk cuuaca kota Depok dari kedua sistem ventilasi mekanik masih dalam kategori sehat, karena masih dibwah 20µg/m3 yang diajurkan berdasarkan Standar ASHRAE 62.1 dan SNI 03-6572 tahun 2001.

5.2. Kenyamanan termal Udara Interior Hasil simulasi menyajikan Kenyamanan termal bagi penghuni yang dinyatakan sebagai jumlah laju atau debit udara segar yang disuplai (m3/jam). Kenyamanan termal yang diperoleh dari sebuah sistem tata udara terutama sistem ventilasi secara mekanis sangat populer diaplikasikan didalam bangunan ataupun rumah tinggal. Oleh sebab itu, performasi dari sebuah sistem pengkodisian udara harus dapat memberikan kondisi dimana penghuni didalam ruangan merasa nyaman.

5.2.1. Debit udara segar (m3/jam) Untuk mengambil perolehan kalor yang terjadi di dalam ruangan, maka diperlukan debit aliran udara dengan jumlah tertentu untuk menjaga supaya temperatur udara di dalam ruangan tidak bertambah melewati pada temperatur nyaman yang diinginkan. Temperatur nyaman untuk daerah tropis seperti di Indonesia dibagai menjadi tiga kategori yaitu: temperatur sejuk nyaman, dimana temperature efektif 20,50C ~ 22,80C; temperatur nyaman optimal berkisar 22,80C ~ 25,80C; dan temperatur hangat nyaman antara 25,80C ~ 27,10C. Debit udara segar yang di suplai oleh sistem ventilasi mekanik di rumah tinggal diperlukan jendela bila terjadi penambahan kalor yang berasal dari aktivitas dan penghuni yang berlebih. Dari simulasi yang telah dilakukan didapat perbandingan qch (m3/jam) untuk periode bulan di zona utama dan pendukung. Kebutuhan udara


segar dari luar telah ditetapkan untuk setiap bagian di rumah tinggal, seperti pada table 5.1. Zona/Ruangan

Satuan

Ruang keluarga Kamar Tidur Dapur WC

(m3/min)/kamar (m3/min)/kamar (m3/min)/ruang (m3/min)/kamar

Kebutuhan udara segar Aktivitas (merokok) Aktivitas biasa 0.3 0.75 0.3 0.75 3 0.3 1.5

Tabel 5.1. Kebutuhan debit udara luar untuk sistem ventilasi mekanik [28]

(a)

(b) Gambar 5.5. Perbandingan Debit udara segra di zona Utama (a) VMK, (b) VMI


(a)

(b) Gambar 5.6. Perbandingan Debit udara segra di zona Utama (a) VMK, (b) VMI Debit udara segar dari luar yang disuplai oleh sistem ventilasi mekanik memberikan jumlah udara [m3/jam] yang berbeda untuk setiap zona yang diilustrasikan oleh gambar 5.5 dan 5.6. Sistem ventilasi mekanik dengan Kontrol (VMK) dapat mengatur suplai udara segar ke setiap ruangan, sehingga kebutuhan udara yang di distribusikan ke setiap zona tercapai berdasarkan kebutuhan kondisi nyaman penghuni. Distribusi udara segar yang diambil dari udara luar dari sistem VMK berkisar 42 m3/jam (0.7 m3/menit) ~ 46 m3/jam (0.76 m3/menit) untuk zona ruang keluarga dan dapur. Sedangkan sistem ventilasi mekanik insfulasi (VMI), pada pukul 12.00-13.00 dan 19.00-20.00 mengalami kenaikan distribusi udara


segar yang cukup besar yaitu ~83 m3/jam (1.38 m3/menit) untuk zona ruang keluarga dan ~108 m3/jam (1.8 m3/menit) untuk zona dapur. Kondisi ini sangat tidak dianjurkan dalam sistem ventilasi mekanik, dimana sebuah sistem ventilasi mekanik harus dapat mendistribusikan dan mengontrol kebutuhan udara segar sesuai dengan beban kalor dan perbedaan temperatur yang diberikan oleh aktivitas penghuni serta tempertaur lingkungan. Untuk zona kamar tidur utama, sistem VMK mensuplai kebutuhan udara segar rata-rata 18 m3/jam (0.3m3/menit) selama periodik satu bulan. Dari hasil perbandingan diketahui bahwa sistem VMK dapat memenuhi persyaratan SNI dalam mengontrol dan mendistribusi kebutuhan udara segar ke setiap ruangan.

5.3. Konsumsi Energi listrik Perancangan sistem ventilasi mekanik melibatkan penggunaan energi listrik,

dimana

dalam

sistem

ventilasi

bangunan

diharapkan

dapat

mempertahankan kualitas udara interior serta menjaga kondisi nyaman dalam ruangan. Oleh sebab itu beban pendinginan atau pemanasan dari sistem ventilasi mekanik harus dapat menjaga temperatur dan kelembaban udara relatif ruangan pada kondisi yang diinginkan. Pada studi aplikasi pemodelan rumah tinggal kanadian ini, konsumsi energi listrik pada sistem ventilasi mekanik melibatkan beban kalor total dari setiap zona/ruangan.

Gambar 5.7. Perbandingan Akumulasi Konsumsi energi listrik


Dari hasil simulasi untuk pemodelan sistem ventilasi mekanik di kota Depok, diilustrasikan pada gambar 5.7. Dimana sistem ventilasi mekanik kontrol (VMK) akumulasi konsumsi energi listrik lebih murah yaitu 28 kWh/m2 di bulan desembar bila dibanding sistem ventilasi mekanik insuflasi (VMI) selama bulan Desember sebesar 34 kWh/m2.


BAB VI KESIMPULAN

Implementasi dari model ventilasi mekanik dapat diaplikasikan kedalam rumah tinggal hemat energi dan sehat. Pemodelan sistem ventilasi udara merupakan cara yang paling tepat sebelum kontruksi bangunan atau pemilik rumah memutuskan untuk menggunakan sebuah sistem tata udara. Dalam pemodelan ini, simulasi kalor dan aliran udara dapat diterapkan untuk mevalidasi dan menguji performasi sistem tata udara dalam menjaga kualitas udara ruangan, kenyamanan termal serta efisiensi penggunaan energi. Dua model sistem ventilasi mekanik yaitu ventilasi mekanik dengan kontrol (VMK) dan ventilasi mekanik dengan insuflasi (VMI) ini selanjutnya digunakan untuk memberikan informasi dan gambaran dari polutan gas berbahaya yang secara umum terkandung di udara dalam ruangan seperti gas CO2 [ppmkumulatif], dan Formaldehida [mg/m3-kumulatif]. Kenyamanan termal harus menjadi perhatian dalam mendesain sistem ventilasi mekanik. Dimana kenyamanan ini diberikan oleh prosentase kelembaban relatif udara [%RH] serta debit udara Segar yang disuplai [m3/jam]. Studi perbandingan karakteristik memungkinkan penelitian untuk evalusi kinerja kualitas udara interior dari kedua sistem ventilasi mekanik terhadap persyaratan mendasar yang harus dipenuhi didalam pengerjaan sistem pengkondisian dan tata udara. Dalam tesis telah menganalisis perilaku penghuni tetap rumah tinggal untuk memahami aktivitas mereka dalam periode satu minggu di musim dingin dan musim panas. Kemudian juga telah dilakukan strategi dalam memberikan aktivitas tertentu yang dapat memberikan indikator polutan udara berbahaya. Analisis ini dilakukan untuk semua zona studi di rumah tinggal yaitu zona/ruangan yang dapat melakukan aktivitas seperti ruang keluarga (Séjour), kamar tidur (Chambre), dapur (Cuisiné), kamar mandi (Salle de bain) dan toilet (WC). Tujuan dari studi perbandingan ini adalah untuk mengetahui kinerja sistem ventilasi mekanik dalam menjaga interior air quality (IAQ), memberikan


tempertaur nyaman serta mengetahui besar energi yang dikonsumsi selama periode satu bulan. Berdasarkan pada hasil simulasi dan pemodelan dengan bantuan perangkat lunak SIMBAD didapat bahwa penggunaan energi dengan sistem ventilasi mekanik kontrol masih dibawah anjuran Regulasi termik 2012 yaitu sebesar 5,51 kWh/m2/Januari dan 15,647 kWh/m2/Juli. Sedangkan untuk ventilasi mekanik dengan insuflasi mengkonsumsi energi listrik lebih banyak sebesar 6.86 kWh/m2/Januari dan 20,04 kWh/m2/Juli. Dalam penelitian diketahui bahwa sistem ventilasi mekanik dengan kontrol dapat menjaga kualitas udara interior, serta mengkonsumsi energi listrik yang lebih sedikit dibandingkan sistem ventilasi mekanik dengan insuflasi. Di Bab lima, pemodelan rumah tinggal Kanadian jenis apartemen ini disimulasikan untuk kondisi cuacu Indonesia yaitu dikota Depok. Dari hasil simulasi diketahui kedua sistem ventilasi masih mampu menjaga kualitas udara interior dari kandungan gas CO2 yaitu masih dibawah 1200ppm untuk 1 penghuni per 10m2 luas bangunan atau ruangan. Akan tetapi untuk tingkat temperatur nyaman belum dapat divalidasi secara akurat karena masih terbatasnya data-data standarisai yang dianjurkan. Dari hasil simulasi juga diketahui akumulasi konsumasi energi listrik tiap bulan dari kedua sistem ventilasi, didapat sistem ventilasi mekanik dengan kontrol lebih kecil bila dibanding sistem ventilasi mekanik dengan insuflasi. Pemodelan dengan kondisi riil untuk rumah tinggal jenis apartemen perlu dilakukan guna mendapatkan hasil dan kontribusi yang baik dalam pengembangan rumah tinggal hemat energi dan sehat di Indonesia.


DAFTAR PUSTAKA 1. Luis Perez-Lombard., Jose Ortiz., “A review on building energy consumption information”, Energy and building, vol.40-2008, p.394-398. 2. Réglementation thermique (RT) 2005 et 2012. 3. Kohonen, R (ed)., “Building energy management systems-Evaluation and Emulation techniques synthesis report, Helsinki, Finland, 1993. 4. Lebrun, J, Liebecq., “Energy conservation in Building and Community systems, Building HVAC system simulation, International Energy Agency, 1988. 5. Roulet,C.A et al., “Airflow pattern within Building : Measurement Technique, Air infiltration and ventilation centre, December 1991. 6. Russel M., Sherman M., Rudd A., “Review of residential ventilation technologies, August 2005. 7. Concannon, “Residential ventilation, AIVC Technical, 57, 2002. 8. Khoffi, J., “Analyse multicritère des stratégies de ventilation en maisons individuelles’’, Thèse de Docteur, Université de La Rochelle, 2009. 9. Ribéron., Kirchner S., Lucas, J.P., “État de la ventilation dans les logements français’’, CSTB division sante, Juillet 2008. 10. Liddament M., “A guide to Energy efficient ventilation, HVAC, march 1996. 11. AICVF., “Qualité de l’air intérieur et Ventilation’’, edition 04, 2007. 12. Awbi, H.B., “Ventilation of Building’’, E&FN Spon, 1991. 13. Allard, F., Koffi, J., Pele, C., et Pamart., P.Y., “Description du logiciel de simulation utilise et comparatif’’, QUAD-BBC, Livrable tache 2 No1, 2012. 14. D. Mumovic, J. Palmer, M. Davies, M. Orme, I. Ridley, T. Oreszczyn, C. Judd, R. Critchlow, H. Medina, G. Pilmoor, C. Pearson, et P. Way, “Winter indoor air quality, thermal comfort and acoustic performance of newly built secondary schools in England,” Building and Environment, vol. 44, July. 2009, p. 1466-1477. 15. Xing Li Wang, Muthuswamy Raveendran, Jian Wang., “Genetic influence on cigarette-induced cardiovascular disease, Progress in cardiovascular diseases’’, Vol.45, April 2003, pp.361-382. 16. Louise S., Mazzuoli, “La pollution de l’air Intérieur’’, L’usineNouvelle, Dunod, Paris, 2009. 17. Hensen J.L.M, “On the thermal interaction of building structure and heating and ventilating system’’, PhD thesis, University of Delft, the Netherlands, 1991. 18. Zaki EL Khoury et al, “Développement d’un modèle de bâtiment multizones dans la bibliothèque SIMBAD’’, Rapport d’étude no DESE/DE/AGE2012.018RE, CSTB.


19. Allard, F., Rodriguez, E., “Coupling COMIS airflow model with other transfer phenomena’’, Energy and Building, 18(1992) pp 147-157. 20. Jréijiry, D., “Modélisation numérique des systèmes de ventilation hybride et développement de stratégies de contrôle associées pour les bâtiments résidentiels’’, Thèse de Doctorat., Université de La Rochelle/CSTB, 2004., p.178. 21. Hollmuler.,P., Lachal., B., Pahud., D., “Rafraichissement par geocooling, bases pour un manuel de dimensionnement’’., rapports de recherche du CUEPE No.5., Université de Genève, 2005. et Villenave.,J.G.,Fleury.,E., Annexe 27“Evaluation 22. Millet.,J.R., Demonstration pour les systemes de ventilation des batiments residentiels’’, Travaux realises en 1995., Rapport final, ENEA/CVA no95.165R., 11 Decembre 1995 23. CSTB., “SIMBAD Building and HVAC Toolbox, version 4.0’’., DDD/AGE05.024S, Paris, March 2005. 24. Couillaud.,N., Chlela., F., “ Description du modèle multizone’’., ESE/DE/AGE-2008.048N, CSTB, Fevrier 2012. 25. http://www.cstb.fr/ ; l’accès durant la période de stage. 26. http://www.ademe.fr/ ; l’accès durant la période de stage. 27. http://www.isover.fr/produits/trouver-une-solution; l’accès durant la période de stage. 28. SNI 03-6572-2001, Tata cara perancangan sistem ventilasi dan pengkondisian udara pada bangunan gedung. 29. ASHRAE for HVAC systems and Equipment, 2008.


LAMPIRAN [A] Deskripsi Material Rumah Tinggal Tipe Apartemen F3 Dinding luar Couche

Désignation

Enduit Brique colle Isolant Parement

GR 32 BA 13

Composition Chaux Brique Laine de verre Plâtre

R [m2.K/W] 0.3 1 5 0.035

Composition

R [m2.K/W] 10 0.114 0.036

Epaisseur [cm] 40 20 1.25

R [m2.K/W] 0

Epaisseur [cm] 0

0.024 2.2 0.114

6 8 20

Epaisseur [cm] 2 20 16 1.25

Plafond Couche

Désignation

1ere et 2eme couche Dalle de béton Parement

IBR 40

Laine de verre Béton 1 Plâtre

BA 13

Lantai antara tingkat Couche

Désignation

Bande résiliente

Périssol

Chape flottante Isolant Plancher maçonné

Domisol LR

Composition Mousse de Polyéthylène Béton 2 Laine de roche Béton 1

Lapisan dinding Dalam Couche

Désignation

Composition

R [m2.K/W]

Parement Isolant

BA 13 hydro Monospace 35

Plâtre Laine minérale

0.036 2.1

Epaisseur [cm] 1.25 7.5

Isolant Parement

Monospace 35 (+kraft) BA 13

Laine minérale Plâtre

2.1 0.036

7.5 1.25

Parement Isolant Ossature Isolant Parement

BA 13 hydro GR 32 (nu) Montants M70 GR 32 (kraft) BA 13

Plâtre Laine de verre

0.036 2.34

1.25 7.5

Laine de verre Plâtre

2.34 0.036

7.5 1.25


Jendela Eléments

Pièces

Fenêtre Futur N Fenêtre Planistar Fenêtres Fenêtres Fenêtres

SDB Chambre, Séjour (2), Cuisine Séjour

Description

4/16/4 argon 85% a isolation renforcée Aluminium 4+16+4 peu émissifs argons

Uw, [W/m2.K]

Surface [m2]

1.2 1.1 1.5 1.4

0.67 4.57

1.9

10.38


Facteur Solaire avec/sans masque 0.21/0.64 0.21/0.42

LAMPIRAN [B] Karekteristik mekanikal termik material

Caractéristique thermique des matériaux Matériaux Chaux Brique Laine de verre (GR 32) Laine de verre (IBR 40) Laine de verre (GR 32_nu/kraft) Air immobile Plâtre Béton 1 Béton 2 Mousse de polyéthylène Laine de roche Laine minérale

Conductivité thermique [W/m.K] 0.7 0.2 0.032 0.004 0.032 0.0262 0.35 1.75 2.5 0.05 0.036 0.035

Masse volumique [kg/m3] 1450 650 80 120 70 1.204 816 2300 2300 70 70 70

Chaleur massique [J/kg.K] 1000 1000 1030 1030 1030 1006 1000 1000 1000 2300 1030 1030

Coefficients de transmission thermique Éléments Murs extérieurs Plafonds Plancher entre étages Cloisons Vitrées

Uw [W/m2K] 0.158 0.097 0.392 0.203 0.7 jusqu'à 1.7

Limites RT 2005 0.45 2.6


LAMPIRAN [C] Deskripsi Ventilasi Udara

Les pourcentages des débits de couplage Les zones de soufflage Séjour Chambre 1 Chambre 2 Cellier Entrée

Les zones d’extraction Cuisine Salle de bain WC

% de débit soufflé dans une zone = surface de la zone / surface totale des zones de soufflage débit couplage [%] 49,11 20,5 20,5 7,92 1,97 59,4 29,7 10,9

Zones Séjour - Entrée Chambre 1 - Entrée Chambre 2 - Entrée Cellier - Entrée Séjour - Entrée Séjour - Cuisine Entrée – Salle de bain Entrée – WC

La perméabilité à l’air de l’enveloppe est uniformément répartie sur les façades et a pour valeur 1.0 [m3/h/m2]

Extraction Zones Cuisine Salle de bain WC

débit extrait [%] VMC VMI 55,4 59,4 29,7 29,7 14,9 10,9

débit extrait [m3/h] VMC VMI 45 59 30 30 15 30

Soufflage Zones Séjour Chambre 1 Chambre 2 Cellier Entrée

débit soufflage [%] VMC VMI 52,4 49,11 22.33 20,5 22.33 20,5 1,97 7,92 0,97 1,97

débit soufflage [m3/h] VMC VMI 60 45 30 22,5 30 22,5 5 10 1 5


LAMPIRAN [D] Data Metorologi kota Depok

Gambar D.1. Temperatur Drybulb terhadap waktu

Gambar D.2. Perbandingan Humiditi terhadap waktu


Gambar D.3. Kecepatan angin terhadap waktu

Gambar D.4. Efek radiasi langsung terhadap waktu


STUDI PERBANDINGAN SISTEM VENTILASI MEKANIK ANTARA VENTILASI MEKANIK KONTROL DAN VENTILASI MEKANIK INSUFLASI DI RUMAH TINGGAL DENGAN BANTUAN SIMBAD

Recommend Documents