Ernaning Setiyowati – 3206 204 001 · Desain Penghawaan Ernaning Setiyowati – 3206 204 001 1...
Transcript of Ernaning Setiyowati – 3206 204 001 · Desain Penghawaan Ernaning Setiyowati – 3206 204 001 1...
Desain Penghawaan
Ernaning Setiyowati – 3206 204 001
1
DESKRIPSI BANGUNAN
Obyek kasus adalah rumah tinggal tipe 21 dengan konfigurasi bukaan
seperti terlihat dalam gambar 1. Karena menginginkan suasana yang lebih
longgar, penghuni membuat atap miring tinggi di bagian belakang menuju udara
luar yang terbuka. Pada dinding belakang tersebut diberi bukaan dengan
dimensi 0.80 x 0.40 pada common spacenya.
Lokasi terletak di urban dengan kecepatan angin BMG 5 m/s. Arah angin
0 terhadap normal.
Kondisi bukaan sesuain gaya hidup penghuni. Pada siang hari suhu luar
29oC dan suhu dalam 31oC. Pada malam hari suhu luar 26oC suhu dalam 30oC.
Gambar 1. Denah dan potongan bangunan
Arah angin 0 terhadapgaris normal
PDF Creator: PDF4U Pro DEMO Version. If you want to remove this line, please purchase the full version
Desain Penghawaan
Ernaning Setiyowati – 3206 204 001
2
KECEPATAN ANGIN
Kecepatan angin yang diketahui adalah 5 m/s BMG. Terrain roughness
BMG adalah open country. Untuk mencari kecepatan angin pada ketinggian
bangunan 4m untuk daerah urban, terlebih dahulu dicari kecepatan angin untuk
ketinggian 100% di open country, selanjutnya kecepatan angin pada 100% open
country adalah sam dengan kecepatan angin pada 100% urban. Untuk
menghitungnya digunakan rumus 1, tabel 1 dan gambar 2.
Rumus 1 (sumber: Aynsley, 1995):α
=
gzzVgVz
di mana
Vz: rata-rata kecepatan angin pada ketinggian z
Vg: rata-rata kecepatan angin pada gradient ketinggian zg
; : exponen yang berhubungan dengan terrain roughness
Gambar 2. profil vertical rata-rata kecepatan angindari beberapa terrain (Sumber: Aynsley, 1995)
PDF Creator: PDF4U Pro DEMO Version. If you want to remove this line, please purchase the full version
Desain Penghawaan
Ernaning Setiyowati – 3206 204 001
3
Diketahui:
V open country (BMG) = 5 m/s
Z BMG = 10 m
Z (100% open country)= 300 m
Z (100% urban) = 500 m
Z bangunan = 4 m
; open country = 0.15
; urban = 0.36
Ditanya:
V bangunan (4m) di urban
Jawab:
smyopencountrV
smmmyopencountrV
zzVgVzg
/33,8)%100(
/103005)%100(
15.0
=
=
=
α
smVbangunan
smm
mVbangunan
/46,1
/500
433,836,0
=
=
Jadi kecepatan angin (v) pada ketinggian bangunan (4 m) pada urban
adalah 1,46 m/s.
Tabel 1. Terrain Constant for the Earth’s Boundary Layers (Sumber: Aynsley, 1995)
PDF Creator: PDF4U Pro DEMO Version. If you want to remove this line, please purchase the full version
Desain Penghawaan
Ernaning Setiyowati – 3206 204 001
4
Cp DISTRIBUTION
Bangunan berbentuk L dengan rasio persegi panjang 1:2. Angka distribusi
Cp di setiap sisi bangunan melihat tabel 2 dan gambar 3. Arah angin 0 terhadap
garis normal.
Tabel 2. Distribusi Cp untuk bangunan low rise building rasio 1:2 untuk areaurban (Sumber: Liddament, 1996)
Gambar 3. Distribusi Cp untuk denah berbentuk L
PDF Creator: PDF4U Pro DEMO Version. If you want to remove this line, please purchase the full version
Desain Penghawaan
Ernaning Setiyowati – 3206 204 001
5
Distribusi Cp pada bangunan dapat dilihat pada gambar 4.
Gambar 4. Distribusi Cp pada Bangunan
0.06
0.06
-0.3
-0.3
-0.3
-0.3
Arah angin 0 terhadapgaris normal
PDF Creator: PDF4U Pro DEMO Version. If you want to remove this line, please purchase the full version
Desain Penghawaan
Ernaning Setiyowati – 3206 204 001
6
Cp INTERNAL
Cp internal dihitung dengan menggunakan rumus 2. Nilai Cp internal
berada di antara -0,3 sampai 0,06. Untuk mencarinya menggunakan trial and
error. Dalam melakukan trial and error, digunakan program Ecxel untuk
memudahkan. Adapun nilai Cpi yang dimasukkan ke dalam rumus antara lain: 0,
-0.1, -0.2, -0.22, -0.23. Perhitungannya dapat dilihat pada tabel 3.
Rumus 2: Cp Internal (Sumber: Aynsley, Melbourne, Vickery, 1977)
2/1)( ied CpCpAvCQ −=
Tabel 3. Perhitungan Cpi dengan Menggunakan Ecxel
Cpo-Cpi1 x-1
Cpo-Cpi1
Cp1= 0.06 Cpi= 0 0.06 0.244949Cp2= -0.3 Cpi= 0 -0.3 0.3 0.5477226Cp3= 0.06 Cpi= 0 0.06 0.244949Cp4= -0.3 Cpi= 0 -0.3 0.3 0.5477226Cp5= -0.3 Cpi= 0 -0.3 0.3 0.5477226Cp6= -0.3 Cpi= 0 -0.3 0.3 0.5477226
Q/CdA -1.700992
Cpo-Cpi1 x-1
Cpo-Cpi1
Cp1= 0.06 Cpi= -0.1 0.16 0.4Cp2= -0.3 Cpi= -0.1 -0.2 0.2 0.4472136Cp3= 0.06 Cpi= -0.1 0.16 0.4Cp4= -0.3 Cpi= -0.1 -0.2 0.2 0.4472136Cp5= -0.3 Cpi= -0.1 -0.2 0.2 0.4472136Cp6= -0.3 Cpi= -0.1 -0.2 0.2 0.4472136
Q/CdA -0.988854
Cpo-Cpi1 x-1
Cpo-Cpi1
Cp1= 0.06 Cpi= -0.2 0.26 0.509902Cp2= -0.3 Cpi= -0.2 -0.1 0.1 0.3162278Cp3= 0.06 Cpi= -0.2 0.26 0.509902Cp4= -0.3 Cpi= -0.2 -0.1 0.1 0.3162278Cp5= -0.3 Cpi= -0.2 -0.1 0.1 0.3162278Cp6= -0.3 Cpi= -0.2 -0.1 0.1 0.3162278
PDF Creator: PDF4U Pro DEMO Version. If you want to remove this line, please purchase the full version
Desain Penghawaan
Ernaning Setiyowati – 3206 204 001
7
Q/CdA -0.245107
Cpo-Cpi1 x-1
Cpo-Cpi1
Cp1= 0.06 Cpi= -0.22 0.28 0.5291503Cp2= -0.3 Cpi= -0.22 -0.08 0.08 0.2828427Cp3= 0.06 Cpi= -0.22 0.28 0.5291503Cp4= -0.3 Cpi= -0.22 -0.08 0.08 0.2828427Cp5= -0.3 Cpi= -0.22 -0.08 0.08 0.2828427Cp6= -0.3 Cpi= -0.22 -0.08 0.08 0.2828427
Q/CdA -0.07307
Cpo-Cpi1 x-1
Cpo-Cpi1
Cp1= 0.06 Cpi= -0.23 0.29 0.5385165Cp2= -0.3 Cpi= -0.23 -0.07 0.07 0.2645751Cp3= 0.06 Cpi= -0.23 0.29 0.5385165Cp4= -0.3 Cpi= -0.23 -0.07 0.07 0.2645751Cp5= -0.3 Cpi= -0.23 -0.07 0.07 0.2645751Cp6= -0.3 Cpi= -0.23 -0.07 0.07 0.2645751
Q/CdA 0.0187324
Dari hasil perhitungan tersebut dihasilkan untuk nilai Q/CdA=0 (atau
yang paling mendekati 0) adalah nilai Cpi = -0.23. Dari nilai Cpi tersebut, maka
dapat diprediksi arah aliran angin pada bangunan yang diukur. Angin yang
mengarah ke bangunan akan masuk ke dalam bangunan di mana memiliki nilai
Cp lebih rendah. Dari dalam bangunan angin akan terus mengalir keluar melalui
bukaan di belakang menuju ke nilai Cp yang lebih rendah.
0.06
0.06
-0.3
-0.3
-0.3
-0.3
Arah angin 0 terhadapgaris normal
-0.23
-0.23
Gambar 5. Perkiraanaliran anginberdasarkan nilai Cpi
PDF Creator: PDF4U Pro DEMO Version. If you want to remove this line, please purchase the full version
Desain Penghawaan
Ernaning Setiyowati – 3206 204 001
8
AIR FLOW RATE RUANGAN
Pintu-pintu pada bangunan rumah tinggal tersebut diasumsikan selalu
tertutup, sehingga angin hanya lewat melalui jendela. Asumsi ini dilakukan
supaya dapat menghitung air flow rate dan air change tiap ruangan. Bukaan
pada ruang tamu disusun secara seri dengan luasan 1.6 x 1.2 m2 pada inlet dan
0.8 x 1.2 m2 pada outlet. Sedangkan pada ruang tidur hanya terdapat satu
bukaan. Untuk menghitung air flow rate pada bangunan tersebut, digunakan
rumus 3 dan 4.
Rumus 3: Air flow rate untuk bukaan paralel (Sumber: Markus, Morris, 1980)
()Τϕ/Φ6 18.797 Τφ1 0 0 1 220.56 486.45 Τµ ()()Τϕ/Φ6 15.93 Τφ1 0 0 1 241.2 486.45 Τµ ()135.0827.0 −∆= ∑ smpAV
Di mana:
V = air flow rate
A = Area
P = pressure
Rumus 4: Air flow rate untuk bukaan seri (Sumber: Markus, Morris, 1980)
()Τϕ/Φ6 21.121 Τφ1 0 0 1 250.08 284.85 Τµ ()()Τϕ/Φ6 15.809 Τφ1 0 0 1 288 297.57 Τµ ()135.05.02
22
1
21827.0 −∆
+= smp
AA
AAV
Di mana:
V = air flow rate
A = Area
P = pressure
Untuk menggunakan rumus-rumus di atas, diperlukan satu rumus untuk
menghitung nilai p (pressure). Rumus yang digunakan untuk menghitung nilai p
adalah rumus 5.
PDF Creator: PDF4U Pro DEMO Version. If you want to remove this line, please purchase the full version
Desain Penghawaan
Ernaning Setiyowati – 3206 204 001
9
Rumus 5: tekanan (Sumber: Aynsley, Melbourne, Vickery, 1977)
2
21 vCpp ρ=
Di mana:
P = pressure
Cp = Coefficient Pressure
r = density of air = 1,293
v = kecepatan angin
AIR FLOW RATE RUANG TAMU
Nilai Cp Ruang Tamu adalah 0.06 pada inlet dan -0.3 pada outlet
()Τϕ/Φ6 15.855 Τφ1 0 0 1 176.4 413.73 Τµ ()()Τϕ/Φ6 15.855 Τφ1 0 0 1 208.08 413.73 Τµ ()()Τϕ/Φ6 15.855 Τφ1 0 0 1 234 413.73 Τµ ()pap
pap
vCpp
083,046,1293,15,006,0
21
1
21
21
==
= ρ
()Τϕ/Φ6 15.855 Τφ1 0 0 1 177.84 318.21 Τµ ()()Τϕ/Φ6 15.855 Τφ1 0 0 1 209.52 318.21 Τµ ()()Τϕ/Φ6 15.855 Τφ1 0 0 1 235.44 318.21 Τµ ()pap
pap
vCpp
41,046,1293,15,03,0
21
2
22
22
−=−=
= ρ
A inlet = 1,6 x 1,2 = 1,92 m2
A outlet = (0,8 x 1,2) = 0,96 m2
()Τϕ/Φ6 21.164 Τφ1 0 0 1 215.52 192.69 Τµ ()()Τϕ/Φ6 15.855 Τφ1 0 0 1 253.44 205.65 Τµ ()
()Τϕ/Φ6 19.23 Τφ1 0 0 1 232.56 149.01 Τµ ()()Τϕ/Φ6 15.855 Τφ1 0 0 1 326.88 161.01 Τµ ()()Τϕ/Φ6 15.855 Τφ1 0 0 1 330.48 161.01 Τµ ()
smV
smV
smpAA
AAV
/5,0
41.0083,096,092,196,092,1827,0
827,0
3
135.05.022
135.05.02
22
1
21
=
−−
+
×=
∆
+=
−
−
Jadi nilai air flow rate untuk ruang tamu adalah 0,5 m3/s.
PDF Creator: PDF4U Pro DEMO Version. If you want to remove this line, please purchase the full version
Desain Penghawaan
Ernaning Setiyowati – 3206 204 001
10
AIR FLOW RATE RUANG TIDUR
Nilai Cp ruang tidur adalah 0,06 dan nilai Cp internalnya -0,23
()Τϕ/Φ6 15.855 Τφ1 0 0 1 176.4 621.09 Τµ ()()Τϕ/Φ6 15.855 Τφ1 0 0 1 208.08 621.09 Τµ ()()Τϕ/Φ6 15.855 Τφ1 0 0 1 234 621.09 Τµ ()pap
pap
vCpp
083,046,1293,15,006,0
21
1
21
21
==
= ρ
()Τϕ/Φ6 15.855 Τφ1 0 0 1 184.32 526.29 Τµ ()()Τϕ/Φ6 15.855 Τφ1 0 0 1 215.76 526.29 Τµ ()()Τϕ/Φ6 15.855 Τφ1 0 0 1 241.68 526.29 Τµ ()pap
pap
vCpp
32,046,1293,15,023,0
21
2
22
22
−=−=
= ρ
A bukaan untuk ruang tidur = 0,8 x 1,2 = 0,96 m2
()Τϕ/Φ6 18.703 Τφ1 0 0 1 186.48 425.25 Τµ ()()Τϕ/Φ6 15.855 Τφ1 0 0 1 207.12 425.25 Τµ ()
smVsmV
smpAV
/5,0/))32,0(083,0)(96,0(827.0
827.0
3
35,0
135.0
=
−−=
∆= −∑
Jadi nilai air flow rate untuk ruang tidur adalah 0,5 m3/s.
PDF Creator: PDF4U Pro DEMO Version. If you want to remove this line, please purchase the full version
Desain Penghawaan
Ernaning Setiyowati – 3206 204 001
11
AIR CHANGE RUANGAN
Untuk menghitung nilai air change per hour menggunakan rumus 6.
Rumus tersebut membutuhkan nilai volume ruangan.
Rumus 6: air change per hour
3600×=VQACH
Di mana:
ACH = air change per hour
Q = air flow rate
V= volume
AIR CHANGE RUANG TAMU
Nilai volume ruang tamu = (3 x 3 x 4) + (1,5 x 3 x 4) = 54 m3
34,33
360054
5,0
3600
=
×=
×=
ACH
ACH
VQACH
Nilai air change per hour untuk ruang tamu adalah 33,34
AIR CHANGE RUANG TIDUR
Nilai volume ruang tamu = (3 x 3 x 4) = 36 m3
2,50
36003662,0
3600
=
×=
×=
ACH
ACH
VQACH
PDF Creator: PDF4U Pro DEMO Version. If you want to remove this line, please purchase the full version
Desain Penghawaan
Ernaning Setiyowati – 3206 204 001
12
Nilai air change per hour untuk ruang tidur adalah 50,2
STACK EFFECT
Untuk mencari kemungkinan terjadinya stack effect, terlebih dulu dicari
perbedaan tekanan antara bukaan yang berada pada level yang berbeda. Untuk
itu digunakan rumus 7. Setelah itu dihitung air flow rate dengan menggunakan
perbedaan tekanan yang ditemukan. Rumus air flow rate menggunakan rumus
4. Jarak antara dua bukaan tersebut adalah 1,3 m.
Rumus 7: perbedaan tekanan stack effect (Sumber:Markus, Morris, 1980)
()Τϕ/Φ6 15.887 Τφ1 0 0 1 182.16 468.45 Τµ ()()Τϕ/Φ6 15.887 Τφ1 0 0 1 225.84 468.45 Τµ ()()Τϕ/Φ6 15.887 Τφ1 0 0 1 263.04 477.81 Τµ ()PattttHp oiio
−++
=∆273273
3463
Di mana:
p = tekanan
H = jarak antara dua bukaan
ti =temperature di dalam ruangan
to = temperature di luar ruangan
SIANG HARI
H = 1,3 m.
Suhu luar = 29ºC
Suhu dalam = 31ºC
A inlet = 1,6 x 1,2 = 1,92 m2
A outlet = 0,8 X 0,4 = 0,32 m2
Perbedaan temperature = ti – to = 31ºC – 29ºC = 2ºC
PDF Creator: PDF4U Pro DEMO Version. If you want to remove this line, please purchase the full version
Desain Penghawaan
Ernaning Setiyowati – 3206 204 001
13
()Τϕ/Φ6 15.824 Τφ1 0 0 1 182.16 714.45 Τµ ()()Τϕ/Φ6 15.824 Τφ1 0 0 1 225.84 714.45 Τµ ()()Τϕ/Φ6 15.824 Τφ1 0 0 1 263.04 723.81 Τµ ()
()Τϕ/Φ6 15.824 Τφ1 0 0 1 185.04 679.17 Τµ ()()Τϕ/Φ6 15.824 Τφ1 0 0 1 232.08 679.17 Τµ ()()Τϕ/Φ6 15.824 Τφ1 0 0 1 247.68 688.53 Τµ ()
Pap
Pap
PattttHp oiio
098,0
22733127329
3,13463273273
3463
=∆++
×=∆
−++
=∆
()Τϕ/Φ6 21.164 Τφ1 0 0 1 215.52 575.01 Τµ ()()Τϕ/Φ6 15.855 Τφ1 0 0 1 253.44 587.97 Τµ ()
()Τϕ/Φ6 19.23 Τφ1 0 0 1 232.56 531.33 Τµ ()()Τϕ/Φ6 15.855 Τφ1 0 0 1 283.44 543.33 Τµ ()
smV
smV
smpAA
AAV
/08,0
098,032,092,132,092,1827,0
827,0
3
135.05.022
135.05.02
22
1
21
=
+
×=
∆
+=
−
−
Pada siang hari terjadi stack effect, tetapi nilainya sangat kecil, yaitu 0,08
m3/s, jadi efeknya tidak terlalu bisa dirasakan.
MALAM HARI
H = 1,3 m.
Suhu luar = 26ºC
Suhu dalam = 30ºC
A inlet = 0 m2
A outlet = 0 m2
Perbedaan temperature = ti – to = 30ºC – 26ºC = 4ºC
Pada malam hari, kebiasaan hidup penghuni adalah menutup jendela. Sehingga
area bukaan tidak ada, maka pada malam hari tidak terjadi stack effect
maupun air flow rate. Air change yang terjadi untuk malam hari adalah air
change minimum yang beasal dari crack.
Dari beberapa perhitungan di atas dapat dilihat mekanisme ventilasi. Arah
angin yang menuju ke bangunan akan masuk ke dalam bangunan di mana
memiliki nilai Cp yang lebih rendah. Adanya perbedaan tekanan menyebabkan
terjadinya air flow rate. Volume ruangan juga sangat berpengaruh terhadap
PDF Creator: PDF4U Pro DEMO Version. If you want to remove this line, please purchase the full version
Desain Penghawaan
Ernaning Setiyowati – 3206 204 001
14
besarnya jumlah udara yang berganti setiap jamnya. Perbedaan temperature
antara ruang dalam dan ruang luar juga mempengaruhi terjadinya air flow rate
yang mengacu pada stack effect.
Tujuan dari ventilasi adalah menjaga kenyamanan dan kesehatan manusia.
Untuk mencapai tujuan ini, maka ventilasi harus bisa memenuhi beberapa
kriteria, antara lain:
o Menyediakan suply oksigen yang cukup untuk kebutuhan manusia
o Menyediakan suply yang cukup untuk proses industri
o Membuang hasil pernafasan manusia
o Membuang gas-gas kimia yang berbahaya
o Membuang panas
o Menciptakan kesegaran dan kenyamanan
( http://www.arch.hku.hk)
Pada bangunan rumah tinggal, ventilasi lebih banyak berperan sebagai
penyedia suply oksigen yang cukup, penghapus panas, pembuang hasil
pernafasan, dan penyedia kesegaran dan kenyamanan termal. Panas yang
dihasilkan di dalam ruangan, baik itu dihasilkan oleh manusia maupun peralatan
elektronik atau kompor, akan dibawa pergi oleh udara yang bergerak di dalam
ruangan. Pernafasan yang menghasilkan CO2 bisa dibawa pergi juga. Udara baru
yang masuk ke dalam ruangan akan membawa udara segar dengan kandungan
O2 yang banyak yang digunakan untuk pernafasan manusia. Dengan bergantinya
udara setiap saat, kenyamanan termal di dalam ruangan dapat tercapai, karena
pergantian udara bisa mengurangi temperature dalam ruangan.
PDF Creator: PDF4U Pro DEMO Version. If you want to remove this line, please purchase the full version
Desain Penghawaan
Ernaning Setiyowati – 3206 204 001
15
DAFTAR REFERENSI
Aynsley, Dick, 1995, Handbook of Architectural Technology, New York: VanNostrand Reinhold
Liddament, Martin W, 1996, A Guide to Energy Efficient Ventilation, GreatBritain: Air Infiltration and Ventilation Centre.
Aynsley, Melbourne, Vickery, 1977, Architectural Aerodynamics, London:Applied Science Publishers Ltd
Markus, Morris, 1980, Buildings, Climate, and Energy, London: PitmanPublishing limited
Lecture: Air Movement and Natural Ventilation, diakses dari
(http://www.arch.hku.hk)
PDF Creator: PDF4U Pro DEMO Version. If you want to remove this line, please purchase the full version