Soegijanto (1999) menyatakan bahwa bangunan akan mendapatkan perolehan panas dan mengeluarkan atau kehilangan panas ke lingkungan sekitarnya, perolehan dan pengeluaran panas dapat terjadi melalui peristiwa perpindahan panas.
Proses pindah panas yang terjadi melalui tiga proses pindah panas, yaitu: pindah panas radiasi, pindah panas konveksi dan pindah panas konduksi. Gambar 12 menunjukan bahwa proses pindah panas yang terjadi pada bangunan pre-pabrikasi dimulai dengan adanya pindah panas radiasi yang dipancarkan langsung oleh matahari, pindah panas radiasi tidak memerlukan medium karena pindah panas radiasi merupakan transfer energi melalui gelombang eletromagnetik.
Gambar 13. Proses pindah panas dalam bangunan Qkonv Qkonv
Qkond Qkond
Qkonv(in)
Qrad Q
37 Tabel 8 menunjukan hasil perhitungan nilai rata-rata pindah panas radiasi pada atap sebesar 482 w/m2. Proses pindah panas pada bangunan dimulai dengan adanya pancaran radiasi dari energi surya yang memiliki gelombang pendek dan memiliki energi yang besar lalu gelombang ini akan diteruskan melalui proses pindah panas konveksi yang terjadi antara lapisan udara di lingkungan dengan lapisan atap asbes.
Selanjutanya yang berperan adalah pindah panas konduksi pada lapisan atap. Energi yang masuk kedalam bangunan berubah menjadi gelombang panjang dan memiliki energi yang tidak terlalu besar, gelombang panjang ini yang akan terperangkap dalam bangunan dan tidak bisa diteruskan ke luar bangunan melainkan akan terus dipantulkan didalam bangunan sehingga suhu dalam bangunan menjadi naik. Proses pindah panas konveksi yang terjadi di dalam bangunan terdiri dari konveksi antara atap dengan udara di dalam bangunan, konveksi antara udara di dalam dengan lantai dan dinding, dan kemudaian konveksi yang terjadi dipermukaan kulit manusia dengan udara didalam bangunan.
Tabel 8. Nilai pindah panas Radiasi pada atap bangunan pre-pabrikasi Hari ke Radiasi W/m2 1 501 2 473 3 484 4 477 5 476 Rata-rata 482 Maksimum 501 Minimum 473
Tabel 9 memperlihatkan bahwa rata-rata nilai konveksi terbesar terjadi pada proses pindah panas antara atap asbes dengan udara luar, hal ini terjadi karena kontribusi faktor koefisien pindah panas konveksi cukup besar dibandingkan dengan yang lain dan penaruh intenitas matahari langsung. Nilai rata-rata pindah panas konveksi antara atap asbes dengan udara luar sebesar 12,62 W/m2, asbes dengan udara dalam 0,81 W/m2, dinding dengan udara
38 dalam 5,34 W/m2, dinding dalam dengan udara dalam 0,25 W/m2, udara dalam dengan lantai 0,23 W/m2, dan lantai dengan udara luar sebesar 0,25 W/m2.
Tabel 9. Nilai pindah panas Konveksi pada bangunan pre-pabrikasi Hari ke- Konveksi Asbes- udara luar Asbes- udara dalam Dinding- udara luar Dinding- udara dalam Udara dalam- lantai Lantai- udara luar W/m2 1 18.03 0.14 7.86 0.03 0.52 0.30 2 11.83 0.93 3.86 0.26 0.23 0.32 3 12.81 0.63 5.07 0.29 0.07 0.45 4 10.10 0.33 4.74 0.33 0.03 0.05 5 10.31 2.02 5.16 0.31 0.32 0.12 Rata-rata 12.62 0.81 5.34 0.25 0.23 0.25 Maksimum 18.03 2.02 7.86 0.33 0.52 0.45 Minimum 10.10 0.14 3.86 0.03 0.03 0.05
Pindah panas secara konduksi dijelaskan pada Tabel 10, nilai rata-rata pindah panas konduksi yang terjadi pada bangunan terjadi pada lapisan atap sebesar 11,45 W/m2, lapisan dinding luar 1,54 W/m2, lapian dinding dalam 15,42 W/m2, lapian pintu 15,04 W/m2, lapisan lantai 1,25 W/m2, dan lapisan tanah sebesar 2,08 W/m2. Pindah panas radiasi lebih dominan dipengaruhi oleh intensitas matahari sedangkan pindah konveksi dan konduksi lebih dominan dipengaruhi oleh karakteritik material, ketebalan material dan koefisien pindah panas.
Tabel 10. Nilai pindah panas Konduksi pada bangunan pre-pabrikasi
Konduksi Hari ke Lapisan atap Dinding luar Dinding dalam Lapian
pintu Lantai Tanah W/m2 1 22.60 16.69 16.91 13.35 1.52 2.53 2 15.44 10.42 17.35 27.25 1.58 1.70 3 7.53 13.46 18.49 17.44 2.09 2.06 4 0.38 13.43 19.06 16.90 0.38 2.05 5 11.30 13.71 5.26 0.27 0.70 2.07 Rata-rata 11.45 13.54 15.42 15.04 1.25 2.08 Maksimum 22.60 16.69 19.06 27.25 2.09 2.53 Minimum 0.38 10.42 5.26 0.27 0.38 1.70
39 D. Kenyamanan Termal dan Simulasi Termal pada Bangunan pre-Pabrikasi
tahan gempa
D.1 Kenyaman termal pada bangunan
Standar kenyamanan termal menurut Internasional Standard, ISO 7730:1994 menyatakan bahwa sensasi manusia terhadap suhu merupakan fungsi dari empat faktor iklim yaitu, suhu udara, suhu radiasi, kelembaban udara, dan kecepatan angin, serta dua faktor individu yakni, tingkat kegiatan yang berkaitan dengan tingkat metabolisme tubuh, serta jenis pakaian yang dikenakan. Dalam teori tersebut dinyatakan bahwa kenyamanan termal tidak dipengaruhi secara nyata oleh hal-hal lain, misalnya oleh perbedaan jenis kelamin, tingkat kegemukan, faktor usia, suku bangsa, tempat tinggal geografis, adaptasi,faktor kepadatan, faktor warna, dan sebagainya.
Apabila suhu udara di sekitar tubuh manusia lebih tinggi dari suhu nyaman yang diperlukan, aliran darah pada permukaan tubuh atau anggota badan akan meningkat dan ini akan meningkatkan suhu kulit. Peningkatan suhu ini bertujuan untuk melepaskan lebih banyak panas secara radiasi dari dalam tubuh ke udara di sekitarnya. Proses pengeluaran keringat akan terjadi pada suhu udara yang lebih tinggi lagi, sebagai tindak lanjut dari usaha pelepasan panas tubuh melalui proses penguapan. Pada situasi dimana suhu udara lebih rendah dari yang diperlukan tubuh, peredaran darah ke permukaan tubuh atau anggota badan dikurangi. Hal ini merupakan usaha tubuh untuk mengurangi pelepasan panas ke udara disekitarnya. Pada situasi ini pada umumnya tangan atau kaki menjadi dingin dan pucat. Hal ini merupakan usaha terakhir tubuh untuk memperoleh tambahan panas melalui peningkatan proses metabolisme.
Tabel 11. Nilai faktor lingkungan hasil pengukuran Jam Suhu o Kelembaban Kecepatan udara
C RH % m/s
6:00 23.30 89 0.11
13:00 30.34 77 0.17
18:00 26.43 83 0.20
40 Melihat nilai rata-rata nilai parameter lingkungan pada Tabel 11 kondisi lingkungn dalam bangunan pre-pabrikasi termasuk kedalam daerah kenyaman termal, untuk membentuk suatu lingkungan termal yang nyaman disyaratkan bahwa besarnya suhu berkisar antara 22,5ºC sampai 29,5ºC, memiliki kelembaban relatif berkisar antara 30-80%, dan pergerakan kecepatan udara berkisar antara 0,1-1,5 m/s. Diperlihatkan pada Tabel 12 bahwa nilai rata-rata yang diperoleh termasuk kedalam kategori daerah kenyamanan termal dengan nilai suhu sebesar 27,18ºC, memiliki kelembaban relatif berkisar sebesar 82%, dan rata-rata pergerakan kecepatan udara sebesar 0,16 m/s.
Tabel 12. Faktor perhitungan suhu efektif pada bangunan pre-Parikasi tahan gempa
Suhu 27.18 oC
Kelembaban 82% RH
Kecepatan udara 0.16 m/s
D.2 Simulasi termal pada bangunan
Simulasi merupakan satu bentuk penggambaran atau pemodelan dari kondisi sebenarnya yang terdapat dilapangan, hal ini penting dilakukan untuk mengetahui visualisasi kondii yang tidak sesuai sehingga mudah untuk di identifikasi dan dapat segera di perbaiki sebelum model yang direncanakan tersebut benar-benar di implementasikan di lapangan. Dalam simulais ini parameter lingkungan yang digunakan adalah suhu, simulasi yang dilakuakan merupakan data pengkuran suhu pada tanggal 24 April 2009.
Gambar 14. Pergerakan suhu hasil pengukuran pada tanggal 24 April 2009 Berdasarkan teori menyatakan bahwa fungsi suhu pada suatu bangunan akan membentuk suatu kurva parabol yang diawali dengan bergerak naik hingga mencapai titik puncak sebagai suhu maksimum yang terjadi dalam
41 bangunan dan kemudian akan kembali bergerak turun karena tidak ada lagi pemanasan dari luar. Pengambaran suhu tersebut dapat dilihat pada Gambar 13, yang menunjukan adanya pergerakan naik mulai pukul 06:00 dan mencapai tempertaur maksimum pada pukul 14:00 dan kemudian mengalami pergerakan menurun.
Pukul 06:00
Pukul 07:00
Pukul 08:00
Gambar 15. Pemetaan distribusi suhu pada tanggal 24 April 2009 pukul 06:00 07:00, dan 08:00
Seperti apa yang terlihat pada Gambar 14, pergerakan suhu pada pukul 06:00 pagi belum menampakan adanya perubahan suhu yang begitu signifikan, distribusi suhu dalam bangunan relatif seragam di beberapa titik- titik pengukuran dan terlihat bahwa suhu yang terbaca berkisar antara 23- 24oC. Saat masuk pukul 07:00 pagi peningkatan suhu banguanan sudah mulai terlihat, ini dapat terlihat pada bagian daerah atap yang ditujukan dengan adanya perubahan warna hijau menjadi wana hijau kekuningan. Perningkatan suhu ini terjadi karena adanya peningktan suhu lingkungan karena adanya radiasi matahari. Peningkatan suhu pun terlihat pada bagian muka bangunan yang disebabkan karena muka bangunan langsung berhadapan dengan datagnya arah sinar matahari.
42
Pukul 09:00
Pukul 10:00
Pukul 11:00
Gambar 16. Pemetaan distribusi suhu pada tanggal 24 April 2009 pukul 09:00 hingga pukul 11:00
Gambar 15 memperlihatkan bahwa pergerakan matahari pada sekitar pukul 09:00 membuat proses pemanasan bangunan mulai berjalan namun belum merata dimulai dari bagian-bagian terluar bangunan seperti bagian atap, dinding dan muka bangunan. Pada sekitar pukul 10:00 proes pindah panas mulai terjadi pada bagian-bagian yang lebih banyak menerima intensitas matahari secara langsung yaitu bagian timur bangunan dan sebagaian bagian selatan bangunan. Jika dilihat pada gambar, bagian halaman depan bangunan dan bagian atap sudah hampir seluruhnya terkena cahaya matahari dan pada saat itu terjadi proses pindah panas radiasi dan proes pindah panas konveksi antara atap dengan udara luar. Suhu rata-rata udara pada saat itu sudah bertambah menjadi sekitar 25oC.
Perubahan yang cukup jelas mulai terlihat pada sekitar pukul 11:00, distribusi panas pada kondisi ini sudah cukup merata pada setiap bagian dari bangunan, daerah yang cukup terlihat perubahannya adalah pada bagian ruang tamu, dimana proses pindah panas konveksi banyak terjadi disini. Peningkatan suhu pada ruang tamu terjadi cukup cepat, hal ini terjadi karena adanya proses pindah panas yang cukup seragam dari tiap bagaian dari
43 bangunan, bagian atap, bagaian dinding, dan bagian muka bangunan. Namun pada bagian ruang kamar, proes pindah panas terjadi lebih lambat, hal ini dikarenakan tidak secara langsung ruang kamar berhadapan dengan arah datangnya matahari dan faktor kecepatan udara membuat proes pindah panas menjadi kurang begitu optimal.
Pukul 12:00
Pukul 13:00
Pukul 14:00
Gambar 17. Pemetaan distribusi suhu pada tanggal 24 April 2009 pukul 12:00 hingga 14:00
Saat kondisi tengah hari (Gambar 16), mulai pukul 12:00 hingga 14:00 proses pindah panas pada bangunan benar-benar mencapai puncaknya, pada kondisi ini intensitas matahari akan memancarkan intenitas maksimumnya sehingga dalam bangunan pun akan mengalami kondisi suhu tertinggi dalam satu hari. Rata-rata suhu bisa mencapai 31-32oC. Dalam simulasi distribui ini suhu tertinggi terjadi pada pukul 15:00 yaitu mencapai 31,8oC diperlihatkan dengan warna kontur paling merah.
Perpindahan panas pada bangunan menyebabkan terjadi distribusi suhu pada setiap bagian pada bangunan. Pindah panas konveksi yang terjadi merupakan pindah panas konveksi alami dengan hanya mengandalkan sitem ventilasi pada jendela dan kisi-kisi bangunan sebagai tempat pertukaran udara. Gambar 18 memperlihatkan bahwa kondisi bangunan cukup tidak
44 nyaman pada kondisi tengah hari (sekitar pukul 13:00 hingga 15:00), hal ini terlihat dengan pengambaran hasil pemetaan menunjukan warna merah dengan rata-rata suhu sebesar32oC. Kondisi seperti ini sebenarnya dapat diantisipasi dengan menambahkan kipas angin untuk membuat sistem konveksi paksa sehingga kita menurunkan suhu dalam bangunan tersebut.
Pukul 15:00
Pukul 16:00
Pukul 17:00
Pukul 18:00
Gambar 18. Pemetaan distribusi suhu pada tanggal 24 April 2009 pukul 15:00 dan pukul 18:00
Selepas pukul 15:00 dari hasil simulasi memperlihatkan bahwa suhu perlahan turun, kondisi ini diperlihatkan dengan perubahan warna kontur dari yang sebelumnya dominan dengan warna merah terdegradasi menjadi warna hijau ke kuning-kuningan. Kondisi ini terjadi karena suhu lingkungan yang cukup berpengaruh terhadap proses pindah sudah mulai turun intensitasnya dan sebaliknya pengaruh kecepatan udara yang secara tidak langsung berperan dalam proses pendinginan bangunan. Simulasi termal ini
45 mengambarkan dan membuktikan bahwa bangunan pre-Pabrikasi benar-benar mengalami proses pindah panas yang ditunjukan dengan perubahan nilai suhu pada setiap waktunya.
46 V. KESIMPULAN DAN SARAN
A. KESIMPULAN
1. Suhu udara, intensitas radiasi, kelembaban udara, dan kecepatan udara merupakan faktor lingkungan yang menjadi prasyarat utama untuk membentuk suatu kenyamanan termal dalam suatu bangunan.
2. Rata-rata hasil pengukuran suhu udara dalam bangunan pre-pabrikasi berada pada nilai rata-rata suhu udara sebesar 27,18oC, rata-rata batas mínimum sebesar 22,50oC (kondisi standar mensyaratkan 23oC), dan rata- rata batas maksimum sebesar 29,50 (kondisi standar mensyaratkan 29oC). 3. Material kayu mudah menyerap uap air pada kondisi lembab (terutama
pagi hari dan cuaca basah) oleh karena itu, rata-rata nilai kelembaban udara pada bangunan pre-pabrikasi melebihi batas normal pada pagi dan sore hari yaitu diatas 80% RH. Sehingga dapat disimpulkan bangunan konstruksi kayu mampu meningkatkan kelembaban udara di dalam bangunan.
4. Rata-rata nilai kecepatan udara pada bangunan berada pada nilai batas bawah yaitu 0,11-0,20 m/s atau dalam kondisi kenyamanan termal yaitu antara 0,10-1,50 m/s.
5. Pengaruh intensitas matahari memiliki hubungan berbanding lurus dengan suhu dalam bangunan. Semakin besar radiasi matahari yang diterima oleh bangunan, akan membuat suhu udara dalam bangunan semakin meningkat. 6. Proses pindah panas yang terjadi pada bangunan pre-pabrikasi meliputi pindah panas radiasi, pindah panas konveksi dan pindah panas konduksi. Pindah panas radaisi terjadi pada laisan atap, pindah panas konveksi terjadi pada lapisan atap asbes-udara luar, atap asbes-udara dalam, dinding- lapisan udara, lantai-lapisan udara, sedangkan pindah panas konduksi terjadi pada lapisan atap, dinding, lapisan pintu, lantai dan lapisan tanah. Besarnya nilai kalor radiasi yang diterima bangunan sebesar 482 W/m2 (rata-rata), 501 W/m2 (maksimum), 473 W/m2 (minimum), Besarnya nilai kalor konveksi yang diterima bangunan sebesar 19,5 W/m2 (rata-rata), 29,21 W/m2 (maksimum), 14,21 W/m2 (minimum), Besarnya nilai kalor
47 konduki yang diterima bangunan sebesar 58,78 W/m2 (rata-rata), 90,22 W/m2 (maksimum), 18,41 W/m2 (minimum).
7. Hasil pengukuran suhu yang dijadikan sebagai input dalam program surfer 8.0 memperlihatkan bahwa telah terjadi proses pindah panas dalam banguanan yang ditunjukan dengan simulasi perubahan kontur termal terhadap fungsi waktu.
8. Dapat disimpulkan pula bahwa dengan melihat data dan hasil pemetaan distribusi suhu, bangunan rumah pre-pabrikasi tahan gempa memiliki tingkat kenyamanan yang relatif beragam, bagian bangunan yang dapat dikatakan berada dalam kondisi nyaman yaitu bagian kamar tidur dan beberapa bagian rumah pada kondisi penyinaran tidak maksimum yaitu pada pagi hari dan sore hari.
B. SARAN
1. Besarnya nilai rata-rata kecepatan udara yang diperoleh belum memadai bagi manusia yang berada didalamnya yaitu sebesar 0,11-0,20 m/s (diambang batas mínimum kondisi kenyamanan termal yaitu 0,10 m/s) , oleh karena itu perlu adanya sistem ventilasi yang baik dan pemasangan kipas angin pada ruang tamu agar kecepatan udara dapat terkontrol dan manuasia menjadi nyaman berada didalamnya.
2. Perlu ada penelitian lanjut untuk memperoleh besarnya nilai kecepatan yang optimum bagi manusia yang berada pada bangunan kayu tersebut. 3. Menambah lapisan material pada bagian bawah atap asbes sebagai isolator
termal agar suhu hasil konveksi dari atap tidak dirasakan langsung oleh manuia namun dihambat melalui proes konduksi sehingga suhu yang masuk kedalam bangunan tidak terlalu tinggi.
4. Memperbaiki ventilasi-ventilasi yang tidak sesuai sehingga kehilangan panas pada bangunan dapat minimumkan.
SKRIPSI
ANALISIS TERMAL PADA BANGUNAN KONSTRUKSI KAYU RUMAH