i
SRI MUDIASTUTI
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
ii
Dengan ini saya menyatakan bahwa disertasi dengan judul Analisis tatanan ruang dan aliran udara dalam bangunan Eco-house Di Pemukiman Pedesaan adalah karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apapun kepada Perguruan Tinggi manapun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain teelah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka dibagian akhir disertasi ini.
Bogor, Januari 2012
Sri Mudiastuti
iii
This paper explores the potential of temperature distribution using ventilation and natural convection in a Eco-house’s space arrangement and air
flow in rural area by natural air cooling system for a construction designs as an illustrating Eco-House in Indonesia. The characteristics of the construction are analyzed in terms of heat and mass transfer and also air circulation by the Computational Fluid Dynamic method and practice. Based on the thermal comfort requirements of the Indonesian National Standard (SNI), the study has found that it is possible to use natural ventilation to create a thermally comfortable indoor environment in Eco-houses. This study also develops comprehensive design guidelines for natural ventilation at both the site planning and individual compartment house levels, using the specific materials. Finally by the simple geometry and calculation following the technical design temperature distribution in any point inside Eco-house will be predictable.
iv
SURJOKUSUMO, and ACHMAD INDRA SISWANTARA.
RINGKASAN
Manusia memerlukan udara nyaman terutama di daerah lembap, bersuhu tinggi, dan curah hujan tinggi. Kenyamanan ini diperlukan dalam bangunan kayu karena umumnya masyarakat Indonesia, terutama petani, menghuni bangunan kayu. Standar Nasional Indonesia (SNI) dan American Standard of Heating and Refrigeration Agricultural Engineering (ASHRAE) dan Japan Industrial Standard (JIS) sudah menetapkan parameter kenyamanan dalam bangunan. Sejumlah metode untuk menetapkan parameter kenyamanan telah digunakan tetapi masih sedikit penelitian yang menggunakan metode Computational fluid dynamics
(CFD) dalam mengevaluasi faktor-faktor kenyamanan. Penerapan metode CFD perlu dijajaki karena dapat lebih cepat menghitung parameter kenyamanan dengan akurasi yang memadai sampai pada posisi-posisi yang diperlukan menurut sumbu Cartesius. Tujuan penelitian ini adalah mengevaluasi karakteristik mikroklimat dalam bangunan kayu pada lingkungan daerah tropis yang lembap, bersuhu tinggi, dan curah hujan tinggi dengan memanfaatkan radiasi sinar matahari yang ada untuk mencapai kenyamanan petani yang menghuni bangunan tersebut dengan menggunakan ventilasi alami. Parameter yang diteliti ialah pindah panas, dengan faktor-faktor distribusi suhu, kecepatan aliran udara, dan sifat termal bangunan kayu, dengan metode analisis menggunakan CFD.
Penelitian ini menggunakan bangunan dari kayu Acacia mangium yang didirikan oleh Fakultas Kehutanan, Institut Pertanian Bogor, yang disebut dengan
Ecohouse. Ecohouse didefinisikan sebagai adalah rumah sehat untuk penghuni dengan prinsip-prinsip pelestarian lingkungan seperti reduce, reuse, recycle, protect nature, eliminate toxic, life cycle costing, danequalityuntuk melestarikan pengembangan konstruksi bangunan berkaitan dengan artikulasi dan potensi dalam kontribusi pembenahan lingkungan. Potensi lingkungan itu terdiri atas lahan, material, air, energi, dan ekosistem. Metode CFD digunakan untuk
mengevaluasi parameter kenyamanan. Setelah diketahui faktor-faktor
kenyamanan tadi, dibuat empat perencanaan baru untuk mendapatkan bangunan yang paling nyaman.
Penerapan CFD menyatakan bahwa kecepatan aliran udara pada rumah kayu yang memperoleh radiasi 900 W/m2hanya berkisar 0.1 hingga 0.3 m s-1dan suhu rata-rata 28 C, berkisar 25 oC di pagi hari hingga 32 oC di siang hari. Nilai kenyamanan yang seharusnya ialah antara -0.5 dan 0.5. Penempatan ventilasi pada
v
kenyamanan ini sesuai dengan hasil penelitian Pusat Penelitian Bangunan (2011), yakni suhu lingkungan berkisar 26-28C yang memadai untuk orang Indonesia.
vi 1. Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa
mencantumkan atau menyebutkan sumbernya;
a. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan, penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik atau tinjauan suatu masalah; dan
b. Pengutipan tidak merugikan kepentingan yang wajar IPB.
vii
SRI MUDIASTUTI
Disertasi
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Doktor pada
Program Studi Teknik Pertanian
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
viii Nama Mahasiswa : Sri Mudiastuti
NIM : F1610 30132
Program Studi : Ilmu Keteknikan Pertanian
Program : Doktor (S3)
Komisi Pembimbing
Ketua : Prof.Ir. Kudang Boro Seminar, M.Sc Ph.D Anggota : Prof. Dr. Ir. Armansyah H. Tambunan
Prof. Ir. Surjono Surjokusumo, MSF. Ph.D Ir. Ahmad Indra Siswantara, Ph.D
Penguji Luar Komisi
Penguji Ujian Tertutup : 1. Dr. Ir.Sucahyo Sadiyo, MS
2. Prof Dr. Ir. Herry Suhardiyanto MSA Penguji Ujian Terbuka : 1. Dr. Ir. Anita Firmanti MS
2. Dr. Leopold Oscar Nelwan, S.TP, M.Si Ujian Tertutup pada
Tanggal : 15 September 2011
Hari : Kamis
Jam : 09.00–11.30 WIB dan 13.30–17.00 WIB Tempat : Ruang 510 Gd. Rektorat Lt.5
Kampus IPB Darmaga - Bogor Ujian Terbuka pada
Tanggal : 14 Nopember 2011
Hari : Senin
Jam : 13.30 s.d. 16.00
x
Nama : Sri Mudiastuti
NIM : TEP/ F161030132
Program Studi : Teknik Pertanian
Disetujui Komisi Pembimbing
Prof.Ir.Kudang B.Seminar. MSc PhD Ketua
Prof. Dr. Ir.Armansyah.H.Tambunan Anggota
Prof..Ir Surjono Surjokusumo MSF PhD Anggota
Ir Ahmad Indra Siswantara PhD Anggota
Diketahui:
Ketua Program Studi Ilmu keteknikan Pertanian
Dr. Ir. Wawan Hermawan, MS
Dekan Sekolah Pascasarjana IPB
Dr. Ir. Dahrul Syah, MSc.Agr
xi
Penghargaan setinggi-tingginya dan ucapan terimakasih kepada Prof. Ir. Kudang Boro Seminar, PhD sebagai Ketua Komisi Pembimbing, Prof Dr. Armansyah H. Tambunan, Prof Ir. Surjono Surjokusumo MSF. PhD serta Ir. Indra Ahmad Siswantara,PhD sebagai anggota komisi pemimbing, atas segala arahan dan bimbingan yang diberikan kepada penulis. Penulis juga terimakasih kepada Dr. Ir. Sucahyo Sadiyo, MS. dan Prof. Dr. Ir. Heri Suhardiyanto, MSA atas kesediaan sebagai penguji luar komisi pada saat ujian tertutup serta Dr. Ir. Anita Firmanti, MS dan Dr. Leopold Oscar Nelwan, S.TP, M.Si. pada saat Ujian terbuka serta atas saran dan masukan bagi perbaikan disertasi ini.
Terimakasih penulis sampaikan kepada Prof. Dr. Kamaruddin Abdullah yang telah memberikan wawasan dalam penelitian dan Dr. Ir.Wawan Hermawan, MS sebagai Ketua Program Studi Pasaca sarjana Teknik Pertanian, serta seluruh jajaran Sekolah Pascasarjana IPB beserta staf administrasi, seluruh staf pengajar dan administrasi, Kepala Laboratorium Pindah Panas Fakultas Teknik Jurusan Mesin Universitas Indonesia atas segala fasilitas dan bantuan baik semangat, materiel dan pelayanan dalam perkuliahan dan penelitian, serta dorongan kepada penulis untuk tetap menyelesaikan pendidikan ini.
xii
Ir. Hubertus Aris Priyanto MSAE, putra-putraku Keluarga Stefanus Dani Ardiasto dan Fransiskus Asisi Kris Dwianto ST. MM. serta kepada seluruh keluarga besar atas doa , dorongan dan kasih sayang yang diberikan.
Hasil Penelitian untuk Program Doktor by Research dan dibantu dana dari Hibah Pasca tahun 2004., Penelitian yang berjudul Analisis suhu dalam bangunan
Ecohouse dipemukiman perdesaan, yang disusun sebagai salah satu syarat untuk melakukan penelitian dalam rangka memperoleh gelar Doktor pada Sekolah Pasca Sarjana IPB.
Hasil yang diperoleh dapat digunakan untuk membuat suatu kriteria pada ruangan bangunanEco Houseterbuat dari kayu Acacia mangium
Pada kesempatan ini penulis menyampaikan ucapan terimakasih kepada komisi pembimbing yang telah memberikan arahan sampai selesainya usulan penelitian ini.
Bogor, Januari 2012
xiii
Dani Ardiasto dan Fransiskus A. Kris Dwianto. ST.M.M. Bertempat tinggal di Jalan Jatiluhur Blok G I No1 Baranangsiang Indah Bogor.
Penulis memulai pendidikan dasar dan menengah di SD, S.M.P. dan S.M.A. Regina Pacis Bogor hingga tahun 1968, melanjutkan sekolah di perguruan tinggi Institut Pertanian Bogor 1974 dan memperoleh Magister of Engineering di Asian Institute Technology Bangkok Thailand. 1992. Selanjutnya sejak lulus sarjana bekerja sebagai pendidik dan Pegawai Negeri di Perguruan Tinggi IPB dengan No NIP 19490506-197603 2 00, dengan spesialisasi bidang Bangunan Pertanian, Pengetahuan Bahan Teknik, Bangunan Penyimpanan. Jabatan saat ini adalah lektor kepala dengan pangkat IV c. Pada tahun 2003 mendapat biaya sekolah dengan Bea siswa S3 dari Departemen Pendidikan dan Kebudayaan pada program Ilmu Keteknikan Pertanian. Pada tahun 2009, memperoleh dana penelitian dari Pascasarjana Program Doktor. Beberapa karya ilmiah yang merupakan bagian dari disertasi penulis dan telah dipublikasikan serta menjadi proseding dalam seminar nasional maupun internasional: Karya ilmiah berjudul Thermal Properties Of Melon ketika mendapat gelar di S2, Perubahan sifat fisik, mekanis, dan termal media berpori dari campuran bahan alam, perekat
dan bamboo tali (Gigantochloa pseudoarundinacea) di Seminar PERSADA
xiv
Indonesia yang kemudian disajikan dalam proceding seminar dengan judul Analis Aliran udara dalam bangunan Penyimpanan Gudang beras dengan menggunakan CFD di Seminar Fakultas Teknik Mesin Universitas Indonesia. Selanjutnya pada tahun 2007 Simulasi perpindahan panas dan distribusi suhu dan kecepatan aliran udara dalam ruang Eco-house di seminar internasional ISSAAS di Kuala lumpur Malaysia. POSTER dengan judul Temperature Pattern in Chrysantemum Green House 50Th Golden of Friendship 2008 Indonesia-Japan
Symposium Jakarta 1-2 Nopember 2008. Kemudian dipublikasikan dalam
Journal Enjiniring Pertanian. Balai penelitian dan pengkajian mekanisasi Pertanian tahun 2011 (BPP MEKTAN).
Membuat buku pembelajaran dalam tim kelompok kerja IPB untuk mahasiswa S1 dengan judul Pengembangan Model Eco-village 18 Nopember 2009 Naskah akademis Pengembangan Model Eco-village. Kemudian disajikan dalam Seminar internasionalAgricultural Engineering in South Asiapada tanggal 17-19 Nopember 009 dengan judul Thermal Analysis in wooden House dan
menjadi proceddings. Pendukung dari pengetahuan bahan teknik untuk
xv
I PENDAHULUAN
Latar Belakang 1
Perumusan Masalah 3
Tujuan penelitian 4
Manfaat Penelitian 5
Kerangka Penelitian 6
Ruang lingkup dan Batasan Penelitian 8
II PENGUKURAN DAN PINDAH PANAS DI UDARA
DALAM RUMAH KAYU
Pendahuluan 9
Tinjauan Pustaka 15
Metodologi 44
Hasil dan Pembahasan 49
Kesimpulan 58
III. KARAKTERISTIK LINGKUNGAN ECOHOUSE
DENGANFINITE DIFFERENCEDAN
COMPUTATIONAL FLUID DYNAMIC (CFD)
Pendahuluan 61
Tinjauan Pustaka 64
Metodologi 83
Hasil dan Pembahasan 85
Kesimpulan 129
IV. RANCANGAN MODEL KENYAMANAN
xvi
Hasil dan Pembahasan 156
Kesimpulan 174
V KESIMPULAN UMUM 177
DAFTAR PUSTAKA 182
xvii
4 Nilai Konstansta Refleksi dengan Berbagai Jenis Permukaan 28
5 Koordinat titik–titik peenempatan termokopel 48
6 Data intensitas penyinaran matahari terukur dari Stasiun BMG
Darmaga 51
7 Perubahan suhu pada tatanan ruang dan bahan bangunan yang
berbeda 75
8 Hasil Simulasi CFD untuk karakteristik lingkungan rumah
seluruhnya kayu 88
9 Hasil Simulasi CFD untuk karakteristik lingkungan rumah
tembok 89
10 Hasil Simulasi CFD untuk karakteristik lingkungan rumah kayu
beratap rangkap 90
11 Hasil Simulasi CFD untuk karakteristik lingkungan rumah kayu
panggung 91
12 Hasil Simulasi CFD untuk karakteristik lingkungan rumah kayu
berlantai mortar 92
13 Pembahasan karakteristik lingkungan mikro di ruang dalam bangunan rumah panggung.
92
14 Perbandingan Analisis CFD dan pengukuran lapangan pada
bangunan kayu dengan kondisi tanpa imbuhan aliran udara dari luar
xviii
15 Hubungan antara suhu dan magnificent heat flux rumah kayu 100
16 Hubungan antara viskositas terhadap magnificent mass flux
rumah kayu 102
17 Hubungan antara suhu radian dan magnificent heat flux rumah
kayu 103
18 Hubungan antara rasa nyaman (PMV) dan kecepatan aliran udara
rumah kayu 104
19 Hubungan antara rasa kepuasan (PPD) dan kecepatan aliran udara
rumah kayu 106
20 Perbandingan antara suhu perhitungan dan pengukuran 109
21 Nilai aliran udara dilokasi ilustrasi Gambar 76. 111
22 Nilai aliran udara hasil analisis Gambar 76 112
23 Hasil analisis CFD di lokasi Gambar 76 112
24 Perubahan suhu minimum dan maksimum menggunakan CFD
rumah kayu 120
25 Hubungan suhu ruang dan kecepatan aliran udara terhadap
magnificent mass flux 122
26 Hubungan kecepatan aliran udara pada magnificent heat flux 122
27 Hubungan rasa kenyamanan (PMV) dengan kecepatan aliran
udara 124
28 Hubungan rasa kepuasan (PPD) dan kecepatan aliran udara 125
29 Hubungan viskositas dan MHF 126
30 Hubungan suhu radian terhadap MHF 126
31 Ringkasan analisis CFD untuk berbagai bentuk rumah kayu 127
32 Hubungan suhu, kelembaban dan kecepatan aliran untuk
kenyamanan
xix
36 Hasil analisis CFD pada rumah kayu ketinggian y=1.73 m 157
37 Hubungan antara massa udara dengan keluar masuknya udara
dalam bangunan
158
38 Kenyamanan rumah kayu atap rangkap 170
xx
1 Skema kerangka Pemikiran 7
2 Skema kerangka pemikiran Ooka Murakami 7
3 Ilustrasi perpindahan panas dari matahari ke bumi 12
4 Ilustrasi persentase panas mengenai bumi 13
5 Ilustrasi dari penerimaan panas lingkungan pada bangunan 15
6 Peletakan tatanan aliran udara dalam suatu bangunan 15
7 Rumah Transmigran & Lahan Transmigran 19
8 Spesifikasi Rumah Transmigrasi RTNP-36 dari Kayu siap
pakai
19
9 Pengembangan bangunan untuk daerah Kota Terpadu Mandiri
di Merauke
20
10 Pergerakan aliran udara luar masuk ke tengah ruang dibatasi oleh naungan bangunan
21
11 Peta Indonesia 21
12 Peta Darmaga, Bogor serta lokasi penelitian IPB–Darmaga 22
13 StandarEco-House UNEP 23
14 Ilustrasi pemasukan sinar matahari melalui a. jendela b. atap 32
15 Batas area internal normal n berkaiatn berisolasi dan area
tertutup 36
16 Sel pilihan sebagai indikasi mesh 37
17 Notasi indeks konduktans 37
18 Tahanan suhu antar sel (i-1,j) dan sel (I,j) 38
19 Empat aliran panas internal dalam sel(I,j) 38
20 Grid terpasang pada persamaan 39
21 Aliran udara melalui dinding dan nilai suhu batas kelembaban
dari volume dan radiasi 42
22 Diagram untuk meliput lingkungan termal, berdasarkan proses. 43
23 Diagram alir profil suhu dalam bangunan 44
24 Bangunan percobaan kayu a) Tampak muka, b) Tampak
samping dan c) Tampak belakang
xxi
29 Ilustrasi perubahan energy dan distribusi suhu dalam ruang
bangunan 49
30 Hasil analisis data BMG untuk suhu dan kelembaban 2009 50
31 Perbedaan suhu (oC) diluar dan dalam Ecohousedari
pengukuran 50
32 Intensitas radiasi matahari yang terdifusi Darmaga 52
33 Intensitas radiasi matahari menurut waktu 52
34 Hasil perhitungan kecepatan aliran udara dalamEcohouse 53
35 Perbedaan kecepatan aliran udara diluar dan dalam bangunan 53
36 Perubahan suhu harian dan kelembaban pengukuran di
bangunanEcohouse 54
37 Perubahan aliran udara pengukurandi Eco- house 54
38 Koefisien pindah panas konduksi di elemen selubung
bangunan 56
39 Koefisien pindah panas konveksi di elemen selubung
bangunan
56
40 Perbedaan kecepatan aliran udara diluar dan dalam bangunan 58
41 Rumah kayu tradisional di Jawa Tengah 64
42 Konstruksi Eco house dari bamboo 66
43 Perkembangan bangunan transmigrasi dari 1- 2 kamar 67
44 Diagram analisis metoda numeric tiga dimensi 76
45 Rancangan Analisis CFD untuk bangunan 81
46 Kerangka pemikiran analisis tatanan ruang dalam Eco-house 82
47 Ilustrasi rumah kayu transmigrasi 83
xxii
49 Grafik hubungan radiasi matahari dan distribusi suhu dalam
ruang bangunan 85
50 Ilustrasi perubahan suhu dengan perubahan warna ketinggian
lapisan udara y = 1. m 86
51 Ilustrasi perubahan suhu dengan perubahan warna ketinggian
lapisan udara rumah kayu = 1.68 m 87
52 Ilustrasi kenyamanan dari perubahan suhu dengan kontur dibagian tubuh pemukim
87
53 Perbandingan hasil CFD dengan pengamatan BMG
berdasarkan waktu, ketinggian dan suhu.
93
54 Perbandingan hasil CFD dengan pengamatan BMG
berdasarkan waktu pada ketinggian untuk kelembaban udara 94
55 Perbandinganhasil CFD dengan pengamatan BMG
berdasarkan ketinggian dan kecepatan aliran udara 94
56 Perbandingan hasil CFD dengan pengamatan BMG
berdasarkan waktu dan ketinggian untuk intensitas radiasi
matahari 95
57 Ilustrasi suhu rumah kayu tinggi lapisan udara y = 2.24 m 96
58 Ilustrasi suhu rumah kayu tinggi lapisan udara y = 2.87 m 97
59 Ilustrasi suhu rumah kayu tinggi lapisan udara y=3.64 m 97
60 Ilustrasi suhu rumah kayu tinggi lapisan udara y=4.2 m 97
61 Ilustrasi suhu rumah kayu transmigrasi y=4.9 m 98
62 Ilustrasi tampak dari kontur kecepatan aliran udara diketinggian 1- 3m
99
63 Ilustrasi tampak atas kontur antara suhu danmagnificent heat flux pada ketinggian 0.5,1,2, dan 3m
101
64 Ilustrasi tampak atas kontur antara viskositas dan
magnificent mass fluxpada ketinggian 0.5,1,2, dan 3m
102
65 Ilustrasi tampak atas kontur antara perubahan suhu dan mean radiant pada ketinggian 0.5,1,2, dan 3m
xxiii
69 Grafik distribusi perubahan suhu pada y=0.53 m 107
70 Ilustrasi tampak atas distribusi perubahan suhu y= 0.53m 107
71 Grafik distribusi perubahan suhu pada y= 1.73 m 108
72 Ilustrasi tampak atas distribusi perubahan suhu pada y=1.73 m 108
73 Grafik distribusi tampak atas perubahan suhu pada y=2.98 m 109
74 Ilustrasi tampak atas perubahan tekanan pada y=2.98 m 110
75 Ilustrasi tampak atas perubahan tekanan pada y=1 m 110
76 Gambar scalar arah sumbu x di ruang bangunan 2 kamar 112
77 Scalar suhu dan vektor aliran udara di sumbu z = 1m di tengah
ruang 114
78 Scalar suhu dan vektor kecepatan aliran udara di sumbu z =
2m di tengah ruang 114
79 Ilustrasi perubahan suhu karena kecepatan aliran udara
menurut ketinggian 116
80 Ilustrasi perbedaan suhu disumbu x, ketinggian 0-5 m 117
81 Ilustrasi perubahan suhu di rumah transmigrasi 3 kamar 117
82 Ilustrasi perubahan tekanan di rumah transmigrasi 3 kamar 118
83 Ilustrasi perubahan magnitude heat flux rumah transmigrasi 3 kamar
118
84 Ilustrasi perubahan kecepatan aliran udara rumah transmigrasi
3 kamar arah memanjang 119
85 Ilustrasi perubahan kecepatan aliran udara rumah transmigrasi
3 kamar arah memanjang 119
86 Ilustrasi perubahan kecepatan aliran udara rumah arah sumbu y transmigrasi 3 kamar
xxiv
transmigrasi 3 kamar 120
88 Ilustrasi tampak atas hubungan suhu bangunan atap rangkap,
kecepatan aliran udara pada MHF 122
89 Ilustrasi tampak atas hubungan kecepatan aliran udara dan
MHF 123
90 Ilustrasi tampak atas hubungan kecepatan aliran udara dan
PMV pada rumah beratap rangkap r 124
91 Ilustrasi diatas perbedaan suhu yang bisa dicapai untuk
masing-masing bentuk rumah 128
92 Contoh percobaan untuk menentukan geometri dalam
bangunan kayu 138
93 Diagram psikrometrik suhu kenyamanan (Tc) dan suhu rerata
uji (Tm) 146
94 Interaksi temperatur dan aliran udara untuk kenyamanan 146
95 Zona kenyamanan mengikuti metode Fanger 147
96 Pembagian zona ruangan dalam bangunan 147
97 Pengaruh lingkungan dan factor psikologi untuk kenyamanan 148
98 Laju pindah panas pelbagai suhu lingkungan untuk pemukim 150
99 Hasil simulasi perubahan suhu, tekanan, dan kecepatan aliran
udara pada arah memanjang 156
100 Hasil simulasi perubahan suhu, tekanan, dan kecepatan aliran udara pada pelbagai ketinggian
157
101 Perbedaan suhu yang bernaung dan tanpa naungan 158
102 Hasil simulasi perubahan tekanan terhadap ketinggian y=1 m untuk pemukim tinggal di kamar tidur
159
103 Hasil simulasi perubahan aliran udara pada ketinggian y=1 m untuk pemukim yang tinggal di kamar tidur
160
104 Hasil simulasi perubahan suhu nyaman pada ketinggian y=1
m untuk pemukim yang tinggal di kamar tidur tehadap MHF
xxv
107 Hasil simulasi perubahan suhu pada ketinggian y=1 m pada
pemukim yang tinggal di kamar tidur terhadap aliran udara 162
108 Hasil simulasi perubahan suhu pada ketinggian y=0.1 m pada
pemukim yang tinggal di kamar tidur terhadap kecepatan aliran udara
162
109 Hasil simulasi perubahan suhu pada ketinggian y=0.1 m pada
pemukim tinggal di kamar tidur terhadap kecepatan aliran
udara 163
110 Hasil simulasi perubahan suhu pada ketinggian y=3.5 m untuk pemukim yang tinggal di kamar tidur terhadap kecepatan
aliran udara 163
111 Hasil simulasi perubahan tekanan pada ketinggian y=0.1 m
pada pemukim yang tinggal di kamar tidur terhadap
kecepatan aliran udara 164
112 Hasil simulasi perubahan tekanan pada ketinggian y=1.73 m
pada pemukim yang tinggal di kamar tidur terhadap
kecepatan aliran udara 164
113 Hasil simulasi perubahan tekanan pada ketinggian y=3.5 m
pada pemukim di kamar tidur terhadap kecepatan aliran udara 164
114 Hasil simulasi perubahan tekanan pada ketinggian y=0.1 m
pada pemukim yang tinggal di kamar tidur terhadap kecepatan aliran udara
115 Hasil analisa CFD untuk rasa kenyamanan pada y=3 m
terhadap MHF 165
116 Hasil analisa CFD untuk rasa kenyamanan pada y=1.5 m
xxvi
117 Hasil analisa CFD untuk rasa kenyamanan pada y=3 m
terhadap aliran udara
168
118 Hasil analisa CFD untuk rasa kenyamanan pada y=1.5 m
terhadap MHF
167
119 Hasil analisa CFD untuk rasa kenyamanan pada y = 1m
terhadap MHF
168
120 Hasil CFD untuk perbandingan rasa kenyamanan pada y=0.52
m terhadap MHF
169
121 Hasil CFD untuk rasa keanyamanan pada berbagai ketinggian
y=0.04 m, 1.61 m, dan 2.97 m
170
122 Hasil CFD untuk rasa keanyamanan di rumah kayu terbuka a.
y = 0.52 m dan y = 2m terhadap jarak x (m)
170
123 Hasil CFD untuk rasa kenyamanan di rumah kayu jendela
semua terbuka a. y = 0.52 m dan y = 1.69 m
171
124 Hasil CFD untuk rasa kenyamanan pada rumah kayu terhadap
jarak ketinggian y =0.53,y = 1.41 ,y =2.69 m
172
125 Hasil CFD perubahan rasa kenyamanan pada rumah
transmigrasi 3 kamar
xxvii
2009 200
3 Pengukuran dan perhitungan karakteristik lingkungan
dengan Psychrometric chart untuk temperature, kecepatan aliran udara dan Perbandingan antara tekanan udara menurut
BMG 201
4 Perhitungan intensitas radiasi matahari dikota Bogor 202
5 Hasil Perhitungan koefisien pindah panas konveksi dan
koefisien pindah panas konduksi . 203
6 Hasil pendekatan dengan simulasi metoda Finite Difference untuk Hasil pengukuran radiasi matahari (W m-2) 23-27
April 2009 204
7 Tabel Data Iklim berdasarkan curah hujan dari stasiun meteorologi BMG Darmaga Longitude :106,93oBujur timur Lattitude =minus 6 oLS dan Altitude = 200 meter dan data pengukuran di lokasi uji coba pada tanggal 20-27 April
2009 205
8 Perhitungan nilai radiasi matahari (23-27 April 2009) 206
9 Data pengukuran distribusi suhu (°C) pada bangunan
pre-pabrikasi tahan gempa tanggal 23 April 2009
207
10 Data pengukuran besarnya kecepatan udara dalam bangunan
percobaan tanggal 23-27 April 2009
208
11 Karakteristik lingkungan mikro klimat dalam bangunan kayu 209
12 Karakteristik lingkungan mikro klimat dalam asbes
bangunan kayu
xxviii
14 Ilustrasi hasil simulasi temperatur, kecepatan udara (m/s) pada eco-house percobaan tanggal 23-25 April. bangunan kayu dilindungi pohon pada y =0.1m
211
15 Ilustrasi hasil simulasi temperatur, kecepatan udara (m/s) pada eco-house percobaan tanggal 23-25 April.pada bangunan kayu dilindungi pohon pada y =0.1m
212
16 Ilustrasi bangunan kayu dilindungi oleh pohon pada y =1m 213
17 Ilustrasi bangunan kayu dilindungi oleh pohon pada y =1.73
m, hubungan antara aliran udara versus temperatur, tekanan udara ,kenyamanan dan kepuasan pemukim
214
18 Ilustrasi bangunan kayu dilindungi oleh pohon pada y =4 m.hubungan antara aliran udara versus temperatur, aliran udara , tekanan udara , kenyamanan dan kepuasan pemukim dan Ilustrasi bangunan kayu atap rangkap untuk perubahan temperatur.y = 0.1 m dan y =1.73m
215
19 Ilustrasi bangunan kayu atap rangkap untuk perubahan
temperatur.y = 0.1 m dan y =1.73m
216
20 Ilustrasi bangunan kayu atap rangkap untuk perubahan
temperatur, aliran udara, jumlah panas yang di peroleh pada bangunan.
218
21 Ilustrasi bangunan kayu atap rangkap untuk perubahan
temperatur, aliran udara, jumlah panas yang di peroleh pada bangunan.
219
22 Ilustrasi bangunan kayu atap rangkap untuk perubahan
temperatur, aliran udara, jumlah panas yang di peroleh pada bangunan.
220
23 Ilustrasi bangunan atap rangkap perubahan temperatur,
aliran udara, jumlah panas yang di peroleh pada bangunan
xxix
2025 226
28 Sifat fisis dan mekanis beberapa jenis kayu 227
29 Gambar denah bangunan Eco house 228
30 Gambar tampak muka bangunan Eco house 229
31 Gambar tampak muka distribusi suhu pada bangunan kayu Eco-house (pengukuran 23 April 2009)
230
32 Gambar tampak sisi kanan distribusi suhu pada bangunan kayu ecohouse (pengukuran 23 April 2009)
231
33 Gambar tampak atas distribusi suhu pada bangunan Eco House kayu (pengukuran tanggal 23 April 2009)
BAB I
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Kaum Petani dengan kultur agraris khas pedesaan Indonesia bermukim di perumahan dengan bentuk bangunan yang mempunyai tata ruang dan tata letak sederhana. Hampir seluruh kegiatan masih menumpuk dalam satu area pekarangan. Pada beberapa perkebunan telah didirikan perkampungan untuk pekerja dan keluarganya, pada suatu area permukiman di sekitar perkebunan tersebut. Kementerian Tenaga Kerja dan Transmigrasi (Kemenakertrans) tanggap akan situasi ini dengan membenahi suatu kawasan yang teratur dan memberikan rumah pemukiman yang memadai. Kementerian ini telah mempersiapkan prioritas untuk menerapkan konsep Desa Terpadu Mandiri sejak 2007 pada beberapa
daerah transmigrasi sebagai titik perkembangan pedesaan di Indonesia
(Kemenakertrans 2009). Sekarang telah berkembang beberapa Kota Terpadu Mandiri (KTM) di beberapa daerah transmigrasi sebagai titik perkembangan pedesaan di Indonesia
Pemerintah telah menerbitkan Undang-Undang Bangunan Gedung No.28 Tahun 2002 mengenai persyaratan kenyamanan Pr. 4 (Kimpraswil 2002). Standar Nasional Indonesia (SNI) telah dipersiapkan oleh Departemen Pemukiman dan Prasarana Wilayah (Kimpraswil) beberapa standar berkaitan dengan masalah peningkatan kenyamanan ruang dalam bangunan, sehingga diharapkan tercipta suatu bangunan yang sehat baik pada bangunan bertingkat maupun bangunan tidak bertingkat. Acuan pada pedoman Perencanaan dan Perancangan bangunan gedung adalah:
1 SNI 03-2396-2001, Tata cara perancangan sistem pencahayaan alami pada bangunan gedung.
2 SNI 03-6575-2001, Tata cara perancangan sistem pencahayaan buatan pada bangunan gedung.
3 SNI 03-6572-2001, Tata cara perancangan sistem ventilasi dan
pengkondisian udara bangunan gedung.
toxic, life cycle costing, dan equality untuk melestarikan pengembangan konstruksi bangunan berkaitan dengan artikulasi dan potensi di dalam kontribusi pembenahan lingkungan. Potensi lingkungan itu terdiri dari lahan, material, air, energi, dan ekosistem. Prinsip-prinsip di atas dapat digunakan pada proses penggunaan, pelaksanaan, pemeliharaan, dan modifikasi untuk memperoleh pembanguanan kembali (Kibert 2008). Faktor-faktor eksternal lingkungan bangunan adalah orientasi vegetasi, sumber bunyi, panas matahari, jenis, dan tekstur material untuk mendukung beban orang tinggal dan beban kerja struktur. Konstruksi bangunan sederhana ini mudah dilaksanakan dengan keterampilan masyarakat tani sendiri. Hal ini dilakukan agar tercipta kondisi nyaman yang dapat menghilangkan kelelahan dari kegiatan petani yang sangat padat, dan umumnya dilakukan di rumah petani itu sendiri. Kemampuan finansial yang terbatas menghindari atau meminimumkan penggunaan alat mekanis sehingga usaha lain untuk memanfaatkan aliran udara alami masuk ke dalam rumah dengan cara menyediakan sistem ventilasi udara alami dari luar. Hal ini akan menghasilkan suatu kenikmatan dan kenyamanan. Aktifitas dan produktivitas kerja dari sumber daya manusia di kawasan pertanian dapat ditingkatkan dengan
pendekatan prasarana bangunan pemukiman tumbuh. Ecohouse sebagai rumah
tinggal yang mengutamakan ventilasi alami mempunyai karakteristik nyaman, nikmat, sehat, dan indah, serta tata-ruang dengan estetika yang elegan.
menghasilkan panas dan mengubah suhu dan tekanan serta pergerakan aliran udara sehingga terjadi ventilasi alami.
Panas tersebut secara konduksi memanaskan lantai, dinding, dan atap serta secara konveksi memanaskan aliran udara pada selubung bangunan. Pendugaan hantaran ini dapat dilakukan dengan simulasi numerik metodafinite differencedan analisis volume untuk tiga dimensi menggunakan metoda Computational Fluid Dynamics (CFD). Hasil analisis pada kondisi ruang dalam yang dikaitkan dengan kenyamanan pemukim dilakukan dengan mengendalikan jumlah pemasukan udara dan kualitas udara agar berada pada kondisi yang memungkinkan proses metabolisme manusia berjalan dengan baik.
Usaha menyediakan energi dalam rumah secara lebih murah adalah dengan mengatur proses pindah panas atau energi yang dipakai. Berkas aliran udara yang mempunyai kecepatan sesuai batasan pengukuran yang dilakukan dari luar ke dalam dapat menunjukkan proses distribusi panas ruangan untuk memenuhi persyaratan kenyamanan tubuh manusia. Validasi dinyatakan dalam perbandingan analisa hasil pengukuran di lapang dengan rancang bangun suatu struktur rumah sederhana Ecohouse. Rancang bangun model rumah sederhana sama dengan rumah pemukiman yang dibuat oleh Departemen Transmigrasi, yang disajikan sebagai bangunan rumah kayu sederhana sehat tipe-21 (Departemen Pemukiman dan Pengembangan Wilayah 2000). Kondisi dalam ruang akan diberi perlakuan aliran udara, daerah bukaan, dimensi pintu, dan jendela. Model transmigrasi telah berkembang menjadi Kota Terpadu Mandiri (KTM) dan keberhasilan ini menjadi dasar dalam hipotesa kenyamanan penduduk.
Studi tentang perilaku pengaruh lingkungan dan kajian tentang distribusi suhu, aliran udara menarik minat peneliti terdahulu. Akan tetapi studi komprehensif tentang distribusi aliran udara dan karakteristik lingkungan pada bangunan kayu tropis belum dilakukan.
Perumusan Masalah
spesifik tropis (lokal).
b Bagaimana disain rancang bangun rumah kayu, untuk menahan panas atau
agar penghuni lebih nyaman, yang sesuai faktor penentu kenyamanan petani penghuni untuk lingkungan tropis.
c Bagaimana metoda simulasi dengan analisis finite difference dan CFD dapat menentukan prinsip tatanan ruang yang dirancang dalam penelitian ini. Bagaimana memberikan pengaruhnya pada perkembangan lingkungan di daerah pemukiman.
d Bagaimana kondisi kenyamanan bagi petani yang bermukim di bangunan
Ecohouseini, yang dapat memperoleh kondisi aliran udara yang terbaik?
Tujuan Penelitian
Tujuan utama penelitian ini adalah mengkaji dan membandingkan beberapa rancangan bangunan kayu pada lingkungan daerah tropis yang lembab dan panas tinggi, yang mempunyai curah hujan tertinggi di Indonesia, Darmaga, Bogor, serta mendesiminasikan kemampuan lingkungan untuk memenuhi persyaratan kenyamanan, dengan cara pengkajian:
a Mengkaji proses dan karakteristik lingkungan dalam bangunan
“Ecohouse” seperti proses pindah panas dan pergerakan aliran udara
dalam bangunan percobaan.
b Mengkaji rancangan baru ini, apakah sesuai untuk memanfaatkan radiasi matahari sebagai sumber energi untuk mencapai kenyamanan petani yang tinggal dalam bangunan kayu tersebut.
c Mengkaji dan menangani penempatan pemukim dalam mengelola dan
mengendalikan kondisi, secara menyeluruh di rumah tersebut (dengan menggunakan aliran udara alami pasif) untuk kelayakan dan kenyamanan. d Mengendalikan proses pindah panas dan aliran udara dalam ruang
e Mencari peluang penerapan teknik Rancang BangunEcohouse secara riil, yang merupakan kajian pengukuran sebagai validasi dari simulasi Program CFD (seperti pemanfaatan radiasi matahari di siang hari sebagai sumber energi pemanasan).
Manfaat dan Penelitian
Pengembangan dan perancangan bangunan pemukiman petani yang bertujuan menyejahterakan penduduk harus memenuhi persyaratan pembangunan yang sesuai SNI dan menerapkan ilmu pengetahuan dan teknologi secara benar dan konsisten. Proses dimulai dengan perbaikan lingkungan dan tata ruang bangunan berdasarkan perumahan transmigran di lapangan.
Modifikasi dilakukan dengan simulasi disain bangunan berbahan
konstruksi kayu di laboratorium, dengan harapan diperoleh suatu prinsip pendinginan ruang dengan lingkungan, aliran udara, cahaya, dan tata ruang yang nyaman. Metoda ini mengelola efek radiasi sinar matahari sebagai sumber energi pada selubung bangunan dan dirumuskan secara fungsional dalam proses pindah panas, pindah massa, dan pergerakan aliran udara, dalam usaha menciptakan suatu
kawasan Green Building dan perumahan Ecohouse menuju suatu eco-sistem
dengan eco-habitat yang baik dan riil. Seperti pemeliharaan sumber alam, penggunaan energi surya secara efisien dan memanfaatkan tumbuhan sekitar sebagai material bangunan lokal, agar murah dan ramah lingkungan.
Pengembangan didaerah pedesaan akan bertambah baik dengan dasar modifikasi yang diperoleh dalam penelitian ini dan dapat diaplikasikan pada skala sesunguhnya berupa informasi tenteng tatanan ruang dan aliran udara agar petani merasakan kenyamanan dan hidup dengan sehat. Penelitian dapat merupakan dasar pengembangan bangunan rumah tinggal bagi petani di pedesaan.
Pepohonan membuat naungan dan juga menjadi material lokal. Dari situ terbentuk tatanan ruang sebagai tempat istirahat dan tempat mengelola produk pertanian yang dihasilkan oleh kebun petani sendiri.
Setiap daerah di Indonesia mempunyai stasiun meterologi yang
menginformasikan kondisi lingkungan tempat tempat tersebut, melalui
pengamatan dan pengukuran mikroklimat dan lingkungan, seperti suhu bola kering, kelembaban, kecepatan angin, tekanan udara, radiasi, penggunaan dan penutupan lahan. Pengaruh radiasi, konveksi, dan konduksi dianalisa dengan simulasi finite difference dan finite volume. Tatanan ruang disesuaikan dengan
predicted mean vote (PMV) serta predicted dissatisfied untuk menentukan kenyamanan pemukim pada daerah pedesaan yang miskin, yang menjadi model percobaan ini. Sementara itu, pendekatan model ekonomi dan sosial desa serta aktifitas penduduknya merupakan pendekatan pada masyarakat pedesaan ataupun transportasi. Ciri pedesaan transmigrasi ini menunjukkan aktifitas penduduk sebagai petani. Sebagian besar perumahan diberikan oleh pemerintah, dengan kualitas sesuai standar bangunan yang memiliki lingkungan udara yang baik (lihat Gambar 1).
Mikroklimat menjadi dasar perancangan model bangunan yang akan ditelaah dalam penelitian ini. Pendekatan perubahan model bangunan seperti
bangunan yang dipengaruhi oleh tanaman disekitarnya akan lebih
Gambar 1 Skema kerangka pemikiran
Pada Gambar 1 dapat dilihat bahwa properti bahan kayu dan perubahan lingkungan selanjutnya dianalisa dengan finite differencedanfinite volumeuntuk memperoleh kenyamanan. Panas yang datang sebagian menjadi hilang kemudian sebagian lagi menjadi panas laten terkonveksi karena mengenai aliran udara di sekeliling tanaman dan pemukim. Selanjutnya panas radiasi yang datang juga mempengaruhi ruangan yang berdimensi sehingga terjadi aliran udara masuk dan keluar. Pindah panas dari udara ke benda sekitar terjadi secara konduksi. Aliran udara itu juga mengenai pemukim secara konveksi sehingga mempengaruhi evaporasi dan metabolisme dari orang tersebut. Hal ini memberikan sensasi pada manusia, dinyatakan sebagai nilaipredicted mean value(PMV).
1 Studi perpindahan panas pada bangunan kayu
Pindah panas yang terjadi dari gelombang pendek cahaya matahari secara radiasi (yang mengenai selubung bangunan dan kemudian menjadi gelombang panjang, dihantarkan secara konveksi oleh aliran udara dan angin, mengubah tekanan karena gaya buoyancy, dan selanjutnya berubah menjadi gelombang panjang memanaskan aliran udara) juga dihantarkan mengenai dinding dan atap bangunan sehingga mengubah suhu dan massa udara. Pada bagian ini selain dilakukan pengukuran juga dikaji secara matematis distribusi aliran udaranya sehingga mempresentasikan distribusi aliran udara dan suhu yang sebenarnya dalam ruang.
2 Studi analisis tatanan ruang dan aliran udara
Kajian lingkungan dan bangunan akan mempengaruhi analisis kenyamanan penghuni yang tinggal dalam bangunan. Analisis dilakukan dengan metode Fanger yang dibatasi dengan asumsi–asumsi yang disesuaikan dengan kegunaan dan geometri konstruksi bangunan kayu sederhana itu.
3 Analisis kenyamanan
Kajian ini menggunakan metoda Fanger dan dilakukan dengan model
BAB II
PENGUKURAN DAN PINDAH PANAS UDARA
DALAM RUMAH KAYU
Pendahuluan
Ekologi berkaitan dengan kehidupan manusia dan lingkungan sekitarnya yaitu tanah, air, aliran udara, serta mempengaruhi pertumbuhan tanaman dan siklus kehidupan lain yang ada, berkaitan dengan proses pemanfaatan energi dan limbah. Secara keseluruhan itu merupakan satu lingkaran proses, dikenal dengan istilah permaculture. Diperlukan suatu langkah kegiatan yang memberikan dampak negatif terkecil dalam daur kehidupan itu (Hejgaard 2002).
Sejarah dan Rantai PerkembanganEcohouse
Permaculture dari Perma(nent-agri)culture adalah pemeliharaan dan perancangan yang baik dan berorientasi terhadap lingkungan, kehidupan pertanian, dan sistem produksi yang memperhatikan ekosistem dimana fluktuasi dan stabilitas dari eco-system alami dijaga secara terintegrasi dari orang-orang yang berpikir secara harmonis dalam menyediakan makanan, energi, tempat berlindung, dan material yang digunakan.
Koordinasi secara gabungan dan kooperatif untuk pelestarian alam dan bumi diperkenalkan kepada masyarakat sebagai suatu pendekatan ke arah perancangan lingkungan yang beraneka ragam secara fleksibel agar stabilitas kelestarian ekosistem alami terpelihara. Manusia sebagai sumber daya diusahakan untuk mengurangi kelelahan agar tenaga kerja di kawasan pertanian yang besar dan melelahkan itu mendapat ruang istirahat yang nyaman (Ernest 1998).
Perincian kultur eco berkaitan dengan usaha mempertahankan kelestarian
dari keseimbangan lingkungan. Rancangan Ecohouse mempunyai syarat utama
a) mereduksi konsumsi energi dan dapat didaur ulang, b) material yang berkaitan dengan ekologi yang tidak berdampak buruk pada kesehatan, c) mempertahankan penyediaan air dan kualitas, d) memperkecil limbah, e) menjaga keseimbangan bumi dan lahan, sesuai isu kerusakan global (Wanget al. 2003).
Telah diklasifikan lima zoning pembatasan suatu wilayah usaha tani, pada arah sektor dan vektor, terutama Zone-1 yang adalah rumah dan kebun tanaman pangan, Zone-2 lahan untuk masyarakat umum dan orchad, serta Zone-3 lahan untuk kebun tanaman keras dan perkampungan. Semua ini dihubungkan dengan keseimbangan lingkungan, hingga tercapai kondisi kenyamanan tubuh, yang dinyatakan dalam kurva keseimbangan kebutuhan tubuh (UNEP 2002).
Pergerakan udara ruangan hanya di bagian atas saja, sedangkan bagian bawah hanya dapat imbasannya. Aktifitas ini kurang kuat, sehingga perlu tambahan ventilasi di bagian bawah yang digerakkan oleh udara ruangan bawah secara langsung. Angin ini akan langsung terasa oleh penghuni yang berada di bagian bawah ruangan. Ventilasi bawah yang terletak 20 cm dari lantai merupakan feature yang sudah lama dihilangkan, tapi sebenarnya merupakan ventilasi efektif, dan sebaiknya dikenalkan lagi. Kualitas udara jenuh yang tidak mengalir, akan menghambat sistem pelepasan kalor panas atau pernafasan permukaan kulit tubuh manusia. Oleh karena itu, diperlukan pergantian aliran udara kurang jenuh yang mengalir untuk menggantikan panas dalam sistem untuk mendinginkan suhu tubuh dan melancarkan pelepasan panas, hingga tercapai kenyamanan. Hal tersebut dinyatakan dengan ukuran ”pergantian udara per jam” (Saptono 2005).
duduk, meja kerja dan luas pandangan. Kelengkapan hal-hal tersebut diperlukan untuk menjamin sikap tubuh paling alami dan memungkinkan dilakukannya gerakan-gerakan yang dibutuhkan. Pada posisi berdiri dan pekerjaan ringan, tinggi optimum area kerja adalah 5-10 cm di bawah siku. Untuk pria tinggi ideal meja kerja adalah 90-95 cm, sedangkan untuk wanita 85-90 cm .
Cermin Dunia Kedokteran No. 136 (2002) menunjukkan suhu lingkungan kerja yang terlalu tinggi, atau lingkungan kerja panas, akan mengganggu kenyamanan, karena mempengaruhi keseimbangan cairan dan elektrolit tubuh. Jika jumlah udara yang masuk dalam metabolisme tubuh tidak cukup, produksi urin akan menurun dan kepekatan urin meningkat (hipersaturasi/superaturasi). Hal ini bila berlangsung cukup lama dapat mendorong terbentuknya antara lain kristal dan batu asam urat di saluran kemih.
Pendinginan aliran udara pasif berkaitan dengan lingkungan termal di bangunan beriklim tropis, dimana bangunan menjadi sangat panas sepanjang hari. Hal ini berkaitan dengan banyaknya panas surya yang masuk keselubung bangunan dan cahaya masuk kedalam bangunan (Dielshanet al. 2002). Ditelaah dari sudut pandang kenyamanan di siang hari suhu udara di dalam bangunan dibutuhkan lebih rendah dari suhu luar (Givoni 1994). Kondisi pemanasan radiasi di luar akan merubah udara di lingkungan tubuh manusia itu. Tingkat kenyamanan dari tubuh dinyatakan dengan persamaan Fanger (ASHARE 2001).
masih digunakan untuk mengetahui perubahan kelembaban dan suhu (Chao dan Gates 1995).
Persyaratan bangunan rumah pemukiman dipengaruhi oleh faktor-faktor lingkungan seperti:
1 Pengaruh tata letak dan tata guna lahan
2 Perencanaan dan sistem perancangan struktur, yang tergantung pada lahan, sumber daya manusia, dan usaha untuk mempertahankan kehidupan, serta berkaitan dengan energi.
Negara tropis mempunyai suhu dan kelembaban yang tinggi, maka untuk memenuhi kebutuhan kenyamanan penghuni, di pedesaan perlu energi yang dijabarkan dalam suatu sistem, seperti energi pendinginan untuk bangunan
Ecohouse(UNEP 2003). Tujuan dari pembangunan pemukiman Ecohouseadalah berkurangnya dampak negatif pada lingkungan, penghematan, kesehatan, dan seni yang menggugah perasaan. Dalam Standar IBPSA pada bidang arsitektur untuk
Ecohouse, bentuk dan habituasi masyarakat akan memberikan informasi yang efektif dalam pengembangan bangunan sesuai kebutuhan (Hensen 1995 dan Hayeset al. 2001).
Gambar 3 Ilustrasi perpindahan panas dari matahari ke bumi (Tiwari 2002)
udara. Sebagai kontribusi terhadap lingkungan indoor atau bagian dalam bangunan yang baik dan berkelanjutan, ventilasi telah dikembangkan agar aliran udara yang bersifat lokal, yang bergerak di sekitar tubuh orang dan sangat dipengaruhi oleh kondisi sekitarnya, dapat didekatkan dengan posisi ventilasi yang diberikan dalam pergerakan udara dalam itu. Proses pindah panas dapat dilihat dari ilustrasi proses panas yang mengenai bumi, seperti yang ditunjukan pada Gambar 4.
Gambar 4 Ilustrasi persentase panas mengenai bumi (Hopskins 2007)
Sinar radiasi matahari yang datang di atas atmosfer sebesar 342 watt terpencar menjadi radiasi teradsorpsi 67 watt. Sinar itu kemudian mencapai permukaan bumi sebesar 168 watt, terefleksi karena awan di atmosfer 77 watt, dan terefleksi di permukaan awan 30 watt. Panas di permukaan bumi menghasilkan evaporasi dan transpirasi adalah sebesar 78 watt, sedangkan yang pindah ke udara 24 watt. Radiasi ini menghasilkan gelombang panjang yang dipantulkan ke udara dalam bentuk emisi infared sebesar 350 watt, yang tertransmisi melalui atmosfer 40 watt sehingga total yang kembali ke atmosfer 235 watt (ditampilkan pada Gambar 4).
kedua-duanya dapat membuat orang merasa gelisah. Ada tiga sumber panas utama yang tak dikehendaki yaitu pemindahan kalor dan asupan dari bagian luar yang temperaturnya tinggi, perpindahan kalor sebagai dampak sinar matahari yang masuk ke dalam bangunan melalui kaca, atap, jendela dan unsur elemen material bangunan lainnya, serta panas internal yang diproduksi oleh peralatan dan penghuni. Potensi yang terbesar berasal dari arah barat daya, karena adanya angin Moonson untuk Indonesia. Rumah dibangun berorientasi arah barat–timur dan mempunyai sepertiga luas lantai yang mengarah pada pandangan menuju arah selatan. Sisanya ditempatkan pada dinding barat dan timur. Rumah ini akan mengalami kelebihan pemanasan, berkisar 1.7-3.2 J s-1pada bulan Juli. Ini berarti sekitar 0.045-1 kg udara harus didinginkan agar proses pengaturan suhu di masing-masing posisi berjalan dengan baik pada puncak kondisi, sehingga diperoleh ruang yang nyaman di siang hari itu. Pengendalian panas yang masuk dalam rumah harus dilakukan dengan memperhatikan bentuk dan macam material tembok dan lantai, yang mempunyai massa panas tertentu dan bertindak sebagai penahan panas. Panas menaikkan temperatur internal bahan dan pada malam hari bukaan ventilasi atau pendingin mekanik akan menurunkan kembali suhunya.
Tujuan Penelitian
a Menganalisa karakteristik lingkungan dalam bangunan konstruksi kayu rumah percobaan ecohouse yang meliputi proses pindah panas, pergerakan aliran udara dan distribusi suhu.
Tinjauan Pustaka
PerencanaanEcohousesebagai Bangunan Geometri Sederhana
Menurut Hand Book of Ecohouse Australia (2001), kondisi batas radiasi matahari dan perubahannya pada suatu bangunan dapat digambarkan sebagai berikut (lihat Gambar 5 dan Gambar 6). Peredaran matahari siang dan malam hari memberikan berkas radiasi pada atap bangunan, yang selanjutnya dihantarkan masuk ke dalam ruang bangunan.
Gambar 5 Ilustrasi dari penerimaan panas lingkungan pada bangunan (Handbook of EcohouseAustralia 2001)
Gambar 6 Peletakan tatanan aliran udara dalam suatu bangunan (Handbook of EcohouseAustralia 2001)
Wilayah dan Kependudukan Transmigran
dan tenaga pengelola. Salah satu upaya yang dilakukan pemerintah untuk
mengurangi pengangguran di Indonesia adalah program transmigrasi.
Transmigrasi adalah perpindahan penduduk dari satu provinsi atau pulau yang padat penduduk ke provinsi atau pulau lain yang jarang penduduknya dalam satu wilayah negara (UU No.3 Tahun 1972 tentang Ketentuan-ketentuan Pokok Transmigrasi). Pemerintah melaksanakan program transmigrasi antara lain untuk meratakan penyebaran penduduk Indonesia.
Pemerintah melalui Departemen Transmigrasi RI sejak tahun 1972 telah memberikan fasilitas-fasilitas bagi transmigran dalam rangka mendukung program transmigrasi. Fasilitas yang disediakan pemerintah bagi tiap keluarga antara lain lahan garapan seluas 2-2.5 hektar, dana bantuan sebesar Rp. 16-20 juta, alat-alat pertanian, dan brosur-brosur penyuluhan tentang cara mengelola lahan yang baik dan jenis tanaman budidaya apa yang cocok untuk ditanam pada lahan tersebut.
Bandiyono (1998) menyatakan bahwa perkembangan daerah transmigrasi dapat dibagi menjadi 5 (lima) tahap. Tahap pertama adalah pada masa kolonialisasi yang dimulai tahun 1905, dimana diberangkatkan sejumlah 155 Kepala Keluarga (KK) yang berasal dari Karesidenan Kedu–Jawa Tengah menuju Tanjung Karang-Lampung. Tahap selanjutnya adalah Kolonisasi II (1905-1942), dimana penduduk dari Pulau Jawa sebanyak 60155 KK dipindahkan ke sembilan propinsi di luar Pulau Jawa. Perpindahan selanjutnya adalah pada tahap Pra-PELITA (1950-1968) sebanyak 98631 KK, pada tahap Pra-PELITA satu sampai dengan PELITA enam (1969-1998) sebanyak 1808823 KK, pada tahun 2000 berjumlah 6756 KK, pada tahun 2001 sebanyak 22609 KK, tahun 2002 sebanyak 23907 KK, tahun 2003 sebanyak 19678 KK, tahun 2004 sebanyak 14821 KK dan pada tahun 2005 sebanyak 619 KK. Pembangunan transmigrasi yang sudah ada (PTA) juga telah melaksanakan rehabilitasi rumah tinggal dan jamban keluarga sebanyak 159 unit pada 24 provinsi.
kawasan pemukiman yang disebut Unit Pemukiman Transmigrasi (UPT). Pemukiman ini memiliki struktur pemerintahan yang setara dengan sebuah desa dan memiliki sarana dan prasarana yang dapat mendukung dan memenuhi kebutuhan hidup masyarakat transmigran sesuai dengan sistem pemerintahan yang
menyangkut pembangunan daerah. Fasilitas di pemukiman transmigrasi
memperbaiki dan menyempurnakan masyarakat lokal dan transmigrasi, dan sejak tahun 2008 dicanangkan sebagai Program Kota Terpadu Mandiri (KTM).
Sesuai dengan 1) Undang Undang Nomor 4 Tahun 1992 tentang Perumahan dan Permukiman (Lembaran Negara Tahun 1992 Nomor 23, Tambahan Lembaran Negara Nomor 3469), 2) Undang Undang Nomor 22 Tahun 1999 tentang Pemerintahan Daerah (Lembaran Negara Republik Indonesia Tahun 1999 Nomor 60, Tambahan Lembaran Negara Republik Indonesia Nomor 3839), 3) Peraturan Pemerintah Nomor 80 Tahun 1999 tentang Kawasan Siap Bangun dan Lingkungan Siap Bangun Berdiri Sendiri (Lembaran Negara Tahun 1999 Nomor 171, Tambahan Lembaran Negara Nomor 3892), bahwa pemerintah menetapkan Pedoman Teknis Pembangunan Rumah Sederhana Sehat (RS Sehat) sebagai bagian integral dari pembangunan daerah untuk melaksanakan pembangunan pedesaan baru dan rehabilitasi, serta meningkatkan sarana dan prasarana permukiman transmigrasi yang sudah ada. Hal ini bertujuan mendukung perkembangan permukiman transmigrasi dan desa sekitarnya, yang meliputi pembangunan desa-desa baru yang terintegrasi dalam Satuan Kawasan Pengembangan (SKP) dan wilayah pengembangan parsial. Kawasan pemukiman dari pusat pusat pertumbuhan yang sudah ada akan mendorong pertumbuhan desa-desa yang kurang berkembang melalui pertambahan penduduk dan pembangunan prasarana.
Pekerjaan Umum Nomor 01/KPTS/1989 tentang Pedoman Teknik Pembangunan Kapling Siap Bangun, Peraturan Menteri Pekerjaan Umum Nomor 54/PRT/1991 tentang Pedoman Teknik Pembangunan Perumahan Sangat Sederhana serta 5)
Keputusan Menteri Kesehatan Nomor 829/Menkes/SK/VII/1999 tentang
Persyaratan Kesehatan Perumahan.
Berdasarkan keputusan tersebut, sebuah rumah:
1 Merupakan salah satu kebutuhan dasar manusia dan merupakan faktor penting dalam peningkatan harkat dan martabat manusia, maka perlu diciptakan kondisi yang dapat mendorong pembangunan perumahan.
2 Menjaga kelangsungan penyediaan perumahan bagi seluruh lapisan
masyarakat khususnya yang kemampuannya terbatas dan berpenghasilan rendah, belum mampu membeli rumah yang layak, sehat, aman, serasi, dan teratur. Pembangunan perumahan perlu dilakukan secara bertahap sesuai dengan keragaman potensi bahan bangunan dan budaya lokal di Indonesia. 3 Menanganani bentuk perumahan yang berbeda-beda pada setiap daerah,
sesuai dengan potensi lokal, agar biaya pembangunan terjangkau oleh
masyarakat berpenghasilan rendah. Pedoman teknik pembangunan
perumahan sederhana tidak bersusun, pedoman teknik pembangunan kavling siap bangun dan pedoman teknik pembangunan perumahan sangat sederhana perlu untuk ditingkatkan.
Disain Bangunan Ekologi di Pedesaaan
Jumlah penduduk tahun 2000-2025 di Jawa Barat dalam kurun waktu 25 tahun akan meningkat dari 35.7 juta jiwa menjadi 52.7 juta jiwa (Lampiran 2).
Gambar 7 Rumah Transmigran & Lahan Transmigran (Priayanto dalam Laporan Transmigrasi 1995)
Bangunan seperti gambar 7 telah dikembangkan untuk pemukiman yang modern (dimulai 2009) di daerah-daerah seperti Teluk Bawang (Sumatera Selatan), Merauke (Irian), dan beberapa tempat lain. Seluruh bangunan yang ada menjadi inspirasi dibuatnya model seperti bangunan di Laboratorium Teknologi Hasil Hutan Fakultas Kehutanan IPB.
a b c
Gambar 9 Pengembangan bangunan untuk daerah Kota terpadu Mandiri Merauke (Departemen Pemukiman dan Pengembangan Wilayah 2000)
Bangunan percobaan model rumah transmigrasi berada padalatituderendah dan beratap rendah sehingga pada musim panas terpengaruh oleh pergerakan energi surya yang menghantarkan panas radiasi ke bangunan. Radiasi tersebut terhambat oleh lindungan tanaman sekitar. Struktur bangunan yang berbeban ringan memberikan sekat dan atap yang baik. Bangunan harus menghadap ke arak utara-selatan supaya sinar matahari masuk melalui jendela dan aliran udara ventilasi dapat menyeberang ruang bangunan (Gambar 10).
Bangunan ini mempunyai slope atap yang tinggi sehingga terjadi ventilasi dari arah atas. Naungan pepohonan memberikan aliran udara alami di bagian bangunan dan di bawah lantai. Bangunan dengan atap beton dan slope yang rendah menerima radiasi surya sehingga terjadi pemanasan langsung. Dinding tembok akan menyimpan panas yang dihantarkan ke dalam bangunan sehingga terjadi selubung mikro-klimat yang panas dan untuk hantaran di bagian dalam diperlukan mikro-klimat yang lebih dingin. Bangunan rumah pemukiman
Ecohouse di Indonesia direncanakan memiliki geometri sederhana, yang lembab dan panasnya dipengaruhi oleh peredaran matahari. Pada siang hari ada berkas panas radiasi pada lantai, dinding, dan atap bangunan yang dihantarkan masuk ke dalam ruang bangunan, sedangkan pada malam hari terjadi proses pendinginan.
Gambar 10 Pergerakan aliran udara luar masuk ke tengah ruang dibatasi oleh naungan bangunan (Chalermwatet al.2002)
Kajian Lapang untuk Lingkungan Pedesaan yang Nyaman
Bogor yang lokasinya sangat dekat dengan ibukota negara sangat strategis bagi perkembangan dan pertumbuhan ekonomi dan jasa, pusat kegiatan nasional untuk industri, perdagangan, transportasi, komunikasi, dan pariwisata.
Gambar 11 Peta Indonesia (NASA - USA 2010)
Tabel 1 Luas panen, hasil per hektar, dan produksi padi di Jawa Barat tahun 2005
Kabupate 79 51.88 411.511 76 52.81 403.860 2.840 26.94 7.651
Kota 1.750 52.68 9.219 1.750 52.68 9.219 0 0 0
Jawa 1.894 51.65 9.787 1.778 53.30 9.480 116 26.39 306.724
2004 1.880 51.07 9.602 1.759 52.84 9.299 120 25.19 302.796 2003 1.631 52.72 8.602 1.501 8.256 130 26.53 345.559 2002 1.792 51.15 9.166 1.672 53.04 8.871 119 24.66 295.491 *)Sumber: Badan Pusat Statistik Propinsi Jawa Barat 2008
(a) (b)
Gambar 12 Peta lokasi a) Darmaga di kota Bogor, b) IPB–Darmaga
Tabel 2 Kependudukan wilayah administrasi Daerah Kota Bogor.
Kecamatan Laki-Laki Perempuan Jumlah
Bogor Selatan 77 254 73 881 151 135
Bogor Timur 38 307 38 958 77 265
Bogor Utara 64 148 61 710 125 858
Bogor Barat 86 496 84 148 170 644
Bogor Tengah 46 235 46 620 92 855
Tanah Sareal 67 006 65 487 132 493
Bangunan Konstruksi Kayu Darmaga
Secara geografis Kota Bogor terletak di antara 106’ 48’ BT dan 6’ 26’ LS,
atau berada di tengah-tengah wilayah Kabupaten Bogor. Daerah Darmaga mempunyai karakteristik hujan yang tinggi, sehingga kelembaban malam hari dapat mencapai seratus persen dan terjadi kondensasi. Kota Bogor mempunyai ketinggian minimum 190 m dan maksimum 330 m dari permukaan laut. Suhu rata-rata tiap bulannya 26 oC dengan suhu terendah 21.8 oC dan suhu tertinggi 30.4oC. Kelembaban udaranya 70%, dan curah hujan rata-rata setiap tahun 3500– 4000 mm dengan curah hujan terbesar pada bulan Desember dan Januari.
Standar BangunanEcohouseMenurut UNEP
Standar Ecohouse menurut UNEP sudah diterapkan di Pathumthani,
Bangkok, Thailand (AIT 2002 dan Boonyatikarm 2007). Banyak pengaruh dari kondisi eksternal bangunan yaitu: a Topografi, berkaitan dengan pergerakan angin
b Usaha untuk menyimpan air dalam aquifer di sekitar bangunan dan air itu tersirkulasi agar dapat membuat keseimbangan baik siang hari dan malam hari c Ketinggian sudut datang dan berkas sinar surya yang jatuh di permukaan dalam(fluks), temperatur udara naik sesuailatitude, dengan kenaikan diduga 2oC setiap 300 meter
d Vegetasi yang dipengaruhi efek dari semua aspek dari mikro-klimat
e Tingkat urbanisasi dengan semakin banyak bangunan di permukaan lahan akan mempengaruhi efek panas bangunan
f Permukaan tanah yang berbeda jenis tanah maka permukaan lahan akan memberikan perbedaan panas yang akan disimpan oleh lahan itu
pada malam hari seperti permukaan daun tanaman yang akan menguap dan memberikan O2pada malam hari dari dedaunan
i Umur dan jenis kelamin, karena metabolisme dan aktifitas setiap orang berbeda, tingkat aktifitas akan memberikan efek pada laju metabolisme
Teori Pindah Panas BangunanEcohousedengan Numerik
Hukum pertama termodinamika menyatakan jumlah panas dan energi mekanis yang masuk suatu volume terkendali ditambah jumlah energi panas diturunkan di dalam volume adalah sama dengan jumlah panas yang dihasilkan yang memadai dengan jumlah panas yang berpindah dan daya mekanis yang meninggalkan volume ditambah dengan peningkatan energi disimpan di dalam volume terkendali. Di dalam ilmu fisika bangunan simpanan energi panas pada umumnya berkenaan dengan energi internal, yang adalah energi kinetik molekul itu. Pada fluida udara energi mekanis merupakan hasil dari suatu perubahan volume (ekspansi panas) pada tekanan tetap (kerja di dalam volume) dan kondensasi uap air (panas laten). Properti ini sama dengan jumlah energi internal, panas laten dan kerja di volume disebut entalpi. Format energi mekanis dalam fisika bangunan dapat dikonversikan menjadi panas. Mengacu pada kaidah pertama bahwa keseimbangan panas dari sebuah volume terkendali, ada tiga mekanisme mengangkut panas yang berlaku yaitu konduksi, konveksi, dan radiasi.
Menurut Blomberg dalam HEAT (1998) dalam memperhitungkan
hilang di tanah, dan nilai-nilai hasil optimasi dari suatu rumah yang berkenaan pada lingkungan yang tepat.
Cara kerja pemikiran dalam program ini adalah bangunan geometri sederhana dimulai dengan membagi segmen untuk masukan jumlah mesh/grid dalam suatu bidang yang digunakan pada saat awal (IC). Agar memudahkan dan memperkecil prosedur pemasukan data yang perlu, nilai kemampuannya ditunjukkan pada gambar grafis. Hasil yang diperoleh adalah data dan gambar, dimensi, material, jumlah kuantitatif mesh, syarat batas, temperatur. Daerah rongga internal cavity yang berisi fluida udara mendapat hambatan dari suhu pendinginan. Aliran panas dan temperatur yang terjadi tercatat sepanjang simulasi berdasar posisi dan suhu. Temperatur berubah pada posisi x, berbentuk fungsi sinusoidal, linier atau tetap menurut langkah data program yang dipakai. Syarat batas aliran panas ditentukan pada suatu temperatur, sebagai batasan permukaan aliran panas. Struktur mesh berbentuk segi-empat panjang dan saling bersisihan, sumber daya pemberian panas adalah batasan internal penentuan temperatur dalam program. Selain keterikatan dalam pemecahan panas konduksi dalam proses, di segi empat koordinat Cartesian diperlukan juga input data dari masukan isolasi pada tepi papan material.
Kajian Pindah Panas Radiasi Di luar Selubung Bangunan
Menurut Tiwari (1998) dan Subiyanto (1998), pindah panas terjadi karena radiasi, konveksi, dan konduksi. Hantaran panas dinyatakan dengan suhu udara lingkungan pada bangunan (ToC).
Perubahan radiasi dipengaruhi jumlah intensitas radiasi yang datang, yaitu:
a Extraterrestrial Radiation (ION) atau radiasi yang terjadi di luar daerah
atmosfer. Menurut Tiwari (1998) pada bulan Juni besarnya radiasi berkisar 1367 W m-2 di daerah Bandung. Radiasi tersebut dapat dihitung dengan menggunakan rumus sebagai berikut:
... (1) Keterangan:
Isc = Rata-rata energi radiasi matahari (1353 W m-2)
n = Hari ke-n dalam satu tahun
b Terrestrial Radiation (In) atau radiasi yang masuk ke dalam atmosfer (daerah terrestrial secara langsung, radiasi tidak langsung (pembauran) dan radiasi total). Radiasi ini dipengaruhi oleh turbidity factor = 2.7 dari atmosfer dan altitude = 190 m, bulan Juni di perbukitan. Radiasi tersebut dihitung dengan menggunakan rumus sebagai berikut:
... (2) ... (3) ... (4) ... (5) ... (6)
... (9) Keterangan:
TR =Turbidity Factor
α = Ketinggian permukaan
Tabel 3 Nilaiturbidity factorberbagaialtitudewilayah per bulan per tahun
Bulan
Sumber: Bansalet al. (1990) dalam Tiwari (1998)
c Diffuse Radiation(Idh)
Diffuse radiation (Idh) merupakan radiasi yang tidak langsung jatuh
δ= Sudut deklinasi (o)
Idh = Radiasi tidak langsung pada pemukaan mendatar (W m-2)
Idi = Radiasi tidak langsung pada permukaan miring (W m-2)
d Reflektivitas Radiation(Ir)
Reflektivitas radiation (Ir) adalah radiasi yang jatuh ke permukaan
bumi dan dipantukan kembali ke atmosfer. Radiasi tersebut dapat dihitung dengan menggunakan rumus sebagai berukut:
... (12) ... (13)
... (14) Keterangan:
Ibh = Radiasi pantulan pada tipe permukaan (W m-2)
ρg = Konstanta refleksi
Ith = Radiasi pantulan pada permukaan mendatar (W m-2)
Ir = Total radiasi pantuan (W m-2)
β= Sudut inklinasi
Tabel 4 Nilai Konstansta Refleksi dengan Berbagai Jenis Permukaan
Jenis permukaan Konstanta refleksi
Permukaan nomal bumi 0.21–0.45
Permukaan air 0.16
Permukaan es dan salju 0.16–0.78
Sumber : Bansal et al. (1990)dalamTiwari (1998)
e Total Radiation(Iti)
Total Radiation(Iti) adalah radiasi total yang diterima oleh permukaan bumi.
Radiasi tersebut dapat dihitung dengan menggunakan rumus sebagai berikut:
Kajian Pindah Panas Radiasi Dalam Bangunan
Radiasi adalah proses transfer energi melalui gelombang elektromagnet. Radiasi tidak merambat pada suatu material dan terjadi pada ruang hampa. Radiasi merupakan bagian dari energi yang dapat dinilai berdasarkan besarnya suhu. Saat energi radiasi mengelilingi setiap bagian atau seluruh partikel maka akan terjadi perpindahan panas. Besarnya energi radiasi bergantung pada suhu permukaan dari partikel tersebut.
De Witt (1998) menyatakan bahwa persamaan besarnya perpindahan panas karena radiasi digambarkan oleh persamaan berikut:
4
T
Q
... (16)Keterangan:
ε = Emisivitas permukaan
σ = Konstanta Boltsman-Stefan 5.67x10-8W m-2K-4 T = Suhu permukaan luar (K)
Q = Pindah panas Konduksi (Joule)
Kajian Pindah Panas Dalam Bangunan Secara Konveksi
Konveksi adalah transfer panas dari satu bagian fluida ke beberapa bagian lain dengan suhu rendah dari pencampuran partikel fluida. Pergerakan fluida dapat terjadi karena adanya paksaan ataupun secara alami. Apabila pergerakan fluida disebabkan karena adanya perbedaan tekanan maka kondisi tersebut dapat disebut konveksi paksa (Tiwari 1998).
Dick Bourne (2004) menyatakan bahwa proses percepatan sentrifugal gravitasi perlu digantikan posisinya sesuai dengan posisi fluida. Gaya pergerakan akibat viskositas ini dapat diabaikan. Pada dua plat dengan perbedaan perubahan suhu yang kecil dimana salah satu plat diberikan pendinginan, pergerakan dari viskositas fluida udara pada posisi tersebut akan terhambat. Kondisi ini dinyatakan dalamRayleigh number.(Ral.)
Koefisien pindah panas konveksi (h) pada permukaan vertikal (v) dapat diketahui dengan menggunakan persamaan dibawah.
Pergerakan aliran udara dengan daya alami dinyatakan dengan rumus Prandtl untuk turbulen :
k Cp Nu
Pr ………..……….……(18)
Pergerakan aliran udara dengan daya mekanis, dinyatakan dengan rumus:
... (19)
Untuk pergerakan aliran udara karena bouyancy ,
... (20)
... (21) Nilai konduktivitas panas konveksi pada permukaan vertikal (i) dengan membentuk sudutθdapat diketahui dengan menggunakan persamaan di bawah.
... (22)
... (23)
Nilai konduktivitas panas konveksi pada permukaan horizontal (h) dapat diketahui dengan menggunakan persamaan di bawah.
... (25)
... (26)
Kajian Pindah Panas Dalam Bangunan Secara Konduksi
Konduksi adalah perpindahan panas yang merambat dari material satu ke material yang lain atau merambat dari satu partikel ke partikel yang lain. Pindah panas konduksi biasanya terjadi pada daerah lantai dan lapisan dinding. (Alexandreet al. 2000; Careyet al. 2004; dan Holman 2001).
Persamaan besarnya perpindahan panas karena konduksi digambarkan oleh (Kreider dan Ari 1994; dan Blomberg 1996), dalam persamaan berikut ini:
)
Q = Laju Pindah panas Konduksi (Joule)
T = Suhu (°C atau K)
X = Jarak antar material (m)
K =Thermal conductivity(W m-1°C-1)
S = Ketebalan material (m)
T1 = Suhu Udara (°C atau K)
T2 = Suhu material (°C atau K)
permukaan bidang yang mengelilingi seseorang. MRT sangat penting karena dapat menimbulkan rasa panas bagi seseorang. Prasyarat kenyamanan termal sulit tercapai bila Ta dan MRT berbeda hingga lebih dari 5oC. Suhu operasional (To), suhu langit yang diasumsikan berbeda 8 °C dengan suhuambient.
Teori hantaran panas dan aliran udara dalam rancangan fungsional bangunan untuk beberapa pengukuran karakteristik material dari bangunan telah dilakukan dan kedua hasil dibandingkan dengan perhitungan simulasi yang dibuat, berdasarkan rumus proses perpindahan panas untuk perhitungan termal propertis dari bambu dan kayu (Mudiastutiet al. 2004) dan pengeringan beberapa komoditi pertanian (Abdullahet al. 2006).
Gambar 14 Ilustrasi pemasukan sinar matahari a. melalui jendela dan b.melalui atap rangkap
Cahaya matahari masuk melewati jendela pada ketinggian h (m) mengenai bidang lantai dipantulkan menjadi gelombang panjang dan memanasi properti udara di dalam bangunan. Sudut datang akan mempengaruhi jarak masuknya sinar matahari. Aliran udara dalam bangunan mengalir ke atas (leeward). Di sisi lain bangunan tersebut terjadi tekanan tarikan (wind ward) yang akan mempengaruhi kecepatan aliran udara yang akan masuk ke dalam bangunan. (Vladimír et al.
2003).
Kriteria kondisi batas awal serta konstanta pemanasan berdasarkan asumsi-asumsi:
