132

BAB IVRANCANGAN MODEL KENYAMANAN

Pendahuluan

Universitas Surakarta telah mensurvei bahwa karakteristik perumahan di

golongan pendapatan menengah ke bawah berpengaruh terhadap faktor-faktor

sosial dan ekonomi. Kasus khusus pada orang-orang dari Kerajaan Surakarta yang

sangat signifikan menunjukkan bahwa orang-orang yang rendah pendapatan

ekonomi, yang tidak berpendidikan, dan belum bersosialisasi, anggota dalam

keluarga yang besar akan meningkatkan pembangunan non real, tapi tidak termasuk

usia orang (Prasetyo 2009).

Thailand adalah negara tropis yang dipengaruhi suhu dan humidity menjadi 5

zona, sedangkan Indonesia termasuk Zona B dan Zona C yang merupakan daerah

panas dan lembab, yang wilayahnya dengan kecepatan angin dan kelembaban yang

tinggi sehingga akan membutuhkan dehumidifier. Suatu pengendalian lingkungan

yang dinamis diperlukan untuk mendapatkan energi yang efektif dan efisien dari

sumber daya alam dan air untuk eko-rumah iklim mikro. Hal Ini akan menjadi

tantangan dalam mengendalikan pemanfaatan energi fosil dan air untuk

perencanaan siklus-hidup sehingga energi menjadi lebih ekonomis. Pengamatan

selama bulan panas di Bangkok AIT di 4o Lintang Utara dan 130.3o Bujur Timur

menghasilkan kondisi langit dan awan cerah (Soonthorn dan UNEP 2003).

Menurut aspek ekologi kebutuhan mata pencaharian diperlukan

keseimbangan antara perumahan dan lingkungan iklim mikro. Ide dasar dalam

upaya untuk melaksanakan konservasi lingkungan adalah reaksi terhadap

pengelolaan lingkungan hidup dalam simulasi perumahan nyaman. Aliran udara di

sekitar bangunan, ventilasi alami dan kenyamanan termal merupakan topik yang

terkait erat. Indoor kenyamanan termal pada bangunan berventilasi alami dalam

konteks hangat sebagian tergantung pada efisiensi ventilasi alami yang

meningkatkan gerak udara di atas kulit dan menghasilkan sensasi dingin. Selain itu,

ventilasi alami tergantung pada distribusi tekanan di sekitar gedung yang dihasilkan

oleh interaksi angin dengan bangunan itu sendiri dan hambatan bangunan tetangga.

Oleh karena itu, geometri bangunan merupakan elemen penting yang

133

mempengaruhi banyak aspek bangunan iklim seperti aliran udara di sekitar gedung

yang berpotensi untuk ventilasi alami dan kenyamanan interior.

Tujuan penelitian adalah mempelajari teknik pendinginan dalam bangunan

agar mencapai kenyamanan tinggal dalam bangunan.

Tinjauan Pustaka

Kenyamanan

Variabel yang mempengaruhi kenyamanan adalah suhu udara, suhu radiant

permukaan di sekeliling bangunan, kecepatan aliran udara, dan kelembaban relatif.

John Spears dalam Marc Boem (2006), menyajikan Tabel 17 kenyamanan pada

suhu dalam batasan sekitar 22.5-32.5 oC, dikaitkan dengan kelembaban (Rh) dan

kecepatan aliran udara.

Tabel 32 Hubungan temperatur, kelembaban, dan kecepatan aliran untukkenyamanan PMV (Harimi 2001)

Temperature

(°C)RH (%) Kecepatan Aliran (m s-1)

22.5 45 0.01

22.5 80 1.27

22.5 80 0.01

26.7 20 0.01

26.7 45 2.54

Prasyarat pendinginan alami dapat dilihat suhu lebih tinggi mungkin diterima

bila RH rendah dan kecepatan udara lebih tinggi. Ada variasi dari anggapan

manusia dalam selubung kenyamanan menurut ASHRAE, terbatas pada 0.8128 m s-

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

Eropa dengan RH 70%, bila bangunan dikendalikan dari ASHRAE maksimum titik

embun pada 16.5 °C yang dirangkaikan dengan kandungan uap air udara atau 16.5

°C dengan kelembaban 70% pada suhu 22.2 °C dan kelembaban di bawah 70%

untuk mencegah pertumbuhan jamur. Penukaran suhu radiant di antara manusia dan

sekelilingnya sangat mempengaruhi kenyamanan. Sekeliling orang dengan

permukaan lebih dingin daripada suhu udara akan menambah nyaman. Hal ini dapat

134

dicapai dengan mendinginkan panel radiant yaitu dengan dinding/lantai/langit-

langit pejal yang sejuk dengan beberapa kondisi di bawah suhu lingkungan

pemukim.

Bangunan didinginkan terutama untuk kenyamanan manusia. Batasan orang

sebenarnya untuk mengartikan sebagai enak berdasarkan pada kebudayaan dan

pakaian, sesuai percobaan ilmiah dengan kondisi manusia. Pendinginan bertugas

untuk pernyataan penolakan panas di permukaan kulit tubuh, penolakan panas

tubuh dengan penguapan (keringat), konveksi (dari pindahnya udara), dan radiasi

kependinginan permukaan untuk membedakan cara pendinginan lingkungan dan

pendinginan pemukim dalam bangunan yang secara langsung. Kipas di plafon

sebagai contoh, bangunan tidak memperoleh pendinginan dengan cara

mengoperasikan kipas tapi sebenarnya suhu jadi naik karena panas motor, tetapi

efek dari pergerakan udara menyatakan suatu pendinginan atau tolakan panas dari

manusia.

Bangunan didinginkan terutama untuk meningkatkan kenyamanan manusia.

Ada beberapa orang yang mendefinisikan sebagai nyaman, berdasarkan ekspektasi

budaya dan pakaian, serta beberapa pengujian ilmiah yang ketat dari subyek

manusia. Dalam kasus pendinginan, tugas ini adalah untuk mempromosikan

penolakan panas pada permukaan kulit. Tubuh menolak panas oleh penguapan

(keringat), konveksi (dari udara yang bergerak), dan radiasi permukaan lebih

dingin. Ini berguna untuk membedakan antara strategi yang mendinginkan

bangunan dan strategi yang mendinginkan seseorang secara langsung. Sebuah kipas

langit-langit yang beroperasi adalah contoh yang terakhir bangunan tidak bisa

dingin (pada kenyataannya suhu meningkat karena panas limbah motor), tetapi efek

dari udara yang bergerak adalah untuk mempromosikan penolakan panas manusia.

Variabel-variabel yang mempengaruhi kenyamanan adalah suhu udara, suhu radiasi

dari permukaan sekitarnya, kecepatan udara, dan kelembaban relatif.

Persyaratan ventilasi untuk bangunan lokal yang diprakarsai oleh Departemen

Bangunan (BD), Pemerintah Hong Kong Daerah Administratif Khusus (Hong Kong

SAR). Disarankan bahwa aliran udara dalam ruangan harus dipelajari hati-hati

untuk mengembangkan kode berkaitan dengan persyaratan ventilasi untuk

bangunan. Kecepatan udara lokal dan turbulensi berpengaruh terhadap kenyamanan

135

termal merupakan faktor kunci dalam menentukan kriteria untuk memberikan

ventilasi yang lebih baik. Korelasi hubungan antara parameter disain tombol

makroskopik dan indeks kenyamanan termal dimana berasal. Selain itu,

mempertimbangkan penerapan Komputasi Dinamika Fluida (CFD) karena ini

teknologi lebih layak dan relatif lebih murah daripada metode lain untuk menduga

kenyamanan dimana penggunaan CFD untuk mempelajari alam ventilasi di sebuah

flat kecil (Peng Chen 2001).

Psikrometri

Definisi hubungan antara suhu bola lampu kering (Tdb) dan suhu bola lampu

basah (Twb) di mana suhu mencapai pada tabung cairan tertutup oleh sumbu dan

dipindahkan oleh pergerakan aliran udara dengan penguapan pada sumbu yang

mengambil energi, sehingga menjadi lembab terjadi keseimbangan, kecuali RH =

100%. Penguapan terjadi pada suhu bola basah (Twb), Titik embun ditentukan oleh

udara basah bila mencapai RH 100% dan mengembun. Pendinginan udara

sederhana lebih jauh adalah hasil dari uap air terpadatkan keluar sebagai cairan atau

dehumidifikasi. Udara 25 °C (Tdb) dan RH 50% mempunyai titik embun yang

sama dengan udara 35 °C dan RH 30%, keduanya mempunyai kondisi uap air yang

sama atau nisbah kelengasan (H), yang dipertimbangkan dengan butiran uap air

perkilogram udara kering (7000 butir = 0.45 kg). Rasio kelembaban relatif (RH) di

ditentukan pada udara yang mempunyai kandungan uap air maksimum dan udara

itu jenuh didefinisikan sebagai RH 100%. Udara kering mampu menambah uap air

bila suhu itu naik, maka pemanasan pada kelembaban yang rendah dan pendinginan

ini akan menaikkan RH. Bila udara ini didinginkan menjadi RH 100%, maka suhu

udara ini akan menuju titik embun dari suhu awal atau kondisi kelembaban.

Persyaratan Ventilasi

Umumnya, orang membutuhkan jumlah minimum oksigen untuk

kelangsungan hidup. Namun, karbon dioksida dihasilkan akan menyebabkan

sensasi stuffness 'Udara buruk'. Oleh karena itu baik deplesi oksigen dan akumulasi

karbon dioksida harus dipertimbangkan. Selanjutnya, dokter akan lebih suka udara

lebih segar untuk meminimalkan penyebaran penyakit, terutama di kondisi ramai.

Efek termal, baik suhu dan kelembaban akan mempengaruhi sensasi manusia di

136

ruang ventilasi. Setelah review terbaru Janssen [20], tingkat ventilasi minimum

adalah bekerja keluar berdasarkan kebutuhan fisiologis dan faktor kenyamanan.

Nilai berkisar dari minimal 4 cfm (2 l s-1) per orang untuk pertama kalinya estimasi

yang dibuat dalam sejarah oleh Tredgold tahun 1836, maksimum 30 cfm (14 l s-1)

per orang, maka 15 cfm (7.5 l s-1) di ASHRAE standar 62 -1989 [21]. Setelah

merilis Standar ASHRAE 62-1989, banyak argumen muncul pada tingkat ventilasi,

khususnya di daerah merokok. Standar ini ditarik untuk beberapa waktu untuk

review lebih lanjut. Sebuah revisi yang diusulkan pada tahun 1996 di Standar 62R.

Sebuah addendum dengan tingkat ventilasi lebih rendah untuk sebagian ruang

adalah usulan yang akan melalui tinjauan umum. Banyak usaha (misalnya yang

dikaji oleh Sherman [23]) mempelajari persyaratan ventilasi dalam bangunan

komersial luar negeri. Telah ada konflik antara kebutuhan udara segar dan terkait

penggunaan energi pada panas atau pendingin dari udara luar yang segar. Ventilasi

pada bangunan perumahan tidak begitu banyak dipelajari sebagai pada bangunan

komersial. Sebuah alasan utama adalah karena membuka jendela dipercaya untuk

memberikan ventilasi yang memadai. Namun, dengan gaya hidup yang baru dalam

menggunakan ventilasi lebih banyak udara segar yang diperlukan untuk menipiskan

polutan dalam ruangan seperti volatile senyawa organik. Jadi, yang ada persyaratan

ventilasi untuk bangunan perumahan harus ditinjau (Wang 2000).

Ada dua parameter kunci ditentukan dalam sebagian besar standar dan

panduan disain untuk membangun ventilasi bahwa perubahan jumlah udara

meningkat sesuai dengan tingkat ventilasi. Baik parameter berasal dari total

ventilasi laju aliran udara melalui lubang Q (m3 s-1). Jumlah laju perubahan udara

NACH (dalam jumlah perubahan udara per jam) ditentukan dari Q dan volume ruang

V (dalam m3) pada sebuah kamar

…………………………….………..(79)

LajuVentilasi

Tingkat ventilasi VR (di m3 s-1 m-2) dinyatakan dalam Q dan luas lantai ruang

Aroom (m2) pada sebuah kamar

………………………………………..………(80)

VR dapat dinyatakan dalam m3/ jam. m-2 sebagai: (3)

137

……………………………………….……… (81)

VR ditetapkan dalam standar biasanya ditentukan dari kepadatan hunian

nominal dan emisi karbon dioksida dari manusia

Manfaat Ventilasi untuk Kesehatan dan Kenyamanan

Pergerakkan udara untuk pendinginan badan atau pemanasan udara dalam

struktur bangunan akibat pergerakkan aliran udara yang dapat menghilangkan

panas pada ruang lokasi tempat duduk, menunjukkan tekanan lebih tinggi dari

tekanan luar atau atmosfer. Percobaan Leeward tekanan dipermukaan dinding lebih

kecil bila dibandingkan dengan tekanan udara di titik dari lubang pemasukan angin

itu. Pada permukaan dinding sisi luar menunjukkan tekanan negatif pada lubang

pemasukan angin dan tekanan yang positif pada sisi yang arah asal angin

dibandingkan tekanan positif pada ujung sisi dinding yang lain pada arah asal angin

paksa. Ventilasi menyilang terjadi ketika suatu tegangan berbeda antara permukaan

bagian luar tempat bangunan dan di dalam permukaan dinding yang berbeda atau

yang sama. Perbedaan tegangan ini menyebabkan udara mengalir dari inlet ke

outlet bangunan yang ditempati mempunyai tekanan yang lebih rendah. Bahkan

ketika pengukuran beda tegangan antara kedua lobang titik pengukuran mendekati

nol, tetap aliran udara dalam lingkungan masih terjadi sebagai hasil gaya dalam

sepanjang gerakan angin ketika memasuki jendela karena tingginya setiap jendela

(Ernest 1998). Aliran udara alami di dalam bangunan adalah suatu kombinasi akibat

efek kedua-duanya karena pindah panas dan kekuatan angin. Aliran udara ini

dideferensiasikan untuk pindah panas dan tekanan udara yang keduanya tidak

melebihi 40% dari hasil aliran udara paksa angin di jendela (Gambar 92).

138

Gambar 92 Contoh percobaan untuk menentukan geometri dalam bangunan (Wang2002)

Pendinginan Mekanis Cara Konvensional Menggunakan Pemampatan Uap Air

Sistim pendinginan konvensional, udara melewati daerah penempatan

pemukiman melalui suatu coil pendinginan. Temperatur udara turun untuk

mencapai titik embun. Sebagian dari uap air di udara mulai mengembun di coil dan

menetes sebagai embun. Udara melanjutkan penyegaran dingin sepanjang kurva

pengembunan jenuh, berarti dekat RH 100% dan ini khas di sekitar 15 °C Tdb.

Kedua panas yaitu panas sensible pendinginan terukur dari suhu, dan panas

laten pendinginan (pemindahan uap air) telah terjadi dan menjadi udara campuran

dalam udara ruangan dan dipanaskan menjadi 25 °C, dan jadi RH 45%. Udara

ruangan digantikan oleh pendinginan dari pengeringan udara sehingga ruangan

keduanya dingin dan dehumidifikasi. Pendinginan dinyatakan dalam ton refrigrant

(3.52 kwh). Satu ton pendingin menghantarkan laju aliran udara kira-kira 11.33

meter kubik per menit mendinginkan udara pada 16.5 °C Tdb daripada 12.8 °C

Tdb. Hal ini akan mengambil secara ganda laju aliran udara yang menghantarkan

satu ton pendinginan.

Sistem semua versi mekanis pendinginan menggunakan kompresi uap air.

Kondisi udara ruangan konvensional termasuk kompresor, penghembus, coil

pendinginan dan coil untuk menolak panas jadi satu . Unit ini digabungkan pada

satu nilai kualitas termasuk kebisingan dan efisiensi untuk keuntungan dengan

harga rendah. Lorong pendinginan dari mini-split udara punya satuan terminal

berisi coil pendinginan dan kipas udara menjadikan udara permukaan dingin, dan

unit luar yang memisahkan dan menolak panas dari kompresor. Hal ini lebih efisien

daripada AC ruangan dan unit terminal dapat dilokasikan di dinding bagian dalam

139

atau langit-langit. Sistem pendinginan split meletakkan coil dan penghembus

bersamaan secara sentral dari udara yang disediakan dan udara permukaan kembali

lagi menjadi dingin. Kompresor, coil pendinginan dan kipas diletakkan di luar

rumah. Sistem ini merupakan yang umum digunakan di daerah perumahan kota.

Sistem ini dapat quieter dan lebih efisien daripada sistem di atas. Teknologi yang

mempersatukan variabel kecepatan kipas dan multi kecepatan dari kompresor jadi

lebih baik pada bermacam-macam muatan dan efisiensi akan bertambah.

Sistem bubungan atap memberikan dukungan utama di dunia komersil,

khususnya di bangunan harga rendah. Satu unit bubungan atap mempersatukan

kompresor, kipas dan coil pendinginan, kipas dan coil penolakan panas dilokasikan

di bubungan atap dengan lorong mengarah ke udara luar yang berasal dari satuan

bagian bawah.

Chiller digunakan bangunan besar dan gabungan permintaan pendinginan

dengan area yang luas, berkisar 6.5 °C, beredar mengelilingi sekitar bangunan

dengan jenis pendinginan yang berbeda. Air dari chiller dipompa melalui coil-air

di satuan ini, yang melakukan pendinginan udara ruangan dan menuju semua arah

ruangan. Chiller khas menyejukkan udara yang lebih besar dan mendinginkan udara

dari menara air. Sistem konvensional mencatat semua penyesuaian diri dari

bangunan yang memerlukan penetapan daerah pendinginan. Daerah perumahan

kota khas membuat sistem hanya satu daerah, tetapi kemampuan penetapan daerah

pendinginan pasif secara teknis dan keindahan dibuat merupakan kesatuan.

Pendekatan konversional memungkinkan dipersatukan penetapan daerah pasif dan

teknik energi .

Malaysia mempunyai laju evaporasi rendah sepanjang hari penyinaran,

kelembaban tinggi dan keawanan yang tebal dan dipergunakan ventilasi alami

untuk memperoleh kenyamanan termal pada bangunan rumah murah tradisional,

rumah berteras, dan ruangan kelas, tapi tidak digunakan pada bangunan tinggi.

Letaknya dekat katulistiwa, rimbun dengan cahaya matahari dan jarang ditemui

sehari penuh dengan langit yang cerah. Penyinaran rata-rata 6 jam dengan suhu

terendah mencapai 24.8 oC pada malam hari dan siang hari mencapai 38.8 oC,

kelembaban antara 42-94%, Laju evaporasi berkisar 4-5 mm per hari tergantung

awan dan suhu udara yang rendah (Malaysian Meteorological Department 2007).

140

Sebab itu memiliki udara yang panas dan kelembaban yang tinggi pada saat cuaca

dingin karena terjadi laju evaporasi, kelembaban pada saat udara cerah dan basah

tetapi hangat menjadi kondisi yang terbalik dengan daerah subtropis.

Parameter yang Mempengaruhi Kenyamanan Tubuh Orang

Panas sensible internal dari sumber panas sensible rata-rata per orang dalam

24 jam dihasilkan 0.0183125 W s-1 per orang dalam keadaan melakukan aktifitas

gerakan (Alabama 2001).

Ada empat parameter lingkungan suhu udara (Ta), suhu radiant tengah (Trad),

kecepatan udara(v), tekanan uap air di udara (Pa) dan tiga parameter pribadi

metabolisme (M), kerja (W) serta penyekat termal. Penyimpanan panas (S) terjadi

tetapi tidak termasuk parameter pribadi maka perlu terjadi kesetimbangan panas

tubuh dan lingkungan. Persamaan kesetimbangan panas tubuh diperoleh dari

menyeimbangkan laju panas produksi di tubuh karena metabolisme dan daya panas

eksternal ke luar dari tubuh ke lingkungan, proses penguapan, pernafasan, radiasi,

pemanasan konveksi dan konduksi di permukaan pakaian.

…………………….…………(82)

…………………….…………(83)

S = penyimpanan panas di tubuh dimana = waktu),

W = daya kerja

M = laju metabolisme

W= mekanis bekerja

R = penukaran panas karena radiasi

C = penukaran panas konveksi

K = penukaran panas dengan konduksi

E = kehilangan panas evaporasi

Res = kehilangan panas karena pernafasan

Nilai positif S menunjukkan kenaikan suhu tubuh Tb dan negatif

menunjukkan turunnya suhu Tb, dan bila S = 0 tubuh berada pada keseimbangan

termal.

dimana m = masa tubuh, kg dan

…………………………………….……….(84)

141

h = tinggi tubuh (m) untuk pria rata-rata masa 70 kg dan tinggi 1.73 m,

M = metabolisme satuannya met sesuai aktifitas

Maka bila Tn = T angin diluar diperoleh Tcl

Pendekatan Lingkungan

Fungsi dari lingkungan adalah

………………………………………….……(85)

………………………………………….……(86)

Pendekatan metabolism tubuh pada lingkungan :

………………………………………….……(87)

………………………………………….……(88)

Pernukaran panas radiasi (R) terjadi di antara permukaan kulit tubuh dan

pakaian dan di permukaan sekeliling seperti permukaan ruangan internal dan

sumber panas meresap. Ini menggunakan bilangan stefan-boltzmann persamaan:

Penggantian nilai feff, fcl, ε, dan σ, feff punya nilai 0.696 untuk posisi orang

duduk dan 0.725 untuk berdiri; rata-rata 0.71. Gabungan emisivitas kulit dan

pakaian ε = 0.97 pada radiasi gelombang panjang, dan tidak tergantung kulit/warna

pakaian. Suhu pakaian (Tcl), bergantung pada laju metabolisme, tahanan panas

pakaian dan suhu udara. Suhu lingkungan dalam ruangan biasanya kecil (khas 10-

30 oC) dan dalam persamaan dapat digantikan persamaan linier:

…………………….………(89)

Diketahui Icl dari pustaka (Awbi 2003) 0,0045:

………………………………….……(90)

………………………………….……(91)

………………………………….……(92)

………………………………….……(93)

142

………………….……(94)

………………………………….……(95)

Maka diperoleh To = keseragaman suhu sebagai radiasi dari pada orang

dalam selubung hitam terjadi pertukaran panas radiasi dan konveksi yang sama

dengan pemanasan sebenarnya ketika lingkungan non-uniform.

………………………………….……(96)

To = suhu yang berlaku dan dapat menggambarkan suhu rata-rata suhu radian

dan suhu udara disebabkan oleh perpindahan

………………………………….……(97)

………………………………….……(98)

………………………………….……(99)

………………………………….…..(100)

……………………………………...(101)

………………………………….…..(102)

Nilai Ed diwakilkan oleh panas yang hilang minimum karena penguapan.

………………………………….…..(103)

…………………………..(104)

maka nilai Ts dicocokan dan menunjukkan besaran M tertentu.

…………………………………....(105)

Kehilangan panas maksimum dari keringat terjadi bila permukaan kulit tubuh

semua basah dan menjadi:

……………………………………...(106)

fpcl = faktor penyerapan uapa air dari pakaian berrongga kecil

………………………………………(107)

koefisien konveksi hc melalui persamaan Lewis

………………………………………………(108)

Efisiensiberkeringat:

………………………………………………(109)

koefisien pindah panas konveksi sebenarnya panas dipindahkan oleh berkeringat:

143

………………………………………………(110)

……………………………………………(111)

Sres = laju aliran udara ke paru-paru yang gilirannya sebanding kepada laju

metabolisme

………………………………………(112)

, pindah panas laten tubuh ke lingkungan

menjadi …………….(113)

……………………………(114)

……………………………………………...(115)

…………………...(116)

……….…(117)

………………………………………….…(118)

Metodologi

Rancangan bangunan ecohouse ini dilakukan dalam pengamatan 5 hari untuk

menentukan perbedaan yang ada.

Tempat dan Waktu Penelitian

Percobaan ini disamakan pada Bab 1 akan dinilai kenyamanannya. Pada

beberapa titik yang dapat dibandingkan dengan simulasi CFD.

Alat dan Bahan

Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini antara lain :

1 Bahan-bahan material kayu Acasia mangiensis dari FAHUTAN-IPB. Serta

pengujian spesimen kayu mengikuti standard SNI, Japan Instrument Standard

(JIS) dan American Standard Agricultural Engineering (ASHRAE) diterapkan

144

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

Acasia

2 Perpindahan panas, aliran udara, dilakukan perhitungan Program

Computational Fluid Dynamics (CFD), dengan Lap Top DELL n series, RAM

2 GB, HDD 80 GB, Processor Pentium Core 2 Duo.

3 Aplikasi konstruksi sama dengan Bab 1 di bangunan prepabrikasi FAHUTAN-

IPB dan Balai Penelitian dan Pengembangan Hasil Hutan Bogor

Penggunaan Data

Penggunaan Data sesuai Pengukuran pada Bab 1.Operasional pengambilan

data dari BMG dalam Lampiran 4.

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

tertera pada Bab 1. Pengukuran parameter di lokasi bangunan yang

mempengaruhi yaitu suhu luar dan dalam bangunan, kelembaban, aliran

udara, intensitas cahaya matahari, kapasistansi pergerakan aliran udara,

panas latent, dan lainnya. Karakteristik dari komponen bangunan yang tidak

dapat diukur diambil dari data sekunder.

2 Langkah kerja menggunakan analisis CFD ini adalah batasan awal yang riil

yang terjadi pada lingkungan bangunan dengan perhitungan dari data

pengukuran yang mengacu pada model matematik dalam analisa perilaku

gerakan fluida udara, pindah panas dan fenomena yang terjadi dan

pengukuran dilakukan 5 kali ulangan. Keputusan diambil dari pengaruh

kesalahan menghitung dan ketepatan luasan segmen yang disebut mesh.

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

dan flow out dengan batasan tidak terkendali, angin luar berkisar 0.2–5 m s-

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

sesuai dengan uji coba dengan hembusan aliran udara dari arah belakang

bangunan. Bangunan menghadap utara (arah z) sekitar 0.5 m s-1 hingga 2 m

s-1. Angin datang bisa dalam bentuk laminar dan turbulen. Batasan analisis

ini yaitu memberikan aliran udara dalam bangunan semestinya berbentuk

aliran laminer, pada keadaan steady state dan transien tergantung pada

bilangan Reynold dengan batasan lebih dari 2100 atau aliran turbulen.

Batasan-batasan pada proses perambatan panas ini agar terjadi perumusan

145

dari analisis pergerakan aliran udara didalam bangunan dan aliran uap air

atau kelembaban yang dijabarkan dalam analisis perubahan suhu udara

lingkungan disekitar eco-house.

Cara Pengukuran

Perubahan udara suhu lingkungan ambient luar (Ta), suhu bagian ruang

dalam (tr), suhu atap (Tp, suhu dinding (Tw), suhu lantai (Tf), suhu air jenuh

(Tcw), pergerakan aliran udara menyebabkan terjadinya perubahan energi dalam

bangunan secara alami. Demikian pula temperatur. Hal ini menyebabkan perbedaan

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

sensibel, dan lain-lain seperti dibahas dalam Bab 1.

Langkah Kerja Proses Pembuatan Geometri :

Pengukuran dilakukan di siang hari saat terjadi proses pemanasan. Simulasi

pengaruh lingkungan dimodifikasi sebagai suatu bentuk bangunan sederhana.

Proses perubahan dan kelembaban serta kecepatan aliran udara akan diperoleh di

dalam bangunan tersebut yang disebut dengan mikro-klimat. Suhu ambient berkisar

antara 21 °C, titik awal 28 °C, T referensi yang digunakan 30 °C mengikuti

perlakuan pengukuran. Asumsi arah aliran udara region hanya terjadi dalam satu

arah yaitu dari z di mana kondisi ini sesuai dengan aliran udara bulan April di

Bogor. Radiasi waktu solar yang dilakukan 12 jam. Bangunan ini tanpa plafon yang

disesuaikan dengan struktur lebar kayu. Semua properties yang digunakan dalam

perhitungan menggunakan data pustaka yang ada dalam program Flovent. Asumsi

ada satu orang dalam bangunan dan propertiesnya mengikuti pustaka dalam

program CFD sekitar 50 W m-2. Karakteristik dan rancangan struktur serta material

bangunan terlihat pada gambar sebelumnya.

Langkah kerja dalam penelitian ini mengikuti perumusan dan analisis aliran

udara dengan batasan-batasan proses perambatan panas atau pindah panas,

perubahan aliran udara, dan pergerakan aliran uap air. Program CFD dijalankan

dengan menghasilkan nilai-nilai kualitatif dan kuantitatif sesuai dengan struktur

geometri bangunan. Bangunan ini diasumsikan sesuai dengan peraturan standar tata

cara perancangan sistem ventilasi di Indonesia. Hasil analisis perhitungan dilakukan

ulangan untuk mengambil keputusan dari pengaruh kesalahan menghitung.

146

Faktor-Faktor Kenyamanan

Sensasi kebutuhan kenyamanan berkaitan dengan rasa, pengecapan,

pendengaran, pencahayaan, perabaan, dan penglihatan dalam keserasian pada aliran

udara yang terkendali dalam kondisi lingkungan dalam ruang. Bangunan rumah

adalah benda terselubung oleh udara sekitarnya dan dijabarkan dalam Gambar 93

dan 94.

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

Gambar 94 Interaksi temperature dan aliran udara untuk kenyamanan (Cheung2001)

Menurut Peng Chen (2003), data kenyamanan di lingkungan menjadi salah

satu mekanisme utama dalam menunjukkan nilai pencapaian pengukuran panas

lingkungan di dalam ruang bangunan rumah, guna mendukung kesehatan

seseorang, kesejahteraan hidup dan produktivitas. Suatu rancangan dari

147

perencanaan keadaan lingkungan pemukiman perlu suatu ilustrasi penampilan dari

pengaruh pengendalian di permukaan ruang agar sistem kenyamanan mencapai

hasil kenyamanan tertinggi, yang dapat menanggulangi kegelisahan (Gambar 95).

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

Keterangan :Zone AA – sangat panas, pemecahan dengan pendinginan evaporasiZona A – panas, pemecahan dengan pendinginan evaporasi dan kecepatan

anginZona B – panas dan lembab, pemecahan dengan kecepatan anginZona C – kelembaban yang tinggi, pemecahan dengan penurunan

kelembabanZona D – sangat kering dan lembabZona E – sangat dingin, radiasi matahari

Gambar 96 Pembagian Zona Ruangan dalam Bangunan (UNEP 2001)

148

Szokolay (1980) menunjukkan tingkat pergerakkan udara yang mempunyai

arti penting berhubungan dengan sensasi kesegaran dan kenyamanan. Hubungan

antara temperatur udara yang rendah, kecepatan aliran udara dalam rumah untuk

kenyamanan (Gambar 96).

Parker dan West (1973) mengemukakan bahwa temperatur rendah dan tingkat

pergerakan udara di dalam rumah mungkin dirasakan seperti hembusan campuran

udara dingin yang mungkin dapat menanggulangi kegelisahan sampai taraf tertentu

dengan peningkatan temperatur udara suhu 25 °C optimal untuk kamar mandi, 24

°C membuat kantuk orang merasa hangat (lethargic), 21-22 oC optimal untuk orang

tak berpakaian dan optimal yang dicapai untuk merasakan kenyamanan dan dengan

tekanan emosi tanpa bergerak secara fisik diperlukan 18 ºC. Penjelasan lebih lanjut

dapat dilihat pada Gambar 97.

Gambar 97 Pengaruh Lingkungan dan Faktor Psikologi untuk Kenyamanan(Boonyatikarn & Buranakarn 2006)

Manusia dewasa membutuhkan penyegaran 0.0035-0.0176 m3 per orang dan

dalam satu hari berkisar 0.127-0.356 m3. Perbandingan suhu pada ketinggian 0.1-

1.8 m (batas kepala) berkisar 21-23.2 °C dan kecepatan aliran udara 0.03-0.09 m s-1

menyatakan juga kebutuhan kecepatan aliran udara 0.0063 m3 per menit dan

perbandingan temperatur pada ketinggian 1.51 meter diperlukan suhu berkisar 22.7-

149

23.1 °C dengan kecepatan 0.08 m s-1. Dalam pergerakkan udara terjadi pemindahan

uap air dan panas di sekeliling tubuh manusia yang mulai dirasakan dengan

kecepatan dan bila kurang 0.1 per detik akan membuat rasa kaku di tubuhnya. Pada

temperatur udara lebih tinggi meningkatkan kecepatan udara dan membantu

penguapan keringat untuk mendorong ke suatu efek pendinginan sehingga

mencapai kenyamanan. (Alamdari et al. 1994 dan Alamdari 1994).Pada saat melepas pakaian yang dikenakan, kelembaban atau temperaturterlalu tinggi, menyebabkan akan sukar untuk merubah ketidakpuasan denganmelakukan penggantian kecepatan aliran udara. Sedangkan pada saat orang dudukperanan aliran udara di dalam panas lingkungan terlalu tinggi. Penting bagi seseoranguntuk menghindari percampuran udara yang disebabkan pergerakan udara yang takdikehendaki untuk mendinginkan badan karena kondisi panas ini membuat emosigelisah dan dapat digunakan kipas untuk membaurkan udara.Bryn (1999) menyatakan pada ruang hole di mana pergerakkan udara siap

terjadi maka orang yang bekerja dengan duduk terus-menerus memperoleh

perbedaan temperatur yang kecil sedangkan waktu terbatas dan sangat dipengaruhi

oleh aliran udara luar berkaitan dengan kekuatan perubahan panas yang besar. Pada

orang yang berpakaian dan berbadan besar di satu titik ruang dan temperatur

lingkungan yang seragam ditempatkan pada posisi yang gelap agar pancaran kalor

dari orang itu dihilangkan sehingga mengalami kasus yang sama dan nyata.

Orientasi penempatan orang di dalam ruang itu memerlukan perhitungan yang tepat

karena perhitungan rata-rata temperatur ditinjau dari faktor sudut format geometrik

antara badan dan permukaan selubung bangunan, ukuran jarak, dan permukaan

suhu yang berbeda. Hal ini dapat dinyatakan dengan program komputer dalam

rincian mikro-klimat menjadi suatu model Computational Dinamic Fluide (CFD.

Dalam banyak kasus kenyamanan, cara kerja perubahan panas dinyatakan sebagai

hasil cara kerja suatu post-processor pada suatu area.

Cara menghitung rata-rata temperatur permukaan (°C) untuk titik i pada luas

permukaan area A (m2) yang dibatasi oleh berkas panas lokal, dipengaruhi oleh

parameter-parameter perbedaan temperatur vertikal, lantai dingin atau hangat, dan

berkas radiasi yang tidak simetris. Asumsi di negara sub tropis pada selubung

permukaan bangunan, aktivitas biologi kritis pada kelembaban 70%. Secara umum

perlu dijaga tingkat kelembaban relatif untuk kenyamanan (HVAC) seperti yang

150

diizinkan bervariasi antara 25-60%. Pada perbedaan iklim seperti tropis, bagian

dalam bangunan harus dipelihara agar menghindari kelembaban permukaan kritis

atau tidak terjadi kondensasi. Persepsi penghuni terhadap temperatur bagian dalam

ruang, kelembaban relatif harus dipelihara sesuai dengan parameter yang ditetapkan

dalam Standar ASHRAE No.55-1992. Kelembaban relatif perlu diatur sekitar 50-

60%.

Analisis kenyamanan ini menggunakan persamaan Fanger (2001) dan Cheung

untuk bangunan eco-house.

Gambar 98 Laju pindah panas berbagai suhu dari penghuni pada lingkungan (PengChen 2001)

Pada Gambar 98 dapat didekati untuk laju pindah panas yang terjadi seperti pada

Tabel 33.

151

Tabel 33 Hasil Laju Pindah Panas yang Terjadi

Item PersamaanTr

(oC)Laju

(W.m-2)simpanan (Wm-2) Y= - 0.005*x^3+0.3054*x^2-3.1253*x-40 30 6.1

Radiasi Y=-0.0002*x^3+0.0663*x^2+0.8477*x-110 30 -30.3

Konveksi Y =0.0002*x^3+0.0902*x^2-0.6972*x-110 30 -44.3

Evaporasi Y =- 0.0036*x^3+0.1346*x^2-1.374*x-10 30 -27.3

meta cloth Y=0.0003*x^3-0.0006*x^2-0.6557*x+70 30 57.9

Kenyamanan Termis

Menurut Karyono (2002), Standar Nasional Indonesia (SNI) mengikuti

persyaratan ASHRAE No.55-2004 dalam penyelenggaraan pembangunan oleh

Departemen Pekerjaan Umum. Variabel kenyamanan dalam persamaan Fanger juga

digunakan, yaitu

a Temperatur udara lingkungan yang nyaman 24-25.6 °C (sekitar 78.1 °F)

Temperatur radian yang tidak simetris karena jendela, dinding, dan langit-

langit dingin (< 10 °C).

b Kecepatan aliran udara serta kelembaban mempengaruhi aktivitas orang

yang berkenaan dengan panas metabolisme demikian juga energi bebas serta

hambatan karena busana atau tanpa berbusana (nude). Perbedaan temperatur

udara vertikal (< 3 °C dari kaki sampai kepala) dan temperatur lantai antara

19 °C dan 29 °C. Kehangatan dinding normal dan pemanasan di langit-

langit <5 °C. Kegelisahan terjadi berkenaan dengan kondisi panas

lingkungan yang tak nyaman dan tidak sama dengan panas sensasi. Nilai

panas sensasi tergantung pada panas temperatur kulit (dingin-panas),

kenyamanan pada status keinginan fisiologis (gelisah-nyaman). Panas

lingkungan ini dibatasi oleh respon manusia untuk pertukaran panas antara

tubuh dan lingkungan.

c Pendugaan nilai rata-rata PMV (Predicted Mean Vote), diperoleh dari

jumlah persentase orang dalam kelompok yang hadir dalam ruangan itu

untuk menyatakan gelisah karena panas. Pada kondisi panas lingkungan

dalam ruangan ini, upaya menduga rasa gelisah, nyaman, serta puas tanpa

152

merasa gelisah dari hadirin yang ada di tempat tersebut mencapai 80- 90%

(PPD).

d Posisi 0.6 m di atas lantai dan percepatan tarikan udara (draft) < 0.25 m s-1.

Standar ISO 7730 (1988) ASHRAE 55-1992, ASHRAE 55-2004,

menyatakan bahwa :

a Standar untuk mengevaluasi kenyamanan mengikuti Indeks PMV (suhu

udara, kecepatan aliran udara, kelembaban) dan PPD (aktivitas dan

pemakaian busana).

b Kepuasan 80 persen sampai dengan 90 persen.

c Skala PMV, Skala batasan pemilihan ASHRAE yaitu Panas =+3; Hangat

=+2; Sedikit hangat =+1; Netral=0; Sedikit dingin=-1, Dingin=-2; sangat

Dingin=-3.

d Nilai pernyataan kenyamanan dalam PPD.

e Skala pernyataan kenyamanan (Icl) pengaruh hambatan berbusana

dinyatakan dalam satuan Clo (1 Clo = 0.155 m2°C/Watt), setara dengan 0.15

x berat pakaian dalam pound. Rongga busana seseorang mempengaruhi

penyerapan pemindahan uap air melalui sekatan pori-pori pakaian atau

konstanta penyekatan. Skala nilai Clo antara 0 sampai 4 atau tanpa busana

sampai pakaian orang Eskimo. Diasumsikan berpakaian di tropis 0.5-0.6

Clo.

f Nilai skala kegiatan pada pria duduk dan bekerja, dengan suhu 21 °C, RH

50%, kecepatan aliran udara 0.01 m s-1, dan berbusana dengan sekatan 0.8-

1.0 Clo dinyatakan dalam 1.1 met.

g Sesuai dengan aliran udara dan pancaran radian diperoleh tingkat kegiatan

dan pemakaian busana yang dinyatakan sebagai SET (Standard Effective

Temperature). Effective Temperature (ET) keseimbangan kondisi gabungan

parameter-parameter di atas dengan pembasahan kulit. Contoh SET untuk

aktivitas orang duduk adalah 1.1 met dengan pakaian ringan dan kecepatan

aliran udara yang rendah.

153

h Perhitungan ASHRAE No.55-2004 ini menggunakan diagram psikometrik

yang terdiri dari suhu bola basah, suhu bola kering, kelembaban relatif, suhu

udara luar, suhu radian. Suhu pengoperasian (Top) adalah kombinasi suhu

udara sekitar dengan suhu bola kering Perbedaan diagram adalah untuk

perbedaan aliran udara dan teknik berpakaian. Pendekatan ASHRAE -55-

2004 :menyatakan suhu pengoperasian (Top) atau kombinasi udara sekitar

menjadi satu nilai suhu untuk efek pancaran panas radiant dari suhu bola

kering (Top) berada seimbang dengan suhu dan pergerakan udara sepadan

dengan perasaan hangat atau dingin.

i Suhu efektif adalah kondisi suhu tanpa pergerakan udara jenuh yang

dinyatakan dalam satuan nilai gabungan efek suhu bola kering, kelembaban

dan pergerakan udara, rasa sensasi suhu baik hangat atau dingin, pengaruh

kegiatan tubuh bekerja atau tidak, serta kondisi berbusana atau tanpa

berbusana dalam ruangan

Melikov 1988, bahwa kenyamanan sebagai fungsi frekwensi dari kecepatan

aliran udara dan fluktuasi nilai tidak nyaman adalah 0.31 m s-1. Menurut

Christensen N.K.(1989), kecepatan 0.3 m s-1 dengan deviasi 0.33 m s-1, pada PMV

=0, (netral), nilai PPD terkecil 5%, dan PMV= -1, pada PPD = 28%.

Menurut Fanger (1970) dalam Neagrao ( 2002), keseimbangan panas dari

badan manusia telah diidentifikasikan parameter yang berpengaruh pada

kenyamanan termal, kecepatan aliran udara, kadar air, suhu udara, suhu radian rata-

rata, aktivitas fisik, dan pemakaian baju dan dinyatakan dalam indeks PMV.

Tabel 34 Suhu nyaman menurut Standar Tata Cara Perencanaan *)

Teknis Konservasi Energi padaBangunan Gedung Temperetur Efektif

(TE)

Kelembaban (RH)

Sejuk NyamanAmbang atasNyaman OptimalAmbang atasNyaman.Ambang atas

20.5-22.8 °C24 °C

22.8-25.8 °C28 °C

25.8–27.1 °C31 °C

50 %80%70%

60%

*)Sumber Basaria Talarosha 2005

154

Suhu nyaman thermal untuk orang Indonesia berada pada rentang suhu 22.8-

25.8 °C dengan kelembaban 70%. Basaria Talasosha (2005) menunjukkan kondisi

ideal yang harus dibuat untuk menciptakan bangunan nyaman secara termal adalah

sebagai berikut:

a Teritis atap/Overhang cukup lebar

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

c Terjadi Ventilasi Silang

d Bidang –bidang atap dan dinding mendapat bayangan cukup baik

e Penyinaran langsung dari matahari dihalangi (menggunakan solar shading

devices) untuk menghalangi panas dan silau.

Menurut Hendarto (2010), Standar Pertukaran udara minimal di derah tropis

untuk kamar keluarga dan kamar tidur adalah 20 kali isi ruang/jam. Kecepatan

angin bergerak mempengaruhi kenyamanan yang paling nyaman adalah 0.25-0.5

m s-1 dengan efek penyegaran pada suhu 30 oC, adalah 0.5 sampai 0.7 oC dan masih

nyaman pada 0.5 – 1 m s-1 dengan efek penyegaran 1- 1.2 m s-1.

Menurut Abdul Manan (2007), Orang Indonesia pribumi memakai pakaian

biasa batas atas nyaman optimal adalah 28 oC dan kelembaban relatif 70 % atau

25.8 oC temperature efektif (TE), batas bawah adalah 24 oC dan kelembaban

relative 80 % atau 22.8 oC TE ,batas atas sampai 31 oC kelembaban relative 60%

atau 27.1 oC TE. Kondisi termal sejuk nyaman adalah 20.5–22.8 oC ( TE) dan panas

nyaman, antara 25.8- 27 oC (TE).

Dengan menggunakan metode deskriptif kuantitatif dan analisis SPSS terkait

pengolahan data-data lapangan yang diperoleh dari hasil pengukuran bangunan

Tradisional di Bali dan NTT, Balai PTPT Denpasar mencoba membuat formulasi

konsep terkait standar kenyamanan termal bangunan tradisional di Indonesia. Dari

hasil kajian menunjukkan bahwa temperatur operatif maksimum pada kondisi netral

yang diterima pada musim hujan adalah 33.82 oC sedangkan di musim kemarau

30.33 °C.

Berdasarkan kajian pada daerah tropis basah yang dilakukan oleh para

peneliti Koengsberger, Ingersoll, Maghew, dan Szokolag, pada bukunya yang

berjudul Manual of Tropical Housing and Building, Part 1. Climatic Design, Orient

155

Longman, Madres, 1975, disusunlah sebuah Nomogram Temperatur Efektif,

dimana ketiga faktor kenyamanan diatas dimasukkan kedalam kurva kenyamanan.

Kondisi daerah nyaman untuk orang dengan pakaian kerja normal adalah:

a Temperatur efektif antara 23–27 oC.

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

Hasil Perhitungan dan Pembahasan

Hasil Simulasi termal dari Rumah Transmigrasi 2 kamar dari hasil Drawing

Board.

Tabel 35 Hasil energi yang terjadi dalam pemanasan tubuh, rasa nyaman dannilai kepuasan untuk tinggal dalam ruang itu agar mencapaikenyamanan

Item Data nilai Item data nilai

V o data (km/hr) 0.1-5 σ =5.67E-08

Ad= luas tbh org (m-2) 1.62 ε = 0.15Vo=alud rumus (m s-1) 0.60 hr= 4.57mb= berat data (kg) 57.00 Tcl(oC) 31.04hb=tng data (m) 1.65 hr 0.70Az = Ad luas muka tbh /htg (m+2) 1.62 hc= 4.81Av /AD ==> htg 0.73 h= 9.38Av= luas tubuh (m+2) 1.47 Ia = 0.11Az = Ad luas muka tbh (m+2) 0.23 Kecepatan di 0 (ms-1)= 0.20RQ =asumsi 0.90 Ia = 0.11M=rumus metabolism 163.11 Icli = 0.01L= panjang bangunan (m) 34.00 Icle=0,524*Icli+0,056 = 0.06RH (%) 0.80 hcl 0.92Clo (1 met) 55.00 hcle = 16.33Met ( W/kg.m) 58.20 Fcle= 0.64M= met 2.80 Fcle=I/(I +h*0,155*Icle) 1.40Tcl awal (oC) 30.00 Fcle = Ia/(Ia+Icle) 0.64To awal(oC) 27.47 Fcle=hcle/(hcle+h) 0.64Tsk (oC) 34.09 Energi (I) (Watt.s-1)= 0.16Tr (oC) 23.80 W = 10.16Ta(oC) 28.00 PMV ( non dimensi) 1.0737Fcle=I/(I+h*0.155*Icle 1.40 PPD (%) 33.97In = 1.08 Kecepatan di n (ms-1)= 0.1-1.2

Nilai PMV yang dihitung mencapai 1.0737 atau terasa panas, berarti penghuni

rumah tersebut sudah mulai berkeringat.

156

Ilustrasi dilantai bangunan arah isometri, denah dan tampak muka bangunan

dilihat dari penampakan dari sisi cartesian X,Y,Z, seperti terlihat pada gambar.

Pengukuran radiasi surya, kecepatan angin, arah angin, tekanan udara tertera pada

lampiran Analisis Rumah Petani di Pedesaan.

Hasil Analisis CFD pada Domain 1.73 M

Dari tingkat lapisan udara yang sangat mempengaruhi rasa kenyamanan

adalah pada kulit, sehingga yang terpenting dalam analisa ini kulit merasakan suhu

sesuai dengan gambar diatas , ternyata semua merasa kepanasan, dengan suhu

diatas 28 oC, mencapai diatas nilai satu, jadi nilai PMV dengan persamaan Fanger

masih berlaku untuk manusia Indonesia. Validasi dari lapang, hasil wawancara

denganorang yang tinggal dalam bangunan itu mulai jam sebelas WIB sudah

berkeringat, terjadi metabolisme dan orang tersebut sudah merasakan lingkungan

dengan nilai diatas satu atau panas.

Gambar 99 Hasil simulasi perubahan dan hubungan suhu tekanan dan kecepatanaliran udara

Tekanan pada bidang lapisan z (arah dinding sisi kiri ) juga 1,7 m, juga

menunjukkan ada hembusan udara dari luar tetapi pada area attik ternyata ada

sedotan keluar bangunan.

157

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

Tabel 36 Hasil analisis dengan CFD pada rumah kayu ketinggian Y= 1.73 m.

Temperature (deg C) x0.05 x0.7997 x1.941 x3.529 x5.184TR5.452 37.59 38.30 37.27 35.26 28.00TR3.07 36.09 31.94 37.88 35.43 28.00TR1.717 33.98 30.39 29.12 28.09 28.00TR0.05 30.37 30.16 28.58 45.94 28.00

Kecepatan ALiran udara (m/s)V5.452 0.10 0.11 0.16 0.32 1.28V3.07 0.09 0.18 0.18 0.24 1.02V1.717 0.04 0.16 0.28 0.85 1.16V0.05 0.17 0.07 0.15 0.00 1.13Tekanan (Pa)Pa5.452 (0.24) (0.24) (0.27) (0.24) 2.05Pa3.07 0.02 (0.04) (0.16) (0.15) 2.29Pa1.717 0.16 0.13 0.20 0.75 2.16Pa0.05 0.22 0.22 0.25 - 1.82Tingkat kepuasan (PPD %) 0.05 0.80 1.94 3.53 5.18PPD 5.45 90.89 97.84 95.68 85.12 99.21PPD 3.07 80.89 68.81 97.95 89.92 99.11PPD 1.72 63.71 49.43 38.21 16.11 98.17PPD 0.05 36.51 38.70 26.57 25.00 98.11Tingkat kenyamanan ( PMV)PMV5.452 2.39 2.80 2.62 2.21 3.02PMV3.07 2.10 1.84 2.82 2.36 3.00PMV1.717 1.74 1.47 1.26 0.73 2.84PMV0.05 1.23 1.27 1.01 (1.00) 2.84

158

Tabel 37 Hubungan antara massa udara dan debit aliran udara

Temperature (deg C) Q=V*A*Rho*cp dT ArchTR5.452 0.84 8TR3.07 0.64 7TR1.717 0.19 5

TR0.05 0.37 2

Dari tingkat lapisan udara yang sangat mempengaruhi rasa kenyamanan

adalah pada kulit, sehingga yang terpenting dalam analisa ini kulit merasakan suhu

sesuai dengan gambar diatas , ternyata semua merasa kepanasan, dengan suhu

diatas 28 oC, mencapai diatas nilai satu, jadi nilai PMV dengan persamaan Fanger

masih berlaku untuk manusia Indonesia. Validasi dari lapang, hasil wawancara

denganorang yang tinggal dalam bangunan itu mulai jam sebelas WIB sudah

berkeringat, terjadi metabolisme dan orang tersebut sudah merasakan lingkungan

dengan nilai diatas satu atau panas.

Perbedaan suhu ruang tanpa dan bernaungan pohon , ternyata suhu yang

dicapai tidak begitu besar , diduga hanya panas terik matahari yang sampai

langsung yang memberikan panas (Gambar 101).

Gambar 101 Perbedaan suhu yang tanpa naungan dan bernaungan.

Tekanan pada bidang lapisan z (arah dinding sisi kiri ) juga 1,7 m, juga

menunjukkan ada hembusan udara dari luar tetapi pada area titik ternyata ada

sedotan keluar bangunan. Hasil simulasi yang menunjukkan perubahan suhu

dengan ketinggian dibandingkan dengan pustaka. Perbedaan suhu oleh Sangkertadi

(2001) yang dilakukan di daerah lain juga berkisar 30 oC hingga -32 oC, maka nilai

kenyamanan berdasarkan suhu ini juga dapat diterapkan ditempat lain.

159

Suhu udara yang lewat terhadap tubuh manusia Indonesia sesuai dengan

sumbu cartesian X,Y dan Z menghasilkan kurva pengaruh pada bangunan itu terdiri

dari : a) kecepatan aliran udara 2m s-1 dari udara yang lewat, b) suhu udara berkisar

T udara 28 oC, c) pada tinggi y = 1-2.5 m sesuai saraf perasa pada tubuh d).suhu

radian rata-rata udara berkisar T udara 28 oC; pada tingkat 1-2.5 m , maka hasil

yang diperoleh adalah seperti pada gambar berikut:

Gambar 102 Hasil simulasi perubahan tekanan pada ketinggian y=1 padapemukim tinggal di kamar tidur

Aliran udara menunjukkan kecepatan yang cukup tinggi diatas batas yang

diinginkan lebih besar dari 0.018 m s-1.

160

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

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

161

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

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

162

Ketika analisa dengan semua jendela terbuka semua, ternyata aliran udara

menghadang sinar matahari masuk dengan dinding jadi aliran udara pada tepi

jendela sebelah kamar kerja .

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

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

163

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

Gambar 110 Hasil simulasi perubahan suhu pada ketinggian y=1.73 padapemukim tinggal di kamar tidur terhadap kecepatan aliran udara

Analisis dalam kondisi terbuka semua jendela dan pintu, maka udara sama

dengan diluar, dimana aliran udara dimana hanya terjadipergerakan udara sekitar

0.003-0.007 m s-1 berarti kelembaban, density, viskositas udara akan

mempengaruhi porses yang terjadi dengan delta P.

164

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

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

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

165

Gambar 114 Hasil simulasi perubahan tekanan di ruangan pada ketinggian y=0.1pada pemukim tinggal di kamar tidur terhadap aliran udara

Kenyamanan yang dirasakan dalam bangunan kayu.

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

MHF

166

Kenyamanan pada daerah dengan ketinggian 3 m atau di plafon tidak

diperoleh dengan nilai PMV normal dan semua diatas 0, berarti palfon tak baik

digunakan tempat tinggal untuk ruang dibawah bangunan karena PMV diatas

0 atau panas sedang. Dalam bangunan di Indonesia banyak dilakukan

bangunan tanpa Plafon yang digunakan agar terjadi sirkulasi lebih banyak tapi

ternyata pada kasus bangunan ini walaupun kayu belum memenuhi untuk

digunakan sebagai tempat tinggal. Namun belum ada keluhan yang dilakukan

oleh orang atas nilai kenyamanan di Indonesia terutama untuk daerah tinggal

seperti Perdesaan . maka perlu dikaji untuk pemukim yang tinggal di daerah

urban apakah mampu menahan panas sekitar 28 lebih pada siang hari. Pada

daerah tengah terdapat daerah dengan nilai mendekati nol atau nyaman

walaupun hanya sangat kecil.

Dilihat dari tampak atas maka di plafon sangat tidak nyaman mungkin masih

dapat tinggal tapi sudah mendekati kategori panas.

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

aliran udara

Maksimum untuk inetensitas radiasi yang terjadi Mg heat fluks masih cukup

tinggi dan orang sudah tidak merasa nyaman lagi., dengan nilai diatas 0

sebagai standard penempatan nya. Posisi minimum untuk y= 3m dilokasi

167

2.2;3;4.08 nilai PMV yang diperoleh adalah -0.44 dan posisi maksimum

dilokasi 3.26;3;3.63 dengan nilai 1.27 berarti sudah sangat panas .

Perbandingan ini berdasarkan intensitas radiasi matahari yang diberikan pada

300 watt , jika musim kemarau dengan intensitas mencapai 800–1000 Watt,

maka akan terasa sangat terik

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

MHF

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

MHF

Pada rasa kenyamanan orang dan sekelilingnya pada ketinggian y = 1.5 m,

pada posisi dimana rerata ibu-ibu Indonesia , terjadi aliran warna merah dan

168

biru tercampur . ternyata PMV diperoleh 0.123 yang masih mendekati nil atau

masih dapat di nayatkan panas sedang dan rasa kenyamanan ini masih dapat

ditolerir oleh penghuni bangunan

Putaran scalar suhu panas berbaur didekat posisi orang dan pada ketinggian

rasa sudah panas walau masih PMV = 0.123 . Posisi dengan nilai PMV

mendekati 0 berada diposisi –x,y,z = (0.51;1.5;2.94) = 0.0057 dan nilai

maksimum PMV yang dapat di cari adalah(3;1.5;3.28 ) dengan nilai 1.28 dan

akan terasa panas. Kategori ini dapat berubah berdasarkan habituasi orang

untuk tinggal didalam bangunan tersebut .

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

169

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

Dari semua hasil kenyamanan rumah kayu dapat dibahas bahwa rumah kayu

masih nyaman ditinggali dengan batasan banyak penambahan pembuatan jalusi

yang sudah ditambahkan dalam perencanaan dengan nilai sebagai berikut :

Gambar 121 Perbandingan hasil analisa CFD untuk rasa kenyamanan pada

berbagai ketinggian

Kenyamanan rumah kayu semua pada y =0.03 m, menghasikan hubungan

kenyamanan dan lokasi pengukuran adalah fungsi logaritma Y = 0.023 ln(x) +

0.301 dengan R2 yang sangat rendah = 0.002 .walaupun masih dapat dirasakan

kenyamanan dengan nilai antara 0 hingga 1. Pada ketinggian y= 1.41 atau tinggi

170

tubuh manusia Indonesia diperoleh hubungan aliran udara dengan kenyamanan

sebesar Y = -0.14ln(x)+0.111. Pada ketinggian y= 2.69 atau setinggi jalusi, untuk

ventilasi ruangan ternyata kenyamanan antara 0 sampai 0.3 dan untuk 3.08 dibagian

atik bangunan diperoleh kenyamanan diatas 1 hingga 0.5 jadi sangat panas.

Ilustrasi dilantai bangunan arah isometri, denah dan tampak muka bangunan

dilihat dari penampakan dari sisi Cartesian X, Y, Z, seperti terlihat pada gambar ini.

Pengukuran radiasi surya, kecepatan angin, arah angin, tekanan udara tertera pada

lampiran Analisis Rumah Petani di Pedesaan.

Tabel 38 Kenyamanan rumah kayu atap rangkap

PM atap rangkap Jarak memanjangy=0.51 Z 0.02 0.76 1.41 2.87 1.00

PMV 3.05 2.63 .65 1.28 1.19 1.001.52 0.80 0.62 0.49 2.21 1.000.07 0.61 0.48 0.52 2.29 1.00

y=1.698 Z 0.02 0.76 1.41 2.87 1.00PMV 3.05 2.39 1.76 1.15 0.77 1.00

1.52 0.95 0.70 0.55 0.33 1.000.07 0.69 0.47 0.40 0.20 1.00

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

terhadap jarak

y=0.52

171

Hasil simulasi yang diperoleh pada y = 0.52 m dan y = 1.69 yang terletak

dibawah plafon masih nyaman dengan nilai dibawah nilai satu mengenai bagian

atas tubuh pemukim.

Tabel 39 Kenyamanan rumah kayu pada ventilasi terbuka terbuka y = 1.69 m

PMV Y= 1.690.04 1.61 2.97

3.00 0.52 0.66 1.431.45 0.50 0.45 0.680.06 0.48 0.57 0.76

PMV Y= 0.533.00 0.52 0.66 1.431.45 0.50 0.45 0.680.06 0.48 0.57 0.76

Gambar 123 Hasil CFD untuk rasa kenyamanan y = 0.52 m ; y= 1.69 m pada

rumah kayu berjendela terbuka semua

172

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

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

Hasil yang diperoleh dari rumah kayu percobaan dengan selubungnya untuk

keseluruhan bangunan ternyata belum memenuhi nilai kenyamanan baik

dibandingkan dengan pustaka, baik dari Karyono dan Muhamad.A. Hal ini terjadi

karena masih mempunyai nilai di atas 27 oC hingga 30 oC. Maka dilakukan

modifikasi dengan memberikan elemen dinding dengan ventilasi silang yang arah

masuknya udara, memberikan ventilasi dengan posisi sejajar dengan arah pintu

173

masuk dan jendela di mana arah angin tegak lurus dinding muka dan dinding

belakang elemen terbuka, maka diperoleh nilai yang memadai sekitar 27 oC.

Modifikasi yang terbaik diperoleh dengan memberikan atap rangkap dan ternyata

pada bagian bawah dan tengah bangunan sudah memperoleh suhu dibawah 27 oC

dan hal ini memenuhi persyaratan kenyamanan. Hal ini ditunjang oleh aliran udara

pada saat yang sama dengan nilai dari 0.1 m s-1 hingga 0.364 m s-1 berarti

memenuhi syarat perhitungan Peng Chen berkisar 0.345 m s-1. Radiasi matahari

yang mengenai selubung bangunan berkisar 900 W m-2 berarti pada kondisi

terpanas yang terjadi pada kondisi penelitian ini berlangsung. Tekanan udara masih

dalam batas yang memadai karena perbedaan tekanan dengan luar mencapai 1

sampai 3 Pa jadi kondisi pergerakan aliran udara bukan hanya karena buoyancy,

tapi juga karena perbedaan tekanan. Perbedaan tekanan dekat struktur diasumsikan

terjadi tarikan atau hembusan sesuai perlakuan dalam teori, meskipun terjadi

tekanan negatif dibelakang bangunan, namun hal ini diasumsikan masih

diperbolehkan.

Kesimpulan dan Saran

Kesimpulan

1 Perasaaan sensasi manusia terhadap termal dinyatakan oleh Fanger dengan

angka -3 hingga +3, atau sangat dingin, dingin, sejuk, normal, hangat, panas

dan sangat panas dan nilai normal yang terjadi antara -0.5 sampai +0.5,

yang terjadi pada pemukim rumah kayu sekitar di atas satu terasa hangat,

berarti rumus Fanger berlaku untuk bangunan kayu ini.

2 Di Bogor pada waktu penelitian mempunyai suhu awal 25 °C dengan suhu

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

dapat diterapkan ditempat lain pada batas suhu yang sama yaitu 25 oC

hingga 32 oC.

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

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

hingga jam 10, dapat dinyatakan bahwa laju penyimpanan panas dalam

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

174

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

W m-2

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

m-2 dan ini menjadi tumpuan untuk analisis laju pindah panas yang terjadi

dalam ruang bangunan pada bagian Bab 3 dan pendugaan untuk tahap

pendinginan lanjut.

5 Panas metabolisme tubuh dalam keadaan berpakaian adalah sekitar 57.9 W

m-2. Nilai kenyamanan yang diperoleh (PMV) adalah 1.17 ukuran tingkat

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

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

6 Dari hasil di atas menghasilkan laju berkisar antara 6.1- 45 W m-2 yang

perlu dihilangkan dan untuk memperleh kenyamanan.

7 Aliran masuk ruangan dengan kecepatan aliran sekitar 0.1 sampai 1.2 m s-1

walaupun dari BMG Bogor berkisar 0.15 m s-1 dan tidak termasuk dalam

kurva Cheung, sudah pasti tidak akan memberikan kenyamanan bagi orang

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

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

pemukim merasa kepanasan meskipun dinding kayu adalah konduktor yang

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

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

permukaan kulit pemukim masih ada.Hal ini petani transmigran yang

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

untuk pemukim tersebut mengalami penguapan permukaan kulit yang cukup

banyak.

9 Ditambah dengan petani yang bekerja keras di lapangan dengan intensitas

radiasi matahari yang sangat tinggi terjadi pembakaran metabolism tubuh

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

istirahat perlu keseimbangan antara makanan dan metabolisme yang terjadi,

naungan dapat ditambahkan untuk pembukaan facade di teras agar

memberikan hambatan pada sinar surya yang dating dan emisi yang rendah

pada bangunan tersebut. Kebutuhan aliran udara ini mengimbangi terjadinya

penguapan pada permukaan kulit.

175

10 Kaitan dengan Ecohouse untuk mengetahui dan menjelaskan pindah panas

pada rumah percobaan konstruksi kayu untuk perencanaan bangunan 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 .

11 Analisis termal secara finite volume menggunakan software CFD , pindah

panas pada model selubung rumah percobaan konstruksi kayu untuk

perencanaan bangunan Eco-house dalam model bangunan rumah percobaan

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

rumah kayu dengan lantai mortar, panggung , rumah beratap rangkap

ternyata rumah beratap rangkap yang sangat memberikan kenyamanan.

12 Boundary condition dibuat sesuai hasil pengukuran dan berdasarkan

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

udara pada saat pengukuran.

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

dan validasi model ini diilustrasikan pada bangunan rumah transmigran

yang sesuai dengan bangunan percobaan, sehingga manfaat program CFD

cukup besar dan dapat digunakan lebih baik dan cepat.

14 Hasil ilustrasi menjadi dasar perencanaan model bangunan yang dapat

dijadikan pertimbangan untuk instansi yang berwewenang , dimana

rancangan nya terlebih dahulu diperhitungkan dengan CFD agar memenuhi

syarat kenyamanan pemukim dan pindah panas pada rumah konstruksi kayu

untuk perencanaan Eco-house sesuai kaidah SNI

Saran :

1 Disarankan untuk mengkaji lebih lanjut energi dari pergerakan aliran udara

yang dibutuhkan oleh para petani agar metabolisme tubuh petani yang

bekerja keras dapat diimbangi sehingga kenyamanan dapat tercapai, dengan

membuat alat pendinginan mekanis tapi murah.

2 Nilai metabolism sangat dipengaruhi oleh psikologi dan proses

kemasyarakatan yang semula dan akan berubah berdasarkan habituasi. Hal

176

ini masalah sosial daerah, maka perlu perbaikan tata guna lahan

perkampungan petani dengan cara memberi naungan yang padat untuk

memperoleh suhu sesuai kebutuhan petani.

3 Hubungan antara pemakaian energi untuk kehidupan orang Indonesia,

negeri tropis berbeda dengan subtropics, maka perlu suatu disain yang

menghitung jumlah metabolisme kegiatan masing-masing kegiatan dengan

karakteristik orang Indonesia.