Waktu Dan Tempat Penelitian Alat Dan Bahan Tahapan Penelitian

12

III. METODOLOGI

3.1 Waktu Dan Tempat Penelitian

Kegiatan penelitian ini dilakukan di Laboratorium Komputer Departemen Teknik Sipil dan Lingkungan. Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor. Penelitian ini dilaksanakan pada bulan Mei-Juni 2012.

3.2 Alat Dan Bahan

a. Software SolidWorks 2011 Software SolidWorks yang digunakan dalam penelitian ini adalah SolidWorks versi tahun 2011. b. Personal Computer PC Personal Computer PC digunakan untuk mengoperasikan program CFD dengan menggunakan software SolidWorks 2011. c. Gambar denah rumah Baduy Dalam Widyarti, 2011. Denah Rumah Baduy Dalam yang digunakan dalam penelitian ini adalah gambar denah yang dibuat dalam Software SolidWork 2011. Model Rumah Baduy Dalam ini digunakan untuk melakukan simulasi suhu dan aliran udara dengan Computational Fluid Dynamic CFD.

3.3 Tahapan Penelitian

Gambar 3. Diagram alir penelitian Suhu antara 20 o C-26 o C N Y Mulai Penggambaran Geometri Input Data Lingkungan data sekunder Ubah Material Bangunan Simulasi Bandingkan Hasil Berhasil? Modifikasi Bangunan Selesai Material Kombinasi 1 Material Kombinasi 2 Material Kombinasi 3 Suhu, Kecepatan Angin,dan Kelembaban Relatif 13

3.3.1. Penggambaran geometri rumah Baduy Dalam

Gambar dan dimensi rumah Baduy Dalam yang telah dibuat dengan menggunakan program SolidWorks 2011. 3.3.2. Input data lingkungan dan data yang diambil pada simulasi rumah Baduy Dalam dengan material tradisional Data lingkungan yang digunakan merupakan data sekunder berupa suhu lingkungan, ruang, dinding, dan atap, kecepatan angin, dan kelembaban relatif pada miniatur rumah Baduy Dalam sebagai data masukan untuk simulasi Computational Fluid Dynamic dengan menggunakan program SolidWorks 2011 Lampiran 1. Pada penelitian ini digunakan juga data hasil simulasi rumah Baduy Dalam dengan material tradisional sebagai data sekunder. Sumber data diperoleh dari Disertasi dengan judul “Kajian dan Rekonstruksi Konsep Eco-house pada Permukiman Baduy Dalam Berdasarkan Community Sustainability Assesment ” oleh Dr. Ir. Meiske Widyarti, M.Eng.

3.3.3. Material Bangunan

Material bangunan yang digunakan dalam proses simulasi adalah material yang umum digunakan pada rumah antara lain: a kombinasi 1 atap keramik-dinding bata-lantai ubin. b kombinasi 2 atap beton-dinding bata-lantai ubin. c kombinasi 3 atap asbes-dinding bata-lantai ubin.

3.3.4. Simulasi CFD

Simulasi kondisi kenyamanan termal pada model menggunakan program SolidWorks Office Premium 2011 dengan flow simulation. Pada penelitian ini digunakan komputer portable dengan spesifikasi CPU Intel® Core TM 2 Duo CPU T9300 2.50 GHz; 4.00 GB RAM; dan 32-bit Windows Operating System. Analasis berupa analisis 3 dimensi terhadap distribusi aliran fluida, kelembaban dan termal pada kondisi tetap 3-dimensional steady state analysis. Asumsi-asumsi yang digunakan dalam simulasi adalah sebagai berikut: a Udara bergerak dalam keadaan steady. b Udara tidak terkompresi. c Panas jenis, konduktivitas, dan viskositas udara konstan. d Udara lingkungan dianggap konstan selama simulasi. e Distribusi suhu udara pada tiap atap dan lantai seragam. f Kondisi rumah dalam keadaan kosong. Simulasi dilakukan setiap jam pada siang hari pukul 11.00-15.00 yang merupakan kondisi terpanas dan malam hari pukul 19.00-21.00 dimana kondisi lingkungan sudah tidak berubah. Dalam penelitian ini, simulasi dilakukan terhadap 3 kombinasi material rumah yang berbeda dengan input kondisi awal dan kondisi batas berbeda untuk tiap jamnya. Adapun kombinasi material bangunan yang digunakan yaitu kombinasi 1; atap keramik-dinding bata-lantai ubin, kombinasi 2; atap beton-dinding bata-lantai ubin, dan kombinasi 3; atap asbes-dinding bata-lantai ubin. Data contoh input kondisi awal dan kondisi batas simulasi disajikan pada Tabel 2. Data tersebut merupakan data sekunder hasil pengukuran kondisi lingkungan penelitian pada tanggal 13 November 2009. 14 Tabel 2. Contoh input kondisi awal dan kondisi batas simulasi pada siang hari Input Data Kasus Kombinasi 1 1 2 3 Kondisi Awal Suhu lingkungan o C 33.00 34.00 33.00 Suhu material padat o C 32.00 32.00 32.00 RH lingkungan 61 60 63 Kecepatan angin mdt 0.9 0.4 0.9 Latitude LS 06 o 34 LS 06 o 34 LS 06 o 34 LS Waktu WIB 11.00 13.00 15.00 Kondisi Batas Suhu atap Barat o C 49.00 45.00 24.00 Suhu atap Timur o C 49.00 45.00 24.00 Suhu jurai o C 32.00 32.00 25.00 Langkah-langkah proses simulasi menggunakan software SolidWorks Office Premium 2011 adalah sebagai berikut. a General Setting. Setelah dilakukan pembuatan geometri rumah, kemudian dilakukan pengaturan tipe analisis, fluida, material padat, kondisi batas, dan kondisi awal simulasi secara umum. Gambar 4 sampai Gambar 8 merupakan tampilan interface general setting untuk kasus kombinasi 1 jam 11.00. Analisis aliran dipilih tipe aliran eksternal tanpa memasukkan cavities, dalam hal ini rumah Baduy Dalam karena bagian yang dianalisis adalah bagian luar geometri rumah dan pengaruhnya terhadap internal geometri rumah. Berdasarkan proses pindah panas yang terjadi di dalam rumah, maka proses konduksi yang terjadi pada material padat diperhitungkan. Pada interface ini nilai radiasi matahari dan environment temperature dimasukkan Gambar 4. Fluida yang dianalisis adalah udara air dengan tipe aliran laminar dan turbulen serta memperhitungkan kelembaban udara Gambar 5. Default material padat dalam simulasi adalah genteng keramik, genteng beton, dan genteng asbes Gambar 6. 15 Gambar 4. Tipe analisis dan input nilai radiasi untuk kasus kombinasi 1. 16 Gambar 5. Tipe analisis dan input fluida untuk kasus kombinasi 1. Gambar 6. Pengaturan material padat untuk kasus kombinasi 1 17 Gambar 7. Kondisi dinding pada kasus kombinasi 1 Gambar 8. Kondisi lingkungan untuk kasus kombinasi 1 18 Sebagai kondisi batas, permukaan dinidng terluar default wall radiative surface merupakan Brick, red, and rough dengan solid material berupa dinding bata brick. Kekasaran roughness diset sebesar 0 µm Gambar 7. Nilai suhu udara pada initial and ambient condition dan tekanan masing- masing sebesar 33 o C dan 101458 Pa Gambar 8. b Mesh pada awal perhitungan diatur pada level 4. c Daerah perhitungan Computational Domain dibuat untuk daerah di luar dan di dalam rumah. d Pendefinisian material rumah Atap rumah Baduy Dalam didefinisikan dengan 3 macam material berbeda dalam perlakuan untuk simulasi. Material atap tersebut antara lain atap dari bahan tanah liat keramik, atap beton, dan asbes. Selain itu didefinisikan pula material dinding dan lantai, dinding menggunakan pasangan bata dan lantai menggunakan lantai semen yang diubin. Karena material tersebut tidak ada dalam data teknik Solidworks, maka data sifat bahan perlu dimasukkan secara manual. Data material tersebut antara lain. Tabel 3. Data material rumah yang dimasukkan ke Engineering Database Solidworks Sifat Bahan Satuan Atap Keramik Atap Beton Asbes Brick Lantai Kerapatan ρ Kgm 3 1900 500 1920 2100 2000 Panas Jenis Cp Jkg K 800 840 840 900 1000 Konduktivitas Panas k Wm K 0.84 0.16 0.58 1.4 1.13 Tipe Konduktivitas Isotropik Isotropik Isotropik Isotropik Isotropik Melting Temperature K 1700 4000 1500 1900 4000 e Set kondisi batas Komponen rumah yang merupakan sumber panas terbesar adalah atap. Kondisi batas dalam analisis distribusi suhu dan pola aliran udara ini adalah atap. Permukaan atap yang menjadi kondisi batas adalah yang berhubungan langsung dengan udara di dalam rumah. f Set tujuan Goal dari analisis Goal dalam simulasi ini adalah global goal temperature dari fluid maximum, average, and minimum dan global goal velocity maximum, average, and minimum. g Proses running atau perhitungan Persamaan-persamaan konservasi diselesaikan dengan metode iterasi SIMPLER Semi- Implicit Method for Pressure-Linked Equations Revised. Proses perhitungan dimulai dengan memecahkan variabel kecepatan fluida dan tekanan. Proses perhitungan akan diperlihatkan kepada user berupa grafik konvergenitas residual variation. Jika proses perhitungan menghasilkan residual yang menurun dari satu iterasi ke iterasi berikutnya, maka tebakan nilai terhadap variabel-variabel cukup baik dan solusi akan diperoleh. Proses iterasi akan berhenti saat kondisi konvergen tercapai. Untuk analisis termal kondisi tunak, Solidworks secara otomatis mengatur time step sama dengan 0.5. Karena simulasi dilakukan pada steady flow dimana udara tidak terkompresi, maka nilai massa jenis konstan selama iterasi. Pada tahap post-processor ditentukan tampilan yang akan disajikan oleh CFD, misal dalam bentuk mesh yang dihasilkan, kontur suhu dan RH, vektor kecepatan aliran udara serta animasi tampilan tersebut. 19

3.3.5 Hasil Simulasi

Hasil simulasi suhu udara, kelembaban udara, dan kecepatan aliran udara diambil di 3 titik berbeda pada denah rumah yaitu di atap sebelah dalam dan 2 titik di dalam rumah dengan titik 1 meter diatas permukaan lantai. Denah titik pengukuran hasil simulasi diperlihatkan pada Gambar 9. Titik 1 di bagian sebelah dalam atap, titik 2 di ruang Imah, dan titik 3 di ruang Tepas. Tabel 4. Koordinat titik pengukuran hasil simulasi kondisi pengudaraan Titik Pengukuran X m Y m Z m Titik 1 atap -16.0 -5.2 -13.0 Titik 2 Imah -17.5 2.0 -16.7 Titik 3 Tepas -14.3 2.0 -16.7 Gambar 9. Titik-titik pengambilan data iklim hasil simulasi

3.3.6 Membandingkan Hasil Simulasi

Melakukan perbandingan hasil simulasi kenyamanan termal antara model rumah Baduy Dalam yang menggunakan material modern dengan model rumah yang menggunakan material bangunan konvensional seperti rumbia dan bambu. Bila hasil simulasi kenyamanan termal pada model rumah berbahan modern tidak sesuai dengan standar kenyamanan termal maka dilakukan modifikasi model rumah dengan menambahkan ventilasi kemudian dilakukan simulasi ulang. Modifikasi dilakukan dengan membuat ventilasi pada bagian depan dan belakang rumah serta samping kanan dan kiri rumah. Berikut dimensi ventilasi yang akan dibuat pada denah rumah Baduy Dalam. Tabel 5. Dimensi ventilasi rumah Baduy Dalam modifikasi Lokasi Ventilasi Panjang mm Lebar mm Depan dan Belakang 2801 401 Samping Kanan dan Kiri 3636 485 20

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN