BAB 4. HASIL PENELITIAN
4.4. Pengaruh ketinggian dan elemen desain terhadap distribusi aliran
4.4.8 Analisis kinerja model H1S1 dan pengaruh ketinggian model
4.4.8 Analisis kinerja model H1S1 dan pengaruh ketinggian model terhadap distribusi aliran udara
Sistem ventilation shaft dapat bekerja dengan cara menciptakan perbedaan tekanan antara inlet di sisi windward yang mendapatkan tekanan bernilai positif dan area outlet di bagian atap atau sisi leeward bangunan yang mendapatkan bernilai negatif, sehingga udara dapat mengalir melalui ruangan. Dengan sistem tersebut, setiap ruangan yang terhubung dengan shaft diharapkan dapat menerima aliran udara yang cukup untuk menghasilkan efek pendinginan fisiologis. Meski
demikian, hasil simulasi model H1S1 atau model base case menunjukkan bahwa aliran udara yang terjadi di setiap ruangan tidak sama atau terjadi ketidakmerataan distribusi aliran udara. Hal tersebut mengakibatkan adanya kesenjangan antara satu ruangan dengan ruangan lainnya, sehingga ada ruangan-ruangan tertentu yang mendapatkan kecepatan aliran udara yang sangat tinggi, sementara ruangan lainnya mendapatkan kecepatan aliran udara yang sangat rendah.
Berdasarkan gambar 4.23, dapat diidentifikasi bahwa tekanan di dalam shaft mengalami perubahan drastis dari tekanan yang bernilai 0 pa sampai dengan negatif (kontur warna biru tua) sebelum mencapai percabangan pertama, kemudian berubah menjadi nilai positif setelah melalui percabangan pertama hingga mencapai sekitar 6 pa. Tekanan di dalam shaft tersebut kemudian semakin bertambah secara bertahap setiap kali melewati percabangan. Wang (2011) menyebutkan bahwa kecepatan aliran fluida di dalam saluran cabang bergantung pada perbedaan tekanan antara di luar sistem dengan tekanan di dalam manifold. Hal tersebut juga selaras dengan prinsip ventilasi alami yang mengandalkan tekanan angin (Aynsley, 1977) yang menjelaskan bahwa sumber tenaga
penggerak agar udara dapat mengalir di dalam bangunan adalah perbedaan tekanan angin pada sisi windward dan sisi leeward. Dengan demikian, maka semakin besar perbedaan tekanan yang terjadi, semakin besar pula kecepatan aliran udara yang dihasilkan di dalam ruangan, begitu pula sebaliknya. Adanya perubahan tekanan di dalam shaft tersebut mengakibatkan perbedaan tekanan yang terjadi antara di dalam shaft dengan di sisi windward pada lantai-lantai yang jauh dari outlet menjadi semakin kecil sehingga kecepatan aliran udara yang terjadi di dalam ruangan juga semakin kecil.
Berdasarkan gambar 4.24, dapat diamati bahwa kecepatan aliran udara yang terjadi di tiap lantai memiliki pola yang serupa dengan debit yang dihasilkan. Kecepatan aliran udara yang terjadi pada tiap lantai dipengaruhi oleh perbedaan antara tekanan di area inlet dengan tekanan yang terjadi di dalam shaft, sementara debit yang dihasilkan oleh tiap ruangan juga berbanding lurus dengan kecepatan aliran udara rata-rata pada ruangan tersebut. Dengan demikian, dapat dikatakan bahwa kecepatan aliran udara dan debit aliran udara yang dihasilkan oleh tiap lantai (tiap ruangan) dapat dipengaruhi oleh perbedaan antara tekanan di area inlet dengan tekanan yang terjadi di dalam shaft.
0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20 LT33 LT32 LT31 LT30 LT29 LT28 m3/s (Q) m/s (Vr) Vr Q
Gambar 4.24 Perbandingan kecepatan aliran udara rata-rata (Vr) dan debit aliran udara (Q) pada model H1S1
Distribusi aliran udara yang tidak merata pada tiap lantai juga membuktikan bahwa sistem ventilation shaft juga mengalami masalah yang serupa dengan yang terjadi pada combining manifold. Chen dkk (2003) menyebutkan bahwa bahwa aliran yang masuk ke lateral yang jauh dari lubang outlet akan mengalami junction losses, atau hilangnya energi aliran fluida akibat adanya percabangan, yang lebih besar daripada aliran yang masuk ke lateral yang dekat dengan outlet. Apabila semua lateral memiliki diameter yang sama, maka semakin jauh dari outlet, lateral discharge (debit) yang dihasilkan oleh lateral akan semakin berkurang (terjadi ketidakseragaman). Efek dari junction losses tersebut dapat dilihat pada perubahan tekanan yang terjadi di dalam manifolds. Hal tersebut sesuai dengan yang disebutkan oleh Bajura & Jones (1971), bahwa pada combining manifold, proses percabangan dapat menyebabkan terjadinya perubahan tekanan. Adanya perubahan tekanan yang terjadi pada tiap percabangan pada sistem ventilation shaft telah dibuktikan melalui gambar 4.23. Dengan demikian, dapat disimpulkan bahwa ketidakmerataan distribusi aliran udara pada sistem ventilation shaft dapat disebabkan oleh adanya junction losses yang terjadi pada setiap percabangan antara shaft dengan masing-masing ruangan.
Gradien tekanan yang terdapat pada permukaan bangunan di sisi windward (gambar 4.25) juga berpengaruh terhadap distribusi aliran udara di dalam sistem ventilation shaft. Pada model H1S1 misalnya, tekanan udara pada sisi windward model H1S1 memiliki gradien yaitu tekanan di area inlet lantai paling atas adalah yang paling rendah sementara tekanan di area inlet pada lantai paling bawah adalah yang paling besar. Kondisi tersebut dapat berfungsi sebagai penyeimbang dari efek junction loss seperti yang telah dijelaskan sebelumnya, meskipun efek penyeimbang yang dihasilkan tidak terlalu signifikan. Meski demikian, gradien tekanan di area inlet pada model H2S1 dan H3S1 tidak memiliki efek yang serupa seperti pada model H1S1. Pada model H2S1, tekanan yang terjadi di masing-masing area inlet-nya hampir seragam sehingga faktor junction losses memiliki pengaruh yang dominan terhadap ketidakmerataan distribusi aliran udara pada model tersebut. Pada model H3S1, gradien tekanan di area inlet yang bernilai lebih besar di area inlet lantai yang lebih tinggi justru dapat membuat distribusi aliran udara semakin tidak merata.
Keterangan: A menunjukkan posisi lantai paling atas, B adalah lantai kedua dari atas, sedangkan C menunjukkan lantai paling bawah pada tiap model
Hal yang serupa juga terjadi pada model K1-K6. Letak ketinggian masing-masing model di dalam bangunan menyebabkan adanya perbedaan gradien tekanan di area inlet atau di sisi windward bangunan (gambar 4.26). Perbedaan gradien tekanan tersebut menyebabkan adanya perbedaan pola distribusi aliran udara pada model K1-K6. Berdasarkan gambar 4.27, dapat diamati bahwa model K1-K3 menunjukkan adanya kenaikan debit aliran udara dari lantai paling atas hingga lantai yang paling bawah, sedangkan model K4-K6 menunjukkan pola sebaliknya, yaitu penurunan debit aliran udara dari lantai paling atas hingga lantai yang paling bawah. Hal tersebut memperkuat indikasi bahwa gradien tekanan di area inlet dapat mempengaruhi distribusi aliran udara di dalam sistem ventilation shaft.
Pengaruh dari posisi/ketinggian model pada bangunan ini dapat dikaitkan dengan konsekuensi berupa pertambahan panjang shaft pada masing-masing model. Semakin jauh jarak model dengan atap bangunan maka dibutuhkan shaft yang lebih panjang untuk mencapai lubang outlet di bagian atap bangunan. Pengaruh dari pertambahan panjang shaft ini dapat dilihat pada gambar 4.26 di atas, yaitu terjadi perubahan tekanan pada saluran shaft yang lebih panjang. Wang
0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 A B C m3/s K1 K2 K3 K4 K5 K6
(2011) menyebutkan bahwa efek dari friction atau hambatan yang ditimbulkan oleh permukaan saluran akan sangat berpengaruh terutama pada saluran yang panjang atau memiliki rasio panjang/diameter yang besar. Dengan demikian dapat dikatakan bahwa semakin panjang shaft untuk mencapai lubang outlet, maka efek friction yang terjadi akan semakin besar sehingga head loss (hilangnya energi aliran fluida) menjadi semakin besar pula. Hal ini menunjukkan bahwa variasi kelompok ketinggian ini memiliki pengaruh yang cukup signifikan pada kinerja sistem ventilation shaft. Semakin jauh letak model dari outlet, maka kinerja sistem ventilation shaft akan semakin berkurang, terutama dari segi pemerataan distribusi aliran udara dan total debit aliran udara yang dihasilkan oleh sistem tersebut.
4.4.9 Pengaruh konfigurasi bukaan, ukuran shaft, dan jumlah lantai yang