61

BAB IIIKARAKTERISTIK LINGKUNGAN ECOHOUSE DENGAN

FINITE DIFFERENCE DAN COMPUTATIONAL FLUIDDYNAMIC (CFD)

Pendahuluan

Indonesia sangat kaya akan jenis kayu, akasia dimanfaatkan sebagai

material bangunan, berkelas kuat 3. Keuntungan material bangunan kayu dapat

digunakan diseluruh bagian bangunan, kuda-kuda, atap, kolom, balok, pintu,

jendela, dan kusen, tetapi mudah terserang hama penyakit serta insekta seperti

rayap, bahwa hampir 70% bangunan di Bogor terserang rayap. Masa kini

beberapa komponen bangunan mulai diganti dengan bahan metal dan adukan

beton (Karlina et al. 2006). Sifat-sifat kayu terdiri dari sifat fisik, mekanis dan

termal, yang secara langsung berpengaruh terhadap kenyamanan manusia yang

tinggal dalam rumah kayu tersebut. Kayu peka terhadap kelembaban udara,

karena sifat higroskopis kayu yang menyebabkan terjadi kembang susut, dan

mempengaruhi kekuatan kayu tersebut. Bogor pada kondisi suhu sekitar 20-40oC,

kelembaban sekitar 80–90%, kadar lengas kayu (Uk) berada di kisaran 13–21

persen. Kembang susut balok kayu dan perubahan tergantung pada arah serat

kayu, dan menyebabkan terjadi perubahan kekuatan fisik dan mekanik kayu atau

menahan beban. Hampir seluruh bangunan transmigran pembangunan

perkampungan daerah transmigrasi dari kayu, menurut Petunjuk Pelaksanaan

Pembangunan rumah transmigrasi inti No 403/KPTS/M/2002, dan diharapkan

dapat mendukung prospek sarana usaha pertanian dan perkebunan yang dilakukan

di wilayah pedesaan itu (Departemen Tenaga Kerja dan Transmigrasi 2002).

Sebagian besar bangunan rumah petani sangat sederhana dan belum menggunakan

alat mekanis yang mahal, dalam menjaga supaya lingkungan indoor tetap nyaman.

Hal ini berkaitan dengan disain rumah, efisensi energi, kesehatan, dan melakukan

pendinginan alami dan pasif (de Witt et al. 2007).

Mikro klimat dan potensi energi alami mendukung infrastruktur unit

kawasan/sentra produksi maka diperlukan identifikasi dan rekomendasi dalam

menyusun kaji tindak (pilot project) suatu rancang bangun dan infrastrukturnya.

62

Kajian dan pengelolaan dari sifat termal pelbagai jenis kayu Indonesia di dalam

pengendalian lingkungan mikro klimat bangunan masih belum banyak penelitian

dilakukan. Rumah berfungsi sebagai tempat manusia berlindung dari sengatan

panas matahari dan perubahan lingkungan bangunan pemukiman. Disain rumah

dapat mempengaruhi dan mengendalikan kondisi perubahan lingkungan termal.

Kemampuan kayu untuk menghambat panas dari luar bangunan, seperti pindah

panas dari radiasi sinar surya, konveksi aliran udara dari luar ke dalam dan

konduksi pada elemen kayu serta pondasi bangunan. Hal ini mempengaruhi

keseimbangan energi, suhu, komponen uap air, karbon dioksida dan gas lain

diudara serta laju pergantian udara di dalam bangunan. Kondisi udara itu untuk

menjabarkan faktor kenyamanan pemukim melalui pendekatan metoda Fanger

(Fanger 1998).

Di Bab I ditunjukkan hasil kondisi lapang bangunan kayu percobaan dan

hasil metoda Fanger yang menunjukkan nilai kenyamanan untuk daerah subtropis,

mencapai 23-24 oC dan kelembaban ternyata berkisar 60-70%. Menurut Standar

Nasional Indonesia dan hasil penelitian di Jakarta serta menggunakan metoda

Fanger, bahwa manusia Indonesia masih merasakan nyaman walau suhu mencapai

26.5 oC dan masih bertahan hingga suhu lingkungan 28 oC pada bangunan

bernaungan (Karyono 2003).

Kondisi lingkungan ini dipaparkan dalam gambar ilustrasi mikro klimat

dibagian-bagian ruang untuk modifikasi tatanan ruang. Kondisi ini berdasarkan

perubahan waktu, perubahan termal, masa, dan kecepatan aliran udara agar

penempatan cross ventilation yang memadai, sesuai pergerakan aliran udara dan

bila alat mekanis ditambahkan, ditempatkan posisi yang tepat. Pada model

Ecohouse penjabaran proses yang terjadi dilingkungan disajikan dalam analisis

lingkungan seperti persamaan keseimbangan energi, panas, konservasi masa dan

momentum aliran udara serta kombinasinya, hingga memperoleh suhu ruang yang

nyaman, kemudian membahas dan menjabarkan variabel variabel penentu yang

mempengaruhi. Model ini berskala prototype, disimulasikan dengan metoda finite

difference untuk dua dimensi dan finite volume yaitu Computational Fluid

Dynamics (CFD) untuk tiga dimensi (Versteeg dan Malasekera 1995).

63

Pemecahan masalah tentang aliran fluida bergerak sangat komplek, maka

dilakukan dengan metoda CFD dan alat bantu komputer, yang akan menghasilkan

informasi tentang bagaimana fluida udara mengalir pada kondisi tertentu,

diberbagai sistim dengan biaya murah dan waktu lebih cepat. Udara yang

mengalir dalam bangunan ini adalah aliran yang tak mampu mampat dan bentuk

aliran laminar atau turbulen, yang sangat tergantung pada sifat-sifat aliran udara

dan mungkin hasil CFD tidak sesuai dengan pengukuran (Indra 2004), pendekatan

teori pada rumah percobaan ini divalidasi dengan hasil pengukuran dari Bab I.

Ilustrasi hasil perhitungan dengan program numerik Finite Difference

digunakan untuk menentukan batasan suhu atap pada kondisi pengukuran.

Selanjutnya menduga perlakuan di dalam elemen bangunan dengan CFD. Dalam

suatu ruang bangunan, simulasi CFD ini mampu menampilkan Gambar–Gambar

grafis dari gradien perubahan suhu, vektor percepatan dari gerakan aliran fluida

udara yang dinamis, pindah panas dan massa, serta pengaruh konveksi, konduksi

dan radiasi.

Tujuan penelitian ini adalah:

1 Mengetahui dan menjelaskan pindah panas pada rumah percobaan

konstruksi kayu untuk perencanaan bangunan Ecohouse sesuai kaidah SNI

dengan metoda finite difference sesuai kaidah SNI

2 Menjelaskan analisis termal secara finite volume pindah panas pada model

selubung rumah percobaan konstruksi kayu untuk perencanaan bangunan

Ecohouse dalam model bangunan rumah percobaan pada Bab I dengan

luas lantai 6x3 meter. Boundary Condition dibuat sesuai hasil pengukuran

dan berdasarkan perlakuan sifat dinamika udara, hantaran panas, massa,

dan kecepatan aliran udara pada saat pengukuran.

3 Merumuskan analisis termal pada kondisi yang dinamis dalam rancangan

model di atas menggunakan software CFD dan validasi model ini

diilustrasikan pada bangunan rumah transmigran yang sesuai dengan

bangunan percobaan.

4 Merancang dari hasil ilustrasi menjadi dasar model rancangan dan

memenuhi syarat kenyamanan pemukim dan pindah panas pada rumah

konstruksi kayu untuk perencanaan Ecohouse sesuai kaidah SNI

64

Tinjauan Pustaka

Kayu sebagai Bahan Konstruksi Bangunan Rumah

Rumah petani di daerah perdesaan sering terbuat dari bahan kayu dan

bambu, sesuai dengan daerahnya. Perkampungan masa kini yang dibuat oleh

Departemen Pekerjaan Umum dan Transmigrasi telah melakukan pembangunan

dengan variasi bentuk dan geometri bangunan dari kayu. Struktur kayu memiliki

stabilitas dan integritas tinggi, mudah membuat sambungan dengan hubungan

yang bersifat daktil, mudah dibongkar-pasang, serta menawarkan kehangatan

yang alami bagi pemukimnya. Di Indonesia terdapat berbagai bangunan

tradisional terbuat dari kayu seperti rumah adat Jawa Tengah, Barat, Melayu, dan

lainnya.

Gambar 41 Rumah kayu tradisional di daerah tropis Jawa Tengah EcohouseSumber: Rumah daerah Boyolali, Jawa Tengah.

Estetika bangunan kayu sangat menarik, kini dibuat dengan disain dengan

penampilan modern atau menambahkan lapisan dinding penahan cuaca pada

rumah yang tradisional seperti terdapat di Jawa Tengah (Gambar 41). Secara

alami pemukim siap berhubungan dengan alam, cakupan warna, tenunan serat dan

membuat material ini berkualitas. Rumah kayu dapat dikombinasikan dengan batu

bata atau bahan adukan semen mortar atau metal. Perubahan iklim sebagai akibat

pemanasan global menyebabkan pemanfaatan kayu sebagai bahan konstruksi

rumah, kembali mendapat perhatian karena dapat lebih terbuka dan menyatu

dengan alam sekitar, dapat menggunakan ventilasi alami serta dapat disesuaikan

dengan zona iklim dan cuaca sekelilingnya.

65

Konsep bangunan Ecohouse sebagai bagian dari Green–building di

Indonesia tidak terlepas dari konsep warisan leluhur yang mapan, mungkin ada

perubahan konstruksi bangunan yang mengharuskan pergeseran paradigma di

dalam disain, seperti pengoperasian dan pelayanan operasional, integrasi dan

efisiensi ekonomi, konservasi sumber daya alam, penggunaan material dan

pengurangan sisa bahan, pemanfaatan energi terbarukan, penggunaan akses dalam

fasilitas masyarakat, pola hidup masyarakat, penghematan biaya dan sehat,

penyertaan berbagai bidang kemasyarakatan, maka pelaksanaannya akan

mencakup suatu integritas dari berbagai komponen pembangunan secara individu.

Artikel Perjalanan Panjang Perumahan di Indonesia sekitar abad ke XX (John

Silas 1989) menguraikan keragaman bentuk rumah adat yang kaya dan

menunjukkan hasil yang utuh dari usaha masyarakat dalam mencukupi tempat

hunian bagi keluarga. Perkembangan ini mengandung unsur tanggung jawab dari

setiap keluarga mengupayakan pengadaan perumahan mandiri, secara individual

maupun kolektif. Pembangunan rumah berkembang berdasar pada unit keluarga

sebagai inti, terintegrasi secara seimbang dengan lingkungan sekitar. Ciri pokok

perkembangan rumah-rumah adat Indonesia sekaligus membuktikan bahwa

perumahan berada dalam dua domain berbeda yaitu: domain privat, yaitu upaya

membuat rumah sendiri yang berlawanan dan perumahan publik berupaya

merumahkan warga secara formal, dan domain (John Silas 1989).

Aspek iklim sangat mempengaruhi tata guna lahan dan rancangan

pembangunan baik secara tradisional dan modern. Penelitian berhubungan

perubahan angin Monson dari arah timur laut dan barat daya yang mengubah

musim penghujan menjadi musim kemarau. Di lokasi penelitian yang sangat

tinggi curah hujan dan lembab menjadi prioritas karena mempengaruhi jumlah

aliran udara yang datang masuk dalam bangunan. Bila suhu tinggi lebih dari

ambang zona kenyamanan diupayakan mengurangi beban panas dalam ruangan

dengan metoda penghawaan alami (Mangunwijaya 1998).

Spesies kayu yang berasal dari perkebunan rakyat dan hampir beragam,

seperti bahan kayu buah dan pertumbuhan alami dinyatakan di hutan administratif

seperti mahagoni, Acasia Mangium, Bambu, Meranti Shorea SPV, SPV Durio,

Albizzia falcata, Pinus Mercursii, dan lainya yang semua berdiameter 30 sampai

66

40 cm, dan kini kayu terkenal dikalangan petani yaitu kayu Jabon (Antho cephalus

cadamba), untuk bahan dasar pulp dan papan lapis (Nurwati et al. 2006).

Kayu merupakan bahan bangunan yang ekologi, dapat diperbaharui dan

menyerap produksi karbon. Kayu sepenuhnya “bio-degradable“ dan dapat pula

dipadatkan jika tidak ada pengulangan penggunaan kembali (Lawson 1996).

Bangunan kayu menawarkan suatu kesempatan untuk menyita karbon di

lingkungan yang dibangun, melengkapi usaha untuk mengurangi “pemanasan

global”. Pada umumnya kayu mempunyai massa jenis dan kapasitas panas yang

rendah. Massa jenis kayu sekitar 0.6–0.89 kg cm-2, dan metal lebih dari 1 kg cm-2.

Acasia mangium termasuk jenis kayu dengan massa yang ringan akan berkaitan

dengan kembang susut kayu dan pindah panas melalui bahan kayu tersebut,

seperti yang dapat dilihat pada kelas konstruksi ringan. Keuntungan yang

diperoleh banyak orang adalah bahwa situasi bangunan kayu nyaman, mempunyai

perambatan energi panas yang kecil, dapat didaur ulang, tahan terhadap panas dan

cuaca lembab, mampu menahan beban pada kemiringan tertentu. Bahan bangunan

lain yaitu bamboo, dapat dilakukan sebagai substitusi pemanfaatan kayu

(Karlinasari et al. 2006).

Gambar 42 Konstruksi Ecohouse dari bambu di daerah Amerika Selatan(Sumber: Danny Osorio 2009).

Konstruksi bangunan kayu atau bamboo dapat dilakukan sebagai penerima

beban konstruksi dengan rangka seperti tertera pada Gambar 42. dibawah ini

(Danny 2009). Pada Gambar 42 bentuk atap limasan bangunan bamboo ini

mempunyai atap bangunan dengan terbuka pada ujung atap, atau bentuk Limasan

dari suatu konstruksi bangunan bamboo di Columbia yang dimanfaatkan dengan

baik sebagai suatu bangunan pemukiman. Konstruksi kayu lokal lebih baik untuk

67

digunakan di Indonesia, karena mudah didapat, fleksibel dibentuk sesuai

perkembangan zaman untuk struktur bangunan kayu, dan pembangunan sederhana

dan tidak memerlukan kemampuan skill yang tinggi didaerah tersebut.

Pembangunan rumah transmigrasi inti yang sesuai dengan Keputusan

Menteri Permukiman dan Prasarana Wilayah Republik Indonesia Nomor:

403/KPTS/M/2002 di dalam pembangunan perkampungan daerah transmigrasi.

Persyaratan pembangunan rumah hunian dari faktor pengaruh lingkungan adalah

perencanaan struktur dalam sistem tergantung pada lahan dan sumber daya

manusia dalam usaha mempertahankan hidup yang dipengaruhi oleh tata letak dan

tata guna lahan. Perkembangan pemukiman transmigran yang menyerupai kondisi

para petani umumnya sesuai dengan kebutuhan. Dalam tatanan satu dan tiga ruang

kamar tertera pada Gambar 43, salah satu rancangan struktur bangunan dari

perumahan Transmigran adalah proses pengembangan dari bangunan Rumah

Sederhana-Sehat (RSS) dalam Gambar 43, dan bagian-bagiannya dari Pedoman

Teknis Departemen Transmigrasi.

Gambar 43 Perkembangan bangunan transmigrasi dari satu dan dua kamar(Sumber: Pedoman Teknis Departemen Transmigrasi 1995).

Ventilasi sebagai penyalur udara ditempatkan secara konvensional, dekat

langit-langit atau kisi-kisi udara (jalusi). Udara lingkungan yang membawa

polutan bercampur dengan udara dalam diseluruh ruangan yang terbagi merata ke

semua area. Di daerah terbuka seperti daerah pertanian semua pemukim di dalam

ruangan juga terkena polutan, walau sering hal ini diabaikan. Polutan ini berkaitan

68

dengan pemanfaatan dan ketersediaan energi surya atau fosil, sumber air seperti

kolam atau sumur dalam memenuhi kebutuhan pemanasan dan pendinginan. (De

Witt 2003). Persyaratan pengendalian selubung bangunan pemukiman dalam

rancangan termal dari desain rumah dipengaruhi oleh pindah panas dan aliran

udara dari luar ke dalam, akibatnya terjadi keseimbangan energi, suhu, komponen

uap air, karbon dioksida dan gas lain di udara serta laju pergantian udara dan suhu

di dalamnya.

Salah satu cara untuk mendinginkan ruangan yaitu model atap Joglo

bangunan tradisional di Jawa Tengah, yang memberikan kecepatan angin masuk

bangunan 0.4–0.5 m s-1, selisih tekanan 0.8-1 kg m-1 s-2 (Pranoto 2010). Minimal

aliran udara diperlukan 0.1-1.5 m/s untuk pendinginan udara pasif, tetapi belum

efektif untuk digunakan pada bangunan ini. Intensitas panas matahari berkisar 103

W m-2 sampai 2995 W m-2, nilai U berkisar 0.5 W m-2 K (Agung 2007). Minimal

aliran udara diperlukan 0.1-1.5 m s-1 untuk pendinginan udara pasif, tetapi tidak

efektif untuk digunakan pada bangunan. Intensitas panas matahari 103 W m-2–

2995 W m-2, nilai U berkisar 0.5 W m-2 K (Agung 2007). Astana Dalem yang

berbasis atap Sinom Apitan adalah bangunan rumah berbentuk Joglo ada ventilasi

untuk sirkulasi udara. Angin bergerak ke arah selatan tepatnya pada sudut 180o.

Pada basis atap ini, dalam kondisi yang sesungguhnya, kecepatan angin dominan

dalam bangunan, sebesar 0.1 m s-1, dengan tekanan udara sebesar -0.7 sampai

dengan -0.6 kg m-1 s-2. Pada kondisi sesungguhnya dengan bukaan 4 buah jendela,

sebesar 1.5 m2/jendela, atau 1.25% bukaan, kecepatan angin dominan dalam

bangunan sebesar 0–0.1 m s-1, dengan persentase dominasi 92.5%, dengan

tekanan udara sebesar -0.2 sampai dengan -0.1 kg m-1 s-2. Sedang kondisi

sesungguhnya dengan bukaan jendela dan pintu (17% bukaan), kecepatan angin

dominan dalam bangunan sebesar 0.5–0.6 m s-1 sebesar 40% dengan tekanan

udara sebesar 1.3 s.d. 1.4 kg m-1 s-2 (Pranoto 2007).

Menurut Standar Nasional Indonesia (SNI) menyatakan bahwa manusia

membutuhkan konstruksi nyaman dan sehat untuk ditinggali, berdasarkan

pengaruh perubahan suhu udara dan aliran Standart Nasional Indonesia dari

Infrastruktur dan Penyelesaian wilayah (Departemen KimPrasWil 2001)

menganalisa kenyamanan menggunakan persamaan Fanger. Setelah melakukan

69

penelitian di Jakarta, manusia Indonesia masih merasa nyaman, meski suhu luar

mencapai 34 oC, tetap nyaman pada suhu lingkungan 26.9 oC terutama bangunan

mempunyai naungan. Energi radiasi surya, ventilasi mekanis atau alami

mempengaruhi iklim mikro di sekitar bangunan ecohouse di pedesaan yang

ekologi. Kenyamanan udara daerah subtropis, berbeda, dijabarkan menggunakan

persamaan Fanger dan nilai 23-24.5 oC dan kelembaban berkisar 60–70%.

Peraturan yang ada untuk daerah perkotaan sesuai dengan rumusan standar teknis

untuk hidup konstruksi lingkungan yang nyaman dan seimbang suhu berkisar

pada 25-26.9 °C dan kelembaban 70-80% (Karyono 2003).

ASHRAE 55-2003, merumuskan kondisi nyaman suatu kamar disesuaikan

dengan karakteristik daerah. Selama musim panas, suhu nyaman manusia berkisar

antara 22-24.5 oC (70-80 oF) dengan kelembaban relatif antara 30-70% (Brown

1994). Dalam DOE-2.1E, menunjukkan bahwa aliran udara di dalam ruangan

yang akan setuju bila adalah 0.5–2.5 m per detik. Efisiensi bangunan dengan

penghijauan, akan mereduksi panas bangunan -39% total energi, -12% pemakaian

air total, -68% pemakaian listrik total, -38% emisi gas asam-arang total.

Pengamatan dari BMG (2009) daerah sekitar Bogor dengan konstruksi kayu

kondisi batas, mempunyai suhu ambien (Ta) 23-31 oC. Nilai ini diambil sebagai

kondisi awal (Ic), dalam penelitian ini suhu awal luar adalah sekitar 25 oC.

Thailand adalah negara tropis juga, pengaruh suhu dan humiditi terbagi

menjadi 5 zona. Indonesia termasuk Zona B dan Zona C sebagai daerah panas dan

lembab, wilayah yang mempunyai kecepatan angin tinggi dan lembab, hingga

membutuhkan dehumidifier. Suatu pengendalian lingkungan yang dinamis

diperlukan untuk mendapatkan energi yang efektif dan efisien dari sumber daya

alam dan air, untuk eko-rumah iklim mikro. Ini akan menjadi tantangan dalam

pemanfaatan energi mengendalikan fosil, air untuk perencanaan siklus-hidup,

sehingga energi menjadi lebih ekonomis. Pengamatan selama bulan panas di

Bangkok AIT di 4 derajat Lintang Utara dan 130.3o Bujur Timur, langit cerah, dan

awan menghasilkan kondisi kisaran suhu 28 oC untuk 32 oC dan kelembaban 60-

90% (Soonthorn dan UNEP 2003).

Secara mendunia dan khusus Asia oleh United Nations Environment

Programme (UNEP 2002), Ecohouse menjadi gagasan utama dalam kebijakan dan

70

perencanaan pembangunan. Dampak kebijakan ini akan dirasakan sepanjang

hidup dan generasi mendatang, dapat diterapkan dan untuk memastikan ketahanan

dalam jangka panjang. Iklim akan berubah dan mempengaruhi perkampungan di

mana manusia mempengaruhi latar belakang lingkungan dan ekonomi-sosial yang

dinamis. Perkampungan diduga menjadi sektor yang paling mudah untuk

beradaptasi. Perubahan untuk masa datang memerlukan perencanaan dan

persiapan teknis yang tepat, kelembagaan dan politis.

Faktor-faktor dalam rancangan Ecohouse dari petunjuk UNEP adalah a)

Perencanaan tapak, b) Material and produksi terpilih dalam pembangunan, c)

Memakai energi berkesinambungan, d) Sanitasi dan persediaan air, e) Manajemen

dan pengelolaan limbah serta dampaknya, f) kualitas lingkungan dalam bangunan,

g) Administrasi dan pengelolaan konstruksi, h) Pemeliharaan, pelaksanaan,

pembimbingan dalam melakukan konstruksi-bangunan. Di Sri Lanka telah

melakukan percobaan yang relevan dengan konsep Ecohouse dari teknologi,

pengembangan, pemukiman serta kehidupan (UNEP 2003)

Faktor-faktor dalam desain adalah dimensi, posisi dinding, atap, ventilasi

pada sudut bukaan ventilasi, jumlah span, pengaruh energi matahari, aliran udara

luar di sekitar bangunan yang mempengaruhi kondisi lingkungan. Pola lintasan

aliran udara lewat bangunan sangat diperlukan dalam menentukan model

ventilasi. Panas yang dihasilkan dapat meningkatkan suhu udara di dalam

bangunan dan hasilkan perbedaan kerapatan udara di dalam dan di luar.

Pergerakan angin menyebabkan terjadinya aliran udara, karena perbedaan tekanan

udara di dalam dan di luar bangunan atau dari zona tekanan tinggi ke tekanan

rendah di sekeliling bangunan. Perbedaan tekanan udara, terjadi pergerakan aliran

udara dari luar masuk kebangunan dari bukaan dan sebaliknya melalui ventilasi

silang, tekanan pada bidang tersebut adalah bidang tekanan netral. Arah aliran

udara pada bidang tekan netral itu adalah arah masuk ke bangunan tegak lurus

dinding bangunan. Apabila kondisi suhu udara di dalam bangunan lebih panas

dibandingkan dengan suhu luar, maka terjadi aliran udara ke dalam (inflow), jika

sebaliknya terjadi aliran udara ke luar (outflow) (Peng Chen 2001).

Dalam percobaan lain pengembangan secara kwantitatip, fenomena yang

terjadi dipindahkan dalam suatu model menggunakan cerobong cahaya matahari,

71

untuk menghadapi masalah aliran alami yaitu pada bidang plat vertikal sejajar,

diantara satu atau dua bidang dan mendapatkan persamaan eliptik yang

dipecahkan dengan metoda finite volume. Meramalkan kecepatan dan suhu

penampang dititik–titik posisi berbeda internal dalam bangunan, Parameter

parameter penting seperti nilai Nusselt, Prandtl, Grashof memberikan

pertimbangan untuk memberikan perbandingan dalam pengukuran dan

perhitungan, yang akan menentukan grid dan resolusi CFD. Contoh hasil

pendugaan riil dalam sistem udara di dalam kondisi itu (Bacharoudi et al. 2006).

Pola lintasan aliran udara lewat bangunan sangat diperlukan dalam

menentukan model ventilasi. Hantaran panas akan menghasilkan peningkatan

suhu udara di dalam bangunan, terjadi perbedaan kerapatan udara di dalam dan di

luar, pergerakan aliran udara yang menyebabkan terjadinya perbedaan tekanan

udara di dalam dan di luar bangunan atau zona tekanan tinggi ke tekanan rendah

di sekeliling bangunan, atau terjadi pergerakan aliran udara dari luar masuk

kebangunan dari bukaan dan sebaliknya melalui ventilasi silang. Tekanan pada

bidang tersebut adalah bidang tekan netral, di mana arah aliran udara masuk pada

bidang tekan netral itu pada arah tegak lurus dinding bangunan. Apabila kondisi

suhu udara di dalam bangunan lebih panas dibandingkan dengan suhu luar, maka

terjadi aliran udara ke dalam (inflow), jika sebaliknya terjadi aliran udara ke luar

(outflow) (Peng Chen 2001 dan Negrao 2001). Program CFD sebagai alat,

melakukan analisis ekuitas numerik metoda Finite Volume, yang menjabarkan

proses pertukaran panas, karena konduksi, konveksi pada ventilasi alami terjadilah

efek daya apung (Kibert 2008).

Perubahan tata guna lahan untuk produksi pangan, merubah pemasaran dan

pelayanan, juga memberikan pengaruh pada perkembangan ekonomi suatu daerah

(Scott et al. 2008). Hal ini dapat pula mempengaruhi jumlah pergantian udara atau

laju aliran udara pada pintu masuk dan ventilasi bangunan. Jumlah perubahan

udara di atas span terjadi ketika kecepatan angin lebih dari 2 m s-1, di mana angin

di atas span mempunyai jumlah aliran udara yang lebih besar daripada di

bawahnya (Brackett et al. 1987). Simulasi menunjukkan ketika kecepatan angin

lebih rendah dari 2 m s-1, maka jumlah pergantian udara tergantung pada

perbedaan suhu di dalam dan di luar bangunan dan tidak bergantung pada

72

kecepatan angin dan jumlah bentangan. Kecepatan angin lebih besar dari 2 m s-1,

maka jumlah pergantian udara sama dengan kecepatan angin, tidak tergantung

pada perbedaan suhu dalam dan luar bangunan tapi jumlah bentangan (Kozai dan

Sase 1978).

Dalam penelitian ini hanya mencakup topik mikroklimat dalam bangunan

percobaan sebagai panduan untuk bangunan umum. Simulasi untuk perubahan

suhu dan aliran udara alami dari ventilasi dinding diasumsikan untuk

menghasilkan pendinginan di dalam konstruksi. Dalam penelitian ini diasumsikan

bahwa konduktansi udara melalui ventilasi dinding muka konstruksi, mengalami

ventilasi silang dan keluar melalui jendela dinding lainnya, terjadi perubahan suhu

dalam bangunan karena pengaruh lingkungan luar itu. Perubahan karena proses

konduksi dan konveksi, sehingga keseimbangan dicapai sesuai perbedaan tekanan,

pertukaran panas dan aliran udara yang sedang berlangsung (Awbi 2003).

Ventilasi alami merupakan sistem murah karena memanfaatkan pertukaran udara

melalui bukaan dan akibat perbedaan tekanan untuk membuatnya bergerak. Udara

yang masuk akan bersirkulasi dan mendorong udara dalam bangunan keluar.

Perputaran udara pada bangunan ventilasi alami sebanyak 60 kali putaran/jam dan

lebih efesien jika terpasang 20-30% dari area bangunan.

Bentuk struktur dan fungsi suatu bangunan dapat mempengaruhi arah,

kecepatan aliran udara di sekitar bangunan. Dari laju aliran udara menerpa bentuk

dan struktur bangunan yang dapat menghalangi, membelokkan arah gerakan

udara, menurunkan dan meningkatkan kecepatan aliran udara. Udara bergerak

melewati bangunan dan berputar di sekitar bangunan, ke bagian atas bangunan

dan sebagian lagi bergerak kebagian sisi lain yang dapat mengakibatkan

kecepatan dan gerakan aliran udara akan terpengaruh. Asumsi dari penelitian ini

bahwa beban struktur bangunan kayu diabaikan (US Manufacture et al. 2002)

Di sekitar bangunan akan terjadi gaya tekan dan tarikan pada bagian dinding

dan atap bangunan. Ketika aliran angin mendekati suatu bangunan, terjadi

sirkulasi udara dan pencampuran udara. Tekanan atau tarikan menunjukkan

perbedaan tekanan udara di atas atau di bawah tekanan barometrik dasar, di mana

tekanan bernilai positif dan tarikan bernilai negatif. Tekanan dipengaruhi oleh

bentuk atap, pada bagian puncak kemiringan atap lebih dari 35o, tekanan akan

73

terjadi di bagian atas atap dan tarikan terjadi di bawah atap. Pada atap dengan

kemiringan 15o-30o, tarikan maupun tekanan terjadi pada bagian atas atap. Pada

kemiringan atap 0o atau atap datar dan atap dengan kemiringan 10 atau kurang

dari 15o, tarikan terjadi pada dinding atap. seluruh permukaan atap ada pada

tekanan kurang pada kemiringan 30o-45o, permukaan atap pada hilir datangnya

angin berada pada tekanan kurang, sedangkan pada permukaan atap pada hulu

arah datangnya angin sebagian besar berada pada tekanan yang lebih dari

sekitarnya. Kemiringan atap 0o-20o, seluruh permukaan atap ada pada tekanan

kurang dan pada kemiringan 30o-45o, permukaan atap pada hilir datangnya angin

berada pada tekanan kurang, sedangkan pada permukaan atap pada hulu arah

datangnya angin sebagian besar berada pada tekanan yang lebih dari sekitarnya.

Penelitian ini menggunakan sudut atap lebih kecil dari 30o (α ).

Secara simultan pindah masa dan panas udara di dalam selubung bangunan

serta ruangan adalah sangat kompleks, dan mahal untuk ditelaah secara

laboratorium. Di bahan bangunan dapat menyerap secara higroskopik dari

selubung bangunan, maka diperlukan verifikasi secara kwantitatip dari elemen-

elemen bangunan. Pemodelan kwantitatip ini untuk memecahkan pindah panas

serentak dalam selubung bangunan dan udara yang menyelubunginya, kemudian

validasi diperlukan dan digunakan pengukuran lapang.

Penyajian pendugaan di penelitian ini adalah hasil verifikasi yang

menunjukan bahwa bangunan percobaan dapat menduga pengiriman uap air dan

karbon dioksida diantara selubung bangunan, kemudian menerapkan penyelidikan

dalam selubung bangunan percobaan dari kayu untuk kualitas kelembaban,

kenyaman udara di ruang tidur dan ruang kerja. Hasil kwantitatip hendaknya

menunjukan bahwa perubahan dalam kondisi mantap, mereduksi panas dan

kelembaban dalam ruangan sehingga terjadi kondisi nyaman. Pembuktian juga

bahwa udara dalam ruang dipengaruhi oleh struktur bangunan yang higroskopik

dan adakah puncak perubahan terjadi dan pada saat kelembaban (RH) yang mana.

Hal ini dinyatakan dengan nilai PMV atau Predicted Mean Vote. Selanjutnya

persentase ketidak puasan atas kenyamanan itu dinyatakan dengan PPD atau

Percentage Predicted Dissatisfied, yang berhubungan dengan pernapasan pada

74

situasi yang hangat adalah berkisar 10% dan untuk kualitas udara dalam ruangan

berkisar 25% (Carey et al. 2004).

Departemen Mesin Universitas Indonesia untuk pendekatan perubahan

aliran udara, menggunakan pendekatan berbasis bahasa Fortran dalam perumusan

numerik disebut CFD soft. Analisis berbagai perubahan suhu dan juga kecepatan

udara, berkaitan dengan bentuk geometris sebuah ruangan. Beberapa perusahaan

yang bergerak dibidang teknologi informasi, sudah membuat program penjabaran

indoor environment bangunan seperti Solid Works, Flomeric, Ansyz Featflow,

Star-CD dan lainnya (Indra 2010). Simulasi untuk perubahan suhu dan aliran

udara alami dari ventilasi dinding diasumsikan untuk menghasilkan pendinginan

yang berkaitan dengan suhu di dalam konstruksi.

Pendugaan Kenyamanan (Indoor Thermal Comfort) untuk Ecohouse

Suhu nyaman di dalam suatu bangunan dengan udara yang mengalir secara

bebas (free Convection) dan dapat dihitung berdasarkan suhu lingkungan luar

bulanan rata-rata, seperti pada persamaan 65 (Humphreys dan NiCol dalam

Harimy 2004):

TC = 11.9 + 0.534Tmmot

TC = 0.48 x Ti + 0.14 x Tmmot .................................................................................................(67)

Di mana,

TC = suhu dugaan nyaman dalam bangunan (°C),

Tmmot = rata-rata suhu lingkungan luar bulanan (°C).

Ti = suhu rata-rata bulanan dalam bangunan (°C),

Harimy (2004) telah melakukan penelitian untuk analisis mikroklimat data

selama 35 tahun di kota Kinabalu. Ternyata kenyamanan terjadi lebih tinggi dari

kenyamanan normal yang mengikuti batas limit Humphreys. Metoda pendugaan

Humphreys di atas dapat berlaku pada suhu bulanan rata-rata diatas batas normal

yang bervariasi dari 26.1-26.9°C dan beda berkisar ± 2 °C. Persamaan 66 adalah

suhu nyaman yang dipengaruhi secara aktif dan pasif dari mikroklimat. Formula

ini untuk menduga suhu dalam ruangan yang nyaman.

75

Tabel 7 Perubahan suhu pada tatanan ruang dan bahan bangunan yang berbeda

Tipe T luar T attik T ruang Luas Dinding Atap Attik

°C °C °C m²

OPS22.5 –36.6

22.9 –35.3

26.3 –31.1

58.68Betonringan

MetalVentilasi1/13area & bebas

Idaman22.5 –37.9

23.2 –44.9

26.4 -33.6

69.39

Bata,papanUACpartisi

Metalisolasifoilalumin

Atik tertutuprapat

Serikayan22.5 –37.9

21.4 –54.2

25.6°-37.5o 79.17

UAC2 mm

MetalAtik tertutuprapat

Kinibalu29.4-20.9

44-48

26.1-26.9

DugaanHumpherday

Sumber : Harimi Malay (2006)

Suhu di atik malam hari lebih rendah dari suhu luar, sebab dinding

mempunyai masa tremal rendah dan tanpa penyimpanan panas, atap metal lebih

cepat menjadi dingin karena efektifitas nocturnal radiasi. Suhu ruang bangunan

besar lebih tinggi dari suhu luar selama malam hari dan siang hari ditahan oleh

atik. Perbedaan rata-rata suhu ruang dibawah suhu luar berkisar 0.18 oC dan

maksimum 13.63 oC. Suhu minimum ruang rata-rata di atik lebih tinggi dari suhu

luar 2.31 oC dan suhu attic lebih tinggi dari 3.36 oC pada malam hari lihat Tabel 7.

Analisis Finite Difference untuk bangunan sederhana

Analisis Finite Difference ini dilakukan dalam dua dimensi untuk

bangunan rumah percobaan yang sama dalam Bab I, lihat Lampiran 6 di mana

telah dilakukan pengukuran mengikuti sumbu Z dari cartesian pada arah

memanjang dan sumbu Y dari ketinggian bangunan tersebut. Program ini diajukan

untuk menentukan besaran nilai suhu diatas atap, karena pendekatan ini akan

menunjukkan besaran nilai suhu atap yang terpengaruh oleh radiasi matahari.

Faktor yang menentukan adalah jumlah radiasi yang sampai dibumi dan

memanasi udara sekitar dan proses pindah panas terjadi pada penampang luar atap

bangunan. Data pengukuran yang telah diterangkan pada Bab I menjadi boundary

dalam analisis, kemudian dijabarkan secara sederhana menggunakan program

76

Microsoft Excel 2010. Pada Gambar dibawah ini menunjukkan Diagram analisis

mengikuti analisis numerik di mana keterbatasan dari finite difference yang

menunjukkan pada dua arah sumbu cartesian yang kemudian dikembangkan

menjadi tiga arah sumbu menggunakan persamaan Taylor dan yang dilanjutkan

dengan finite volume dengan metoda Computational Fluid Dynamics atau CFD

(Versteeg 1995)

Gambar 44 Diagram analisis metoda numerik tiga dimensi(Sumber: Ooka 2004)

Analisis model Nodal Network, digunakan untuk simulasi termal dari

bangunan seperti kondisi suhu udara kecepatan aliran, yang diasumsikan

berbentuk sama untuk semua pemukim (Negarao et al. 2004).

Lingkungan kenyamanan menjadi salah satu mekanisme utama untuk

menunjukkan pencapaian kondisi lingkungan dalam suatu ruang bangunan agar

dapat mendukung kesehatan dan produktivitas kegiatan (Peng Chen 2001).

Analisis Finite Volume dengan Teori Simulasi CFD

Udara adalah fluida yang berubah-ubah, dengan perubahan ≠ 0, dan apabila

kerapatan dan waktu tergantung pada daya Ui di mana semua dimensi total = 0,

serta apabila tak ada perubahan atas keseimbangan energi, yang menuju 0,

77

selanjutnya fluida tersebut tidak termampatkan, maka dapat dilakukan simulasi

sesuai dengan persamaan konservasi massa, momentum dan energi, diuraikan

seperti pada Gambar 44.

Dalam metoda CFD mengaplikasikan persamaan Navier Stokes, hal ini

sangat menarik karena untuk mendapatkan hasil karakteristik fisika dari fluida

udara yang diperlukan. Karakteristik yang dinamis dari fluida udara dan cairan

adalah tekanan, kecepatan, suhu dan massa untuk kerapatan dan berat jenis.

Dalam mekanika fluida, udara mempunyai kerapatan bervariasi disebut fluida

termampatkan. Karakteristik physis adalah densitas dan viskositas/kekentalan μ

sebagai faktor hambatan/tahanan terhadap aliran fluida itu sebagai properti

internal cairan. Hukum Konservasi digunakan untuk memperoleh persamaan

matematika bagi cairan yang tak sederhana dan komplek, yaitu

Persamaan Navier-Stokes I

outin mmdt

dM

outin mm 0dt

dM

………….… .(68)

0

i

i

x

U

Dt

D

............................................................................... (69)

0, Dt

Dconst

0

i

i

x

U

.............................................................. (70)

Persamaan Navier-Stokes II: Momentum incompressible Fluid

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

…………..…….………….......(72)

…………….. ....(73)

78

Konversi Momentum :ii

j

ij

i

jii Fgxx

P

xj

u

t

u

)( …. ...............

iji

i

j

j

ii jxx

3

2 ......................................................

iij

jii

i

j

j

i

ji

jii Fgx

u

jxxxx

P

xj

u

t

u

)(

3

2)(.......

Persamaan Navier-Stokes III: Kinerja Momentum

V

j

IV

i

ij

III

j

II

i

ji

I

j gxx

P

x

UU

t

U

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

k

kij

j

i

i

jij x

U

x

U

x

U

3

2

......................................................................... (75)

di mana I : Kinerja molekuler versus waktu (Uij)

II : Konveksi untuk Momentum

III : Kerja untuk permukaan

IV: Molekular berubah tergantung kinerja dan kerja momentum (difusi)

V : Kinerja karena Massa

Persamaan Navier-Stokes IV : Konservasi Energi

V

i

jij

IV

i

III

i

i

II

ii

I

x

U

x

T

x

UP

x

TUc

t

Tc

2

2

............................................ (76)

Di mana

I : Energi Lokal versus waktu

II : Konveksi

III : Kerja oleh tekanan

IV : Kalori karena difusi (flux )

V : Kinerja mekanis berubah menjadi kerja Irreversibel berubah lagi menjadi

energi (kalor)

79

Konservasi dalam metoda Volume mantap

qx

Uxt i

ii

............................................................... (77)

TU j ,,1................................................................................................ (78)

Hukum pertama adalah Persamaan Kontinuitas, datang dari konservasi

massa, di mana dP /dt adalah perubahan massa, ρdU/dx adalah istilah konveksi,

yang berarti fluks massa persatuan jarak. Fluida ini kompresibel karena kepadatan

dapat berubah sesuai waktu, apabila kerapatan konstan, berarti dP/dt adalah nol.

Ketika menerapkan Konservasi Momentum, akan mendapatkan persamaan

momentum tahap pertama adalah momentum lokal berubah dengan waktu, tahap

kedua adalah tahap konveksi atau dapat dikatakan fluks momentum, serta tahap

ketiga adalah momentum berubah karena gaya permukaan. Gambaran karena

tekanan aktif pada permukaan objek dan kekuatan permukaan yang dapat

mengubah momentum objek. Tahap keempat adalah momentum pertukaran

karena gerak molekul. Momentum obyek dapat dipindahkan ke momentum

molekul. Tahap lima adalah momentum berubah karena gaya massa. Sebagai

contoh, gaya gravitasi, gaya percepatan. Persamaan Navier-Stokes telah didapat

dari persamaan analitis. Manusia dapat memahami dan memecahkan, tetapi

komputer tidak bisa maka perlu menerjemahkan ke bentuk-bentuk yang komputer

yang dapat dimengerti. Proses ini disebut metoda diskritisasi. Tipe metode

diskritisasi adalah Elemen selisih Hingga, Elemen Hingga dan metoda Volume

terbatas yang selanjutnya kondisi ini dilakukan dengan metoda ini.

Verifikasi dinyatakan dalam pengukuran data pada Bab I akan menjadi

karakteristik pada percobaan CFD, di beberapa posisi dalam bangunan. Dalam

bangunan terjadi perubahan udara suhu lingkungan ambient luar (Ta), suhu bagian

ruang dalam (Tr), suhu atap (Tp), suhu dinding (Tw), suhu lantai (Tf), pergerakan

aliran udara menyebabkan terjadi perubahan energi dalam bangunan secara alami.

Selain itu, pengambilan data dari BMG tertera dalam Lampiran 4, akan

menunjukkan perubahan pengamatan pada areal yang lebih luas, sehingga

pengukuran dapat berlaku pada areal yang lebih luas, dan terjadi perbedaan suhue,

tekanan, perubahan massa uap air, karakteristik konduktivitas, panas laten, panas

sensibel, dan lain-lain. Beberapa karakteristik diambil dari data penelitian

80

terdahulu seperti karakteritik thermal bahan bangunan (Mudiastuti 1996 dan 1997)

serta data sekunder yang terdapat dalam penuntun program CFD atau pustaka.

Langkah Kerja Menggunakan Data

Langkah kerja analisis CFD ini adalah batasan awal yang riil terjadi pada

lingkungan bangunan. Program CFD dijalankan dengan menghasilkan nilai-nilai

kualitatif dan kuantitatif sesuai dengan struktur geometri bangunan

1 Pergerakan aliran udara dari luar kedalam bangunan diamati pada titik

lokasi tertentu tertera pada bab pertama Pengukuran di lokasi bangunan,

parameter yang mempengaruhi yaitu suhu di luar dan dalam bangunan,

kelembaban, aliran udara, intensitas cahaya matahari, kapasistansi

pergerakan aliran udara, panas latent, dan lainnya dan diasumsikan terjadi

croos ventilation.

2 Perhitungan dari data pengukuran mengacu pada model matematik dalam

analisa perilaku gerakan fluida udara, pindah panas dan fenomena yang

terjadi dan pengukuran dilakukan dalam 5 hari. Keputusan diambil dari

pengaruh kesalahan dan menghitung ketepatan luasan segmen atau mesh.

3 Aliran udara sekeliling bangunan (angin), diassembli, dalam bentuk flow in

dan flow out dengan batasan tidak terkendali, angin luar berkisar 0.2–5 km

jam-1. Pada t = 0 dan dalam batasan mesh untuk aliran udara alami yang

mengarah pada sumbu x dan y, sesuai dengan percobaaan menghembus

aliran udara dari arah barat daya bangunan. Bangunan menghadap utara

(arah z), dengan aliran udara sekitar 0.5-2 m s-1. Angin datang bisa dalam

bentuk laminar dan turbulen, sesuai bilangan Reynold, yang apabila > 2100

akan dinyatakan sebagai turbulen. Batasan analisis ini yaitu memberikan

aliran udara ke dalam bangunan dalam bentuk aliran pada keadaan steady

state dan transien. Batasan proses perambatan panas ini akan terjadi sesuai

perumusan dan analisis pergerakan suhu, aliran udara dan kelembaban

sekitar Ecohouse, dan menjadi perubahan mikroklimat seperti terlihat pada

Gambar 45.

81

Gambar 45 Rancangan Analisis CFD untuk bangunan (Chorin 2000)

Penjabaran kondisi dalam bangunan terlihat pada Diagram proses pindah

panas dalam bangunan pada Gambar 46.

Input Lokasi dan lingkungan Global

Fluida Udara

Qatap,Tp,(absorber)

Analisa,Qw

Analisa ,Qf

Qw,Tw,(absorber)

Qf,Tf,(absorber)

Display Solver ProgramCFD

Post Processor

Selesai

Pemukim

Pindah PanasUdarake ruangBangunansecara

Radiasi,Konveksi,Konduksi

Metabolisme

Elemen Struktur rumah kayu

Analisa,Qp

Nyaman,PMV & PPD

Pre-processor

Ya Noa

82

Gambar 46 Kerangka pemikiran analisis tatanan ruang dalam rumah Ecohousedengan diagram kendali menggunakan analisis CFD

83

Pembuatan Geometri Sederhana untuk Pengaruh Lingkungan Bangunan

Gambar 47 Ilustrasi rumah kayu transmigrasi 2 kamar

Ilustrasi bangunan 2 kamar terlihat pada Gambar 47, di mana pengukuran

dilakukan di siang hari saat terjadi proses pemanasan dari jam 7 pagi hingga jam

18. Suhu ambient berkisar antara 24 °C hingga 33 oC, titik awal 25 °C. Suhu

referensi absolute digunakan 30 °C mengikuti perlakuan pengukuran. Asumsi arah

aliran udara region hanya terjadi dalam satu arah yaitu dari Z, sesuai dengan

radiasi waktu solar yang dilakukan selama 12 jam. Bangunan kayu ini tanpa

plafon disesuaikan dengan struktur kayu. Asumsi ada satu orang dalam bangunan

dan propertiesnya mengikuti pustaka dalam program CFD sekitar 90 W m-2.

Bangunan ini diasumsikan sesuai dengan peraturan Standar Nasional

Indonesia dan tata cara perancangan sistem ventilasi di Indonesia.

Metodologi Penelitian

Waktu Dan Tempat Penelitian

Pada Bab 2 telah dilakukan pengukuran pada konstruksi bangunan Rumah

Kayu dengan bahan Acasia Mangium, dan merupakan dasar dalam menduga

distribus panas untuk memperoleh lokasi yang nyaman dalam bangunan. Posisi

dapat digunakan untuk analisis

84

Bahan dan Alat

Bahan material kayu yang belum diketahui karakteristik thermalnya untuk

pengujian dilakukan data bamboo spesimen dan komposit kayu yang mengikuti

standart SNI, dilakukan oleh Simbolon et al. (2004). Konstruksi bangunan yang

digunakan untuk penelitian adalah rumah kayu dengan konstruksi tahan gempa

analisis yang dibuat Fakultas Kehutanan IPB.

Gambar 48 Konstruksi Ecohouse percobaan(Sumber: Departemen Teknologi hasil hutan IPB 2008).

Karakteristik termo-fisik untuk perhitungan seperti nilai Difusivitas Panas

material (), konduktivitas (k = W m-1 K), panas jenis (Cp) dan massa jenis.dari

Analisa fisik dalam kondisi lingkungan untuk asumsi jumlah uap air di dalam

bangunan, serta pengaruh penguapan air yang mugkin terjadi dan diberlakukan

konstan (Mora et al. 2002)

Perhitungan pindah panas dan aliran udara dilakukan dengan Program

ExCel, yang dilakukan dengan komputer PC dengan memory 2 GB, ram 2 Gb,

model Core 2.2. dan kemudian rerata data pengamatan dikondisikan sebagai

Boundary Condition (BC) dari lima hari beturut-turut di mana asumsi data harian

akan diperoleh tidak banyak menyimpang ulangan dilakukan selama 5 hari.

85

Hasil dan Pembahasan

Model Simulasi Keseimbangan Lingkungan

Penelitian ini berhubungan perubahan angin Monson dari arah timur laut

dan barat daya yang mengubah musim penghujan menjadi musim kemarau. Di

Bogor hal ini mempengaruhi jumlah aliran udara yang datang masuk dalam

bangunan. Pada bangunan kayu telah dilakukan simulasi dengan berkas aliran

udara yang datang berselang 0.5 m s-1 hingga 2 m s-1, pada bangunan dengan

asumsi batas awal, suhu, aliran udara dilakukan sesuai pengukuran di dalam dan

di luar bangunan. Hasil yang diperoleh dengan menggunakan persamaan finite

difference dengan material kayu dan bahan adukan, menunjukkan data radiasi

matahari sebagai Gambar 49 dan pada beberapa aliran udara memberikan hasil

seperti pada kurva dibawah ini.

Pendekatan analisis dengan Finite Difference dijabarkan pada Lampiran 6,

menghasilkan Grafik ini menunjukkan bahwa suhu atap dapat mencapai 60 oC

dan suhu ruang (Tr) dapat mencapai lebih dari 30 oC, pada intensitas radiasi 900

W m-2 (Gambar 49), dan perubahan kecepatan aliran udara menghasikan suhu

yang tidak banyak berbeda, lihat Lampiran 7.

Gambar 49 Grafik hubungan radiasi dan distribusi suhu dalam ruang bangunan

86

Model Simulasi CFD untuk Keseimbangan Lingkungan

Hasil perhitungan pada bangunan percobaan di mana mengalami ventilasi

alami dari celah bangunan kayu adalah berukuran 0.2 m sepanjang dinding muka

dan belakang. Alas lantai, dinding, rangka terbuat dari kayu pada ketinggian 0.1

m. Hasil dengan simulasi CFD di tunjukkan pada Gambar 50. Sesuai lokasi

Darmaga dan pengukuran BMG pada hari dan jam yang sama, terjadi aliran udara

alami masuk ke dalam bangunan, data pengamatan dapat dilihat pada Lampiran 4,

kecepatan menurut pengukuran BMG adalah 2-3 m s-1, pada siang hari itu. Hasil

simulasi dari aliran udara yang keluar dari bangunan adalah 1.6 m s-1, Pada jam

paling panas intensitas radiasi terukur 800 Watt m-2 pada selang waktu 10 jam

pengamatan Gambar 50 pada tinggi 1 meter. Kondisi tubuh orang yang tinggal

dalam ruang kerja di mana bangunan masih tanpa naungan dan di bagian belakang

bangunan ada bangunan tinggi, arah sisi kiri di luar domain banyak pepohonan

diasumsikan di daerah tersebut sebagai dinding region. Aliran udara masuk

melalui jendela depan dan aliran udara masuk melalui jendela dengan arah garis

putih.

Perubahan antara pengukuran dan simulasi terjadi kesalahan sebagai berikut

Gambar 50 Ilustrasi perubahan suhu dengan perubahan warna ketinggian lapisanudara y = 1 m

87

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

Gambar 52 Ilustrasi kenyamanan dari perubahan suhu dengan kontur di bagianbadan pemukim y = 0.63 m.

Ilustrasi Gambar 52 menunjukkan bahwa kenyamanan di luar bangunan

berkisar antara 0.129 sampai 0.188 (kondisi nyaman), sedangkan di dalam

bangunan di sekitar badan pemukim mencapai 0.959 berarti hal ini masih dalam

keadaan nyaman.

88

Tabel 8 Hasil simulasi CFD untuk karakteristik lingkungan rumah kayu seluruhnya kayu dan kesalahan perhitungan

No Z Y X TR T ukur jm 12 T ukur jm 13 ZV YV XV Alir DEN Tekanan VIS TVIS KE DTURB Beda suhu error Energy

Kode cm cm cm CFD oC oC m s-1 m s-1 m s-1 m s-1 kg m-3 Pa N s m-2 N s m-2 J kg-1 W kg-1 oC % (w m-2)

0 0 0 0 25.0 31.3 31.3 0.11 -1.90 -0.75 1.44 1.18 1.21 1.84E-05 0.001 0.035 0.089 6.29 20.09 12.68

3 62.8 354.3 150 26.8 30.8 31.5 -0.12 0.07 -0.17 0.01 1.18 1.82 1.85E-05 0.007 0.035 0.020 3.95 12.84 0.08

4 224.1 233.0 -15 28.4 31.3 31.0 2.20 -0.23 0.11 0.52 1.17 1.21 1.85E-05 0.007 0.013 0.002 2.94 9.38 2.10

8 431.2 173 150 26.2 30.9 31.2 -0.06 -0.47 -0.02 0.03 1.18 1.37 1.84E-05 0.008 0.045 0.028 4.72 15.28 0.20

10 554 173 150 27.9 31.1 31.3 0.44 -0.09 -0.10 0.04 1.17 1.84 1.85E-05 0.004 0.010 0.003 3.22 10.36 0.18

15 52.8 299 150 25.2 30.7 31.0 0.00 -0.06 -0.68 0.04 1.18 4.80 1.84E-05 0.001 0.008 0.011 5.46 17.79 0.30

17 308.4 173 300 26.2 31.1 31.4 -0.14 0.08 -0.13 0.02 1.18 1.80 1.84E-05 0.008 0.050 0.033 4.85 15.61 0.11

23 308.4 299.1 150 29.2 31.1 31.6 0.33 -0.10 0.05 0.03 1.17 2.04 1.86E-05 0.007 0.041 0.027 1.92 6.18 0.09

31 0 173 0 25.0 27.3 28.2 0.00 -0.64 -1.21 0.78 1.18 3.75 1.84E-05 0.001 0.029 0.069 2.29 8.37 2.50

33 62.8 53 150 26.0 28.1 28.7 -0.10 -0.65 0.03 0.07 1.18 1.02 1.84E-05 0.027 0.077 0.023 2.06 7.34 0.20

34 185.6 53 150 26.6 30.4 30.7 -0.27 -0.57 -0.36 0.26 1.18 1.24 1.85E-05 0.028 0.103 0.040 3.84 12.63 1.37

39 185.6 53 0 26.7 26.7 27.3 -0.02 -0.47 -0.05 0.02 1.18 138 1.85E-05 0.007 0.038 0022 0.001 0.003 2.57E-05

Rata-rata 26.6 30.1 30.4 0.2 -0.4 -0.3 0.3 1.2 2.0 1.85E-05 8.7E-03 4.0E-02 3.1E-02 3.5 11.3 1.7

Nama : RTG kayu 8 no pla uj terbuka

89

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

Notekana

n Alir BJsuhuukur

suhuCFD Energy

Kecepatanalir XV

Kecepatanalir ZV

Kecepatanalir YV VIS TVIS error

kode Pa m s-1 kg m-3 oC oCWatt m-

2 m s-1 m s-1 m s-1 N s m-2 N sm-2 %7 -2.375 4.22 1.172 28.9 28.002 11.31 0.669 4.135 -0.514 2.21E-05 0.002 -0.0314 0.378 3.28 1.172 28.9 28.000 11.31 -1.048 3.024 -0.727 2.21E-05 0.002 -0.0315 0.075 0.30 1.171 30.0 28.419 12.48 0.163 -0.119 0.223 2.21E-05 0.002 -0.0523 0.088 0.47 1.170 30.7 28.642 13.10 0.012 -0.316 0.346 2.21E-05 0.002 -0.0731 0.014 0.60 1.171 30.4 28.331 12.23 0.226 -0.087 0.553 2.21E-05 0.001 -0.0733 0.240 2.92 1.172 26.6 28.000 11.31 -0.812 2.036 -1.934 2.21E-05 0.002 0.0534 -0.117 0.28 1.172 27.6 28.114 11.63 -0.065 -0.253 0.107 2.21E-05 0.002 0.0236 -0.001 0.13 1.172 27.8 28.000 11.31 0.000 0.000 0.132 2.21E-05 0.002 0.0138 2.698 1.95 1.172 28.1 28.005 11.32 -1.689 0.000 -0.970 2.21E-05 0.002 0.0039 -0.017 0.45 1.171 30.01 28.285 12.10 -0.024 -0.393 0.212 2.21E-05 0.002 -0.0640 0.075 0.62 1.171 27.3 28.427 12.50 0.159 -0.329 -0.506 2.21E-05 0.002 0.04

rerata 0.096 1.385 1.171 28.755 28.202 11.872 -0.219 0.700 -0.280 2.21E-05 0.002 -0.017

Catatan kode r tembok 21

90

Tabel 10 Hasil simulasi CFD karakteristik lingkungan rumah kayu atap rangkap dan kesalahan perhitungan

Catatan kode r atap rangkap

No Z Y X TRT ukurjm 12

T ukurjm 13 ZV YV XV Alir DEN Tekanan VIS TVIS KE

bedasuhu

error

Kode cm cm cm CFD oC oC m s-1 m s-1 m s-1 m s-1 kg m-1 Pa N s m-2 N s m-2 J kg-1 oC %

0 0 0 0 25.01 31.3 31.3 0.12 -1.94 -0.70 2.07 1.18 1.00 1.84E-05 1.56E-03 0.03 6.3 20.1

3 63 354 150 27.03 30.8 31.5 0.29 0.28 0.18 0.44 1.18 1.17 1.85E-05 9.41E-03 0.04 4.5 14.2

4 224 233 -15 25.01 31.3 31.0 0.04 -0.43 0.19 0.47 1.18 5.05 1,84E-05 1.35E-02 0.02 6.0 19.3

8 431 173 150 27.71 30.9 31.2 0.15 0.00 -0.09 0.18 1.17 1.44 1.85E-05 2.77E-03 0.01 3.5 11.2

10 554 173 150 27.81 31.1 31.3 1.02 0.14 -0.05 1.03 1.17 0.96 1.85E-05 6.86E-03 0.04 3.5 11.1

15 53 299 150 26.75 30.7 31.0 -0.23 0.36 0.02 0.43 1.18 1.25 1.85E-05 8.71E-03 0.02 4.2 13.7

17 308 173 300 26.81 31.1 31.4 0.00 -0.20 0.00 0.20 1.18 1.14 1.85E-05 2.28E-02 0.07 4.6 14.6

21 186 299 150 27.31 30.7 31.2 -0.02 -0.28 -0.06 0.29 1.17 1.35 1.85E-05 1.09E-02 0.03 3.9 12.5

23 308 299 150 27.54 31.1 31.6 -0.02 -0.20 -0.04 0.20 1.17 1.16 1.85E-05 4.98E-03 0.01 4.1 12.8

33 63 53 150 25.53 27.3 28.2 -0.14 -0.36 0.07 0.40 1.18 1.11 1.84E-05 9.76E-03 0.02 2.7 9.5

34 186 53 150 25.57 28.1 28.7 -0.10 -0.49 -0.20 0.54 1.18 1.17 1.84E-05 1.80E-02 0.05 3.1 10.9

Rerata 26.55 30.40 30.76 0.10 -0.28 -0.06 0.57 1.18 1.53 1.85E-05 9.94E-03 0.03 4.21 13.6

91

Tabel 11 Hasil simulasi CFD karakteristik lingkungan rumah kayu panggung dan kesalahan perhitungan

NoSuhuukur

SuhuCfd Tekanan ALIR XV YV ZV DEN energi

kesalahanukur DTRB TVIS VIS

kode oC oC Pa m s-1 m s-1 m s-1 m s-1 kg m-3 Watt % N s m-2 N s m-2 N s m-2

Tubuh 2 28.00 28.43 1.57 0.33 0.19 -0.21 0.26 1.17 0.81 0.015 0.01 0.005 1.8E-05

Tubuh 1 28.00 28.03 3.68 0.26 -1.82 -0.13 0.23 1.17 0.63 0.001 0.11 0.012 1.8E-05

3 27.03 28.21 1.43 0.51 -0.18 0.37 0.35 1.17 1.23 0.044 0.05 0.008 1.8E-05

7 29.20 28.17 1.66 0.52 0.02 -0.27 0.44 1.17 1.25 -0.035 0.01 0.001 1.8E-05

14 29.50 28.01 0.05 0.21 0.22 0.00 -0.21 1.17 0.51 -0.051 0.09 0.012 1.8E-05

18 26.81 28.37 1.57 0.06 0.00 -0.06 0.01 1.17 0.15 0.058 0.00 0.004 1.8E-05

31 27.40 28.08 3.57 0.68 0.49 -0.14 -0.67 1.17 1.65 0.025 0.05 0.003 1.8E-05

33 27.30 28.06 1.25 0.40 0.76 -0.16 0.37 1.17 0.97 0.028 0.05 0.018 1.8E-05

34 28.10 28.05 1.13 0.23 0.31 0.15 0.18 1.17 0.56 -0.002 0.03 0.009 1.8E-05

rerata 27.93 28.16 1.77 0.36 0.00 -0.05 0.11 1.17 0.86 0.01 0.04 0.010 1.8E-05

Catatan kode r panggung

92

Tabel 12 Hasil simulasi CFD untuk karakteristik lingkungan rumah kayu berlantai mortar serta kesalahan perhitungan

No Z X YT ukurjm 12

T ukurjm 13

TRCFD ZV YV XV Aliran

Kerapatan

Tekanan

Viskositas

Turbulence

bedasuhu error Energi

KoDe

cm cm cm oC oC oC m s-1 m s-1 m s-1 m s-1 kg m-3 Pa N s m-2 N s m-2 oC % W m-2

0 0 0 0 31.3 31.3 28.0 0.0 0.0 0.0 0.0 1.17 0.0 1.8E-05 1.0E-10 3.28 10.5 0.0033 63 150 53 27.3 28.2 28.1 0.4 -0.2 0.8 0.4 1.17 0.0 1.8E-05 1.8E-02 -0.76 -2.78 -0.4614 150 554 53 28.9 31.5 28.0 -0.2 0.0 0.2 0.2 1.17 0.1 1.8E-05 1.2E-02 0.89 3.09 0.2634 186 150 53 27.6 31.4 28.1 0.2 0.1 0.3 0.3 1.17 0.0 1.8E-05 9.0E-03 -0.45 -1.65 -0.1731 0 0 173 26.7 27.4 28.1 -0.7 -0.1 0.5 0.7 1.17 0.0 1.8E-05 2.6E-03 -1.38 -5.17 -1.347 0 431 173 28.9 31.3 28.2 0.4 -0.3 0.0 0.6 1.17 0.0 1.8E-05 1.3E-03 0.73 2.51 0.593 63 150 354 30.8 31.5 28.2 0.4 0.4 -0.2 0.6 1.17 0.0 1.8E-05 7.9E-03 2.59 8.42 2.2618 308.4 173 280 31.2 32.2 28.4 0.0 -0.1 0.0 0.1 1.17 0.001 1.8E-05 4.2E-03 2.83 9.08 0.35H1 421 139 33 37.0 37.0 28.0 0.2 -0.1 -18 0.3 1.17 0.111 1.8E-05 1.2E-02 8.97 24.3 3.63H2 123 139 33 37.0 37.0 28.4 0.3 -0.2 0.2 0.4 1.17 0.009 1.8E-05 4.9E-03 8.57 23.2 4.70

Tabel 13 Pembahasan karakteristik lingkungan mikro di ruang dalam bangunan rumah panggung.

Lokasi R Baca R tidur

metoda FangerX Y Z

NilaiX Y Z

Nilai(m) (m) (m) (m) (m) (m)

Tekanan (Pa) 0.45 1.5 0.95 1.55 0.45 1.5 3.78 1.24suhu nyaman(oC) 0.45 1.5 0.95 28.09 0.45 1.5 3.78 28.23Rata suhu radian (oC) 0.45 1.5 0.95 28.16 0.45 1.5 3.78 28.27PMV 0.45 1.5 0.95 0.74 0.45 1.5 3.78 1.24PPD (%) 0.45 1.5 0.95 37.6 0.45 1.5 3.78 17aliran udara (m s-1) 0.45 1.5 0.95 2 0.45 1.5 3.78 0.1

93

Hasil analisis simulasi suhu sebagai karakteristik lingkungan pada bangunan

kayu di bandingkan dengan hasil pengukuran dan pengamatan yang dilakukan

oleh Badan Meteorologi dan Geofisika (BMG) terhadap waktu (jam dan tanggal),

yang menunjukkan perubahan suhu tersebut pada Gambar 53. Hasil di peroleh

dalam persamaan polynomial Y = -0.066 X3+ 0.00722 X2+1.04 X +20 dengan

R2= 0.6564 atau ketepatan simulasi terhadap pengukuran mencapai 65.64 persen

dalam rata – rata 5 hari pengukuran. Kesalahan dapat terjadi pada saat pengukuran

yang kurang tepat dan pencapaian perhitungan perubahan suhu yang sangat tinggi.

Gambar 53 Perbandingan hasil CFD dengan pengamatan BMG berdasarkanwaktu dan ketinggian untuk suhu.

Hasil analisis simulasi karakteristik lingkungan bangunan kayu untuk

kelembaban di bandingkan dengan hasil pengukuran pengamatan dari data BMG

pada berbagai waktu (jam dan tanggal), menunjukkan persamaan sebagai berikut

Y = -0.0414X3+0.9152X2+2.4998X+95.47 dengan R2= 0.6545 dan untuk

pengukuran dari BMG dan diperoleh Y = -0.0255X3-0.9152X2+1.486X+104

dengan R2= 0.7411. Grafik dibawah ini menunjukkan hubungan antara

kelembaban pengamatan dan pengukuran, sedangkan simulasi belum dapat

dipetakan.

Suhu(oC)

94

Gambar 54 Perbandingan hasil CFD dengan pengamatan BMG berdasarkanwaktu dan ketinggian untuk kelembaban

Hasil analisis pengukuran pengukuran dan simulasi kecepatan aliran udara

sebagai karakteristik lingkungan pada bangunan kayu serta hasil pengamatan data

BMG pada berbagai waktu (jam dan tanggal), menunjukkan persamaan sebagai

berikut Y = -0.0002X3+0.0052X2+0.0988X+0.1058 dengan R2= 0.8273. Grafik

dalam Gambar 55 dibawah ini menunjukkan hubungan antara kecepatan aliran

udara pengamatan dan pengukuran dan ketiga hasil berdekatan.

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

RH(%)

Aliranudara(ms-1)

95

Hasil analisis simulasi intensitas radiasi matahari berbagai dari tanggal 23-

27 pada beberapa hari sebagai karakteristik lingkungan pada bangunan kayu, hasil

pengukuran dan pengamatan data BMG pada berbagai waktu, menunjukkan

persamaan Y = -0.0002X3-0.0142X2-1.6128X+653.87 dengan R2= 1 dan BMG

mencapai Y= -63.272X3+4698.4X2-116066X+954525 dengan R2= 0.3707. Grafik

dibawah ini menunjukkan hubungan antara kecepatan aliran udara BMG dan

pengukuran lihat Gambar 56.

Gambar 56 Perbandingan hasil CFD dengan pengamatan BMG berdasarkanwaktu dan ketinggian untuk intensitas radiasi matahari

Data intensitas penyinaran pada bangunan kayu ini untuk ketinggian 1,68 m

atau penempatan kepala pemukim sudah merasakan panas sebesar 29.5 oC dan di

dalam ruang juga sudah mencapai 29.3 oC hingga 30 oC .

Asumsi tidak terjadi penguapan yang berarti, sehingga nilai menjadi wajar

dan baik, dapat di lihat Gambar 57, di mana aliran udara sudah banyak yang

tertumbuk pada dinding belakang dan mengalir melalui jendela belakang untuk

menerobos keluar.

Intensitassurya(Wm-2))

96

Gambar 57 Ilustrasi suhu rumah kayu tinggi lapisan udara y = 2.24 m

Ternyata jalusi pada dinding sebelah kiri merupakan jalan keluar aliran

udara. Terdapat spot merah yang dikarenakan ada tahanan panas mengenai

dinding ketika panas masuk ke dalam bangunan. Pada ketinggian 2.24 m ini

ternyata kondisi sudah merasakan panas sebesar 29.5 oC dan di dalam ruang juga

sudah mencapai 29.3 oC hingga 30 oC. Spot merah sebelah kiri membesar berarti

bertambah panas pada dinding tersebut. Dengan perbedaan ± 0.5 m suhu sudah

naik 0.3 oC di ketinggian 2.87 m, sedangkan diruangan kerja suhu tetap 28.1oC

Gambar 58 Ilustrasi rumah suhu kayu tinggi lapisan udara y = 2.87 m

97

Gambar 59 Ilustrasi suhu rumah kayu tinggi lapisan udara y = 3.64 m

Vektor aliran udara di ruang wuwungan rumah ternyata bergerak berubah

arah walau pemanasan menuju sisi kiri karena ada hambatan region sesuai dengan

tata guna lahan yang terjadi di lapangan.

Gambar 60 Ilustrasi suhu rumah kayu tinggi lapisan udara y = 4.2 m

98

Gambar 61 Ilustrasi suhu rumah kayu tinggi lapisan udara y = 4.9 m

Perubahan suhu dalam bangunan di atas atap hingga lantai dasar yang

terjadi seperti Gambar 57 hingga Gambar 61

Tabel 14 Perbandingan Analisis CFD dan pengukuran lapangan pada bangunankayu dengan kondisi tanpa imbuhan aliran udara dari luar (badan bebas).

Kode CFD UKUR ERROR

RT160309 Suhu Tekanan Kecepatan Suhu Kecepatan TR(%) Kecepatan110611 (oC) (Pa) (m s-1) (oC) (m s-1) M s-1

T19 28.90 0.18 0.42 29.0 0.50 0.5 16.0

T20 29.08 1.02 0.40 29.3 0.11 0.9 -263.6

T22 28.72 0.59 0.51 28.5 0.05 -0.9 -920.0

T34 28.78 0.28 0.39 26.1 0.29 -10.2 -34.5

T39 28.04 0.75 0.17 26.1 0.34 -7.4 50.0

T42 28.11 0.46 0.78 25.9 0.11 -8.5 -609.1

Analisis di kembangkan dengan membuat dinding belakang dari rumah

percobaan menjadi elemen-elemen dinding yang berbentuk partisi. Dan

menambah jalusi atau bukaan pada bagian belakang ruang. Beberapa hasil dari

hubungan beberapa karakteristik dalam bangunan kayu Ecohouse. Sesuai dengan

bangunan uji diperoleh dan hasil di ilustrasikan dalam bentuk Gambar dan grafik.

99

1. Hubungan antara kecepatan aliran udara dan magnifican heat flux (MHF).

a) Ketinggian 1 m b) Ketinggian 2 m

c) ketinggian 3 m d) ketinggian 0.5 m arah sumbu X(Vx)

Gambar 62 Ilustrasi tampak atas dari kontur kecepatan aliran udara di ketinggian1 m hingga 3 m terhadap besaran panas yang datang (MHF)

Pengaruh kecepatan aliran udara dari sumbu x sangat mempengaruhi tata

letak kontur. Aliran udara di luar bangunan dari BMG berkisar 2.07 m s-1, pada

100

ketinggian 2 m. Aliran udara kemudian masuk kedalam bangunan mencapai 0.05

hingga 5 m s-1. Nilai minimum aliran udara 0.069 m s-1 (hisapan udara), terletak di

posisi (x = -0.561; y=3; z=-1.52) m, di mana titik ini terletak di luar bangunan dan

nilai maksimum 4.74 m s-1 di (x=-1.09; Y=3; z=-1.52) m yang terletak di luar

bangunan. Berarti pergerakan aliran udara di luar masuk ke dalam ruangan.

Nilai minimum aliran udara 0 m s-1 (hisapan udara), terletak di posisi (x =

1.45; y=2; z=0.919) m, di mana titik ini terletak di dalam bangunan dan nilai

maksimum 5 m s-1 di (x=-1.09; Y=2; z=-0.885) m yang terletak di luar bangunan.

Berarti pergerakan aliran udara di luar masuk ke dalam ruangan.

Aliran udara kemudian masuk kedalam bangunan mencapai 0.0097 hingga

0.297 m s-1. Nilai minimum aliran udara 0 m s-1 (hisapan udara), terletak di posisi

(x = -0.386; y=1; z=3.06) m, di mana titik ini terletak di luar bangunan dan nilai

maksimum 4.7 m s-1 di (x=-1.09; Y=1; z=-0.885) m yang terletak di luar

bangunan. Berarti pergerakan aliran udara di luar masuk ke dalam ruangan.

Sedangkan kecepatan arah aliran x sejajar tubuh, nilai minimum -3.3 m s-1

terletak di (x =10.93; y=0.5; z= 9.69) m, dan terletak di luar bangunan dan nilai

maksimum 3.36 m s-1 terletak di (x=3.03; y=0.5; z=-0.885) m, di luar bangunan.

Berarti ada hembusan udara dari luar kedalam bangunan, sesuai arah panah. Saat

jam 18 aliran udara dari luar bangunan berkisar 1.78 hingga 2.07 m s-1. Melintasi

ventilasi jendela di sisi depan bangunan mencapai 0.237 hingga keluar bangunan

disisi belakang 0.638 m s-1. Aliran udara disekitar pemukim berkisar 0.067 m s-1.

terjadi hambatan karena dinding bangunan kayu.

2. Hubungan suhu ruangan dan magnifican heat flux dapat dilihat dibawah ini

Tabel 15 Hubungan antara suhu dan magnifican heat flux

Item X y z Tr x y z Tr

Jarak M m m oC Minim m m m oC Maksi

Y0.5m -0.34 0.5 3.6 25 dalam 0.109 0.5 4.91 113 luar

Y1m -0.58 1 3.6 25 dalam 0.109 1 4.91 119 luar

Y2m 1.41 2 -2.7 25 luar 0.109 2 4.91 119 luar

Y3m 1.41 3 -2.66 25 luar -0.93 3 5.15 >119 luar

101

Tertera di luar bangunan suhu mencapai 30 oC dan pada teras 29.8 oC. aliran

panas udara dalam ruangan.Laju panas berkisar 600 hingga 900 W m-2, mengenai

bidang bangunan.

a) Distribusi suhu 0,5 m b) Distribusi suhu 1 m

c) Distribusi suhu 2 m d) Distribusi suhu 3 m

Gambar 63 Ilustrasi tampak atas kontur antara suhu dan magnifican heat fluxketinggian 0.5; 1; 2; dan 3 m terhadap MHF.

102

3. Hubungan viskositas dan magnifican mass flux dapat dilihat dibawah ini

Tabel 16 Hubungan antara viskositas terhadap magnifican mass flux

Item x y zViskositas

x y zViskositas

Jarak m m m N.s m-2 Mini m m m N.s m-2 MaksiY0.5 1.41 0.5 -2.7 1.845E-5 luar 1.41 0,5 -2.7 2.19E-5 luar

Y1m 1.41 1 -2.7 1.845E-5 luar 0.11 1 4.91 2.21E-5 dalam

Y2m 1.03 2 -2.7 1.845E-5 luar 0.11 2 4.91 2.21E-5 dalam

Y3m 1.41 3 -2.7 1.845E-5 luar -0.933 3 5.15 2.43E-5 luar

a) Distribusi suhu 0,5 m b) Distribusi suhu 1 m

c) Distribusi suhu 2 m d) Distribusi suhu 3 m

Gambar 64 Ilustrasi tampak atas antara viskositas dan magnifican mass fluxpada ketinggian 0.5; 1; 2; dan 3 m.

103

4. Hubungan suhu radian terhadap magnifican heat flux

Tabel 17 Hubungan antara suhu radian terhadap magnifican heat flux

Item m m m oC Minim m m m oC MaksiJarak x y z x y z

Y0.5m -0.34 0.5 3.6 25 Luar 0.11 0.5 4.91 113 dalam

Y1m -0.55 1 3.6 25 Luar 0.11 1 4.91 119 dalam

Y2m 1.41 2 -0.83 26.1 Luar 0.11 2 4.91 119 dalam

Y3m 2.04 3 -0.82 26.2 Luar -0.93 3 5.15 174 Luar

a) Ketinggian 0.5 m b) Ketinggian 1 m

c) Ketinggian 2 m d) Ketinggian 3 m

Gambar 65 Ilustrasi tampak atas perubahan suhu mean radian ketinggian 0.5;1 m; 2 m; dan 3 m

104

5. Hubungan kenyamanan (PMV) terhadap magnifican heat flux

Tabel 18 Hubungan rasa kenyamanan (PMV) dan kecepatan aliran udara

Item x y z PMV x y z PMV

Jarak m m m Minim m m m Maksi

Y0.5m 2.7 0.5 -0.83 -4 luar 0.34 0.5 4.91 3.79 luar

Y1m 2.69 1 -0.83 -4 luar 0.34 1 491 4 luar

Y2m 2.69 2 -0.83 -4 luar 0.34 2 4.91 4 luar

Y3m 2.69 3 -0.83 -4 luar -1.14 3 4.47 4 luar

a) Ketinggian 0.5 m b) Ketinggian 1 m

c) Ketinggian 2 m d) Ketinggian 2 m

Gambar 66 Ilustrasi tampak atas ilustrasi kenyamanan terhadap kecepatan aliranudara pada ketinggian 0.5 m;1 m; 2 m; dan 3 m

105

Pada bagian dalam ruang tamu ternyata mempunyai nilai PMV = 0.791,

lebih rendah dari luar yang sangat panas dan dibagian ruang tidur mempunyai

nilai PMV sebesar 1.7 dan titik lain dapat dilihat pada tabel 19.

6. Hubungan antara rasa kepuasan (PPD) dan kecepatan aliran udara

a) ketinggian 0.5 m b) ketinggian 1 m

c) ketinggian 2 m d) tinggi 2 m terhadap kecepatan udara

Gambar 67 Hubungan antara rasa kepuasan (PPD) dan kecepatan aliran udara

106

Tabel 19 Hubungan rasa kepuasan (PPD) dan kecepatan aliran udara

Item x y z PPD x y z PPD

Jarak m m m Minim m m m Maksi

Y0.5m 2.69 0.5 -0.83 0 luar 3.39 0.5 -2.66 100

Y1m 2.69 1 -0.83 0 0.36 1 4.91 100

Y2m 2.69 2 -0.83 0 0.36 2 4.91 100

Y3m 2.69 3 -0.83 0 0.36 3 4.91 100

Gambar 68 Ilustrasi tampak atas kontur solar visualisasi di bidang Y = 2 m

Solar viskositas yang nilai minimum = 0 (non dimensi) terletak di posisi di

luar bangunan (x =-1.09; y=2; z=-1.21) m, dan nilai maksimum = 1 terletak di (x

= -8.85; y = 2; z =-6.16) m juga terletak di luar bangunan.

Bangunan 2 kamar dengan semua jendela terbuka

Analisis pada bangunan 2 kamar di mana seluruh elemen jalusi dan jendela

dari bangunan terbuka agar masuk udara dari ventilasi lebih banyak dapat

menjabarkan sebagai berikut

107

Gambar 69 Grafik distribusi perubahan suhu pada y = 0.53

Gambar 70 Ilustrasi tampak atas distribusi perubahan suhu pada y = 0.53

Untuk bangunan percobaan 2 kamar tanpa plafon, aliran udara terus menuju

atap (kode percobaan RTG 81). Suhu maksimum untuk y = 0.53 adalah 29.9 oC

pada posisi (x= 0.50; y= 0.53; z= 2.17) dan nilai minimum adalah 23 oC pada

posisi (x= -0.386; y= 0.53; z= 3).

108

Gambar 71 Grafik distribusi perubahan suhu pada y = 1.73

Gambar 72 Ilustrasi Tampak atas distribusi perubahan suhu pada y = 1.73

Suhu maksimum untuk y = 1.73 adalah 29.9°C pada posisi (x= 0.502;

y=1.73; z=2.18) m dan minimum adalah 24 oC pada posisi (x=-0.386; y=0.53;

z=3) m

109

Gambar 73 Ilustrasi tampak atas distribusi perubahan suhu pada y = 2.98

Suhu maksimum untuk y = 3.3 adalah 28 oC pada posisi (x= 0.502; y=3.3;

z=-2.11) m dan minimum adalah 28 oC pada posisi (x=3.37; y=3.3; z=-2.11) m.

Fluid properti bahwa konduktivitas pada suhu yang diajukan 25 oC adalah suhu

independen

Tabel 20 Perbandingan antara nilai suhu antara perhitungan dan pengukuran

sumbu m m m m m m m m m m m m

x 0.0 0.0 0.6 4.3 0.0 4.3 4.3 5.5 5.5 1.9 4.3 4.3

z 0.0 1.9 1.5 1.5 -0.2 0.0 1.5 0.0 1.5 1.5 1.5 1.5

y 0.53 0.53 0.53 0.53 0.53 1.7 1.73 1.73 1.73 1.73 1.73 3.39

Hitung Y1.73 28.0 28.0 28.0 28.1 28.0 28.3 28.1 28.2 28.1 28.2 28.1 28.1

Hit Y0.53 28.0 280 28.0 28.1 28.0 28.3 28.1 28.2 28.1 28.2 28.1 28.1

Ukur 23.2 23.2 23.2 27.1 23.5 25.5 26.1 25.5 27.4 25.8 25.9 25.8

Perhitungan sangat dipengaruhi oleh nilai dugaan awal pada batasan yang

diberikan, di mana nilai batas limit awal yang diberikan adalah 25 oC, sesuai

dengan nilai rata -rata pengukuran

Setiap perubahan dalam batas jarak dengan grid 0.1 m telah sangat besar.

Pada pengukuran adalah ketepatan posisi, sedangkan analisis CFD merupakan

perhitungan dengan variabel yang sangat banyak, sehingga nilai pindah panas

110

yang dipengaruhi oleh analisis radiasi satu hari (12 jam) akan berbeda dengan

analisis pada saat itu, posisi juga akan mempengaruhinya. Pada rumus gas ideal

PV = nRT, bila volume dan jumlah massa dalam bangunan tetap maka hanya

tergantung kepada suhu dan tekanan.

Gambar 74 Grafik distribusi perubahan tekanan pada y = 2.98

Bangunan kayu transmigrasi 2 kamar tanpa pemukim

Gambar 75 Grafik distribusi perubahan tekanan pada y = 1 m

Arah vektor kecepatan aliran udara, berwarna hijau muda dengan kecepatan

berkisar kurang dari 1 m, arah dari bagian bawah bangunan berarti tanah lebih

lembab, udara menuju atap. Suhu di bagian tengah bangunan menuju bagian atas

bangunan

111

Tabel 21 Nilai aliran udara di lokasi ilustrasi Gambar 75

Item pada jam 11siang X Y Z Keterangan

Aliran udara ruang min <1 m s-1 1.87 0.25 (biru)

Plafon : Aliran udara (Tr) min =1m s-1 1.02 3 -3.5 Di luar bangunan

Analisis menunjukkan bahwa pada ketinggian y = 3 meter gerakan aliran

udara bergerak menuju plafon yang dilanjutkan pada arah atap dengan prakiraan

1 m s-1 Aliran udara ruang minimum kurang dari 1 m s-1 pada posisi x = 1.02

meter, y = 3 meter, dan z = -3.5 meter di bawah bangunan dan terjadi suhu sekitar

30 °C (warna kuning kehijauan). Pada pintu depan terdapat jalusi dengan warna

biru. Hal ini menunjukkan udara sekitar 28 °C (biru) yang berarti suhu di dalam

hampir sama dengan suhu di luar (belum terjadi pindah panas). Pada bagian

bangunan wuwungan (hijau kekuningan) yang berarti terjadi perbedaan suhu luar

dan dalam. Arsitektur modern sering memanfaatkan attic (para-para) sebagai area

ruang keluarga. Sebagian ruang attic lebih panas dari udara luar dengan perbedaan

berkisar 2 °C. Karyono (2004) menunjukkan batas ambang kenyamanan orang

tinggal sebesar 26.8 °C.

Pada bagian lapisan bangunan dengan ketinggian 1 meter masih

menunjukkan suhu 30 °C yang sama dengan udara luar. Ilustrasi ini dipengaruhi

oleh radiasi lantai ke dalam ruang yang belum dapat menaikkan suhu ruang

bangunan. Dari analisis numerik dan pindah panas sudah ada energi input dari

udara luar yang masuk ruangan tetapi tidak mampu menaikkan suhu ruang itu

sendiri. Perlu didekati lebih lanjut energi yang datang dari lantai yang akan

mempengaruhi suhu ruang (Tr) tetapi belum juga dapat menaikkan suhu ruang.

Pengaruh energi dari intensitas radiasi yang jatuh pada lantai mempengaruhi

bentuk dan besaran besaran jendela kaca yang dibuat. Walaupun jendela dan pintu

yang tertutup, aliran udara dapat masuk melalui jalusi dan atau dari peralatan yang

ada. Arah aliran udara dijabarkan pada arah membujur.

Pengaruh udara luar ke bagian attic yang suhunya lebih dingin akan terjadi

stagnasi udara segar maka diperlukan alat mekanis agar terjadi sirkulasi yang

baik. Dapat juga pembukaan jendela agar terjadi sirkulasi yang baik sesuai dengan

posisi.

112

Gambar 76 Gambar scalar arah sumbu X di tengah ruang bangunan Transmigrasi2 kamar.

Tabel 22. Nilai aliran udara hasil analisis Gambar 76

Lokasi Kecepata aliran udara(ms-1) WarnaLantai <0.222 biruRuangan <0.889 KuningAtap >2 Merah

Tabel 23 Hasil analisis CFD di lokasi Gambar 76

Item pada jam 11siang Suhu X Y Z Keterangan /Ulasan

Suhu ruang (Tr min), sekat 37.3°C 1.87 0.25 biru, suhu 23.3-28.3°C

Suhu ruang (Tr max) sekat 47.7°C 4.4 0.25 (merah)

Suhu ruang (Tr), plafon, min 42.5°C 1.02 3 -3.5 Di luar bangunan

Suhu ruang (Tr), plafon, max > 60°C 4.43 3 2.9 Diatas bangunan (merah)

Analisis ilustrasi Gambar 87 menunjukkan bahwa dapat diperhitungkan

dengan asumsi tekanan maka terjadi perubahan suhu sekitar 2-3 °C yang dapat

mendorong udara untuk terjadi sirkulasi. Aliran udara tetap mengarah ke barat

pada sumbu menembus bangunan. Sirkulasi ini menganjurkan pada perencana /

arsitek untuk melakukan perhitungan seksama pada bagian timur bangunan yaitu

membuat jendela lebih besar pada arah barat dan memecahkan aliran udara

menjadi lebih kecil dibagian timur dengan perhitungan :

113

Menurut Hukum Keseimbangan Energi I, P1V1 = mRT1 yang konstan.

Secara sederhana V1/T1 = V2/T2; dan tekanan yang berbanding terbalik dengan

suhu dan volume. Asumsi maksimum tekanan dalam ruang adalah separuh dari

pertambahan tekanan atmosfer luar dan dalam. Perbedaan ketinggian bangunan

(y) hendaknya ditentukan oleh perbedaan suhu dan tekanan yang terdapat dalam

lingkungan tersebut. Selanjutnya dianjurkan pada arsitek dan perencana untuk

menghitung ketinggian dan/atau lereng atap.

Desain bangunan dengan atap yang curam perlu diimbangi dengan material

penutup atap yang berat seperti genting beton atau keramik. Walaupun

keseimbangan ini perlu memperhatikan tegangan izin dan daya dukung tanah

dalam menahan beban.

a Hal ini perlu diperhatikan bahwa bukan hanya perubahan tekanan yang

dapat mendorong udara keluar tetapi lebih tergantung pada perubahan suhu.

Karena yang dominan adalah pancaran suhu pengaruh radiasi sinar surya.

Tekanan aliran udara tidak mampu menembus dinding bangunan sedangkan

dinding terpanasi sehingga terjadi pembelokan arah aliran pindah panas (A)

dan (B) terjadi aliran udara yang semakin kecil (perubahan warna panah 0.1

m s-1).

b Perhitungan dengan suhu di luar ruangan lebih dari 60 oC adalah pernyataan

suhu surface diatas permukaan atap, untuk x=1 m ; diposisi (x=1, y= 3.24, z

= 2.81) m .

c Aliran udara masuk dari arah barat (-x) dan kecepatan angin sebesar 2 m s-1

di luar bangunan dan di dalam bangunan yang masuk jadi sekitar 0.22 m s-

1. terjadi hambatan pada ujung atap yang bersuhu dingin, atau ada benturan

aliran udara diujung atap sehingga terjadi penurunan suhu mencapai 25 oC;

pengaruh perubahan suhu ini akan mempengaruhi beban angin pada

bangunan.

114

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

Gambar 78 Scalar suhu dan vektor aliran udara (panah), di sumbu z = 2 m,tengah ruang bangunan percobaan 2 kamar.

Dinyatakan dalam konstruksi bangunan oleh ahlinya muatan angin, di mana

daerah yang agak jauh dari laut bertekanan berkisar P = 25 (kg m-2); pada bentuk

atap segitiga dengan sudut kemiringan α < 65 derajat, pada bidang muka koefisien

B

A

B

A

115

angin akan mencapai α = -0.4, dengan rumus ideal PV = mRT dengan

berkurangnya suhu maka tekanan akan membesar, sehingga pada ujung atap di

mana terjadi pengurangan suhu sekitar 30 oC menjadi 25 oC atau perbedaan 5 oC

akan menambah tekanan pada atap bangunan dan tekanan tambahan ini harus

dapat ditanggung oleh atap sebagai beban kejut. Beban ini akan mendorong dan

mempengaruhi sambungan kayu pada konstruksi balok papan 2/20 dimana terjadi

momen pada sambungan. Prakiraan ini tentu akan menjadi menambah nilai dalam

perencanaan bangunan. Pada arah dorongan bila hanya pada satu sisi barat, maka

arah angin belum mempengaruhinya.

Pada dinding tengah/sekat diperoleh hantaran panas dari arah cartesian x,

terjadi hambatan pada aliran udara 2 m s-1 di bagian atap dan dibagian dalam

bangunan tetap sekitar 0.22 m s-1 dan aliran pada bagian pintu dinding tengah

berjalusi terbuka sekitar 0.889 m s-1. Pada posisi dinding tengah suhunya merata

berkisar 30.1 oC. Aliran udara bergerak naik menjadi udara dingin keatas berbaur

dengan udara luar mencapai suhu sekitar 30 oC, ternyata pada sumbu z = 1 m dan

z= 2 m, terjadi tumbukan aliran udara sehingga udara aliran dapat mencapai

sekitar suhu 30 oC, maka kenyamanan kurang dinginkan.

Posisi suhu maksimum di x, y, z = 3; 3.15; 2.52 dan minimum di 3; 3.15;

0.055 m, hambatan yang terjadi dinding muka menyebabkan suhu dalam

bangunan sekitar 29 oC atau 1 oC lebih rendah dari udara lingkungan walaupun

aliran udara cukup kencang sekitar 2 m s-1.

Geseran udara pada tepian dinding muka menyebabkan tekanan dan suhu

menjadi lebih dingin. Prakiraan ini dapat mencapai 21 oC maka dapat

diperhitungkan nilai tekanan geseran yang terjadi atau P1/T1 = P2/T2 atau

geseran berubah menjadi 0.7 kali dari tekanan semula.

116

a. Tinggi Y=0.1m b. tinggi Y=0.66 m .

c. tinggi Y = 2 m

Gambar 79 Ilustrasi perubahan suhu karena kecepatan aliran udara menurutketinggian

Bila penampang 2/20 maka beban tegak lurus arah serat kayu menjadi

Wx=1/6 b.h2 atau 133 kg cm-2 dan cukup menahan tekanan yang terjadi oleh

angin. Dari ilustrasi diatas adanya terjadi perputaran suhu terjadi ditengah

ruangan untuk jarak z = 1 dan z =2 m, tetapi juga dipengaruhi oleh aliran yang

masuk dari bidang Z , aliran udara 1 m s-1 cukup memadai dalam bangunan untuk

orang yang tinggal dalam bangunan itu.

Pada bagian bawah bangunan ada udara mengalir dari bagian ruangan

keluar ke lingkungan berarti tekanan di dalam lebih besar, maka perlu ditinjau

dari proses penjabaran tekanan dan akan dibahas pada perubahan tekanan.

Hasil dapat terlihat pada banyak titik dengan suhu lebih rendah dari suhu

luar, bila dituangkan dalam bentuk grafik seperti Gambar 80.

117

Gambar 80 Ilustrasi perbedaan suhu di sumbu x, menurut ketinggian bangunan

Grafik ini.pemetaan hasil menunjukkan bahwa bagian bawah dari bangunan

masih mempunyai suhu dibawah standart yang digunakan oleh Harso (2003) atau

suhu kenyamanan 26.8 oC, dan suhu tidak merata. Dengan perbedaan suhu dan

tekanan maka udara akan lebih bergejolak.

Rumah pemukiman dengan tatanan 3 buah kamar

Rumah ini menunjukkan penambahan ruangan kamar ke tiga, dibagian

belakang menjadi bangunan tambahan. Perubahan–perubahan lingkungan yang

terjadi dalam bangunan dengan tiga kamar disajikan pada Gambar-Gambar

dibawah ini.

Gambar 81 Ilustrasi perubahan suhu pada rumah transmigrasi 3 kamar

118

Perubahan suhu berfluktuasi dari 24 oC hingga 34 oC dan menjadi bagian

yang terdingin adalah diruang tamu bagian belakang dan yang terpanas dibagian

sisi kiri yang terkena sinar matahari.

Gambar 82 Ilustrasi perubahan tekanan pada rumah transmigrasi 3 kamar

Perubahan tekanan terrendah terjadi dekat dengan lantai dan dekat dengan

sekat ruang kamar tidur diperoleh tekanan hisapan dengan nilai negatif,

sedangkan untuk ketinggian tubuh orang tersebut mendekati tekanan udara luar.

Laju panas yang diterima pada sisi kanan bangunan pada sisi kanan

Gambar 83 Ilustrasi perubahan magnitude heat flux rumah transmigrasi 3 kamar

119

Gambar 84 Ilustrasi perubahan kecepatan aliran udara arah memanjang sumbu x=3 m rumah transmigrasi 3 kamar

Di bagian dalam bangunan hampir merata dan sisi terluar menunjukkan

perubahan yang cukup berbeda

Gambar 85 Ilustrasi perubahan kecepatan aliran udara arah memanjang Z rumahtransmigrasi 3 kamar

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

120

Gambar 87 Ilustrasi perubahan kecepatan aliran udara menyeluruh rumahtransmigrasi 3 kamar

Gambar diatas menunjukkan kecepatan aliran udara semakin jauh dari

permukaan tanah ternyata kecepatan aliran udara semakin rendah/ hingga tercapai

0.1 m s-1.

Tabel 24 Perubahan suhu minimum dan maksimum menggunakan CFD rumah

kayu

Item x z Tr minim X z Tr MaksiJarak m m oC m m oC0.5 -0.33 3.6 25 luar 0.088 4.91 153 luar1 -0.59 3.6 25 luar 0.088 4.91 149 luar2 1.41 -2.7 25 luar 0.088 4.91 145 luar3 1.41 -2.7 25 luar 2.5 5.2 178 luar

Analisis Bangunan Atap Rangkap (Kode RTG 8 Atap rangkap 300911)

Hasil pendekatan analisis CFD diperoleh kondisi yang terbaik pada

beberapa titik pengamatan lihat dari table 8 hingga Tabel 12 menunjukkan

bangunan dengan atap rangkap dapat merubah suhu karena pengaruh aliran, dan

diberikan naungan pepohonan dan elemen bangunan dinding yang terbagi sesuai

tata letak bangunan. Hasil yang diperoleh di ilustrasikan di Gambar ini.

121

1 Hubungan suhu ruang dengan kecepatan aliran udara dan Alir pada MHF

a) Ketinggian 0.5 m b) Ketinggian 1m

c) Ketinggian 2 m d) Ketinggian 3 m

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

122

Tabel 25 Hubungan suhu ruang dengan kecepatan aliran udara pada MHF

Item x z Tr minim X z Tr MaksiJarak m m oC m m oC0.5 -0.33 3.6 25 luar 0.088 4.91 153 luar1 -0.59 3.6 25 luar 0.088 4.91 149 luar2 1.41 -2.7 25 luar 0.088 4.91 145 luar3 1.41 -2.7 25 luar 2.5 5.2 178 luar

Hasil pada ketinggian 0.5 m hingga 1 m, suhu diruang tamu mencapai 25.7-

26.8 oC jadi termasuk pada kategori suhu yang nyaman sedang di ruang tidur bisa

mencapai 27.8-32.2oC , berarti sudah tak nyaman dan perlu dikendalikan dengan

cara membuka jendela dan jalusi. Pada ketinggian ruang 2 m dan 3 m sebagian

lokasi masih nyaman tetapi ruang tidur memang sudah panas. Perubahan suhu

berkisar 4oC hingga 5oC.

Pencapaian puncak untuk titik terpanas dan terdingin, lihat pada tabel diatas

yang menunjukkan semua kondisi tersebut diluar bangunan.

2 Hubungan antara kecepatan aliran udara pada magnifican heat flux (MHF).

Tabel 26 Hubungan kecepatan aliran udara pada MHF

Item x z Alir x z AlirJarak m m m/s Minim m m m/s MaksiY0.5m -0.34 3.6 0 luar -1.5 7.15 3.31 luarY1m -0.34 3.6 0 Dalam -1.5 7.15 3.31 luarY2m -0.93 5.15 0 Luar 0.99 9.15 3.3 luarY3m -0.34 3.6 0 Luar 9.4 7.15 3.3 luar

Hasil pada ketinggian 0.5 m hingga 1 m, suhu diruang tamu mencapai 0.287

m s-1 hingga 0.364 m s-1 jadi termasuk pada beberapa lokasi termasuk kategori

aliran udara yang nyaman sedang di ruang tidur bisa mencapai 0.12 m s-1 hingga

0.296 m s-1, dilihat dari warna kontur ungu berarti sudah tak nyaman dan perlu

dikendalikan dengan cara membuka jendela dan jalusi. Pada ketinggian ruang 2 m

dan 3 m sebagian lokasi masih nyaman tetapi ruang tidur memang sudah panas.

123

Energi yang perlu dibuang adalah Q = m Cp dT dan nilai berkisar 5 kcal s-1

oleh aliran udara. Pencapaian puncak untuk titik terpanas dan terdingin, lihat pada

tabel diatas yang menunjukkan semua kondisi tersebut diluar bangunan.

a) Ketinggian 0.5 m b) Ketinggian 1 m

c) Ketinggian 2 m d) ketinggian 3 m

Gambar 89 Ilustrasi tampak atas hubungan kecepatan aliran udara danMHF

124

3 Hubungan PMV dan kecepatan aliran udara dapat dilihat dibawah ini

Tabel 27 Hubungan rasa kenyamanan (PMV) dan kecepatan aliran udara

Item x z PMV x z PMVJarak m m Minim m m MaksiY0.5m 2.5 -0.83 -4 luar 0.34 4.9 >4 luarY1m 2.5 -0.83 -4 luar 0.34 4.9 >4 luarY2m 2.5 -0.83 -4 luar 2.87 5.3 >4 luarY3m 2.5 -0.83 -4 luar 2.87 5.22 >4 luar

a) Ketinggian 0.5 m b) Ketinggian 1 m

c) Ketinggian 2 m d) Ketinggian 3 m

Gambar 90 Ilustrasi tampak atas hubungan kecepatan aliran udara danPMV

125

Menurut Settles G. 2011. Ada hubungan antara PMV dan kecepatan aliran

udara, hasil pada ketinggian 0.5 m hingga 1 m, suhu diruang tamu mencapai 0.287

m s-1 hingga 0.364 m s-1 jadi termasuk pada beberapa lokasi termasuk kategori

aliran udara yang nyaman sedang di ruang tidur bisa mencapai 1.8 (non dimensi),

dilihat dari warna hingga hijau pada kontur, berarti sudah tak nyaman dan perlu

dikendalikan dengan cara membuka jendela dan jalusi. Pada ketinggian ruang 2 m

dan 3 m sebagian lokasi masih nyaman tetapi ruang tidur memang sudah panas.

Penambahan aliran perlu diperhitungkan juga dari energi yang dihasilkan

bila menggunakan rumus Q = m Cp dT maka perubahan masa udara harus sesuai

dengan kecepatan aliran yang mana juga nilainya kecil jadi kurang memadai, bila

ingin dingin mempercepat pergerakan aliran udara sehingga uap air pada

permukaan kulit dengan mudah dapat teruapkan. Pencapaian puncak untuk titik

terpanas dan terdingin, lihat pada tabel diatas yang menunjukkan semua kondisi

tersebut diluar bangunan.

4 Hubungan antara rasa kepuasan (PPD) dan kecepatan aliran udara

Tabel 28 Hubungan rasa kepuasan (PPD) dan kecepatan aliran udara

Item x z PPD x z PPD

Jarak m m Minim m m Maksi

Y0.5m 2.49 -0.82 0 Luar 0.305 4.91 100 Luar

Y1m 2.49 -0.82 0 Luar 0.305 4.91 100 Luar

Y2m 2.49 -0.82 0 Luar 0.0002 3.05 100 Luar

Y3m 2.49 -0.82 0 Luar -1.14 5.15 100 Luar

126

5 Hubungan viskositas dan magnifican mass flux dapat dilihat dibawah ini

Tabel 29 Hubungan viskositas dan magnifican mass flux

Item x z Vis x z Vis

Jarak m m Minim m m Maksi

Y0.5m 1.41 -2.66 1.84E-5 Luar 0.09 4.91 2.35E-5 luar

Y1m 1.41 -2.66 1.84E-5 Luar 0.09 4.91 2.35E-5 luar

Y2m 1.41 -2.66 1.84E-5 luar 0.09 4.91 2.35E-5 luar

Y3m 1.41 -2.66 1.84E-5 luar 0.09 4.91 2.35E-5 luar

6 Hubungan suhu radian terhadap magnifican heat flux

Tabel 30 Hubungan suhu radian terhadap magnifican heat flux

Item x z Trad x z Trad

Jarak m m Minim m m Maksi

Y0.5m -0.34 3.6 25 luar 0.09 4.91 153 luar

Y1m -0.58 3.6 25 luar 0.09 4.91 149 luar

Y2m 0.76 -0.82 26.1 luar 0.09 4.91 145 luar

Y3m 0.09 -0.82 26 luar 2.87 5.22 127 luar

127

Tabel 31 Ringkasan analisis CFD untuk berbagai bentuk rumah kayu

Z X Y T jm 12 T jm 13 TR CFD ZV YV XV AliranKerapatan Tekanan Visko Turbv

BedaSuhu Error

Energy

cm cm cm o C o C o C m/s m/s m/s m/s kg/3 Pa N s/ m^2 N s/ m^2 o C %

Atap 2 216.0 135.0 191.7 30.4 30.8 26.6 0.1 -0.3 -0.1 0.6 1.2 1.5 0.0 0.0 4.2 13.6 3.7Kayu K 132.1 165.7 156.9 29.6 30.1 28.4 0.1 -0.1 0.1 0.6 1.2 3.0 0.0 0.0 1.2 3.7 1.4

Kέ 69.1 189.3 141.4 28.5 29.2 34.3 0.9 -0.4 -0.2 1.4 1.1 0.2 0.0 0.0 -5.8 -20.5 -3.2Lantai 69.1 189.3 141.4 28.5 29.2 33.2 0.9 -0.4 -0.2 1.4 1.2 -0.2 0.0 0.0 -4.7 -16.8 -2.6

Pangung 131.5 188.7 120.5 30.7 31.9 28.1 0.1 0.0 0.0 0.4 1.2 0.0 0.0 0.0 2.5 7.1 1.0Pohon 286.5 120.5 202.9 30.7 31.1 31.7 0.0 0.0 -1.2 0.3 1.2 1.2 0.0 0.0 -1.0 -3.4 -0.1

½ Tmbk 69.1 189.3 141.4 28.2 29.9 29.9 0.7 -0.3 -0.1 1.5 1.1 1.4 0.0 0.0 -1.6 -5.9Tembok 69.1 189.3 141.4 29.9 28.8 30.5 0.7 -0.2 -0.2 1.2 1.2 0.5 0.0 0.0 -0.6 -6.2 -1.1

Catatan : Hasil diatas menunjukkan rata-rata yang terjadi dalam bangunan kayu dengan kelima bentuk diatas berkisar 28,2oC

dengan suhu awal 25 oC pada jam 6 pagi hingga 34.3oC pada siang hari dengan suhu 28oC.

128

Dari ilustrasi Tabel 31 dapat digambarkan perbedaan suhu di luar dan dalam

bangunan.

a. rumah kayu pada atap rangkap b. rumah + lantai kayu

c. rumah kayu + lantai mortar d. rumah panggung kayu

Gambar 91 Ilustrasi di atas perbedaan suhu yang bisa dicapai untuk masing-masingbentuk rumah.

Kesimpulan dan Saran.

Kesimpulan

1 Dalam perasaaan sensasi manusia terhadap termal dinyatakan oleh Fanger

dengan angka, nilai yang terjadi pada pemukim rumah kayu sekitar diatas

satu, berarti rumus Fanger berlaku untuk bangunan kayu ini.

2 Di Bogor pada sekitar waktu penelitian mempunyai suhu awal 30 °C dengan

suhu operasi 27.5°C. Penggunaan rumus Fanger berdasarkan nilai suhu juga

dapat diterapkan ditempat lain dengan batas suhu yang sama yaitu 28- 30oC.

129

3 Hasil analisis Peng Chen (2002), mengenai metabolisme tubuh manusia,

yang dapat dihitung pada suhu ruang 30 oC pada pagi hari antara jam 7

hingga jam 10, dapat dinyatakan bahwa nilai laju yang tersimpan dalam

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

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

W m-2.

4 Intensitas radiasi masuk dalam bangunan berkisar 300 W m2 s-1 hingga 500

W m-2 s-1 dan ini menjadi tumpuan untuk analisis laju pindah panas yang

terjadi dalam ruang bangunan pada bagian Bab 3 dan pendugaan untuk

tahap pendinginan lanjut.

5 Metabolisme tubuh dalam keadaan berpakaian adalah sekitar 57.9 W.m-2.

Nilai kenyamanan yang diperoleh (PMV) adalah 1.17 ukuran tingkat

kepuasan PPD 34%. Aliran udara yang terjadi dari 0.1-1.2 m s-1, Panas

evaporasi tubuh manusia dalam ruang bangunan berkisar 27.3 W m-2.

6 Laju konveksi yang perlu dihilangkan adalah dari Tabel 22 menghasilkan

laju berkisar antara 6.1- 44.3 W m-2 yang perlu dihilangkan. Dan dari

metabolism mencapai 57.9 W m-2.

Ilustrasi dilantai bangunan arah isometri, denah dan tampak muka

bangunan dilihat dari penampakan dari sisi Cartesian X,Y,Z, seperti terlihat

1 Pada gambar ilustrasi 62 sampai dengan gambar 67, menunjukkan

parameter terhitung s.

2 Analisis distribusi suhu, magnificent flux radiasi surya, kecepatan angin,

arah angin, tekanan udara , lebih detil tertera pada lampiran 14 hingga 21.

3 Didalam Rumah Petani di Pedesaan, rasa sesnsasi manusia terhadap termal

dinyatakan angka Fanger, hasil menunjukkan pada pemukim rumah kayu

sekitar diatas satu, maka kondisi bagnunan kayu ini hangat.

4 Aliran masuk ruangan dengan kecepatan aliran sekitar 0.1-12 m s-1

dipadukan dengan pengukuran BMG 0.15 m s-1 ternyata tidak ada di dalam

kurva Cheung, sudah pasti tidak akan memberikan kenyamanan bagi orang

yang tinggal dalam bangunan tersebut sebab suhu mencapai 30 °C.

5 Kelembaban berkisar 80% pada siang hari. Kondisi ini akan membuat

pemukim merasa kepanasan meskipun dinding kayu adalah konduktor yang

130

baik tetapi aliran pergantian udara per satuan waktu (arch) yang diperlukan

adalah empat kali per jam sudah terpenuhi, tetapi perembesan uap air di

permukaan kulit pemukim masih ada.Hal ini petani transmigran yang

tinggal di daerah yang lebih panas dari Bogor dan kelembaban yang rendah

untuk pemukim tersebut mengalami penguapan permukaan kulit yang cukup

banyak.

6 Ditambah dengan petani yang bekerja keras di lapangan dengan intensitas

radiasi matahari yang sangat tinggi terjadi pembakaran metabolism tubuh

yang berlebihan. Mikro-klimat ini menyebabkan kelelahan maka pada saat

istirahat perlu keseimbangan antara makanan dan metabolisme yang terjadi,

naungan dapat ditambahkan untuk pembukaan facade di teras agar

memberikan hambatan pada sinar surya yang dating dan emisi yang rendah

pada bangunan tersebut. Kebutuhan aliran udara ini mengimbangi terjadinya

penguapan pada permukaan kulit.

7 Kaitan dengan Ecohouse untuk mengetahui dan menjelaskan pindah panas

pada rumah percobaan konstruksi kayu untuk perencanaan bangunan Eco-

house sesuai kaidah SNI dengan metoda finite difference diperoleh satu

bidang Cartesian yaitu perubahan antara sumbu x untuk waktu dan sumbu y

untuk besaran yang diperlukan, seperti suhu atap menjadi 60 oC .

8 Analisis termal secara finite volume menggunakan software CFD , pindah

panas pada model selubung rumah percobaan konstruksi kayu untuk

perencanaan bangunan Eco-house dalam model bangunan rumah percobaan

pada bab satu dengan luas lantai 6 x 3 meter dengan berbagai bentuk seperti

rumah kayu dengan lantai mortar, panggung , rumah beratap rangkap

ternyata rumah beratap rangkap yang sangat memberikan kenyamanan.

9 Boundary condition dibuat sesuai hasil pengukuran dan berdasarkan

perlakuan sifat dinamika udara, hantaran panas, massa, dan kecepatan aliran

udara pada saat pengukuran.

10 Analisis termal pada kondisi yang dinamis dalam rancangan model di atas

dan validasi model ini diilustrasikan pada bangunan rumah transmigran

yang sesuai dengan bangunan percobaan, sehingga manfaat program CFD

cukup besar dan dapat digunakan lebih baik dan cepat.

131

11 Hasil ilustrasi menjadi dasar perencanaan model bangunan yang dapat

dijadikan pertimbangan untuk instansi yang berwewenang , dimana

rancangan nya terlebih dahulu diperhitungkan dengan CFD agar memenuhi

syarat kenyamanan pemukim dan pindah panas pada rumah konstruksi kayu

untuk perencanaan Eco-house sesuai kaidah SNI

Saran :

1 Disarankan untuk mengkaji lebih lanjut energi dari pergerakan aliran udara

yang dibutuhkan oleh para petani agar metabolisme tubuh petani yang

bekerja keras dapat diimbangi sehingga kenyamanan dapat tercapai, dengan

membuat alat pendinginan mekanis tapi murah.

2 Nilai metabolism sangat dipengaruhi oleh psikologi dan proses

kemasyarakatan yang semula dan akan berubah berdasarkan habituasi. Hal

ini masalah sosial daerah, maka perlu perbaikan tata guna lahan

perkampungan petani dengan cara memberi naungan yang padat untuk

memperoleh suhu sesuai kebutuhan petani.

3 Hubungan antara pemakaian energi untuk kehidupan orang Indonesia,

negeri tropis berbeda dengan subtropics, maka perlu suatu disain yang

menghitung jumlah metabolisme kegiatan masing-masing kegiatan dengan

karakteristik orang Indonesia.