ANALISIS KENYAMANAN THERMAL RUANG KELAS B1
FEM IPB MENGGUNAKAN TEKNIK SIMULASI
BERDASARKAN COMPUTATIONAL FLUID DYNAMICS
RAHMAT RIZANI
DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL DAN LINGKUNGAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA*
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Analisis Kenyamanan Thermal Ruang Kelas B1 FEM IPB Menggunakan Teknik Simulasi Berdasarkan Computational Fluid Dynamics adalah benar karya saya dengan arahan pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skipsi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut Pertanian Bogor.
Bogor, September 2013
ABSTRAK
RAHMAT RIZANI. Analisis Kenyamanan Thermal Ruang Kelas B1 FEM IPB Menggunakan Teknik Simulasi Berdasarkan Computational Fluid Dynamics. Dibimbing oleh MEISKE WIDYARTI.
Pembangunan ruang kelas harus memperhatikan kenyamanan agar proses belajar mengajar dapat efektif. Untuk memperoleh kenyamanan harus memperhatikan aspek lingkungan yaitu menekan penggunaan energi dan mengurangi meningkatnya kerusakan lingkungan. Pada penelitian ini dilakukan analisis kenyamanan ruang kelas B1 FEM di IPB yang menggunakan atap bangunan dari beton dan berpendingin ruangan. Tujuan penelitian adalah mengetahui kondisi iklim lingkungan sekitar ruang kelas B1 dengan menggunakan teknik simulasi. Simulasi dibuat untuk mengetahui dinamika pola aliran udara, temperatur, dan kelembaban ruang kelas dengan halaman perkerasan dan halaman hijau serta membandingkannya. Penelitian ini dilaksanakan selama tiga bulan, dimulai sejak Bulan April hingga Juli 2013 dengan metode Computational Fluid Dynamics. Hasil dari penelitian menunjukkan bahwa perbandingan temperatur dan aliran udara pada halaman saat ini, halaman beton dan halaman tanaman adalah halaman tanaman terbukti mampu untuk mengurangi temperatur dan menciptakan keadaan nyaman. Keadaan nyaman suatu ruangan ditentukan oleh parameter temperatur, RH, dan kecepatan angin. Nilai temperatur efektif ruangan B1 dengan keadaan sekarang, halaman beton, serta halaman pohon dan rumput masing-masing sebesar 28.5oC, 28.3oC, dan 26oC. Laju aliran udara di ruang kelas B1 dengan halaman tanaman sebesar 0.237 m3/menit/orang sesuai dengan kriteria SNI 03-6572-2001.
kata kunci : halaman perkerasan, halaman hijau, pohon pelindung, kenyamanan termal, simulasi
ABSTRACT
RAHMAT RIZANI. Analysis of Thermal Comfort at B1 Classroom FEM IPB Using Computational Fluid Dynamics Simulation. Supervised by MEISKE WIDYARTI.
Classrooms contstruction have to consider about thermal comfort, so that learning activities can be done effectively. The thermal comfort can be achieved by saving our nature with minimizing energy consumption and environment damage. This research is analyze thermal comfort of B1 Classroom FEM IPB which now used an outdoor concrete roof. The research objective is to determine the climate of B1 classroom using simulation technique. The simulation is done to determine and compare the dynamics of airflow pattern, temperature, and humudity of concrete and plant yard. The simulation was conducted based on Computational Fluid Dynamics method. The result shows that plants yard is can decrease temperature and increase the comfortable in B1 classroom than existing condition. The compare of thermal comfort condition in existing, concrete and plant outdoor yard are 28.5oC, 28.3oC, dan 26oC. The airflow rate in B1 classroom with plants yard is 0.237 m3/min/person and it reach a suitable condition based on SNI 03-6572-2001.
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik
pada
Departemen Teknik Sipil dan Lingkungan
ANALISIS KENYAMANAN THERMAL RUANG KELAS B1
FEM IPB MENGGUNAKAN TEKNIK SIMULASI
BERDASARKAN COMPUTATIONAL FLUID DYNAMICS
RAHMAT RIZANI
DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL DAN LINGKUNGAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR
Judul Skripsi : Analisis Kenyamanan Thermal Ruang Kelas B1 FEM IPB Menggunakan Teknik Simulasi Berdasarkan Computational Fluid Dynamics
Nama : Rahmat Rizani NIM : F44090025
Disetujui oleh
Dr. Ir. Meiske Widyarti, M.Eng Pembimbing I
Diketahui oleh
Prof. Dr. Ir. Budi Indra Setiawan, M.Agr Ketua Departemen
PRAKATA
Alhamdullilah, segala puji dan syukur dipanjatkan kepada Tuhan semesta alam, Allah SWT. atas berkat kehendak dan hidayah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan laporan tugas akhir ini.
Pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan ucapan terima kasih kepada:
1. ALLAH SWT. yang telah memberikan ridho-NYA sehingga dalam pelaksanaan penelitian dan penyusunan laporan berjalan dengan baik dan lancar.
2. Dr. Ir. Meiske Widyarti M.Eng, selaku dosen pembimbing akademik yang telah memberikan pengarahan serta masukan-masukan yang sangat bermanfaat dalam penyusunan laporan.
3. Mama saya yang tidak henti-hentinya memberikan semangat, doa, dan dukungan selama penelitian.
4. Kak ulik, dan Mas Abi yang selalu ada untuk saya atas dukungan penuhnya dalam menyelesaikan penelitian ini.
5. Kak Ina, Anin, Bang Zega, Bang Oki, Bang Rendi, Mas Agus, dan Pak Ahmad yang telah membantu dan memberikan masukan yang berguna dalam penelitian ini.
6. Wildan, Andri, Hendra, Syahrul, Robi, Kak Herlan, Fakhriel, Iwal, Ocid, Irfan dan teman teman bermain badminton lainnya yang selalu ada waktu untuk saya ketika saya mengalami hambatan dalam melakukan penelitian ini.
7. Iam, Yuni serta seluruh teman-teman SIL’46, terima kasih kebersamaan dan dukungannya.
Terdapat banyak kekurangan yang penulis rasakan dalam penyusunan laporan tugas akhir ini, oleh karena itu penulis sangat mengharapkan masukan, baik kritik maupun saran untuk dapat memperbaiki kekurangan yang ada.
Bogor, September 2013
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL viii
DAFTAR GAMBAR viii
DAFTAR LAMPIRAN ix
PENDAHULUAN 1
Latar Belakang 1
Perumusan Masalah 1
Tujuan Penelitian 2
Manfaat Penelitian 2
Ruang Lingkup Penelitian 2
TINJAUAN PUSTAKA 2
Arsitektur Tropis 2
Arsitektur Hijau 3
Kenyamanan Thermal 3
Simulasi 4
Computational Fluid Dynamic (CFD) 5
METODE 6
Waktu dan tempat 6
Bahan 6
Alat 6
Prosedur Analisis Data 6
HASIL DAN PEMBAHASAN 13
Keadaan Lingkungan Sekitar Gedung Ruang Kelas B1 13
Modifikasi Halaman Gedung Ruang Kelas B1 17
Analisis Perbandingan Keadaan Awal, Halaman Beton, serta Halaman
Tanaman 27
SIMPULAN DAN SARAN 34
Simpulan 34
Saran 35
DAFTAR PUSTAKA 35
LAMPIRAN 36
DAFTAR TABEL
1. Temperatur nyaman berdasarkan Standar Tata Cara Perencanaan Teknis
Konservasi Energi pada Bangunan Gedung 4
2. Perbedaan tingkat kenyamanan berdasarkan letak geografis dan suku
bangsa 4
3. Data lingkungan gedung ruang kelas B1 13
4. Keadaan pengukuran di halaman saat jam 13.00 14
5. Keadaan pengukuran di bagian tengah ruangan saat jam 13.00 14 6. Hasil simulasi keadaan awal di bagian halaman saat jam 13.00 17 7. Hasil simulasi keadaan awal di bagian tengah kelas saat jam 13.00 17 8. Simulasi gedung ruang kelas B1 di bagian halaman beton saat jam
13.00 18
9. Simulasi gedung ruang kelas B1 di bagian ruang tengah kelas dengan
halaman beton saat jam 13.00 18
10. Simulasi di bagian halaman dengan halaman pohon dan rumput saat
jam 13.00 23
11. Simulasi di bagian tengah ruang kelas B1 dengan halaman pohon dan
rumput saat jam 13.00 23
DAFTAR GAMBAR
1. School of Arts, Design, and Media di Universitas Nanyang, Singapura 3
2. Diagram alir penelitian 7
3. General settinganalysis type 8
4. General setting fluids 9
5. General setting wall conditions 9
6. General setting initial dan ambientcondition 10
7. Jendela InitialMesh 10
8. Interface definisi solidmaterials 11
9. Jendela Boundary Condition 11
10. Kondisi gedung ruang kelas yang dikelilingi bangunan tinggi 12
11. Bangunan luar dalam simulasi 12
12. Analisis bioklimatik bagian tengah ruangan pukul 10.00 dan 13.00 15 13. Temperatur efektif bagian tengah ruangan pukul 13.00 15
14. Keadaan awal ruang kelas B1 17
15. Ruang kelas B1 dengan halaman beton 18
16. Denah sebaran temperatur dengan halaman beton ketinggian 0.75 m
pukul 13.00 19
17. Denah sebaran aliran udara dengan halaman beton ketinggian 0.75 m
pukul 13.00 19
18. Tampilan 3D sebaran angin di dalam ruang kelas menggunakan
halaman beton pukul 13.00 20
19. Sebaran RH gedung ruang kelas B1 dengan halaman beton tampak
20. Denah sebaran RH di tengah ruang kelas B1 dengan halaman beton
ketinggian 0.75 m pukul 13.00 21
21. Ruang kelas B1 dengan halaman pohon dan rumput (a) 22 22. Ruang kelas B1 dengan halaman pohon dan rumput (b) 22 23. Denah sebaran temperatur gedung ruang kelas B1 dengan halaman
pohon dan rumput ketinggian 0.75 m pukul 13.00 23 24. Sebaran temperatur tampak samping di tengah ruang kelas B1dengan
halaman pohon dan rumput pukul 13.00 24
25. Sebaran RH gedung ruang kelas B1 dengan halaman pohon dan rumput
tampak samping pukul 13.00 24
26. Denah sebaran RH gedung ruang kelas B1 dengan halaman pohon dan
rumput ketinggian 0.75 m pukul 13.00 25
27. Tampak 3D sebaran angin di dalam ruang kelas menggunakan halaman
pohon dan rumput pukul 13.00 26
28. Grafik perbandingan temperatur outdoor gedung ruang kelas B1
ketinggian 0.75 m 27
29. Grafik perbandingan kelembaban outdoor gedung ruang kelas B1
ketinggian 0.75 m 27
30. Grafik perbandingan aliran udara outdoor gedung ruang kelas B1 28 31. Grafik perbandingan temperatur indoor gedung ruang kelas B1
ketinggian 0.75 m 29
32. Grafik perbandingan kelembaban indoor gedung ruang kelas B1
ketinggian 0.75 m 29
33. Grafik perbandingan aliran udara indoor gedung ruang kelas B1 30 34. Grafik perbandingan kondisi keadaan awal, halaman beton, dan
halaman pohon 31
35. Contoh fasade bangunan di Perumahan Yasmin VI Bogor yang
menghadap ke arah barat 32
36. Pengaruh pohon terhadap temperatur udara di sekitarnya 33
37. Pengaruh jenis lantai halaman bangunan terhadap temperatur udara di
sekitarnya 34
DAFTAR LAMPIRAN
1. Denah gedung kuliah B1 36
2. Data hasil pengukuran kondisi lingkungan Gedung Kuliah B1 37 3. Penampakan model Gedung Kuliah B1 pada Solidworks 39 4. Hasil simulasi ruang kelas keadaan awal Gedung Kuliah B1 41 5. Hasil simulasi halaman keadaan awal Gedung Kuliah B1 43 6. Data hasil simulasi menggunakan halaman beton dalam ruang Gedung
Kuliah B1 45
7. Data hasil simulasi di dalam ruang kelas menggunakan halaman pohon
dan rumput dalam ruang Gedung Kuliah B1 47
8. Data hasil simulasi menggunakan halaman pohon dan rumput di
lingkungan 49
9. Data hasil simulasi menggunakan halaman beton di lingkungan 51 10. Hasil temperatur efektif ketiga kondisi simulasi dalam ruang Gedung
11. Hasil simulasi halaman pada ketinggian 0.75 m Gedung Kuliah B1 53 12. Hasil simulasi ruang kelas pada ketinggian 0.75 m Gedung Kuliah B1 54
13. Nomogram temperatur efektif 55
14. Grafik Psikrometri 56
15. Arah mata angin di halaman pada tanggal 24 Mei 2013 di halaman 57
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Dewasa ini, penghematan energi merupakan hal yang sedang digencarkan oleh negara-negara dunia karena persedian bahan bakar fosil yang semakin menipis. Hal ini menuntut ditemukannya inovasi-inovasi untuk mencegah terjadinya kelangkaan bahan bakar fosil, seperti menemukan bahan bakar alternatif dan menciptakan teknologi yang ramah lingkungan. Salah satu aspek penting yang dapat menunjang prinsip penghematan energi adalah dari aspek konstruksi bangunan.
Pada prinsipnya bangunan didesain untuk menciptakan kenyamanan bagi pengguna bangunan tersebut, namun konsep pembangunan yang terjadi sekarang adalah menciptakan bangunan yang nyaman tetapi boros energi. Contoh kasus yang terjadi adalah gedung perkantoran, perumahan, hingga institusi pendidikan. Konsep pembangunan ini harus dikembalikan ke konsep awal, dimana pembangunan yang diterapkan harus bersifat nyaman dan hemat energi, salah satu caranya adalah dengan mengoptimalkan kenyamanan thermal gedung tersebut.
Menurut Frick (1998) dalam Prayogi (2012), kenyamanan thermal adalah suatu kondisi thermal yang dirasakan manusia yang dikondisikan oleh lingkungan dan benda-benda di sekitar maupun bangunan yang melingkupinya. Faktor-faktor yang mempengaruhi kenyamanan thermal adalah temperatur udara, aliran udara, kelembaban udara, kecepatan gerak (aliran) udara, tingkat pencahayaan, distribusi cahaya, serta intensifitas panas rata-rata dari dinding dan atap. Kenyamanan thermal setiap negara akan berbeda-beda satu sama lain disebabkan faktor geografis daerah. Salah satu baku mutu yang mengatur mengenai kenyamanan thermal di Indonesia adalah Standar Tata Cara Perencanaan Teknis Konservasi Energi pada Bangunan Gedung yang diterbitkan oleh Yayasan LPMB-PU.
Salah satu cara yang dapat dilakukan untuk menciptakan ruang kelas yang hemat energi adalah dengan mengkondisikan halaman sekitar ruang kelas agar kenyamanan thermal sesuai dengan baku mutu sehingga tidak membutuhkan pendingin ruangan tambahan. Hal-hal yang dilakukan untuk mengkondisikan halaman tersebut adalah simulasi kondisi sebaran temperatur, kelembaban relatif (RH), dan aliran udara untuk mendapatkan nilai kenyamanan thermal efektif dalam ruang kelas tersebut. Studi kasus yang dilakukan berada di ruang kelas B1 FEM IPB karena ruang kelas ini sering digunakan untuk kegiatan belajar mengajar dengan menggunakan pendingin ruangan. Penelitian ini dilakukan untuk menganalisis kondisi lingkungan disekitar ruang kelas dan dampaknya terhadap kondisi kenyamanan ruang. Dalam penelitian ini dilakukan perbandingan kondisi ruang kelas beserta lingkungannya yang ditutupi oleh perkerasan dan hijauan. Dalam Penelitian ini digunakan teknik simulasi berbasis CFD (Computational Fluid Dynamics).
Perumusan Masalah
2
ruang kelas ini direncanakan dengan konsep green roof, namun dalam proses pelaksanaan kondisi atap ruang kelas ini tidak dibuat konsep green roof. Hal ini berdampak pada ketidaksesuaian kenyamanan thermal yang sudah direncanakan sehingga kelas ini membutuhkan energi tambahan untuk pendingin ruangan.
Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini:
1. Melakukan pengukuran pola aliran udara, temperatur, dan kelembaban ruang kelas B1 FEM IPB pada kondisi saat ini.
2. Melakukan simulasi dinamika pola aliran udara, temperatur, dan kelembaban ruang kelas B1 FEM IPB dengan kondisi saat ini, kondisi halaman perkerasan dan kondisi halaman tanaman.
3. Melakukan analisis kenyamanan ruang kelas B1 FEM IPB pada kondisi saat ini dan dengan penggunaan kedua material diatas (perkerasan dan tanaman).
Manfaat Penelitian
Manfaat penelitian ini:
1. Penelitian ini dapat dijadikan referensi yang patut dipertimbangkan oleh institusi terkait dalam membangun ruang kelas agar mendapatkan kenyamanan thermal dengan konsep hemat energi.
2. Penelitian ini dapat dijadikan referensi dalam ranah lanskap bagi ruang kelas. Ruang Lingkup Penelitian
Ruang lingkup penelitian ini:
1. Simulasi pola aliran udara, sebaran temperatur, dan sebaran kelembaban udara halaman eksisting ruang kelas B1 FEM IPB baik dengan halaman perkerasan maupun halaman tanaman.
2. Simulasi pola aliran udara, sebaran temperatur, dan sebaran kelembaban udara halaman ruang kelas B1 FEM IPB dengan memodifikasi letak tanaman.
TINJAUAN PUSTAKA
Arsitektur Tropis
3 disebabkan karena ketidakpedulian arsitek terhadap posisi matahari terhadap bangunan dan kurangnya pemahaman mengenai efek radiasi matahari. Sebagai contoh adalah gedung perkantoran yang memiliki banyak kaca, efek radiasi yang ditimbulkan matahri yang menembus bidang kaca adalah pemanasan ruang akibat efek rumah kaca. Untuk mengatasi hal ini biasanya ruangan akan dilengkapi dengan pendingin ruangan (AC) dalam kapasitas besar sehingga terjadi pemborosan energi.
Arsitektur Hijau
Arsitektur hijau adalah arsitektur yang minim konsumsi sumber daya alam, termasuk energi, air, dan material, serta minim menimbulkan dampak negatif bagi lingkungan. Arsitektur hijau merupakan langkah untuk merealisasikan kehidupan manusia berkelanjutan (Karyono 2010).
Gambar 1. School of Arts, Design, and Media di Universitas Nanyang, Singapura Gambar 1 menunjukkan bangunan yang menerapkan konsep tanaman atap (green roof) untuk mereduksi pemanasan kawasan (heat urban island). Green roof adalah atap sebuah bangunan yang sebagian atau seluruhnya ditutupi dengan vegetasi dan media tumbuh, ditanam di atas membran anti air. Studi yang dilakukan oleh Brad Bass (2005) menunjukkan bahwa green roof dapat mengurangi hilangnya panas dan konsumsi energi dalam kondisi musim dingin. Kelebihan lain green roof adalah dapat menyerap air hujan, menyediakan zona isolasi bagi penghijauan, menciptakan habitat bagi satwa liar, membantu untuk menurunkan temperatur udara perkotaan, dan mengurangi efek pemanasan global. Penerapan green roof di Indonesia memiliki dua kendala utama, yaitu terbatasnya jumlah tenaga ahli yang mampu melakukan instalasi green roof dan kondisi keuangan sebagian besar masyarakat Indonesia tidak mampu untuk melakukan instalasi.
Kenyamanan Thermal
4
beberapa faktor individual seperti pakaian, aklitimasi, usia, tingkat kegemukan, dan tingkat kesehatan.
Indonesia mempunyai iklim tropis dengan kelembaban udara, temperatur udara, dan radiasi matahari yang relatif tinggi (Talarosha 2005). Kriteria arsitektur tropis tidak hanya dilihat dari estetika bangunan dan elemen-elemennya, namun lebih kepada kualitas fisik ruang yang ada di dalamnya, yaitu temperatur ruang rendah, kelembaban tidak terlalu tinggi, pencahayaan alam cukup, pergerakan udara memadai, serta terhindar dari hujan dan terik matahari (Karyono 2010). Menurut WB Wijaya dalam Prayogi (2012), secara umum kondisi ruangan yang ideal adalah memiliki temperatur 20-25oC, kelembaban 40-50%, dan gerak udara sedang 5-20 cm/det.
Menurut Standar Tata Cara Perencanaan Teknis Konservasi Energi pada Bangunan Gedung yang diterbitkan oleh Yayasan LPMB-PU dalam Talarosha (2005), temperatur nyaman untuk orang Indonesia, dibagi menjadi tiga, yaitu: Tabel 1. Temperatur nyaman berdasarkan Standar Tata Cara Perencanaan Teknis
Konservasi Energi pada Bangunan Gedung
Temperatur Efektif (TE) Kelembaban (RH) 1. Sejuk nyaman
Berdasarkan penelitian Humphreys dan Nicol, Lipsmeir (1994) dalam Talarosha (2005), tingkat kenyamanan thermal dibedakan menurut letak geografis dan suku bangsa seperti yang terdapat pada Tabel 2.
Tabel 2. Perbedaan tingkat kenyamanan berdasarkan letak geografis dan suku bangsa
Pengarang Tempat Kelompok
Manusia
Simulasi merupakan teknik penyusunan dari kondisi nyata (sistem) kemudian melakukan percobaan pada model yang dibuat dari sistem. Simulasi merupakan alat yang fleksibel dari alat atau kuantitatif. Simulasi cocok diterapkan untuk menganalisa interaksi masalah yang rumit dari sistem. Simulasi berguna untuk mengetahui pengaruh atau akibat suatu keputusan dalam jangka waktu tertetu (Avissar et al. 1982) diacu dalam (Yani 2007).
5 berbagai macam parameter dan elemen-elemen lain sehingga model sulit untuk diprediksi dan perhitungannya penuh dengan ketidakpastian. Aplikasi simulasi dapat digunakan untuk mengevaluasi berbagai variabel rumit yang distribusinya sulit ditentukan secara matematis. Untuk memudahkan proses simulasi, dewasa ini banyak sekali software-software yang telah dikembangkan sesuai dengan permasalahan yang sering timbul.
Computational Fluid Dynamic (CFD)
Computational Fluid Dynamic (CFD) merupakan sebuah metode perhitungan untuk memprediksi pendekatan aliran fluida secara numerik dengan bantuan komputer. CFD menyelesaikan bentuk-bentuk aljabar seperti integral dan diferensial parsial sehingga menghasilkan angka suatu aliran fluida dalam tempat dan waktu tertentu. Solusi yang dihasilkan oleh CFD merupakan repetisi sebanyak seribu hingga satu juta kali yang tidak mungkin dilakukan tanpa bantuan komputer. Dalam bidang teknik sipil dan lingkungan, CFD dapat digunakan untuk simulasi sirkulasi udara dalam bangunan dan pemompaan lumpur pada reservoir (Anderson 1995). Pemakaian CFD secara umum dapat digunakan untuk memprediksi aliran dan panas, transfer massa, perubahan fasa, reaksi kimia, gerakan mekanis, gelombang elektromagnet, serta tegangan dan tumpuan pada benda solid.
Proses perhitungan yang dilakukan adalah dengan kontrol perhitungan yang dilibatkan dengan persamaan-persamaan yang terlibat. Persamaan-persamaan ini adalah persamaan yang dibangkitkan dengan memasukkan parameter-parameter yang terlibat dalam domain. Sebagai contoh adalah ketika suatu model yang akan dianalisa melibatkan temperatur, hal ini menunjukkan model tersebut melibatkan persamaan energi atau konservasi dari energi tersebut. Inisialisasi awal dari persamaan adalah boundarycondition. Boundarycondition adalah kondisi dimana kontrol-kontrol perhitungan didefinisikan sebagai definisi awal yang akan dilibatkan ke kontrol-kontrol penghitungan yang berdekatan dengannya melalui persamaan-persamaan yang terlibat.
Secara umum proses perhitungan CFD terdiri tiga bagian utama, yaitu pre-processor, pre-processor, dan post-processor. Pre-processor adalah tahap input data dimulai dari pendefinisian domain serta kondisi batas. Tahap ini sebuah objek yang akan dianalisa akan dibagi dalam jumlah grid tertentu dan sering disebut dengan meshing. Tahap selanjutnya adalah processor, yaitu proses perhitungan data yang dilakukan secara iterasi hingga mendapatkan nilai error terkecil. Tahap terakhir adalah post-processor, yaitu hasil perhitungan diinterpretasikan ke dalam Gambar, grafik, bahkan animasi dengan pola warna tertentu.
6
METODE
Waktu dan tempat
Penelitian ini dilaksanakan selama tiga bulan, dimulai sejak Bulan April hingga Juli 2013. Pengambilan data penelitian dilakukan di Gedung Kuliah B1 Fakultas FEM IPB. Pengolahan data dilaksanakan di Departemen Teknik Sipil dan Lingkungan Fakultas Teknologi Pertanian IPB. Pendekatan studi yang digunakan dalam penelitian ini berupa pengukuran dan simulasi.
Gedung ruang kelas B1 memiliki bentuk menyerupai segitiga dengan penyiku di tiap sudutnya. Panjang dinding 15.5 m dengan panjang dinding penyiku 2.25 m. Tinggi bangunan sampai langit-langit ruang kelas sebesar 4 m. Luas ruang kelas sebesar 169.11 m. Lantai kelas memiliki kontur menurun menuju stage, mulai dari +0.8 m sampai +0.2 m. Dimensi tiap ventilasi yang bisa dibuka adalah 0.955 m x 1.3 m. Material dinding berupa beton dan lantai kelas berupa keramik. Untuk di bagian stage, lantai dan dinding berbahan kayu. Untuk pintu dan jendela berbahan kaca yang gelap.
Bahan
Bahan yang digunakan adalah data geometris bangunan ruang kelas B1 FEM IPB.
Alat
Alat yang digunakan dalam penelitian kali ini adalah termometer bola kering, termometer bola basah, digital instrument, kompas, anemometer, perangkat lunak Solidworks 2012 64 bit, seperangkat Personal Computer (PC) dengan spesifikasi CPU Intel® Core i3 3220M @3.30 GHz; 8 GB RAM; VGA Card AMD Radeon HD 7700 series 2GB; 64-bit Windows Operating System.
Prosedur Analisis Data
7
Gambar 2 Diagram alir penelitian Pengambilan Data
Pengambilan data primer dilakukan di ruang kelas B1 FEM IPB. Parameter yang diukur berupa temperatur, kelembaban, radiasi matahari, dan angin. Pengukuran diambil di dalam kelas termasuk jendela, halaman, dan atap bangunan kelas. Di tiap titik pengambilan data diambil dari tiga ketinggian, yaitu 0.5 m, 1 m, dan 1.5 m. Pengukuran dilakukan selama tiga hari dengan cuaca optimum, dan data yang digunakan adalah data maksimum diantara ketiga hari tersebut.
Tahap simulasi
a. Pembuatan Geometri Bangunan
8
Pembuatan geometri dimulai dengan membuat tiap komponen bangunan dalam bentuk part. Bangunan dalam bentuk tiga dimensi dengan acuan sumbu x, y dan z. Komponen bangunan yang telah dibuat dalam bentuk part kemudian di assembly sehingga membentuk suatu bangunan yang menyerupai gedung ruang kelas B1.
b. General Setting dan Simulasi
Sebelum dilakukan simulasi, dilakukan perubahan setting dalam Solidworks 2012. General setting pada Gambar merupakan pengaturan yang untuk penentuan tipe analisis, fluida, material bangunan, kondisi batas, dan kondisi awal secara umum. Apabila dalam tahapan CFD, ini merupakan tahapan pre-processor. Studi kasus ini menggunakan tipe analisis internal yang memperhitungkan lubang tanpa aliran. Pengaturan selanjutnya dilakukan pada tab physical feature yang tampil seperti pada Gambar 3. Pada baris heat conduction in solids dan gravity diberikan tanda √ karena studi kasus ini memperhitungkan kedua hal tersebut. Selanjutnya data temperatur, intensitas cahaya diinput pada tempat yang tersedia, dan klik ok.
Gambar 3 General settinganalysis type
9
Gambar 4 General setting fluids
Jendela selanjutnya yang muncul adalah jendela yang mengatur pemilihan material dinding bangunan. Pada bagian ini, dipilih brickwork (outer leaf).
Gambar 5 General setting wall conditions
10
Gambar 6 General setting initial dan ambientcondition
Setelah pengaturan general setting selesai dilakukan, maka selanjutnya dilakukan pengaturan initial mesh. Semakin tinggi tingkat initial mesh maka hasil simulasi yang dihasilkan akan semakin baik, namun membutuhkan spesifikasi PC tinggi dan waktu yang lebih lama. Tingkat initial mesh yang digunakan adalah initial mesh 3, disesuaikan dengan spesifikasi PC yang digunakan.
Gambar 7 Jendela InitialMesh
11 dipilih ceiling tiles. Bagian ventilasi diabaikan karena diasumsikan memiliki pengaruh yang sangat kecil terhadap aliran udara di dalam ruangan
Gambar 8 Interface definisi solidmaterials
Langkah terakhir adalah penentuan boundary conditions. Penentuan boundary condition terdapat pada Gambar 10. Boundary condition yang diatur adalah inlet dan outlet dengan kecepatan udara sesuai pengukuran. Aliran udara dalam ruang sangat kecil sehingga kecepatan udara di bagian outlet diasumsikan 0 m/det. Lokasi inlet yang berada di jendela samping kanan dan outlet di samping kiri diasumsikan sama setiap jamnya. Nilai temperatur material bagian luar ditentukan dengan Real wall yang diasumsikan sama dengan temperatur lingkungan.
Gambar 9Jendela Boundary Condition
12
Gambar 10 Kondisi gedung ruang kelas yang dikelilingi bangunan tinggi
Gambar 11 Bangunan luar dalam simulasi
Halaman gedung ruang kelas B1 memiliki 5 pohon, yang terdiri dari dua di sisi barat, dan tiga di sisi selatan. Dalam pengkondisiannya dibuat bangunan yang menyelimuti halaman dan gedung ruang kelas, tinggi bangunan yang dibuat menyerupai dengan tinggi bangunan luar di lapangan sebesar 19.7 m. Tempat sumber angin yang datang di keadaan nyata adalah celah wing yang ada di bangunan luar, sehingga dibuat lubang di ketiga sisinya sebagai tempat sumber angin yang datang.
Apabila semua input pengkondisian batas sudah dilakukan, maka dilanjutkan dengan melakukan running simulasi tersebut. Dalam tahapan CFD, tahapan ini disebut tahapan processor sampai mendapatkan hasil error yang terkecil. Jika sudah mendapatkan hasil maka simulasi tersebut akan mendapatkan suatu gambar, animasi dari hasil simulasi tersebut. Dalam tahapan CFD, ini disebut tahapan post processor.
c. Validasi Data dan Analisis Simulasi
13 LPMB-PU dan perbedaan kenyamanan thermal berdasarkan letak geografis dan suku bangsa.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Keadaan Lingkungan Sekitar Gedung Ruang Kelas B1
Gedung ruang kelas B1 memiliki luas 169.11 m2 dengan dinding dan atap beton. Bentuk ruangan menyerupai segitiga dengan penyiku di tiap sisinya. Pintu dan jendela berbahan kaca yang gelap, lantai dilapisi keramik dengan kontur menurun ke depan stage, dan stage berbahan kayu. Kondisi Lingkungan sekitar gedung ruang kelas B1 baik di dalam ruang kelas, maupun bagian luar kelas diambil pada tanggal 10,17 dan 24 Mei 2013. Dari data yang diambil, didapat kondisi optimum pada tanggal 24 Mei 2013, dimana didapat temperatur indoor gedung ruang kelas B1 sebesar 30,5 oC dan didapat temperatur outdoor gedung sebesar 37oC. Berikut data primer yang diambil jam 13.00 di bagian tengah ruang dan halaman kelas. Ketinggian pengambilan pengukuran diambil dari tiga titik ketinggian yaitu 0.5 m, 1 m, dan 1.5 m sesuai dengan perwakilan ketinggian yang dirasakan oleh rta-rata orang Indonesia. Data yang diambil berupa temperatur bola basah (BB), temperatur bola kering (BK), kelembaban, kecepatan udara, dan intensitas cahaya. Kondisi pengukuran diambil tanpa memperhitungkan adanya manusia di dalam ruangan, dan dengan kondisi jendela di dalam ruang kelas terbuka dan pintu tertutup. Hal ini dikondisikan agar hanya ventilasi alami yang mempengaruhi suhu ruang kelas dengan tidak memperbesar faktor kebisingan dari luar dengan pintu terbuka.
14
Tabel 4 Keadaan pengukuran di halaman saat jam 13.00 Ketinggian permukaan
Tabel 5 Keadaan pengukuran di bagian tengah ruangan saat jam 13.00 Ketinggian permukaan
Keadaan ruang kelas yang seharusnya mendapatkan penghijauan di bagian atap sesuai dengan tahap perencanaan, tetapi pada keadaan di lapangan tidak diterapkan. Hal ini membuat bagian atap ruang kelas hanya dilapisi atap beton. Atap beton mendapat panas dari radiasi matahari yang langsung dihantarkan melalui proses konduksi ke dalam ruang kelas sehingga membuat panas bagian dalam kelas.
Di bagian halaman ruang kelas B1, halaman berupa tanah dengan lima pohon jenis krey payung yang memiliki ketinggian ± 5 m. Dari lima pohon yang ditanam tersebut hanya dua pohon yang terdapat di bagian barat gedung ruang kelas, sisanya berada di sisi selatan gedung. Letak kedua pohon tersebut tidak menghalangi cahaya matahari yang menuju jendela ruang kelas. Sehingga ruang kelas mendapatkan radiasi matahari secara langsung yang membuat keadaan ruang kelas semakin panas.
Menurut Satwiko (2008), zona nyaman adalah daerah dalam bioclimatic chart yang menunjukkan kondisi komposisi udara yang nyaman secara termal. Kenyamanan termal tidak dapat diwakili oleh satu angka tunggal karena kenyamanan tersebut merupakan perpaduan dari enam faktor. Namun, sebagai pedoman kasar, kenyamanan termal untuk daerah tropis lembab dapat dicapai dengan batas 24 oC < T < 26 oC, 40 % < RH < 60 %, 0.6 m/det < V < 1.5m/det, pakaian ringan dan selapis, dan kegiatan santai tenang. Batas-batas tersebut berdasarkan pengalaman saja. Pada iklim tropis lembab yang temperatur rata-ratanya cukup tinggi, antara 27 oC hingga 32 oC, temperatur 24 oC sudah terasa sejuk. Berikut adalah Gambar temperatur suhu bola kering, kelembaban relatif, dan kecepatan angin yang diplot ke dalam bioclimatic chart.
15
Gambar 12 Analisis bioklimatik bagian tengah ruangan pukul 10.00 dan 13.00 Sumber : Satwiko 2008
Berdasarkan Gambar 12, didapatkan bahwa temperatur pada gedung ruang kelas B1 tidak berada pada zona nyaman. Berikut apabila kita lihat dari parameter lain menggunakan temperatur efektif berdasarkan teori George Lippsmeier.
16
Grafik psikometrik digunakan untuk mendapatkan besar wet bulb temperature (WBT) dari nilai dry bulb temperature (DBT) dan kelembaban hasil simulasi. Setelah mendapatkan WBT kemudian diplot perpotongan garis DBT, WBT dan kecepatan angin kedalam nomogram temperatur efektif yang didapatkan hasilnya sebesar 28.5oC. Jika dibandingkan dengan Tabel 1 dan Tabel 2, maka akan menunjukkan bahwa temperatur efektif sebesar 28.5 oC tidak berada pada zona nyaman. Hal ini menunjukkan kondisi lingkungan gedung ruang kelas B1 tidak nyaman untuk kegiatan belajar mengajar tanpa bantuan pendingin ruangan.
Menurut Marsidi dan Ch. Desi Kusmindari dalam jurnal 'Pengaruh Tingkat Kelembaban Nisbi dan Suhu Ruang Kelas Terhadap Proses Belajar' menyebutkan bahwa kenyamanan temperatur efektif untuk kerja ringan dalam posisi duduk adalah 21oC-27 oC, dimana dari hasil yang didapat itu juga berada di luar rentang nyaman tersebut.
Hasil analisis temperatur efektif ruang kelas B1 yang menunjukkan ke zona tidak nyaman membuktikan bahwa ruang kelas tersebut tidak nyaman dipergunakan, sehingga dalam keadaan di lapangan ruang kelas B1 menggunakan AC sebagai pengatur temperatur udara di dalam ruang kelas. Sekarang ini seiring naiknya iklim bumi, tanpa sadar masyarakat banyak menghabiskan sebagian waktunya di ruang berpendingin udara atau air conditioner (AC). Rasa sejuk yang diberikan AC membuat orang nyaman di dalam ruang, namun dalam jangka panjang penggunaan AC dapat memicu kerusakan pada kulit dan rambut. Itu disebabkan mesin AC menyerap kelembaban udara yang ada di ruang. Ketika kelembaban ruang hilang karena pendingin udara, dampaknya kulit bisa kering, layu, pecah-pecah, dan lain-lain.
Selain dampak yang tidak baik terhadap kesehatan manusia, penggunaan AC juga berpengaruh buruk bagi lingkungan karena boros energi. Hal ini disebabkan energi tergolong dalam sumber daya alam yang tidak dapat diperbarui, apabila energi dieksploitasi secara berlebihan maka energi ini suatu saat akan habis. Persediaan energi di Bumi yang semakin menipis harus diatasi dengan mengurangi penggunaan energi. Hal ini dapat dimulai dengan salah satunya mengurangi penggunaan pendingin ruangan.
17
Gambar 14 Keadaan awal ruang kelas B1
Tabel 6 Hasil simulasi keadaan awal di bagian halaman saat jam 13.00 Ketinggian permukaan
(m)
Temperatur (oC)
Kecepatan angin
(m/det) RH(%)
0.5 37.00 0.01 61.57
1 37.04 0.01 61.72
1.5 37.04 0.01 61.72
Tabel 7 Hasil simulasi keadaan awal di bagian tengah kelas saat jam 13.00 Ketinggian permukaan
(m)
Temperatur (oC)
Kecepatan angin
(m/det) RH(%)
0.5 30.21 0.01 77.3
1 30.24 0.01 77.35
1.5 30.00 0.01 77.24
Modifikasi Halaman Gedung Ruang Kelas B1
Modifikasi Halaman Menggunakan Beton
Dewasa ini kecenderungan masyarakat, khusunya yang tinggal di perkotaan lebih memilih untuk membetonkan halaman rumah mereka. Banyak hal yang menjadi faktor masyarakat untuk memilih hal ini dengan beberapa faktor, yaitu halaman tidak kotor saat hujan turun, tidak membutuhkan banyak perawatan, tidak banyak serangga, simpel, serta menimbulkan kesan luas dan megah. Dibalik itu semua, membetonkan halaman dapat membuat halaman sekitar menjadi lebih panas karena beton memantulkan sinar matahari yang datang.
18
Gambar 15 Ruang kelas B1 dengan halaman beton
Simulasi kemudian dilakukan bertahap sesuai dengan keadaan lingkungan tiap jamnya mulai dari jam 10.00 sampai 14.00. Berikut adalah hasil simulasi yang dilakukan pada jam 13.00 dimana keadaan temperatur lingkungan optimum. Tabel 8 Simulasi gedung ruang kelas B1 di bagian halaman beton saat jam 13.00
Ketinggian pengukuran (m)
Temperatur (oC)
Kec. Aliran Udara (m/det)
RH (%)
0.5 37.07 4.26 61.37
1 37.06 3.62 61.08
1.5 37.07 1.26 61.23
Tabel 9 Simulasi gedung ruang kelas B1 di bagian ruang tengah kelas dengan halaman beton saat jam 13.00
Ketinggian pengukuran (m)
Temperatur (oC)
Kec. Aliran Udara (m/s)
RH (%)
0.5 30.70 0.06 60.31
1 30.40 0.06 60.18
19
Gambar 16 Denah sebaran temperatur dengan halaman beton ketinggian 0.75 m pukul 13.00
Berdasarkan Tabel 8,jika dibandingkan dengan keadaan awal di jam yang sama (Tabel 6) dapat dilihat bahwa temperatur lingkungan dan temperatur ruang dalam kelas mengalami kenaikan rata-rata 0.06oC.
20
Gambar 18 Tampilan 3D sebaran angin di dalam ruang kelas menggunakan halaman beton pukul 13.00
Kecepatan aliran udara yang didapat dari simulasi beton untuk bagian lingkungan mengalami peningkatan akibat dari lingkungan yang lebih terbuka dari keadaan awal. Angin yang ada pada kondisi tersebut dibarengi dengan temperatur yang tinggi, sehingga kondisi sekitar lingkungan ruang kelas mendapatkan angin yang hangat. Angin yang lebih besar datang dari lingkungan maka berpengaruh pada bagian dalam ruang kelas.
21
Gambar 20 Denah sebaran RH di tengah ruang kelas B1 dengan halaman beton ketinggian 0.75 m pukul 13.00
Kondisi kelembaban yang terdapat pada beton, jika dibandingkan dengan keadaan awal tidak berubah spesifik di bagian luar tetapi terjadi perbedaan yang signifikan di bagian dalam ruang kelas. Itu terjadi karena besar angin yang didapat di bagian ruang kelas lebih besar dibanding kondisi awal. Hal itu menyebabkan molekul air di dalam udara yang tergantung di dalam kelas lebih banyak terbawa oleh angin yang berhembus.
Modifikasi Halaman Menggunakan Pohon dan Rumput (Tanaman)
22
Gambar 21 Ruang kelas B1 dengan halaman pohon dan rumput (a)
Gambar 22 Ruang kelas B1 dengan halaman pohon dan rumput (b)
23 Tabel 10 Simulasi di bagian halaman dengan halaman pohon dan rumput saat jam
13.00
Ketinggian permukaan (m)
Temperatur (oC)
Kecepatan angin
(m/det) RH(%)
0.5 34.92 0.02 61.24
1 34.35 0.04 61.15
1.5 34.05 0.01 60.96
Tabel 11 Simulasi di bagian tengah ruang kelas B1 dengan halaman pohon dan rumput saat jam 13.00
Ketinggian permukaan (m)
Temperatur (oC)
Kecepatan angin
(m/det) RH(%)
0.5 30.02 0.03 63.14
1 30.01 0.02 63.12
1.5 30.01 0.02 63.12
24
Gambar 24 Sebaran temperatur tampak samping di tengah ruang kelas B1dengan halaman pohon dan rumput pukul 13.00
Berdasarkan Tabel 9, 10 dan Gambar 23, 24 untuk hasil temperatur, temperatur di lingkungan mengalami penurunan rata-rata 2.56oC sedangkan untuk bagian dalam kelas mengalami penurunan rata-rata sebesar 0.48oC.
25
Gambar 26 Denah sebaran RH gedung ruang kelas B1 dengan halaman pohon dan rumput ketinggian 0.75 m pukul 13.00
Untuk hasil kelembaban relatif, dari Gambar 26 didapat bahwa kelembaban udara yang berada di bawah pohon lebih lembab daripada yang tidak. Udara yang lebih lembab di bawah pohon tersebut berada di sisi timur gedung, dimana sisi tersebut tidak terkena sumber angin dari luar, dimana sumber angin pada jam 13.00 berasal dari barat ke selatan. Sehingga kelembaban yang terdapat di bawah pohon tidak terbawa oleh angin yang datang. Bagian dalam kelas lebih lembab dibanding dengan bagian luar yang terkena sumber angin, tetapi tidak lebih lembab dibanding bagian sisi luar yang tidak terkena angin secara langsung.
26
Gambar 27 Tampak 3D sebaran angin di dalam ruang kelas menggunakan halaman pohon dan rumput pukul 13.00
27 Analisis Perbandingan Keadaan Awal, Halaman Beton, serta Halaman
Tanaman
Berikut hasil data iklim lingkungan yang didapat dari pengukuran keadaan awal, simulasi halaman beton dan simulasi halaman tanaman yang diambil dari titik yang sama dalam bentuk grafik.
Gambar 28 Grafik perbandingan temperatur outdoor gedung ruang kelas B1 ketinggian 0.75 m
Gambar 29 Grafik perbandingan kelembaban outdoor gedung ruang kelas B1 ketinggian 0.75 m
10.00 11.00 12.00 13.00 14.00 15.00
Tem
10.00 11.00 12.00 13.00 14.00 15.00
28
Gambar 30 Grafik perbandingan aliran udara outdoor gedung ruang kelas B1 Berdasarkan grafik temperatur, kelembaban, dan aliran udara untuk halaman didapatkan temperatur tertinggi halaman didapat oleh kondisi halaman beton dengan besar 37.07oC pada pukul 13.00 sedangkan yang terendah didapat sebesar 28.2oC menggunakan halaman tanaman pada pukul 10.00. Grafik temperatur outdoor menunjukkan bahwa halaman tanaman memiliki temperatur yang lebih rendah daripada keadaan awal dan beton. Halaman beton memiliki temperatur lebih tinggi dari keadaan awal walau tidak besar perbedaannya.
Grafik kelembaban menunjukkan kelembaban tertinggi didapat sebesar 75% pada pukul 12.00 dengan menggunakan halaman tanaman, dan yang terendah didapat sebesar 59% menggunakan halaman beton. Kondisi kelembaban halaman beton dengan keadaan awal tidak berbeda jauh itu ditunjukkan dengan grafik yang berhimpit di empat waktu (10.00, 11.00, 13.00, 14.00). Kelembaban yang didapat dengan menggunakan halaman tanaman memiliki keadaan kelembaban yang tinggi apabila berada di bawah pohon. Sedangkan di sekitar halaman yang tidak terpengaruh dengan keadaan pohon memiliki kelembaban yang besarnya mendekati keadaan awal.
Grafik aliran udara outdoor memperlihatkan bahwa halaman beton memiliki aliran udara yang lebih besar dibanding dua keadaan lainnya. Aliran udara terbesar didapat pada pukul 13.00 sebesar 3.11 m/det. Dan yang terendah didapat pada keadaan awal yaitu sebesar 0 m/det. Berikut hasil data indoor yang didapat dari simulasi keadaan awal, halaman beton dan halaman tanaman yang diambil dari titik yang sama dalam bentuk grafik.
0
10.00 11.00 12.00 13.00 14.00 15.00
29
Gambar 31 Grafik perbandingan temperatur indoor gedung ruang kelas B1 ketinggian 0.75 m
Gambar 32 Grafik perbandingan kelembaban indoor gedung ruang kelas B1 ketinggian 0.75 m
10.00 11.00 12.00 13.00 14.00 15.00
Tem
10.00 11.00 12.00 13.00 14.00 15.00
30
Gambar 33 Grafik perbandingan aliran udara indoor gedung ruang kelas B1 Berdasarkan grafik temperatur, kelembaban, dan aliran udara untuk bagian indoor didapatkan temperatur tertinggi bagian indoor adalah dengan kondisi halaman beton dengan besar 30.57 pada pukul 13.00 sedangkan yang terendah sebesar 27.05oC menggunakan halaman tanaman pada pukul 10.00. Grafik temperatur indoor menunjukkan bahwa halaman tanaman memiliki temperatur yang lebih rendah daripada keadaan awal dan beton. Halaman beton memiliki temperatur lebih tinggi dari keadaan awal walau tidak besar perbedaannya.
Grafik kelembaban menunjukkan kelembaban tertinggi didapat sebesar 82.02% pada pukul 10.00 dalam keadaan awal, dan yang terendah didapat sebesar 61% menggunakan halaman beton pada pukul 14.00. Kondisi kelembaban halaman beton memiliki kelembaban yang relatif lebih kecil, hanya pada pukul 12.00 halaman beton memiliki kelembaban yang tinggi.
Grafik aliran udara indoor memperlihatkan halaman beton memiliki aliran udara yang lebih tinggi dibanding yang lain, meskipun pada pukul 11.00 didapat halaman tanaman memiliki aliran udara yang lebih tinggi dari halaman beton. Aliran udara terbesar didapat sebesar 0.05 m/det dimana didapat oleh halaman beton pada pukul 12.00 dan 13.00, sedangkan halaman tanaman pada pukul 12.00. Melihat dari semua hasil, kita dapat membuat grafik temperatur efektif untuk masing-masing keadaan simulasi dan keadaan pengukuran yang dilakukan dengan mem-plotkan semua hasil paramater tersebut kedalam grafik psikometri dan nomogram temperatur efektif.
0
10.00 11.00 12.00 13.00 14.00 15.00
31
Gambar 34 Grafik perbandingan kondisi keadaan awal, halaman beton, dan halaman pohon
Berdasarkan grafik tersebut, jika mengacu pada batas-batas kenyamanan dalam temperatur efektif Lippsmeir 1997 yang mengatakan bahwa Indonesia memiliki batas kenyamanan thermal 20oC-26 oC, dapat dilihat bahwa temperatur efektif dari modifikasi halaman rumput dan pohon dapat membuat keadaan gedung ruang kelas B1 berada pada zona nyaman.
Pada temperatur 26oC TE umumnya manusia sudah mulai berkeringat. Pada kondisi 26oC TE - 30oC TE daya tahan dan kemampuan kerja manusia mulai menurun. Kondisi sudah mulai sukar ketika 33.5oC TE - 35.5 oC. Dan kondisi lingkungan tidak ditolerir lagi ketika35oC-36oC. Produktivitas manusia cenderung menurun atau rendah pada kondisi yang tidak nyaman seperti terlalu dingin atau terlalu panas. Produktivitas kerja manusia meningkat pada kondisi temperatur (termis) yang nyaman (Idealistina 1991).
Kecepatan udara yang ada di ruang kelas dari keadaan awal, modifikasi halaman beton, serta modifikasi halaman pohon dan rumput, didapat rata-rata masing-masing sebesar 0.013 m/det, 0.03 9m/det dan 0.032 m/det. Ini menunjukkan bahwa kecepatan udara rata-rata dari ketiga keadaan, didapat keadaan halaman beton memiliki kecepatan angin paling besar. Namun dengan angin yang besar karena tidak adanya halangan sumber angin menuju ruang kelas tidak membuat kenyamanan dalam ruang kelas tersebut melihat dari temperatur efektif yang didapat. Berdasarkan SNI 03-6572-2001 kebutuhan laju aliran udara di dalam suatu ruang kelas dengan asumsi tidak merokok adalah 0.15 m3/min/orang. Hasil yang didapat dari simulasi untuk bagian tengah ruang kelas menggunakan halaman pohon dan rumput, dengan kecepatan angin rata-rata pada jam 13.00 sebesar 0.034 m/det dan luasan kelas sebesar 169.11 m2 adalah sebesar 2.37 m3/min/orang. Hal ini menunjukkan bahwa sirkulasi udara untuk bagian ruang tengah kelas yang diberikan lebih besar dari kebutuhan minimal laju aliran dalam suatu ruang kelas per orangnya, sehingga bisa dikategorikan nyaman.
Hal yang paling mendominasi naiknya suhu udara dalam bangunan adalah besarnya radiasi matahari. Orientasi bangunan terhadap matahari akan menentukan besarnya radiasi matahari yang diterima oleh bangunan. Semakin
32
luas bidang yang menerima radiasi matahari secara langsung, semakin besar juga panas yang diterima oleh bangunan.
Seperti yang kita ketahui bahwa pergerakan matahari menyinari bumi itu bergerak dari arah timur ke barat. Untuk itulah perlu perhatian terhadap letak bangunan agar tidak menghadap timur-barat. Namun, dalam realisasinya di lapangan pembangunan tidak bisa hanya mementingkan hal itu saja, sehingga pembangunan dengan fasade bangunan mengarah ke timur atau barat tidak bisa terhindarkan. Semakin sulitnya pembangunan untuk menghindari hal tersebut, maka banyak cara dalam mendesain bangunan agar menghindari radiasi matahari secara langsung. Salah satu cara dalam menutupi radiasi matahari secara langsung adalah dengan vegetasi (tanaman).
Gambar 35 Contoh fasade bangunan di Perumahan Yasmin VI Bogor yang menghadap ke arah barat
33
Gambar 36 Pengaruh pohon terhadap temperatur udara di sekitarnya (Sumber: DEDE, 2010)
Kanopi didominasi oleh pohon-pohon dengan daun yang rindang sehingga menghalangi proses masuknya sinar matahari sehingga tingkat penyinaran yang diterima oleh tempat tersebut juga kurang sehingga kelembaban di tempat tersebut cukup tinggi. Untuk kenyamanan, ventilasi berguna dalam proses pendinginan udara dan pencegahan peningkatan kelembaban udara khususnya daerah tropika basah seperti Indonesia.
Pohon dan tanaman juga dapat dimanfaatkan untuk mengatur aliran udara ke dalam bangunan. Penempatan pohon dan tanaman yang kurang tepat dapat menghilangkan udara sejuk yang diinginkan terutama pada periode puncak panas. Menurut White R.F (dalam Concept in Thermal Comfort, Egan 1975) kedekatan pohon terhadap bangunan mempengaruhi ventilasi alami di dalam bangunan.
34
Gambar 37 Pengaruh jenis lantai halaman bangunan terhadap temperatur udara di sekitarnya
Sumber : DEDE 2010
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
1. Berdasarkan pengukuran dan analisis yang dilakukan, kondisi saat ini memiliki kondisi temperatur tertinggi di halaman sebesar 37oC dan di ruang kelas sebesar 30.5 oC pada pukul 13.00. Kelembaban di halaman tertinggi sebesar 71.78% pada pukul 10.00 dan di ruang kelas sebesar 89.11% pada pukul 12.00.
2. Hasil simulasi pada kondisi awal menunjukkan nilai temperatur pada pukul 13.00 di ruang kelas sebesar 30.24oC, kelembaban udara sebesar 77.35%, dan kecepatan udara sebesar 0.01 m/det. Sedangkan di halaman sebesar 37oC , kelembaban udara sebesar 61.57%, dan kecepatan udara sebesar 0.01 m/det. Dengan halaman perkerasan nilai temperatur pada pukul 13.00 di ruang kelas sebesar 30.7oC, kelembaban udara sebesar 60.31%, dan kecepatan udara sebesar 0.06 m/det, di halaman sebesar 37.07oC , kelembaban udara sebesar 61.37%, dan kecepatan udara sebesar 4.26 m/det. Sedangkan dengan halaman tanaman nilai temperatur pada pukul 13.00 di ruang kelas sebesar 30.02oC, kelembaban udara sebesar 61.34 %, dan kecepatan udara sebesar 0.034 m/det. Sedangkan di halaman sebesar 34.35oC, kelembaban udara sebesar 61.15%, dan kecepatan udara sebesar 0.04 m/det .
35 Saran
Saran dari penelitian ini adalah sebaiknya halaman gedung ruang kelas B1 di sisi timur dan barat ditanami pohon yang rindang dengan letak yang benar sehingga mampu menghalangi pancaran panas matahari yang masuk ke dalam kelas.
DAFTAR PUSTAKA
Arsadda R. 2011. Solidworks Professional. Bandung : Informatika.
Arismunandar W, Saito H. 1991. Penyegaran Udara. Jakarta : PT Pradnya Paramita.
[ASHRAE] American Society of Heating, Refrigerating, and Air Conditioning Engineers. Heating, Ventilating, and Air-Conditioning Application (SI Edition). [ASHRAE] American Society of Heating, Refrigerating, and Air Conditioning
Engineers. 2009. ASHRAE Handbook Fundamentals. Atlanta : ASHRAE Inc. [DEDE] Department of Altertnative Energy Development and Efficiency. 2010.
Energy Efficiency, Standard and Labelling Polocies in Thailand.
Karyono,T. H. 2010. Green Architecture Pengantar Pemahaman Arsitektur Hijau di Indonesia. Jakarta : PT Raja Grafindo Persada.
Kusmindari D.C., Marsidi. 2009. Pengaruh Tingkat Kelembaban Nisbi dan Suhu Ruang Kelas Terhadap Proses Belajar Mengajar. Jurnal Ilmiah Tekno 6 (1) : 39-48
Lippsmeier G. 1997. Bangunan Tropis. Jakarta : Erlangga
Morgan, Byron J T. 1984. Elemnts of Simulation. London : The University Press. Oberndorfer et al. 2007. Green Roofs as Urban Ecosystems : Ecological,
Structures, Function, and Services. BioScience Vol. 57 No. 10.
Prayogi R. 2012. Analisis Kenyamanan Termal Penggunaan Material Modern Pada Rumah Baduy Dalam Dengan Tenik Computational Fluid Dynamics. Skripsi. Program Sarjana, Institut Pertanian Bogor.
Priatmojo O. T. 2012. Analisis Simulasi Pola Sebaran Suhu Efektif pada Rumah tipe 36 Standar dan Kondisi Sekarang Menggunakan Teknik Computational Fluid Dynamics (CFD). Skripsi. Program Sarjana, Institut Pertanian Bogor. Satwiko P. 2008. Fisika Bangunan. Yogyakarta : Andi.
Sabnis G. M. Green Building with Concrete. Boca Raton : CRC Press
Dyah A. 2007. Pengukuran Temperatur Efektif pada Gedung Biru Universitas Budi Luhur. Jakarta : Universitas Budi Luhur.
Setiawati P. 2012. Pengaruh Ruang Terbuka Hijau Terhadap Iklim Mikro (Studi Kasus Kebun Raya Cibodas, Cianjur). Skripsi. Program Sarjana, Institut Pertanian Bogor.
Some J. 2006. Evaluating Green Roof Energy Performance. Jurnal ASHRAE. Vol. 48.
[SNI] Standar Nasional Indonesia. Tata Cara Perancangan Sistem Ventilasi dan Pengkondisian Pada Bangunan Gedung.
36
LAMPIRAN
37 Lampiran 2 Data hasil pengukuran kondisi lingkungan Gedung Kuliah B1
Indoor Ketinggian
38
Indoor Ketinggian
Temperatur
Halaman Ketinggian Suhu
39
Lampiran 3 Penampakan model Gedung Kuliah B1 pada Solidworks
Isometri
Tampak Depan
40
41 Lampiran 4 Hasil simulasi ruang kelas keadaan awal Gedung Kuliah B1
43 Lampiran 5 Hasil simulasi halaman keadaan awal Gedung Kuliah B1
45
Lampiran 6 Data hasil simulasi menggunakan halaman beton dalam ruang Gedung Kuliah B1
Jam 10 Lokasi
Dalam Kelas Ketinggian (m)
Temperatur
Dalam Kelas Ketinggian (m)
Temperatur
Dalam Kelas Ketinggian (m)
46
Jam 13 Lokasi
Dalam Kelas Ketinggian (m)
Temperatur
(°C) v (m/det) RH (%)
Depan 0.5 30.32 0.06 60.57
1 30.32 0.06 60.57
1.5 30.34 0.06 60.57
Tengah 0.5 30.38 0.05 60.57
1 30.38 0.03 60.57
1.5 30.41 0.03 60.57
Belakang 0.5 30.37 0.06 60.57
1 30.33 0.04 60.57
1.5 30.35 0.04 60.57
Rata-rata 30.36 0.05 60.57 Jam 14
Lokasi
Dalam Kelas Ketinggian (m)
Temperatur
(°C) v (m/det) RH (%)
Depan 0.5 30.46 0.01 54.64
1 30.49 0.01 54.64
1.5 30.53 0.02 54.64
Tengah 0.5 30.49 0.02 54.64
1 30.54 0.01 54.64
1.5 30.58 0.01 54.64
Belakang 0.5 30.56 0.02 54.64
1 30.55 0.02 54.64
1.5 30.60 0.01 54.64
47 Lampiran 7 Data hasil simulasi di dalam ruang kelas menggunakan halaman
pohon dan rumput dalam ruang Gedung Kuliah B1 Jam 10
Lokasi
Dalam Kelas Ketinggian (m)
Temperatur
Dalam Kelas Ketinggian (m)
Temperatur
Dalam Kelas Ketinggian (m)
48
Jam 13 Lokasi
Dalam Kelas Ketinggian (m)
Temperatur
(°C) v (m/det) RH (%)
Depan 0.5 30.01 0.00 63.17
1 30.01 0.00 63.17
1.5 30.01 0.00 63.17
Tengah 0.5 30.03 0.03 63.17
1 30.03 0.02 63.17
1.5 30.04 0.01 63.17
Belakang 0.5 30.06 0.02 63.17
1 30.04 0.01 63.17
1.5 30.04 0.01 63.17
Rata-rata 30.03 0.01 63.17 Jam 14
Lokasi
Dalam Kelas Ketinggian (m)
Temperatur
(°C) v (m/det) RH (%)
Depan 0.5 27.90 0.06 61.42
1 27.90 0.04 61.42
1.5 27.91 0.03 61.42
Tengah 0.5 27.87 0.04 61.42
1 27.88 0.04 61.42
1.5 27.90 0.05 61.42
Belakang 0.5 27.87 0.05 61.42
1 27.88 0.04 61.42
1.5 27.89 0.03 61.42
49 Lampiran 8 Data hasil simulasi menggunakan halaman pohon dan rumput di
51 Lampiran 9 Data hasil simulasi menggunakan halaman beton di lingkungan
52
Lampiran 10 Hasil temperatur efektif ketiga kondisi simulasi dalam ruang Gedung Kuliah B1
Kondisi simulasi Waktu
10:00 11:00 12:00 13:00 14:00
Keadaan Awal 26.00 26.20 28.20 28.50 28.00
Beton 26.10 26.30 28.30 26.30 26.70
53 Lampiran 11 Hasil simulasi halaman pada ketinggian 0.75 m Gedung Kuliah B1 Temperatur Outdoor (oC)
Kondisi Waktu
10.00 11.00 12.00 13.00 14.00 Keadaan Awal 33.50 34.60 35.70 37.00 36.70 Halaman Beton 33.60 35.00 35.75 37.07 36.77 HalamanTanaman 28.20 28.90 34.86 34.35 29.00 Kelembaban Outdoor (%)
Kondisi Waktu
10.00 11.00 12.00 13.00 14.00 Keadaan Awal 71.78 66.22 63.66 61.37 59.21 Halaman Beton 72.00 65.92 65.00 61.23 59.00 HalamanTanaman 72.69 64.00 75.00 60.00 60.00 Aliran Udara Outdoor (m/det)
Kondisi Waktu
10.00 11.00 12.00 13.00 14.00
Keadaan Awal 0.00 0.00 0.45 0.00 0.00
54
Lampiran 12 Hasil simulasi ruang kelas pada ketinggian 0.75 m Gedung Kuliah B1
Tabel Temperatur Indoor (oC)
Kondisi Waktu
10.00 11.00 12.00 13.00 14.00 Keadaan Awal 28.00 29.00 30.30 30.50 29.50 Halaman Beton 28.05 29.07 30.37 30.57 30.55 HalamanTanaman 27.05 28.05 29.01 30.00 27.90
Tabel Kelembaban Indoor (%)
Kondisi Waktu
10.00 11.00 12.00 13.00 14.00 Keadaan Awal 82.02 80.36 74.47 76.44 78.89 Halaman Beton 71.31 65.46 77.00 60.57 54.62 HalamanTanaman 72.69 67.00 64.00 63.00 61.00 Tabel Aliran Udara Indoor (m/det)
Kondisi
Waktu
10.00 11.00 12.00 13.00 14.00
Keadaan Awal 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
Halaman Beton 0.05 0.01 0.05 0.05 0.02
56
57 Lampiran 15 Arah mata angin di halaman pada tanggal 24 Mei 2013 di halaman
Waktu Arah Angin
10:00 Timur ke Selatan 11:00 Timur Laut ke Selatan 12:00 Timur Laut ke Barat Daya 13:00 Barat ke Selatan
14:00 Timur Laut ke Selatan
58
RIWAYAT HIDUP
Rahmat Rizani dilahirkan di Kota Palembang pada tanggal 7 September 1991. Penulis merupakan anak bungsu dari pasangan Alm. Ir. A. Syamsul Rizal dan Rinny Novianti. Pada tahun 2003, penulis menempuh pendidikan di SMP YSP Pusri Palembang, dan tiga tahun kemudian melanjutkan pendidikan di SMAN 5 Palembang. Pada tahun 2009, penulis melanjutkan studi di Institut Pertanian Bogor dengan Departemen Teknik Sipil dan Lingkungan, Fakultas Teknologi Pertanian melalui jalur USMI (Undangan Seleksi Masuk IPB).
Selama menjalani masa studinya, penulis aktif mengikuti berbagai kepanitiaan, diantaranya adalah menjadi anggota divisi acara Jurnalistik Fair IPB ke 4 dan 5 serta SD Ceria di tahun 2010. Penulis juga ikut berpartisipasi di Badan Eksekutif Mahasiswa Fateta Kabinet Totalitas Reaksi di tahun 2011. Di tahun yang sama, penulis juga berpartisipasi pada kompetisi Spectacular Bridge National Competition yang diselenggarakan oleh Institut Teknologi Sepuluh November, Surabaya. Pada tahun 2012, penulis menjalani praktek lapangan di PT.
