Pemodelan Pola Aliran Udara, Suhu, dan RH dengan Teknik Computational Fluid Dynamics (CFD pada Rumah Tradisional Baduy dan Modern di Desa Kanekes, Kabupaten Lebak, Banten

BAB I. PENDAHULUAN

1.1LATAR BELAKANG

Setiap manusia membutuhkan naungan sebagai tempat tinggalnya yang biasanya disebut dengan rumah. Rumah memiliki fungsi sebagai tempat bernaung manusia oleh karena itu rumah harus mampu melindungi manusia dari cuaca yang tidak diinginkan di luar dan mampu memberikan kenyamanan bagi yang menempatinya. Desain dan pemilihan material rumah sangatlah berpengaruh pada lingkungan di dalam rumah nantinya.

Pada zaman dahulu manusia dalam membangun rumah sangat memperhatikan lingkungannya. Seiring dengan perkembangan jaman, teknologi, dan modernisasi yang semakin merambah ke desa, mengubah pola-pola dan kebiasaan dari para petani yang berada di wilayah pedesaan. Salah satunya pada rumah petani tradisional, terutama di wilayah sub-urban. Saat ini terlihat jelas kecenderungan para petani cenderung merubah bentuk rumah yang awalnya berbentuk tradisional menjadi lebih modern dan desain rumah pada umumnya tidak memperhatikan faktor lingkungan.

Indonesia merupakan wilayah beriklim tropika basah yang memiliki ciri khas suhu udara tahunan dan kelembaban relatif yang tinggi yaitu lebih dari 60%. Menurut Fanger dalam Priyanto (2002), kombinasi suhu udara dan kelembaban mempunyai pengaruh yang kuat terhadap kualitas udara dalam ruangan, sehingga aliran udara dalam ruangan merupakan hal yang sangat berpengaruh dan menjadi salah satu metode yang murah untuk mencapai kenyamanan termal. Prediksi kinerja ventilasi alamiah pada suatu bangunan yang mengestimasikan aliran udara yang diinduksi oleh angin di dalam ruangan diperlukan. Besarnya aliran udara di dalam ruangan tidak hanya tergantung dari kecepatan dan arah udara di luar tetapi juga ditentukan oleh elemen-elemen lain seperti desain posisi dan orientasi bangunan, bentuk atap, banyaknya bukaan/ventilasi dan jendela, susunan ruang dalam rumah, dan perletakan furniture (Priyanto 2002).

Berdasarkan standart kenyamanan termal dari Internasional Standart, menyatakan bahwa sensasi manusia terhadap suhu merupakan fungsi dari empat faktor iklim yaitu suhu udara, suhu radiasi, kelembaban udara, dan kecepatan

angin, serta dua faktor individu yakni tingkat kegiatan yang berkaitan dengan metabolisme tubuh, serta jenis pakaian yang dikenakan (Karyono 2001).

Computational Fluid Dynamic (CFD) merupakan salah satu teknik simulasi aliran udara yang dipergunakan untuk memprediksi pola aliran udara, distribusi panas, dan kelembaban udara di dalam ruangan. Simulasi dengan teknik CFD akan dapat mengetahui sebaran dari aliran udara sehingga tingkat kenyamanan dapat diprediksi. Dengan menggunakan metode ini, kondisi-kondisi bangunan dan elemennya dapat diketahui untuk mencapai tingkat kenyamanan yang diinginkan.

1.2TUJUAN

Adapun tujuan dilaksanakan penelitian ini adalah sebagai berikut:

1. Mengetahui ruang-ruang yang ada pada rumah Baduy dan Modern serta fungsinya.

2. Menganalisis iklim mikro dan mensimulasikan secara kuantitatif parameter-parameter yang berhubungan dengan kenyamanan bangun

BAB II. TINJAUAN PUSTAKA

2.1 KONDISI UMUM LOKASI 2.1.1 Keadaan Geografis

Desa Kanekes merupakan salah satu desa di Kecamatan Leuwidamar, kabupaten daerah tingkat II Lebak yang berada di Provinsi Banten. Desa ini terletak pada posisi 6o35‟43”-6o41‟43” LS dan 106o12‟49”-106o16‟1” BT. Desa Kanekes merupakan desa terluas di Kecamatan Leuwidamar, yaitu mencapai 5.101 Ha. Jenis tanah pada sebagian besar wilayah tersebut merupakan jenis tanah latosol cokelat. Jenis tanah ini sangat rentan terhadap pembukaan vegetasi (penutup lahan). Apabila vegetasi tersebut ditebang maka sangat rawan timbulnya erosi tanah (Solihin 2003, diacu dalam Septiawan 2008).

2.1.2 Iklim

Curah hujan rata-rata tahunan di wilayah Baduy umumnya mencapai 4.000 mm/tahun. Daerah Baduy memiliki curah hujan tertinggi dibandingkan dengan daerah-daerah lain di Kecamatan Leuwidamar. Sedangkan musim kemarau terjadi pada bulan Juni-September dan bulan Oktober-Mei terjadi musim hujan. Pada daerah tersebut juga terdapat bulan-bulan kering dengan curah hujan kurang dari 60 mm dan suhu rata-rata bulanan lebih besar dari 18oC (Purnomohadi 1985, diacu dalam Septiawan 2008).

2.2 LOKASI PEMUKIMAN BADUY

Pemukiman masyarakat Baduy di Desa Kanekes dibedakan menjadi dua kelompok, yaitu Baduy Dalam yang terdiri dari Kampung Cibeo, Kampung Cikertawan, dan Kampung Cikeusik, sedangkan Baduy Luar terdiri dari 59 kampung yang terletak di sekeliling wilayah Baduy Dalam. Sebagian besar wilayah Baduy merupakan wilayah perbukitan dengan kemiringan lahan yang cukup curam. Letak pemukiman masyarakat Baduy biasanya berada di daerah datar di lembah-lembah bukit. Hal ini dimaksudkan supaya terlindung dari angin ketika terjadi badai. Disamping itu, sebagian besar pemukiman dekat dengan

aliran sungai sehingga memudahkan untuk memenuhi kebutuhan air (Solihin 2003, diacu dalam Septiawan 2008).

Beberapa meter dari wilayah pemukiman biasanya dibangun leuit atau lumbung padi yang jumlahnya dapat mencapai ratusan buah. Leuit ini merupakan milik masing-masing pribadi penduduk yang diwariskan secara turun temurun. Letak leuit agak berjauhan dengan pemukiman dengan maksud apabila terdapat musibah kebakaran di pemukiman tidak akan sampai menghabiskan leuit

(Septiawan 2008).

2.3 RUMAH DI INDONESIA

Kondisi iklim merupakan salah satu faktor penentu untuk bentuk bangunan. Masalah utama untuk bangunan di Indonesia adalah pada radiasi matahari yang berlebih sehingga temperatur di dalam bangunan tinggi. Penentuan jenis material dan arah orientasi bangunan yang tepat akan dapat mengatasi masalah tersebut. Orientasi bangunan yang tepat adalah Utara-Selatan (Surjamanto 2000).

Beberapa daerah di Indonesia memiliki curah hujan dan kelembaban yang tinggi yang berpengaruh terhadap bangunan. Menurut Surjamanto (2000), kelembaban yang tinggi biasanya diatasi dengan meninggikan lantai rumah seperti pada rumah-rumah di Sumatera (makin ke daerah Timur, lantai semakin turun). Curah hujan yang tinggi diatasi dengan model atap yang curam sehingga air hujan dapat cepat turun dan tidak sempat meresap. Pada rumah di daerah tropis basah, dinding perlu memiliki lubang agar udara dapat mengalir dan mengurangi kelembaban udara dalam ruangan, sehingga mempermudah penguapan. Pentingnya lubang pada bangunan agar udara dapat mengalir di dalam seluruh ruangan minimal setinggi badan manusia.

2.4 RUMAH TRADISIONAL DAN MODERN

Rumah tradisional dan Modern walaupun memiliki fungsi yang sama sebagai naungan namun terdapat beberapa perbedaan dilihat dari segi penggunaan bentuk, material bangunan, dan penataan denah. Rumah tradisional merupakan rumah dengan bentuk dan konstruksi yang telah diwariskan secara turun temurun.

Material yang dipergunakan pada rumah tradisional adalah material yang berasal dari alam dengan konstruksi ringan yang kapasitas panasnya rendah. Pada rumah Modern material yang digunakan umumnya adalah batu dan semen (Surjamanto 2000).

Tata ruangan untuk rumah tradisional memiliki bentuk menyebar sedangkan rumah Modern tersusun rapih dengan jarak antar rumah yang saling berdekatan. Bentuk tatanan rumah yang acak menjamin kecepatan angin pada rumah di bagian akhir akan tidak mengalami pengurangan. Pada tatanan rumah Modern yang disusun berbaris akan menghalangi aliran angin (Surjamanto 2000).

Gambar 1. Tata ruang rumah tradisional dengan Modern.

Rumah tradisional memiliki serambi yang lebar sehingga areal vertikal rumah yang terekspose lebih sedikit. Pada rumah Modern sinar matahari masuk secara langsung (Surjamanto 2000).

2.5 RUMAH TRADISIONAL JAWA BARAT

Orang Sunda merupakan masyarakat yang umumnya berdomisili di daerah Jawa Barat. Daerah asal orang Sunda tersebut biasa juga sebut dengan sebutan Tanah Pasundan. Umumnya pemukiman untuk masyarakat Jawa Barat ada yang menyebar dan ada pula yang berkelompok. Secara tradisional rumah orang Sunda berbentuk panggung yang tingginya 0.5-0.8 meter atau 1 meter di atas permukaan tanah. Pada rumah-rumah yang sudah tua usianya, tinggi kolong ada yang mencapai 1.8 meter, karena digunakan untuk tempat mengikat binatang-binatang peliharaan seperti sapi, kuda atau untuk menyimpan alat-alat pertanian seperti cangkul, bajak, garu dan sebagainya. Untuk menaiki rumah disediakan tangga yang disebut Golodog terbuat dari kayu atau bambu, biasanya tidak lebih dari tiga anak tangga. Golodog berfungsi pula untuk membersihkan kaki sebelum naik ke dalam rumah (Halimah 2007).

Rumah-rumah orang Sunda memiliki nama yang berbeda-beda tergantung pada bentuk atap dan pintu rumahnya. Secara tradisional ada atap yang bernama

suhunan jolopong, tagong anjing, badak heuay, perahu kemureb dan jubleg nangkub dan buka pongpok. Ruangan-ruangan yang ada pada bangunan rumah tradisional pada umumnya terdiri atas :

1. Tepas (ruang depan)

2. Tengah imah (ruang tengah/ruang keluarga) 3. Pangkeng (kamar tidur)

4. Pawon (dapur)

5. Goah/padaringan (tempat menyimpan beras) 6. Kamar cai (kamar mandi).

2.6 KENYAMANAN TERMAL

Kenyamanan dikategorikan dalam tiga bentuk yaitu kenyamanan termal, kenyaman visual, dan kenyamanan audio (Surjamanto 2000). Fanger (1972) diacu dalam Heerwagen (2004) menyatakan bahwa kenyamanan termal adalah suatu kondisi yang menyatakan kepuasan terhadap lingkungan termal di sekitar. Yaglou (1968) diacu dalam Heerwagen (2004) menyatakan bahwa kenyamanan termal

adalah kondisi udara yang nyaman dimana seseorang dapat mengatur keseimbangan yang normal antara produksi dan kehilangan panas (heat loss), pada suhu tubuh yang normal tanpa mengeluarkan keringat.

Kenyamanan termal erat kaitannya dengan kenyamanan fisiologis manusia. Menurut Priyono (2001), ketidaknyamanan fisiologis yang dirasakan setiap orang sangatlah kualitatif dan relatif.

Parameter-parameter yang mempengaruhi kenyamanan termal adalah faktor lingkungan (suhu, kelembaban, tingkat radiasi, dan angin) dan faktor pribadi (aktivitas, jenis pakaian, jenis kelamin, bobot badan) (Heerwagen 2004).

Gambar 3. Daerah kenyamanan (Frick 2007).

Standart-standart Internasional yang berhubungan dengan kenyamanan termal adalah ISO/TC 159 SC5 mengenai Ergonomics of the Physical Environment: Summary of work. Standart kenyamanan termal utamanya adalah ISO 7730 yang berdasarkan pada Predicted Mean Vote (PMV) dan Predicted Percentage of Dissatisfied (PPD). PMV merupakan index yang dikenalkan oleh Professor Fanger dari University of Denmark yang mengindikasikan sensasi dingin (cold) dan hangat (warm) yang dirasakan oleh manusia pada skala +3 sampai -3. PMV berhubungan dengan 6 parameter dan merupakan nilai rata-rata yang menggambarkan bagaimana yang dirasakan oleh orang banyak mengenai

cold dan warm. Perbedaan individual dihubungkan dengan hubungan antara PMV dan PPD (Predicted Percentage of Dissatisfied) (Anonim 2008).

Tabel 1. Hubungan antara PMV, PPD, dan sensasi

Sumber : Anonim, 2008.

Gambar 4. PMV vs PPD.

Nilai PPD sebesar 0% secara teoritis tidak akan tercapai mengingat adanya variasi individu dalam kelompok seperti halnya kurus, gemuk, dan sebagainya (Sutanto 2007).

2.7 FAKTOR YANG MEMPENGARUHI KENYAMAN TERMAL

Kenyamanan termal saat ini dikembangan melalui dua pendekatan yaitu pendekatan statik dan pendekatan adaptif.

2.7.1 Suhu dan Kelembaban (RH)

Suhu udara dibedakan menjadi dua macam yaitu suhu udara biasa (air temperature) dan suhu radiasi. Kelembaban udara adalah kandungan uap air di dalam udara. Persentase yang menunjukkan besar kelembaban udara didapat dari

perbandingan antara keadaan kenyataan uap air dan jumlah maksimum uap air yang dapat dikandung oleh udara pada kondisi ruang dan suhu yang sama (Frick 2007).

Manusia merupakan makhluk berdarah panas yang suhu tubuhnya akan selalu tetap dalam kondisi lingkungan yang berubah-ubah. Panas tubuh manusia harus tetap dijaga pada suhu 37oC (Priyono 2004). Di daerah subtropics menurut Neufert suhu ruangan yang paling nyaman bagi manusia dalam posisi istirahat ialah antara 18-20oC dan pada waktu bekerja antara 15-18oC sesuai dengan gerakannya. Kelembaban yang nyaman bagi manusia antara 50-60%. Menurut Frick (2007) kelembaban udara yang nyaman bagi manusia adalah 30%-70%. Kelembaban udara dalam ruangan yang terlalu tinggi akan menimbulkan pembentukan air keringat, benih penyakit, jamur, dan pengalihan dingin pembusukan.

Standart kenyamanan termal di Indonesia yang berpedoman pada standar Amerika [ANSI/ASHRAE 55-1992] merekomendasikan suhu nyaman 22.5-26oC pada suhu operasi (To), atau disederhanakan menjadi 24oC + 2 oC To, atau rentang antara 22oC To hingga 26oC To (Karyono 2001). Surjamanto (2000) menyatakan bahwa suhu yang nyaman untuk orang Indonesia ialah antara 25.4-28.9oC. Berdasarkan penelitian CEP Brookes dikutip oleh Olgyay dalam Karyono (2001) menyatakan bahwa masyarakat yang tinggal di kawasan tropis mencapai tingkat nyaman pada suhu udara 23.4oC-29.4oC, dan pada kelembaban 30-70%.

Suhu udara dalam ruangan yang panas dan lembab menyebabkan keringat tidak dapat berevaporasi, kulit tubuh tetap basah, dan panas tubuh meningkat. Kondisi seperti ini dirasakan sebagai bentuk ketidaknyamanan (discomfort). Tanda-tanda ketidaknyamanan terjadi secara bertahap, antara lain: tubuh akan merasa gerah karena kulit basah oleh keringat, terjadi stress, tubuh lesu, penurunan gairah kerja, dan timbulnya perasaan jengkel (Priyono 2004).

2.7.2 Pergerakan Udara

Pergerakan udara merupakan aspek penting untuk kenyamanan termal, terlebih di daerah panas, seperti di daerah tropis. Di daerah dingin pergerakan udara tidak terlalu berpengaruh. Pergerakan udara atau angin yang menyapu permukaan kulit mempercepat pelepasan panas secara konveksi (Frick 2007).

Pergerakan udara di dalam ruangan dapat diakibatkan oleh angin ataupun oleh perbedaan suhu pada bagian yang terkena matahari dengan bagian yang ternaungi. Angin dan penyegaran udara silang (cross-ventilation) merupakan udara bergerak yang menghasilkan penyegaran terbaik. Proses penyegaran tersebut dapat menurunkan suhu pada kulit manusia (Frick 2007).

Tabel 2. Kecepatan angin

Kecepatan Angin (m/detik)

Pengaruh Atas Kenyamanan Efek Penyegaran (Pada Suhu 30oC)

< 0.25 Tidak dapat dirasakan 0oC

0.25 – 0.5 Paling nyaman 0.5 – 0.7oC

0.5 – 1 Masih nyaman, tetapi gerakan udara dapat

dirasakan 1.0 – 1.2

o

C

1 – 1.5 Kecepatan maksimal 1.7 – 2.2oC

1.5 – 2 Kurang nyaman, berangin 2.0 – 3.3oC

> 2 Kesehatan penghuni terpengaruhi oleh

kecepatan angin yang tinggi 2.3 – 4.2

o

C

Sumber : Frick, 2007.

2.7.3 Laju Metabolisme

Laju metabolisme untuk tiap individu bervariasi tergantung dari jenis aktivitas yang dilakukannya, jenis kelamin, tinggi dan berat badan. Laju

metabolisme dinyatakan dalam satuan „met‟ (metabolic rate atau laju metabolisme), yang didefinisikan sebagai laju metabolisme per satuan luas tubuh manusia dalam keadaan istirahat (duduk dan diam). Nilai 1 met setara dengan 58.15 W/m2 permukaan tubuh dan luas permukaan tubuh untuk orang dewasa normalnya adalah 1.7 m2 (Heerwagen 2004).

2.7.4 Jenis/Tahanan Panas Pakaian (Clothing Insulation, clo)

Jenis pakaian yang dipakai seseorang akan berpengaruh pada pertukaran panas pada tubuh dengan lingkungan. Pakaian yang dikenakan akan menghambat proses pelepasan panas dari tubuh ke lingkungan sekitar.

Ventilasi merupakan salah satu dari beberapa metode yang digunakan untuk mengontrol lingkungan di dalam bangunan yang mencakup dua fungsi utama yaitu mengkontrol temperatur dan kelembaban di dalam bangunan. Ventilasi sangatlah penting untuk mengatur kecukupan oksigen dan untuk memindahkan gas-gas lain, debu, dan bau (Bengtsson 1986).

Ventilasi alamiah merupakan pergerakan udara melalui lubang bangunan yang terbuka oleh penggunaan gaya alamiah yang dihasilkan oleh angin dan perbedaan suhu. Kesederhanaan sistem, biaya awal yang murah dan biaya energi yang rendah merupakan faktor utama yang membuat tipe ventilasi ini sering digunakan. Bagaimanapun juga, ventilasi yang tergantung gaya alamiah ini memiliki sifat yang berbeda-beda dan memiliki banyak keterbatasan. Faktor yang berpengaruh adalah cuaca, lokasi geografis, daerah, penghalang angin, persyaratan lingkungan, dan lainnya yang harus diperhatikan dalam perancangan sistem ventilasi alamiah dan pengaturan-pengaturan selanjutnya (Hellickson 1983). Ventilasi alam seperti bukaan pada dinding sangatlah diperlukan untuk memperlancar angin dan pengudaraan ruangan.

Ventilasi untuk memenuhi kebutuhan kesehatan tidak tergantung dari keadaan cuaca. Hal ini akan dipengaruhi perancangan lubang ventilasi dimana diperlukan lubang ventilasi yang harus mutlak harus ada untuk memenuhi kebutuhan kesehatan, dan lubang ventilasi yang bukaanya dapat diatur sesuai kondisi diluar ruangan untuk membantu memenuhi kebutuhan kenyamanan termal. Dalam iklim tropis lembab pada siang hari sering terjadi laju aliran udara yang melebihi kebutuhan ventilasi untuk kesehatan, tetapi meskipun demikian tidak mampu untuk memenuhi kebutuhan kenyamanan termal karena terlalu banyaknya panas yang harus dipindahkan ke luar ruangan (Soegijanto 1999).

Pada hakekatnya ventilasi memliki tiga fungsi yaitu (Sangkertadi 1999): 1) Fungsi kesehatan : untuk memenuhi kebutuhan pergantian udara bersih pada

suatu ruangan (terdapat ketentuan WHO yang mensyaratkan angka pergantian udara minimal pada setiap tipe ruangan).

2) Fungsi pendinginan ruang : diharapkan bahwa udara segar dan bersuhu lebih rendah dari pada suhu udara dalam ruang, dapat menghambat naiknya suhu udara dalam ruang melalui proses konveksi.

3) Fungsi kenyamanan aerotermal : melalui hembusan angin pada kulit manusia, diharapkan adanya peningkatan kenyamanan melalui proses evaporasi keringat pada kulit manusia.

2.9 PINDAH PANAS

Pindah panas merupakan proses perpindahan energi ketika dua buah sistem atau lebih dengan temperatur yang berbeda mengalami kontak. Hal ini berdasarkan pada hukum pertama termodinamika “energi tidak dapat diciptakan atau dihancurkan melainkan hanya berubah dari satu bentuk kebentuk lainnya”. Proses pindah panas dapat dibedakan menjadi 3 macam yaitu konveksi, konduksi, dan radiasi (Kreith 1976).

2.10 COMPUTATIONAL FLUID DYNAMICS (CFD)

Computational Fluid Dynamics (CFD) adalah suatu sistem analisis yang meliputi aliran fluida, pindah panas dan massa, serta fenomena lain seperti reaksi kimia dengan menggunakan simulasi berbasis komputer. CFD telah digunakan sejak tahun 1960 untuk mendesain mesin jet dan aircraft. CFD merupakan pemanfaatan komputer untuk memprediksi secara kuantitatif apa yang terjadi pada saat fluida mengalir sehingga prediksi aliran fluida pada berbagai sistem dapat dilakukan dengan biaya murah dan waktu relatif singkat dibandingkan dengan metode eksperimen. Program CFD harus dapat menyelesaikan persamaan yang mengatur aliran fluida untuk memprediksi aliran fluida pada kondisi tertentu sehingga pemahaman tentang sifat-sifat dasar aliran fluida sangat penting. Metode CFD menggunakan analisis numerik yang terdiri atas persamaan keseimbangan massa, momentum dan energi, sehingga penyelesaian persamaan untuk benda dua atau tiga dimensi lebih cepat dan dapat dilakukan secara simultan/bersamaan. 2.10.1 Komponen Utama CFD

CFD mengandung tiga komponen utama, yaitu: pre-processor, solver, dan post-processor.

Pre-processing merupakan tahapan awal dalam membangun dan menganalisa dengan menggunakan teknik CFD. Pada tahapan ini dilakukan pendefinisian masalah dengan membentuk geometri. Hal-hal yang dilakukan pada tahap ini meliputi:

a. Mendefinisikan geometri dari daerah yang dianalisis b. Penentuan jenis aliran (eksternal atau internal)

c. Pemilihan fenomena kimia dan fisik yang diperlukan seperti gravitasi, kecepatan angin, jenis material, dan sebagainya.

d. Menentukan sifat-sifat fluida (konduktivitas, viskositas, massa jenis, panas jenis, dan sebagainya)

e. Penentuan mesh

f. Penentuan domain

g. Menentukan kondisi batas yang sesuai

h. Menentukan goal atau keluaran yang ingin dicapai

Pemecahan masalah aliran (kecepatan, tekanan, temperatur, dan lain-lain) didefinisikan pada titik (nodal) di dalam tiga sel. Ketepatan CFD dibentuk oleh sejumlah sel dalam grid. Secara umum semakin besar jumlah sel maka ketelitian

hasil pemecahan akan semakin baik. (Tuakia 2008, diacu dalam Ni‟am 2008).

2) Solver

Proses pada solver merupakan proses pemecahan dalam CFD secara matematika melalui analisis numerik tiga dimensi dengan metode volume melalui pemisalan variabel-variabel aliran yang belum diketahui ke dalam fungsi-fungsi sederhana, diskretisasi dengan cara menggantikan pemisalan tadi menjadi persamaan aliran atur dan menguraikan persamaan matematis tersebut dan menyelesaikan persamaan matematis tersebut dengan metode iterasi (membuat sebuah tebakan nilai variabel-variabel dan terus dilakukan sampai selisih antara ruas kiri dengan ruas kanan persamaan mendekati nol (konvergen)). Solution adalah tahap penyelesaian masalah berupa proses iterasi hingga mencapai harga yang diinginkan atau mendekati nol (konvergen).

3) Post-processor

Tahapan terakhir adalah menampilkan dalam post-processing seluruh hasil dimana dilakukan pada tahapan sebelumnya yang meliputi:

a. Tampilan geometri domain dan grid b. Plot vektor

c. Plot permukaan 2D dan 3D d. Tracking partikel

e. Manipulasi pandangan f. Output berwarna

BAB III. PENDEKATAN TEORITIK

3.1PINDAH PANAS

Pindah panas merupakan proses penghantaran suatu energi dari satu tempat ke tempat lain. Prosen pindah panas sendiri dibedakan menjadi 3 macam yaitu konveksi, konduksi, dan radiasi.

Konveksi merupakan proses perpindahan energi yang merupakan gabungan dari konduksi panas, penyimpan energi, gerakan pencampuran. Konveksi merupakan mekanisme yang penting pada pindah panas antara benda padat dengan fluida atau gas (Kreith 1976).

………... 1 Konduksi merupakan proses dimana aliran panas dari daerah yang temperaturnya lebih panas ke daerah yang temperaturnya lebih rendah pada suatu media (padat, cair, atau gas) atau antara media yang berbeda pada kontak fisik secara langsung (Kreith 1976).

………. 2

Radiasi adalah proses perpindahan energi dalam bentuk gelombang elektromagnetik karena perubahan konvigurasi elektronik dari atom-atom atau molekul-molekul. Proses ini dapat terjadi walaupun dalam kondisi hampa udara dan inilah cara matahari hingga cahayanya dapat mencapai bumi.

) ……….….……… 3

Nilai σ merupakan konstanta Stefan-Boltzmann yang bernilai 5.67 x 10-8 W/m2 . K4 atau 0.1714 x 10-8 Btu/h . ft2 . R4. Permukaan yang dapat memancarkan radiasi dengan nilai emisifitas maksimum disebut dengan black body. Nilai emisifitas permukaan berkisar 0 ≤ ε ≤ 1 (Cengel 2003).

Transmitansi panas merupakan besar laju aliran panas yang melalui suatu bahan dan dapat dinyatakan dengan persamaan:

……….. 4

3.2HUKUM BERNOULLI

Hukum Bernoulli menyatakan bahwa dimana kecepatan aliran fluida tinggi, tekanan fluida tersebut menjadi rendah. Sebaliknya jika kecepatan aliran fluida rendah, tekanannya menjadi tinggi.

Persamaan Bernoulli diturunkan dengan menerapkan teorema usaha dan energi pada fluida dalam daerah tabung alir. Karena diturunkan berdasarkan prinsip usaha dan energi maka merupakan suatu bentuk hukum kekekalan energi.

Gambar 5. Aliran fluida dalam pipa.

Warna buram dalam tabung alir pada Gambar 7 menunjukkan aliran fluida sedangkan warna putih menunjukkan tidak ada fluida. Fluida pada luas penampang 1 (bagian kiri) mengalir sejauh L1 dan memaksa fluida pada penampang 2 (bagian kanan) untuk berpindah sejauh L2. Karena luas penampang 2 di bagian kanan lebih kecil, maka laju aliran fluida pada bagian kanan tabung alir lebih besar, ini sesuai dengan prinsip kontinuitas yaitu:

Perbedaan luas penampang permukaan ini menyebabkan perbedaan tekanan antara penampang 2 (bagian kanan tabung alir) dan penampang 1 (bagian kiri tabung alir). Fluida yang berada di sebelah kiri penampang 1 memberikan tekanan P1 pada fluida di sebelah kanannya dan melakukan usaha sebesar :

Karena Sehingga

Pada penampang 2 (bagian kanan tabung alir), usaha yang dilakukan pada fluida adalah :

Tanda negatif menunjukkan bahwa gaya yang diberikan berlawanan dengan arah gerak. Jadi fluida melakukan usaha di sebelah kanan penampang 2. Di samping itu, gaya gravitasi juga melakukan usaha pada fluida. Pada kasus di atas, sejumlah massa fluida dipindahkan dari penampang 1 sejauh L1 ke penampang 2 sejauh L2, di mana volume fluida pada penampang 1 (A1L1) sama dengan volume fluida pada penampang 2 (A2L2). Usaha yang dilakukan oleh gravitasi adalah :

Tanda negatif disebabkan karena fluida mengalir ke atas, berlawanan dengan arah gaya gravitasi. Dengan demikian, usaha total yang dilakukan pada fluida sesuai dengan gambar di atas adalah :

Teorema usaha-energi menyatakan bahwa usaha total yang dilakukan pada suatu sistem sama dengan perubahan energi kinetiknya. Dengan demikian, Usaha (W) dapat digantikan dengan perubahan energi kinetik (Ek2 – Ek1). Sehingga persamaan di atas menjadi:

Berdasarkan hukum kekekalan massa dimana massa fluida yang mengalir sejauh L1 pada penampang A1 sama dengan massa fluida yang mengalir sejauh L2 (penampang A2). Sejumlah massa fluida itu, sebut saja m, mempunyai volume sebesar A1L1 dan A2L2, di mana A1L1 = A2L2 (L2 lebih panjang dari L1).

Maka massa fluida dapat ditulis menjadi:

Dan didapat persamaan Bernoulli sebagai berikut:

BAB IV. METODOLOGI PENELITIAN

4.1WAKTU DAN TEMPAT

Penelitian dilaksanakan selama 3 hari terhitung mulai dari tanggal 4 Juni 2009 sampai dengan 7 Juni 2009. Bertempat disalah satu rumah petani modern dan salah satu rumah Baduy Luar di Desa Kanekes, Kabupaten Lebak, Banten.

4.2ALAT DAN BAHAN

1) Rumah petani tradisional (Baduy) dan Modern

(a) (b)

Gambar 6. Rumah Modern (a) dan rumah tradisional Baduy (b) di Desa Kanekes, Provinsi Banten.

2) Termometer air raksa 3) Hot wire anemometer

4) Personal computer (PC) 5) Meteran dan jangka sorong 6) Luxmeter

7) Baling-baling 8) Barometer 9) Kompas 10)Phyranometer 11)Kemterm

4.3PARAMETER PENGUKURAN 1) Irradiasi matahari

Pengukuran irradiasi matahari di lapang dilakukan dengan mengunakan lux meter. Pengukuran dilakukan mulai dari pukul 6.30 sampai dengan 16.30, selama 3 hari dan pengambilan data tiap 30 menit.

2) Suhu

Pengukuran suhu meliputi pengukuran suhu udara di lingkungan dan pengukuran suhu udara dalam bangunan. Pengukuran suhu dilakukan dengan mempergunakan termometer air raksa.

Pengukuran pada rumah tradisional dilakukan pada 3 titik pada ketinggian 1 meter dari lantai. Pengukuran pada rumah petani modern dilakukan pada 3 titik dan pada ketinggian 1 meter dan 0.25 meter dari lantai.

3) RH udara

RH udara didapatkan dari hasil pengukuran suhu di dalam dan di luar bangunan dengan melihat suhu bola basah (Tbb) dan suhu bola kering (Tbk). Nilai Tbb dan Tbk yang didapat nantinya akan dipergunakan untuk mencari RH dengan bantuan software psychometric chart.

4) Kecepatan angin

Kecepatan angin di lingkungan diukur dengan hotwire anemometer 5) Arah angin

Untuk mengetahui arah angin yang datang dilakukan dengan menggunakan baling-baling dan kompas.

6) Tekanan udara

Tekanan udara yang diukur pada pengukuran adalah tekanan udara di lingkungan. Alat yang dipergunakan adalah barometer.

7) Dimensi bangunan

Pengukuran dimensi bangunan dilakukan dengan menggunakan meteran pita 30 meter, meteran besi 5 meter, dan jangka sorong. Jangka sorong berfungsi untuk mengukur celah-celah pada bangunan.

4.4METODE

1) Metode Percobaan

Penempatan alat-alat yang dipergunakan untuk mengukur parameter-parameter suhu, RH, kecepatan aliran udara, dan arah angin. Pengukuran dilakukan secara bersamaan dengan kondisi radiasi yang sama di kedua tempat selama 72 jam dan pada ketinggian yang relatif sama. Pengambilan data untuk pukul 06.00 - 18.00 dilakukan setiap 30 menit dan untuk pukul 18.00 - 06.00 dilakukan setiap 1 jam. Untuk metode ini dilakukan 3 skenario, yaitu:

a) Skenario 1: dilakukan setiap pukul 06.00 tiap kelipatan 1 jam sampai pukul 17.00. Pengkondisian untuk bukaan pada skenario ini adalah pintu depan dibuka dan pintu belakang ditutup dengan bukaan yang lainnya (jendela) dikondisikan seperti pada keadaan sehari-hari pada umumnya.

b) Skenario 2: dilakukan setiap pukul 06.30 tiap kelipatan 1 jam sampai pukul 17.30. Pengkondisian untuk bukaan pada skenario ini adalah pintu depan dibuka dan pintu belakang dibuka dengan bukaan yang lainnya (jendela) dikondisikan seperti pada keadaan sehari-hari pada umumnya.

c) Skenario 3: dilakukan setiap pukul 18.00, 19.00, 20.00 dan seterusnya hingga pukul 05.00. Pengkondisian untuk bukaan pada skenario ini adalah semua bukaan (pintu dan jendela) ditutup.

2) Metode Pengamatan

Hal yang diamati adalah aktivitas para penghuninya sehingga tiap-tiap kegiatan yang dilakukan dapat diinventarisir dan diketahui fungsi-fungsi tiap ruangan di dalam rumah.

3) Metode Pengukuran dan Penggambaran Geometri

Pengukuran dilakukan pada keseluruhan bagian bangunan. Hasil pengukuran tersebut lalu dibuat geometrinya menggunakan Solid Work 2009.

Gambar 7. Diagram alir proses pembutan geometri.

4) Metode Uji Laboratorium

Pengujian lab ini dilakukan untuk mengetahui nilai konduktivitas termal dari atap rumbia. Pengujian ini dilakukan sebanyak 3 kali pengulangan. Alat yang dipakai untuk pengujian ini adalah kemterm.

5) Metode Pengkalibrasian

Pada tahap ini dilakukan pengkalibrasian alat yaitu lux meter dengan phyranometer. Teknik pengkalibrasian dilakukan dengan cara mengambil data secara bersamaan dengan menggunakan lux meter dan phyranometer. Pengambilan data dimulai pukul 09.45 sampai dengan pukul 16.45 setiap 1 jam sekali di laboratorium surya.

6) Metode Simulasi CFD

Tahap pertama dalam simulasi CFD adalah pembuatan geometri bangunan dengan menggunakan Solid Work 2009. Hasil penggambaran geometri ini kemudian disimulasikan dengan Flow Simulation pada Solid Work 2009.

Gambar 8. Diagram alir proses simulasi.

7) Metode Verifikasi

Data-data yang didapat dari percobaan dan hasil simulasi CFD lalu dilakukan verifikasi dengan literatur.

8) Metode Validasi

Validasi dipergunakan untuk membandingkan hasil keluaran dari program dengan pengukuran langsung di lapang. Hal ini dilakukan untuk melihat seberapa akurat pengukuran di lapangan dibandingkan dengan penggunaan program.

BAB VI. KESIMPULAN DAN SARAN

6.1KESIMPULAN

1) Rumah tradisional Baduy yang memiliki ruang-ruang multi fungsi menyebabkan rumah tersebut menjadi lebih effisien bagi penghuninya seperti pada ruang keluarga selain dipergunakan untuk tempat berkumpul juga dapat dipergunakan untuk fungsi yang lain.

2) Rumah tradisional Baduy lebih nyaman dibandingkan dengan rumah Modern karena berdasarkan standart kenyamanan suhu maksimum yaitu 29.4oC, suhu yang lebih tinggi dari 29.4oC pada rumah Baduy dimulai dari pukul 12.30 – 14.00 sedangkan pada rumah Modern dimulai dari pukul 11.00 – 14.30.

3) Hasil simulasi CFD menunjukkan bahwa efek radiasi berpengaruh terhadap pemanasan di dalam bangunan. Ini terlihat pada distribusi suhu dinding pukul 09.00 dan 15.00.

4) Hasil simulasi untuk kecepatan angin, banyaknya celah-celah lantai pada rumah Baduy menyebabkan aliran udara di dalam bangunan menjadi lebih baik.

5) Hasil simulasi sangat tergantung dengan kerapatan mesh yang dipilih, semakin rapat mesh maka hasil perhitungan lebih teliti. Hasil perhitungan debit udara yang masuk dan keluar pada rumah Modern lebih teliti menggunakan mesh 4 dibandingkan mesh 3.

6) Orientasi rumah Utara-Selatan dengan bukaan pada bagian Utara dan Selatan bangunan baik untuk iklim tropis karena simulasi untuk arah angin menuju Tenggara, kecepatan rata-rata angin dalam rumah Modern walaupun tidak memiliki celah-celah pada lantai hasilnya tidak berbeda jauh dengan rumah Baduy. Kecepatan angin rata-rata dalam rumah Baduy dan Modern untuk simulasi arah Tenggara sebesar 0.12 m/detik dan 0.19 m/detik.

7) Rata-rata nilai error untuk validasi suhu di rumah Baduy dan Modern adalah 11.88% dan 12.31%. Rata-rata nilai error untuk validasi RH di rumah Baduy dan Modern adalah 10.09% dan 8.66%. Hasil simulasi dapat terbilang cukup valid.

6.2SARAN

1) Bukaan-bukaan pada rumah Modern pada waktu siang hari sebaiknya dioperasikan semaksimal mungkin agar panas didalam bangunan dapat berkurang.

2) Penggunaan plafon pada rumah Modern akan dapat mengurangi panas di dalam rumah.

3) Pemberian vegetasi pada bagian depan rumah dengan jarak tertentu yang tidak menghalangi laju datangnya angin akan dapat memberikan efek teduh pada bagian depan rumah.

BAB V. HASIL DAN PEMBAHASAN

5.1HASIL PENGUKURAN NILAI KONDUKTIVITAS

Nilai konduktivitas yang diukur adalah nilai konduktivitas pada daun rumbia yang digunakan sebagai material penyusun atap pada rumah tradisional Baduy. Pengukuran dilakukan dengan menggunakan Thermal Conductivity Meter

(Kemtherm QTM-D3) sebanyak 3 kali pengulangan dengan besar heater yang digunakan adalah 0.5. Nilai konduktivitas termal rata-rata dari hasil pengujian adalah 0.0711 W/mK.

5.2STRUKTURAL DAN FUNGSIONAL BANGUNAN 5.2.1 Rumah Tradisional Baduy

Masyarakat Baduy merupakan sekelompok masyarakat dengan mata pencarian utamanya adalah bertani. Rumah Baduy merupakan rumah tradisional Jawa Barat yang dicirikan berlantai panggung. Material utama untuk menyusun struktur bangunan ini adalah kayu dan bambu.

Bangunan yang dipergunakan sebagai objek penelitian memiliki orientasi ke Barat. Di sebelah Timur rumah terdapat tebing bervegetasi, di sebelah Utara rumah terdapat rumah penduduk Baduy lainnya, dan di sebelah Selatan rumah terdapat tebing bervegetasi dan rumah penduduk Baduy lainnya.

Luas bangunan yang dipergunakan adalah 6.2 x 9 m2. Penelitian ini dilakukan pada kampung terluar dari wilayah Baduy yaitu Kampung Kaduketug. Rumah-rumah tradisional yang terdapat di Kampung Kaduketug ukurannya cukup variatif. Semakin ke dalam wilayah desa Kanekes, ukuran dari rumah-rumah tersebut semakin seragam. Pemilihan kampung terluar sebagai lokasi penelitian agar beda latitut dan altitut antara kedua rumah yang dibandingkan tidak begitu jauh.

Komponen-komponen penyusun struktur bangunan pada rumah Baduy terdiri dari pondasi, lantai, dinding, dan atap. Pondasi pada rumah Baduy hanya berupa batu kali yang diletakkan di bagian bawah tiang-tiang. Agar bangunan dapat berdiri dengan kokoh maka tiang-tiang yang berfungsi sebagai penyokong beban memiliki jumlah yang cukup banyak dan sesuai dengan kaidah konstruksi bangunan. Pondasi ini bertujuan agar rangka-rangka kayu penyusun struktur bangunan tidak secara langsung menyentuh tanah karena dapat menyebabkan kebusukan pada kayu. Lantai dan dinding untuk rumah Baduy terbuat dari bahan bambu. Lantai rumah Baduy ini memiliki celah-celah dan rata-rata ukuran celah pada lantai adalah 11.45 mm untuk setiap 35.67 cm lebar papan bambu lantai seperti pada Tabel 3.

Tabel 3. Ukuran celah-celah pada lantai rumah Baduy dan panjang papan bambu per papan

Titik Ukuran Celah

(mm) Titik

Panjang Papan (cm)

1 5.5 1 35

2 6 2 34

3 13 3 38

4 15 Rata-Rata 35.67

5 14

6 1

7 22

8 6

9 16

10 16

Rata-rata 11.45 .

Penutup bagian atap mempergunakan daun rumbia dan dilapisi lagi dengan ijuk pada bagian paling atas. Kuda-kuda penyangga atap pada rumah Baduy terbuat dari kayu dan bambu. Sambungan antara bagian-bagian konstruksi

bangunan, untuk Baduy luar menggunakan tali dan paku. Seluruh material penyusun bangunan tersebut berasal dari daerah setempat.

Bagian-bagian dari rumah tradisional Baduy terdiri dari beranda depan, ruang tamu, ruang keluarga, ruang tidur, ruang penyimpanan kain, dapur, dan beranda belakang. Ruang penyimpanan kain pada rumah tradisional Baduy berfungsi untuk menyimpan benang-benang untuk ditenun dan kain hasil tenunan. Perbeda antara rumah tradisional Baduy dengan Modern adalah pada bagian dapur dan kamar mandi. Dapur pada rumah tradisional Baduy terdapat 2 yaitu pada bagian dalam rumah dan di luar rumah. Letak dapur yang diluar rumah dekat dengan beranda belakang. Dapur bagian luar ini biasanya difungsikan jikalau ada acara-acara besar seperti upacara pernikahan. Kamar mandi rumah tradisional Baduy tidak menyatu dengan rumah melainkan berada di luar rumah.

Tabel 4. Fungsi ruangan-ruangan pada rumah tradisonal Baduy Kegiatan M ak an M an d i M as ak C u ci Jemu r Jah it /Te n u n M em b ac a D u d u k S an ta i B el aj ar M en er ima Ta m u N o n to n TV S imp an an A la t B u an g A ir Ti d u r B er ma in S imp an H asi l P er ta n ia n Ruangan

Beranda depan _{• • • • • •}

Beranda

belakang _{• •}

Ruang

tengah/keluarga _• • • • • • Ruang tidur

• Kamar

mandi/WC • • •

Dapur

Gambar 10. Denah rumah tradisional Baduy.

Tabel 4 merupakan tabel yang menunjukkan ruang-ruang yang terdapat pada rumah tradisional Baduy dan fungsinya. Satu ruangan pada rumah Baduy dapat difungsikan untuk lebih dari satu fungsi. Misalnya saja pada ruang keluarga, selain berfungsi sebagai tempat untuk berkumpul dengan keluarga ruangan ini difungsikan juga untuk kegiatan makan. Hal ini dikarenakan rumah tradisional Baduy tidak memiliki ruang makan. Selain itu ruang keluarga ini juga difungsikan untuk tidur dan menyimpan hasil-hasil pertanian. Kondisi ini menunjukkan rumah Baduy sangat effisien dan memilki ruangan yang multi fungsi.

Pada Tabel 4 terlihat bahwa hasil pertanian juga disimpan di dalam rumah. Umumnya hasil pertanian yang disimpan pada ruang keluarga adalah madu. Bagian yang diberi warna abu-abu pada Tabel 4 menunjukkan kegiatan yang tidak dilakukan oleh masyaakat Baduy seperti membaca, belajar, dan menonton TV. Kegiatan belajar tidaklah dilakukan karena masyarakat Baduy dilarang untuk bersekolah dan kegiatan menonton TV tidak dilakukan karena wilayah tersebut tidak diizinkan di masuki aliran listrik. Masyarakat Baduy akan keluar wilayah Baduy jikalau mereka ingin menonton TV.

5.2.2 Rumah Modern

Rumah Modern yang diteliti memiliki ukuran 7.46 x 7.46 m2. Elemen-elemen bangunan utamanya adalah pondasi, lantai, dinding, dan atap. Rumah ini memiliki orientasi ke arah Utara. Di sebelah Timur, Barat, dan Utara terdapat

rumah penduduk berdinding bata. Elemen-elemen bangunan utamanya adalah pondasi, lantai, dinding, dan atap.

Gambar 11. Posisi rumah Modern di Desa Kanekes.

Pondasi pada rumah Modern terbuat dari batu kali yang dikubur di dalam tanah. Lantai untuk rumah Modern sebagian adalah adukan semen yang telah dilapisi dengan keramik dan sebagian lagi belum dilapisi. Pada bagian dinding material penyusunnya adalah batu bata. Dan sebagai penutup untuk atap menggunakan genteng dari tanah liat. Material yang menyusun kuda-kuda, gording, dan reng untuk atap adalah kayu. Dan untuk kaso sebagai konstruksi atap adalah bambu. Bagian-bagian rumah petani dengan bentuk Modern terdiri dari beranda depan, ruang tamu, ruang tengah, ruang tidur, ruang makan, dapur, dan kamar mandi. Tebal tembok penyusun dinding rumah Modern adalah 13 cm dan tebal atap genting tanah liat adalah 9 mm.

Tabel 5. Fungsi ruangan-ruangan pada rumah Modern Kegiatan M ak an M an d i M asa k Cu ci Je m u r Ja h it /T en u n M em b ac a Du d u k S an tai Be laja r M en erima Tam u No n to n TV S imp an an Ala t Bu an g Air Ti d u r Be rm ain Ruang

Beranda depan _{• • •}

Ruang tamu _{• •}

Ruang

tengah/keluarga • • • • •

Ruang makan _{• • •}

Ruang tidur _{• •}

Kamar

mandi/WC • • •

Dapur _{• •}

Gambar 12. Denah rumah Modern.

Hasil-hasil bertani dalam bentuk gabah biasanya tidak dibawa ke rumah untuk dijemur di dekat rumah. Hasil-hasil tersebut setelah panen biasanya langsung dibawa ke penggilingan dan hanya dibawa sebagian saja untuk keperluan sehari-hari. Hasil pertanian dalam bentuk beras yang dibawa ke rumah disimpan dalam tempayan di dapur. Untuk kegiatan simpanan alat pada Tabel 4 dan 5 adalah kegiatan penyimpanan alat-alat pertanian yang biasa dipergunakan untuk kegiatan bertani.

5.3KONDISI LINGKUNGAN LUAR BANGUNAN 5.3.1 Suhu Udara

Suhu udara lingkungan merupakan faktor yang berpengaruh besar nantinya terhadap kondisi suhu udara di dalam bangunan. Indonesia yang beriklim tropis tentunya memiliki suhu udara yang lebih hangat dibandingkan dengan wilayah di daerah sub tropis dan fluktuasi suhu hariannya relatif kecil.

Gambar 13. Grafik rata-rata suhu di lingkungan sekitar bangunan.

Hasil rata-rata suhu lingkungan dapat terlihat pada Gambar 13 dengan grafik berbentuk parabola. Suhu tertinggi untuk rata-rata suhu di lingkungan terjadi pada pukul 13.00 sebesar 36.67oC. Suhu terendah ditunjukkan pada pukul 06.00 yaitu 22.3oC. Menurut Lippsmeier (1997), panas tertinggi dicapai kira-kira 1-2 jam setelah tengah hari, karena pada saat itu radiasi matahari langsung bergabung dengan temperatur udara yang sudah tinggi sedangkan temperatur terendah sekitar sekitar 1-2 jam sebelum matahari terbit. Rata-rata suhu lingkungan akan mengalami penurunan mulai dari pukul 13.30 sampai pukul 06.00 dan suhu akan meningkat kembali secara bertahap.

5.3.2 RH Udara

Kelembaban relatif merupakan perbandingan antara tekanan udara dengan tekanan udara jenuh yang dinyatakan dalam persen. Kelembaban relatif dipengaruhi oleh suhu dan kecepatan udara.

Gambar 14. Grafik rata-rata RH di lingkungan sekitar bangunan. 20

25 30 35 40

0:00 4:48 9:36 14:24 19:12 0:00

oC

Pukul

Grafik Rata-rata Suhu di Lingkungan

60.00 65.00 70.00 75.00 80.00 85.00 90.00 95.00 100.00

0:00 4:48 9:36 14:24 19:12 0:00

%

Pukul

Gambar 14 menjelaskan bahwa RH akan mengalami penurunan pada waktu siang hari dimana suhu udara pada saat itu tinggi. Menurut Lippsmeier (1997), titik jenuh akan naik dengan meningkatnya temperatur sehingga menyebabkan RH menurun. Kelembaban udara lingkungan rata-rata tertinggi pada saat pukul 20.00 yaitu 95.67%. Sedangkan kelembaban udara lingkungan rata-rata terendah pada pukul 10.00 yaitu 68.8%. RH akan mengalami penurunan mulai dari pukul 06.30 dan akan meningkat kembali mulai dari pukul 13.30. RH akan menjadi konstan dan tidak banyak mengalami perubahan mulai dari pukul 17.00 sampai pukul 05.00 pagi. Kelembaban udara relatif pada malam hari cenderung konstan dan pada siang hari terdapat fruktuasi. Ini dikarenakan pada malam hari kecepatan angin di lingkungan konstan sedangkan pada siang hari kecepatan angin berubah-ubah.

5.3.3 Irradiasi Matahari

Besarnya radiasi matahari sangat dipengaruhi oleh letak lintang dari suatu daerah atau wilayah. Indonesia yang dilewati oleh garis lintang 0o atau khatulistiwa tentunya akan mendapatkan radiasi matahari lebih besar. Selain letak lintang, besarnya nilai radiasi juga dipengaruhi oleh penutupan awan dan sudut datangnya matahari.

Gambar 15. Grafik rata-rata irradiasi matahari di lingkungan sekitar bangunan.

Gambar 15 menunjukkan rata radiasi matahari dimana dari hasil rata-rata nilai radiasi terendah pada daerah tersebut adalah 166.16 W/m2 pada pukul 06.30 dan nilai radiasi tertinggi adalah 862.57 W/m2 pada pukul 11.00. Dari grafik terlihat besar irradiasi akan mengalami kenaikan secara signifikan pada pukul

100.00 200.00 300.00 400.00 500.00 600.00 700.00 800.00 900.00

6:00 10:48 15:36

W/m

2

Pukul

08.30. Pada pukul 13.30 dan 14.00 besar irradiasi matahari mengalami penurunan yang signifikan.

5.3.4 Tekanan Udara

Tekanan udara di lingkungan dipengaruhi oleh ketinggian lokasi dari atas permukaan laut. Semakin tinggi suatu dataran dari atas permukaan laut maka akan semakin rendah atau kurang dari 1 atmosfir.

Gambar 16. Grafik rata-rata tekanan udara di lingkungan sekitar bangunan. Gambar 16 menggambarkan grafik dengan kurva negatif. Pada grafik ini terlihat bahwa nilai tekanan udara terendah ditunjukkan pada pukul 13.30 yaitu 97.66 kPa. Mulai dari pukul 13.00 tekanan udara akan mengalami peningkatan. Nilai rata-rata tekanan tertinggi ditunjukkan pada pukul 23.00 dan 24.00 sebesar 98.93 kPa. Jika dibandingkan dengan hasil rata-rata RH pada Gambar 14 dan tekanan udara pada Gambar 16 maka ketika RH turun, tekanan udara akan turun juga.

5.3.5 Kecepatan Udara

Kecepatan udara di lingkungan merupakan faktor yang sangat penting karena sangat mempengaruhi kondisi iklim di dalam bangunan. Gerakan udara ini dapat menimbulkan pelepasan panas dari permukaan kulit oleh penguapan.

97.40 97.60 97.80 98.00 98.20 98.40 98.60 98.80 99.00

0:00 4:48 9:36 14:24 19:12 0:00

kPa

Pukul

Gambar 17. Grafik kecepatan angin di lingkungan sekitar bangunan.

Dari Gambar 17 terlihat bahwa gerakan udara pada waktu siang hari lebih dapat dirasakan dibandingkan pada waktu malam hari. Rata-rata kecepatan angin tertinggi ditunjukkan pada pukul 12.00 sebesar 0.87 m/s. Rata-rata kecepatan angin dapat dirasakan (>0.5 m/s) mulai dari pukul 08.30 sampai pukul 13.30. Untuk arah datangnya angin cenderung berubah-ubah pada wilayah tersebut. Namun berdasarkan data pada Lampiran 1 terlihat bahwa udara bergerak rata-rata kearah Utara dan Timur Laut. Sehingga ini sangatlah menguntungkan bagi rumah yang berorientasi ke arah Utara-Selatan karena selain pengudaraan di dalam bangunan akan lebih baik juga dapat mengurangi panas di dalam rumah.

5.4KONDISI DALAM BANGUNAN 5.4.1 Suhu

Suhu merupakan parameter utama yang berpengaruh dalam penentuan kenyamanan suatu bangunan. Permasalahan utama yang umumnya dihadapi di daerah tropis adalah suhu udara yang tinggi. Suhu udara yang terlalu tinggi akan menyebabkan ketidaknyamanan.

Berdasarkan penelitian CEP Brookes dikutip oleh Olgyay dalam Karyono (2001) menyatakan bahwa masyarakat yang tinggal di kawasan tropis mencapai tingkat nyaman pada suhu udara 23.4oC hingga 29.4oC.

0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00

0:00 4:48 9:36 14:24 19:12 0:00

m

/s

Pukul

Gambar 18. Grafik perbandingan suhu pada rumah tradisional Baduy dengan lingkungan di sekitar bangunan.

Gambar 19. Grafik perbandingan suhu pada rumah Modern dengan lingkungan sekitar bangunan.

Terlihat pada Gambar 18 dan 19 suhu di dalam rumah tradisional Baduy akan lebih rendah ]dibandingkan dengan lingkungan mulai dari pukul 07.00 sampai dengan 17.00 (10.5 jam). Rata-rata suhu lingkungan pada pukul 07.00 adalah 24.67oC dan suhu bagian depan rumah Baduy sebesar 24.5oC. Suhu lingkungan pukul 17.00 sebesar 27.17oC dan suhu bagian depan rumah 26.67oC. Suhu di dalam rumah Modern akan lebih rendah dari suhu lingkungan sekitarnya mulai dari pukul 07.30 sampai 16.00 (8.5 jam). Suhu lingkungan pada pukul 07.30 sebesar 26.57oC dan bagian depan rumah 26.2oC. Suhu pada pukul 16.00 sebesar 28.1oC dan suhu bagian depan rumah sebear 28.1oC. Ini juga terlihat pada Lampiran 10 dan 11 dimana perbedaan suhu dengan lingkungan yang lebih besar pada rumah Baduy dibandingkan dengan rumah Modern.

0 5 10 15 20 25 30 35 40 oC Pukul

Perbandingan Suhu dalam Rumah Baduy pada Ketinggian 100 m dengan Lingkungan

Lingkungan Depan Tengah Dapur 0 5 10 15 20 25 30 35 40 oC Pukul

Perbandingan Suhu dalam Rumah Modern pada Ketinggian 100 cm dengan Lingkungan

Lingkungan Depan Tengah Dapur

Pada Gambar 18 terlihat bahwa suhu di dalam rumah Baduy pada malam hari tidak jauh berbeda dengan lingkungan. Sedangkan pada Gambar 19 terlihat bahwa suhu pada malam hari di dalam rumah Modern di atas suhu lingkungan. Lampiran 12 memperlihatkan bahwa pada malam hari mulai dari pukul 18.00 sampai dengan pukul 05.00 semua suhu bagian depan rumah Modern memiliki suhu yang lebih tinggi dari 25oC sedangkan pada rumah Baduy suhu bagian depan rumah yang lebih tinggi dari 25oC hanya dari pukul 18.00 sampai 24.00. Ini dikarenakan pancaran radiasi dari dinding rumah Modern hasil akumulasi panas pada siang hari.

Tabel 6. Rataan suhu di dalam bangunan pada waktu-waktu tertentu

Pukul Baduy, Z=100 cm (

o

C) Modern, Z=25cm (oC) Modern, Z=100 cm (oC)

Depan Tengah Dapur Depan Tengah Dapur Depan Tengah Dapur

02.00 24.2 24.8 23.8 25.5 24.8 24.3 26.7 25.7 24.7

04.00 23.8 24.7 23.7 24.8 24.7 23.7 25.7 24.9 24.3

06.00 23.7 24.3 24 24.5 24 23.8 25 24 23.8

08.00 25 25.2 24.7 26.6 25.6 24.8 26.7 25.7 24.9

10.00 27.2 27.7 26.2 28.7 28.2 26.4 29.1 28.2 26.4

12.00 29.3 29.3 28.2 30.5 29.4 27.4 30.6 29.8 27.6

14.00 28.8 29.7 28.3 30.5 29.3 27.8 30.7 29.3 27.8

16.00 27.7 27.7 27.2 27.7 26.9 26.7 28.1 27.7 26.7

18.00 26.2 26 25.8 27.2 26. 7 25.5 27.4 26.7 25.5

20.00 25.7 26 25.7 27.5 26. 7 25.8 27.6 26.8 26

22.00 25.7 26 25.5 26.5 25.8 25.5 26.7 25.8 25.6

24.00 25.2 25.5 24.3 26.2 25.5 24.7 26.5 25.7 25.2

Max 29.7 30.2 28.8 31.1 30.2 28 31.2 30.2 28

Min 23.7 24.3 23.7 24.5 24 23.6 25 24 23.7

Pada Tabel 6 tampak bahwa suhu udara di dalam bangunan untuk rumah tradisional Baduy lebih rendah dibandingkan dengan rumah Modern. Namun untuk suhu udara pada bagian tengah rumah tradisional di bandingkan dengan Modern pada ketinggian 1 meter di atas pukul 02.00 perbedaan suhu yang terjadi tidaklah telalu jauh. Hal ini dikarenakan rumah Modern yang dipakai untuk pengukuran memiliki atap yang tinggi. Dengan atap yang tinggi ini jarak untuk perpindahan panas secara konveksi dari atap akan semakin besar.

Pada rumah Modern, suhu udara pada ketinggian 25 cm lebih rendah dibandingkan suhu udara pada ketinggian 100 cm. Misalkan saja pada pukul 02.00 bagian depan rumah, pada Tabel 6 suhu pada ketinggian 25 cm sebesar 25.5oC dan pada ketinggian 1 meter sebesar 26.7oC. Ini dikarenakan efek

dikarenakan massa jenisnya yang berkurang dan berganti dengan udara dingin yang turun ke bawah dikarenakan gravitasi bumi. Namun perbedaan suhu pada ketinggian 25 cm dan 100 tidaklah berbeda nyata.

Suhu tertinggi dalam bangunan baik pada rumah tradisional Baduy ataupun Modern terjadi pada pukul 13.30, hal ini dikarenakan panas yang diterima oleh bangunan tidak langsung disalurkan tetapi mengalami pengakumulasian panas pada material bangunan terlebih dahulu. Rata-rata suhu pada pukul 13.30 untuk bagian depan, tengah, dan dapur rumah Baduy sebesar 29.67oC, 30.17oC, dan 28.83oC. Sedangkan rata-rata suhu bagian depan, tengah, dan dapur pada pukul 13.30 sebesar 31.17oC, 30.17oC, dan 28oC. Dengan mengacu pada standard kenyamanan untuk daerah tropis yang berdasarkan penelitian CEP Brookes, dapat dilihat bahwa rumah tradisional lebih nyaman dibandingkan dengan rumah Modern karena suhu pada rumah Modern yang lebih besar dari 29.4oC mulai dari pukul 11.00 – 14.30 sedangkan pada rumah Baduy mulai dari pukul 12.30 – 14.00.

5.4.2 RH Udara

Kelembaban merupakan faktor terpenting kedua setelah suhu. Kelembaban udara yang terlalu tinggi ataupun terlalu rendah nantinya akan berpengaruh terhadap respon kenyamanan dalam rumah.

Tabel 7. Rataan RH di dalam bangunan pada waktu-waktu tertentu Pukul Baduy, Z=100 cm (%) Modern, Z=25cm (%) Modern, Z=100 cm (%)

Depan Tengah Dapur Depan Tengah Dapur Depan Tengah Dapur 02.00 86.94 85.89 89.48 81.28 89.62 95.26 81.43 88.46 93.44 04.00 86.85 84.57 95.95 84.63 88.32 95.17 81.29 86.87 93.41 06.00 88.12 85.75 94.69 85.29 92.03 93.31 83.47 92.03 93.33 08.00 84.8 83.54 94.74 81.45 90.31 95.03 81.06 89.35 95.03 10.00 82.98 74.27 91.18 75.23 83.43 92.71 73.64 83.43 92.22 12.00 77.24 71.24 89.93 69.51 84.23 91.41 70.13 83.23 92.13 14.00 82.67 69.71 88.72 70.15 83.84 90.62 70.66 83.84 90.6 16.00 84.36 78.78 91.02 80.25 86.94 90.11 78 85.83 90.1 18.00 86.32 87.52 93.6 81.92 86.39 94.27 80.14 86.39 94.24 20.00 84.89 86.21 94.85 80.84 87.65 95.88 80.43 87.65 95.89 22.00 82.49 83.79 92.42 83.5 91.33 92.35 82.4 91.09 91.64 24.00 86.02 82.42 96.01 86.39 89.79 96.04 79.3 89.83 92.99 Max 88.17 94.24 96.1 86.39 92.46 96.26 83.97 92.46 97.04 Min 76.35 67.52 84.71 68.49 78.99 88.05 67.98 78.99 87.27

Berdasarkan hasil pengukuran, kelembaban relatif di dalam rumah tradisional Baduy pada ketinggian 1 meter dari lantai berkisar 67.52% - 96.1%. Kelembaban relatif di rumah Modern pada ketinggian 1 m dari permukaan tanah berkisar 67.98% - 97.04%. Berdasarkan Tabel 7 dengan merujuk Lampiran 2, nilai kelembaban tertinggi ditunjukkan pada dapur rumah Modern pada pukul 07.00 sebesar 97.04% . Kelembaban terendah ditunjukkan pada bagian tengah rumah tradisional Baduy sebesar 67.52%.

Walaupun kelembaban tidaklah berpengaruh nyata terhadap kenyamanan namun kelembaban yang tinggi ini tidaklah sesuai dengan standart kenyamanan yang ada terutama pada bagian dapur. Oleh karena itu perlu sekali penambahan atau perbesaran ventilasi yang telah ada pada bagian dapur dengan mempertimbangkan kecenderungan arah angin yang datang sehingga udara yang bergerak dapat masuk lebih banyak dan mengurangi kelembaban di dalam ruangan.

5.5 SIMULASI CFD

5.5.1 Penggambaran Geometri

Pemodelan simulasi dilakukan dengan menggunakan software SolidWork

2009. Model yang telah digambarkan kemudian disimulasikan dengan Flow Simulation. Mesh yang dipergunakan dalam pensimulasian adalah mesh 3 (Gambar 20) dan masukan untuk simulasi CFD pada Tabel 9 dan 10.

a b

Gambar 20. Geometri rumah Baduy (a) dan rumah Modern (b).

U S

S

U

Gambar 21. Geometri rumah Baduy dengan penghalang.

Gambar 21 merupakan model pensimulasian aliran udara untuk inputan data pada pengukuran hari ke-1 pukul 12.00 dimana aliran angin menuju Tenggara. Mesh yang dipergunakan adalah mesh 4. Masukan dalam simulasi CFD untuk smulasi Gambar 21 hanyalah kecepatan udara. Masukan lainnya seperti suhu, tekanan, dan suhu material menggunakan default dari software solidwork. 5.5.2 Masukan Pensimulasian

Tabel 8. Masukan rata-rata data untuk simulasi CFD dalam rumah Baduy

Masukan 06.00 09.00 12.00 15.00

Suhu lingkungan (oC) 22.3 27.7 36.0 31 Suhu material padat (oC) 23 26.4 32.66 29.9 Kecepatan angin (m/s) -0.27 -0.57 0.87 -0.17

Arah X X Z X

RH (%) 94.46 80.43 69.35 76.84

Material

Dinding Bambu (x = 2.3 mm)

Lantai Bambu (x = 7.5 mm)

Atap Rumbia (x = 6.4 mm)

Radiasi matahari Lokasi dan Waktu Letak geografis 06o35” Lintang Selatan

Waktu 06:00:00 08:00:00 11:30:00 14:30:00

Arah zenith Sumbu Y pada koordinat global (Y axis of Global Coordinate)

Besar sudut dari Utara (Angle measured from North)

Sumbu X pada koordinat global (X axis of Global Coordinate)

Sudut 180o

Lama pensimulasian (time dependent)

1800 detik

3600

detik 1800 detik 1800 detik

U

S

Tabel 9. Masukan rata-rata data untuk simulasi CFD dalam rumah Modern

Masukan 06.00 09.00 12.00 15.00

Suhu lingkungan (oC) 22.3 30.4 36.0 31

Suhu material padat (oC) 24.32 28.5 31.71 30.2 Kecepatan angin (m/s) 0.27 0.57 -0.87 0.17

Arah Z Z X Z

RH (%) 94.46 80.43 69.35 76.84

Material

Dinding Batu bata (x = 13cm)

Jenis kaca Kaca

Radiasi Matahari Lokasi dan Waktu Letak geografis 06o35” Lintang Selatan

Waktu 06:00:00 08:30:00 11:30:00 14:30:00

Arah zenith Sumbu Y pada koordinat global (Y axis of Global Coordinate)

Besar sudut dari Utara (Angle measured from North)

Sumbu Z pada koordinat global (Z axis of Global Coordinate)

Sudut 0o

Lama pensimulasian (time

dependent) 1800 detik

Tabel 8 dan 9 merupakan data-data yang dimasukkan untuk simulasi CFD. Masukan data pada Tabel 8 dan 9 merupakan hasil rata-rata pengukuran selama 3 hari. Pensimulasian untuk masukan pada Tabel 8 dan 9 dilakukan untuk mengetahui distribusi suhu, RH, dan kecepatan angin pada ketinggian 1 m dengan kondisi pintu bagian belakang tertutup (skenario 1). Kondisi pensimulasian adalah tidak terdapat sumber panas dari alat-alat mekanis di dalam bangunan sehingga pengasumsian kondisi dalam bangunan adalah bangunan kosong. Sumber panas yang digunakan adalah hanya pancaran radiasi matahari dengan kondisi cerah (tidak berawan). Nilai intensitas radiasi menggunakan default berdasarkan dari letak lintang dan tanggal pemasukan dalam CFD.

Pemilihan pensimulasian pada skenario 1 dikarenakan pada skenario 1 bagian belakang dari kedua bangunan tertutup sehingga bukaan pada bangunan berkurang dan dapat berpengaruh terhadap sirkulasi aliran udara.

5.5.3 Validasi

Tabel 10. Nilai error suhu untuk rumah Baduy dan Modern

Tempat Waktu Titik

Pengukuran

Pengukuran (oC) Simulasi (oC) Error (%)

Baduy 06.00 Depan 23.67 23.06 2.57

Tengah 24.33 23.26 4.39

Dapur 24.00 23.55 1.87

09.00 Depan 26.67 28.31 6.14

Tengah 26.50 28.40 7.16

Dapur 25.50 28.47 11.64

12.00 Depan 29.33 35.42 20.76

Tengah 29.33 35.61 21.41

Dapur 28.17 36.28 28.78

15.00 Depan 28.67 32.23 12.41

Tengah 28.50 31.64 11.01

Dapur 27.67 31.66 14.41

Rata-rata 11.88

Modern 06.00 Depan 25.00 22.87 8.52

Tengah 24.00 22.86 4.71

Dapur 23.83 22.93 3.77

09.00 Depan 28.17 30.55 8.44

Tengah 27.07 30.58 12.96

Dapur 26.6 30.66 15.26

12.00 Depan 30.57 34.93 14.26

Tengah 29.77 34.90 17.23

Dapur 27.6 34.72 25.79

15.00 Depan 28.83 31.20 8.22

Tengah 27.67 31.19 12.72

Dapur 27.00 31.26 15.77

Rata-rata 12.31

Tabel 11. Nilai error RH untuk rumah Baduy dan Modern Tempat Waktu Titik

Pengukuran

Pengukuran (%) Simulasi (%) Error (%)

Baduy 06.00 Depan 88.12 90.19 2.34

Tengah 85.75 89.08 3.88

Dapur 94.69 87.53 7.56

09.00 Depan 81.58 78.03 4.35

Tengah 81.66 77.58 4.99

Dapur 96.10 77.04 19.83

12.00 Depan 77.24 68.34 11.52

Tengah 71.24 67.73 4.92

Dapur 89.93 65.17 27.53

15.00 Depan 82.59 71.68 13.2

Tengah 76.31 74.43 2.46

Dapur 90.81 74.01 18.5

Rata-rata 10.09

Modern 06.00 Depan 83.47 91.23 9.29

Tengah 92.03 91.25 0.84

Dapur 93.33 90.88 2.62

09.00 Depan 73.10 79.71 9.04

Tengah 84.85 79.61 6.17

Dapur 88.89 79.18 10.92

12.00 Depan 70.13 75.94 8.28

Tengah 83.23 76.00 8.68

Dapur 92.13 75.73 17.80

15.00 Depan 74.90 73.60 1.73

Tengah 83.19 73.70 11.40

Dapur 89.85 74.42 17.17

Hasil simulasi untuk suhu dan RH dapat terbilang cukup valid. Besarnya error hasil simulasi untuk distribusi suhu adalah 11.88% untuk rumah Baduy dan 12.31% untuk rumah Modern dapat terbilang cukup valid. Nilai error untuk hasil simulasi RH pada rumah Baduy sebesar 10.09% dan pada rumah Modern sebesar 8.66%.

Validasi kecepatan udara dalam ruangan hasil simulasi dilakukan berdasarkan teori yang telah ada. Dimana untuk menunjukkan valid atau tidaknya hasil simulasi bedasarkan pada teori Bernoulli dan selanjutnya aliran udara hasil simulasi disesuaikan apakah sudah sesuai dengan standart kenyamanan udara di dalam bangunan (Frick 2007).

5.5.4 Analisis Hasil Simulasi 5.5.4.1Rumah Baduy

a b

c d

Gambar 22. Distribusi aliran udara rata-rata pada rumah tradisional Baduy pukul 06.00 (a), 09.00 (b), 12.00 (c), dan 15.00 (d).

a b

c d

Gambar 23. Distribusi suhu rata-rata di dalam rumah tradisional Baduy pukul 06.00 (a), pukul 09.00 (b), pukul 12.00 (c), dan pukul 15.00 (d).

a b

c d

Gambar 24. Distribusi RH rata-rata di dalam rumah tradisional Baduy untuk pukul 06.00 (a), pukul 09.00 (b), pukul 12.00 (c), dan pukul 15.00 (d).

Pukul 15.00

Pukul 15.00

U

5.5.4.1.1 Kecepatan Udara Hasil Simulasi Rumah Baduy

Gambar 22 merupakan pola aliran udara pada pukul 06.00 dengan skala 0-0.4 m/s untuk rumah Baduy dan didapatkan kecepatan udara hasil simulasi bagian depan, tengah dan dapur sebesar 0.07 m/detik, 0.08 m/detik, dan 0.06 m/detik. Hasil simulasi pukul 09.00 dengan skala 0-0.65 m/detik didapatkan kecepatan udara bagian depan, tengah dan dapur rumah Baduy sebesar 0.08 m/detik, 0.20 m/detik, 0.29 m/detik. Kecepatan udara pukul 12.00 dengan skala 0-1 m/s didapatkan bagian depan, tengah, dan dapur rumah Baduy sebesar 0.31 m/detik, 0.35 m/detik, 0.58 m/detik. Simulasi pada pukul 15.00 dengan skala skala 0-0.25 m/detik. menunjukkan kecepatan angin pada bagian depan, tengah, dan dapur sebesar 0.05 m/detik, 0.05 m/detik, dan 0.14 m/detik. Bagian ruang tidur umumnya memiliki keceptan angin yang lebih tinggi dibandingkan dengan bagian lain.

5.5.4.1.2 Analisis Temperatur dan Pengaruh Radiasi

Gambar 23 merupakan distribusi suhu di dalam rumah tradisional Baduy untuk simulasi pada pukul 06.00 (a), 09.00 (b), 12.00 (c), dan 15.00 (d). Skala hasil pensimulasian untuk pukul 06.00 berkisar dari 22.3-24oC dan didapatkan nilai suhu pada bagian depan 23.06oC, bagian tengah 23.26oC, dan bagian dapur 23.55oC. Untuk Gambar 23 (b) skala hasil pensimulasian dimulai dari 27.5-29oC dan didapatkan hasil untuk suhu pada bagian depan rumah sebesar 28.31oC, bagian tengah 28.40oC, dan bagian dapur 28.47oC. Pada simulasi pukul 12.00 didapatkan nilai suhu pada bagian depan sebesar 35.42oC, bagian tengah 35.61oC, dan bagian dapur 36.28oC dengan skala hasil simulasi 35-36oC. Dan untuk pukul 15.00 didapatkan besarnya suhu pada bagian depan dengan skala hasil simulasi antara 31-32oC sebesar 32.23oC, bagian tengah 31.64oC, dan bagian dapur 31.66oC. Suhu rumah Baduy pada ruang tidur memiliki suhu yang lebih rendah karena kecepatan udara yang tinggi pada ruang tidur.

Suhu tertinggi hasil simulasi ditunjukkan pada pukul 12.00 bagian dapur rumah yaitu 36.28oC. Dan suhu terendah hasil simulasi ditunjukkan pada pukul 06.00 bagian depan rumah 23.06oC. Ini dikarenakan kondisi skenario 1 dimana pintu belakang rumah tertutup dan aliran udara yang didominasi dari arah X

(aliran angin menuju utara) sehingga panas menjadi terjebak dan sulit untuk keluar.

Pada pukul 06.00 dimana besar irradiasi matahari masih kecil dan belum memiliki pengaruh besar terhadap pemanasan, terlihat bagian belakang rumah memiliki suhu yang lebih panas. Ini dikarenakan bagian pintu belakang rumah tertututup dan kecepatan bagian belakang rumah kecil (Gambar 22-a) sehingga panas terjebak. Simulasi pukul 09.00 dimana matahari yang berada di sebelah Timur sudah mengalami kenaikan nilai irradiasi dan rata-rata radiasi pada pengukuran saat itu sebesar 616.35 W/m2. Terlihat pada Gambar 23 matahari yang berada di Timur semakin memanasi bagian Timur bangunan (bagian dapur) sehingga pada sebaran suhu terlihat area yang berwarna merah pada bagian belakang semakin banyak. Dan bagian depan terdapat daerah yang memiliki temperatur yang tinggi. Ini dikarenakan aliran udara pada wilayah tersebut memiliki kecepatan yang rendah (Gambar 22-b). Bagian tengah rumah memiliki suhu yang lebih rendah ini dikarenakan bagian tengah dekat dengan bukaan.

Pada pukul 12.00 ketika matahari berada di puncak dimana nilai radiasi umumnya mencapai nilai maksimum. Bagian Utara rumah akan terpanasi. Ini terjadi dikarenakan inputan yang dimasukkan pada simulasi CFD adalah pada bulan Juni. Pada bulan Juni matahari berada di lintang Utara bumi sehingga posisi matahari akan sedikit bergeser ke Utara. Pukul 15.00, ketika matahari sudah bergerak ke arah Barat, dari hasil simulasi bagian barat bagunan (bagian depan) akan terpanasi. Bagian belakang rumah tetap memiliki suhu yang tinggi. Ini dikarenakan sisa panas yang belum keluar dari waktu-waktu sebelumnya selain itu panas juga terkumpul karena pintu belakang tertutup.

Dari hasil CFD untuk rumah Baduy pada pukul 09.00, 12.00 dan 15.00 sangat berbeda dengan hasil yang didapatkan pada pengukuran. Dimana hasil pengukuran menunjukkan bahwa suhu di dalam bangunan pada siang hari akan di bawah suhu lingkungan, namun berdasarkan hasil simulasi suhu di dalam rumah Baduy mendekati suhu lingkungan. Ini dikarenakan bagian Utara dan Selatan bangunan yang terhalang bangunan lain dan tebing bervegetasi pada bagian belakang rumah sehingga dapat memberikan efek teduh. Pendefinisian suhu

dinding yang hanya dengan perhitungan pindah panas (Lampiran 7) juga menjadi salah satu faktor yang berpengaruh.

5.5.4.1.3 Analisis Kelembaban Relatif (RH)

Gambar 24 merupakan distribusi RH di dalam rumah tradisional Baduy untuk simulasi pada pukul 06.00 (a), 09.00 (b), 12.00 (c), dan 15.00 (d). Simulasi pukul 06.00 dengan skala hasil simulasi 85-94% didapatkan nilai RH pada bagian depan sebesar 90.19%, pada bagian tengah 89.08%, bagian dapur 87.57%. Untuk hasil simulasi pada pukul 09.00 mulai dari skala 73.5-82% didapatkan RH untuk bagian depan rumah sebesar 78.03%, bagian tengah 77.58%, bagian dapur sebesar 77.40%. Simulasi pukul 12.00 ditampilkan simulasi dengan skala 60-70% didapatkan RH bagian depan sebesar 68.34%, bagian tengah 67.73%, dan bagian dapur 65.17%. Dan untuk pensimulasian pukul 15.00 dengan skala RH 72-77.5 nilai RH untuk bagian depan sebesar 71.68%, bagian tengah 74.43%, bagian dapur 74.01%. Kondisi ini berbeda dengan hasil pengukuran dimana RH pada bagian dapur dari hasil pengukuran selalu lebih tinggi dibandingkan bagian lainnya karena bagian dapur pada rumah Baduy terdapat hasil-hasil pertanian, dekat dengan tebing, dan mengingat fungsi dari dapur sendiri yaitu sebagai tempat memasak sehingga memungkinkan adanya sisa-sisa uap air yang masih terjebak. Keadaan hasil simulasi ini terbilang wajar karena kondisi pensimulasian diasumsikan kering dan tidak terdapat sumber-sumber yang dapat meningkatkan nilai RH dalam ruangan itu sendiri.

5.5.4.2Rumah Modern

a b

c d

Gambar 25. Distribusi aliran udara rata-rata pada rumah Modern pukul 06.00 (a), 09.00 (b), 12.00 (c), dan 15.00 (d).

a b

c d

Gambar 26. Distribusi suhu rata-rata pada rumah Modern untuk simulasi pukul 06.00 (a), pukul 09.00 (b), pukul 12.00 (c), dan pukul 15.00 (d).

U

a b

c d

Gambar 27. Distribusi RH rata-rata di dalam rumah Modern pukul 06.00 (a), pukul 09.00 (b), pukul 12.00 (c), dan pukul 15.00 (d).

5.5.4.2.1 Kecepatan Udara Hasil Simulasi Rumah Modern

Kecepatan udara hasil simulasi pukul 06.00 dengan skala 0-0.4 m/s pada rumah Modern untuk bagian depan, tengah, dan dapur sebesar 0.01 m/detik, 0.02 m/detik, dan 0.04 m/detik. Hasil simulasi pukul 09.00 dengan skala 0-0.65 m/detik pada rumah Modern ditunjukkan pada Gambar 25-b. Hasil simulasi CFD pada rumah Modern pada bagian depan, tengah, dan dapur didapatkan sebesar 0.01 m/detik, 0.02 m/detik, dan 0.1 m/detik. Simulasi pukul 12.00 pada rumah Modern dengan skala 0-1 m/s didapatkan bagian depan, tengah, dan dapur sebesar 0.02 m/detik, 0.01 m/detik, 0.007 m/detik. Gambar 25-d merupakan simulasi pada rumah Modern dengan skala 0-0.25 m/detikdan kecepatan angin dalam rumah bagian depan, tengah, dan dapur sebesar 0.018 m/detik, 0.019 m/detik, dan 0.027 m/detik.

Jika Gambar 22 dan 25 dibandingkan maka kecepatan angin tertinggi di dalam rumah Baduy ditunjukkan pada pukul 12.00 bagian dapur sebesar 0.58 m/detik (Gambar 22). Kecepatan tertinggi di dalam rumah Modern ditunjukkan pada hasil simulasi pukul 09.00 bagian dapur sebesar 0.1 m/detik (Gambar 25).

Kecepatan minimum hasil simulasi rumah Modern ditunjukkan pada pukul 12.00. Dari simulasi untuk waktu 06.00, 09.00, 12.00 dan 15.00 terlihat bahwa pola aliran udara pada rumah Baduy lebih baik dikarenakan rumah Baduy memiliki celah-celah pada bagian lantai yang cukup banyak dan dengan strukturnya yang panggung sehingga memungkinkan udara masuk melalui celah-celah tersebut. 5.5.4.2.2 Analisis Temperatur Udara dan Pengaruh Radiasi

Gambar 26 (a) merupakan distribusi suhu dalam rumah Modern untuk simulasi pukul 06.00 dengan skala hasil simulasi 22.29-23oC. Hasil simulasi didapatkan suhu pada bagian depan sebesar 22.87oC, bagian tengah 22.86oC, dan bagian dapur 22.93oC. Untuk pukul 09.00 dengan skala hasil pensimulasian 30.1-30.9oC didapatkan suhu pada bagian depan rumah sebesar 30.55oC, 30.58oC, dan 30.66oC. Simulasi distribusi suhu dalam rumah Modern untuk pukul 12.00 yang ditunjukkan pada Gambar 26 (c) memakai skala pensimulasian 34.6-36.05oC. Hasil simulasi didapatkan suhu pada bagian depan sebesar 34.92oC, bagian tengah sebesar 34.90oC, dan bagian dapur sebesar 34.72oC. Dan simulasi pada pukul 15.00 dengan skala suhu 30.9-31.5oC didapatkan besar suhu pada bagian depan rumah sebesar 31.20oC, bagian tengah 31.19oC, dan bagian dapur sebesar 31.25oC.

Berdasarkan Gambar 26 hasil simulasi untuk rumah Modern didapatkan suhu tertinggi pada pukul 12.00 bagian dapur rumah sebesar 34.72oC. Dan suhu terendah ditunjukkan pada pukul 06.00 bagian tengah rumah sebesar 22.86oC. Simulasi untuk pukul 12.00 menunjukkan bahwa suhu di dalam bangunan lebih rendah dibandingkan di luar. Pada Gambar 26 (d) simulasi pukul 15.00 terlihat bahwa suhu di dalam bangunan lebih tinggi dari pada lingkungan. Suhu di dalam bangunan lebih tinggi dibandingkan dengan di lingkungan dikarenakan pancaran panas dari dinding karena akumulasi panas dari radiasi matahari yang diserap oleh dinding. Dari Gambar 26 terlihat bahwa bagian depan rumah yang dekat dengan kaca lebih panas. Hal ini dikarenakan kaca memiliki nilai transmisivitas lebih besar dibandingkan dengan dinding dari batu-bata.

Pukul 06.00 wilayah bagian Timur rumah belum terpanasi ini dikarenakan intensitas matahari yang masih kecil selain itu karena ketebalan dan massa dinding batu bata yang besar sehingga panas matahari dengan intensitas matahari

yang kecil perlu waktu yang cukup lama untuk dapat memanasi material tersebut. Bagian belakang rumah memiliki suhu yang lebih tinggi dikarenakan pintu bagian belakang rumah tertutup. Pada bagian dapur rumah terdapat area yang mengalami penurunan suhu, ini dikarenakan pada area tersebut memiliki kecepatan angin yang tinggi (Gambar 25-a).

Simulasi pukul 09.00 dimana intensitas matahari di bagian Timur sudah meningkat dan dari hasil simulasi terlihat bahwa area sebelah Timur bangunan kenaikan suhu tidak terlalu signifikan. Ini di karenakan ketebalan dinding bangunan sendiri. Secara umum suhu didalam rumah akan mendekati lingkungan. Pada bagian kamar mandi memiliki suhu yang lebih rendah karena pada bagian tersebut terdapat bak penampung air. Air memiliki massa jenis yang lebih tinggi dibandingkan udara sehingga akan lebih sulit untuk terpanaskan dibandingkan udara.

Untuk pukul 12.00 dimana matahari pada simulasi berada pada intensitas tertinggi terlihat kecendrungan suhu udara dalam bangunan akan lebih rendah dari suhu lingkungan. Ini dikarenakan panas masih tertahan dalam dinding rumah dan karena massanya yang besar sehingga sulit untuk melepas energi walaupun konduktivitasnya lebih tinggi dibandingkan dengan material bambu.

Ketika pukul 15.00 dimana matahari sudah bergerak ke arah Barat dan dapat terlihat bagian sebelah Barat bangunan memiliki suhu yang lebih tinggi. Selain karena pemanasan matahari yang telah bergerak ke Barat, suhu yang lebih panas ini juga dikarenakan bagian belakang yang tertutup sehingga panas tidak dapat keluar dan karena radiasi yang sedikit demi sedikit terpancar.

Berdasarkan Gambar 23 dan 26, suhu tertinggi dalam bangunan hasil simulasi yang mencapai nilai 36oC pada rumah Baduy dan 34oC pada rumah Modern tidaklah sesuai dengan standart kenyamanan dalam bangunan yaitu 23.4oC sampai 29.4oC.

a

b

Gambar 28. Gambar piktorial distribusi suhu pada dinding luar rumah Modern pada pukul 09.00 (a) dan dinding rumah bagian Timur (b).

a

b

Gambar 29. Gambar piktorial distribusi suhu pada dinding luar rumah Modern pada pukul 12.00 (a) dan dinding rumah bagian Barat (b).

Gambar 28 merupakan gambar distribusi suhu hasil simulasi CFD pada dinding bagian luar rumah Modern untuk pukul 09.00. Suhu dinding pada dinding sebelah Timur lebih tinggi dibandingkan dengan dinding sebelah Barat. Kondisi

S U

ini terjadi karena pada pukul 09.00 posisi matahari masih berada di bagian Timur. Suhu tertinggi pada permukaan dinding terluar rumah adalah 30.9oC. Berdasarkan hasil perhitungan suhu dinding pada Lampiran 6, suhu dinding luar pada pukul 09.00 adalah 30.56oC. Sehingga error yang didapat adalah 1.11%.

Gambar 29 menunjukkan bahwa matahari sudah bergerak ke arah Barat sehingga dinding sebelah Barat suhunya akan lebih tinggi dibandingkan dengan suhu pada dinding sebelah Timur. Suhu dinding tertinggi pada dinding terluar sebelah Barat rumah adalah 32oC. Suhu dinding terluar hasil perhitungan pada Lampiran 10 adalah 29.89oC. Sehingga error yang didapat adalah 7.05%.

5.5.4.2.3 Analisis Kelembaban Relatif (RH)

Gambar 27 merupakan hasil simulasi CFD pada rumah Modern untuk sebaran RH di dalam rumah pada pukul 06.00, 09.00, 12.00, dan 15.00. Untuk hasil simulasi pada pukul 06.00 mulai dari skala 86-94.47% dan didapat RH pada bagian depan rumah sebesar 91.23%, bagian tengah 91.25%, dan bagian dapur sebesar 90.88%. Untuk hasil CFD pada pukul 09.00 skala hasil pensimulasian berkisar antara 78-81% dengan hasil RH bagian depan rumah 79.71%, bagian tengah 79.61%, bagian dapur sebesar 79.18%. Skala sebaran RH untuk simulasi pukul 12.00 adalah 69-75% dengan nilai RH pada bagian depan 73.60%, bagian tengah 73.70%, dan bagian dapur 74.42%. Dan hasil simulasi CFD pada rumah Modern untuk pukul 15.00 dengan skala 74-77.1% didapatkan RH bagian depan rumah sebesar 75.95%, bagian tengah sebesar 76.00%, dan bagian dapur sebesar 75.73%.

Jika Gambar 24 dan 27 dibandingakan dengan hasil simulasi untuk distribusi suhu pada kedua banguan tersebut (Gambar 23 dan 26) maka pada wilayah yang memiliki suhu yang tinggi maka RH-nya akan menurun. Hasil simulasi untuk distribusi RH pada rumah Baduy ataupun rumah Modern umumnya lebih besar dari 70% yang mana merupakan standart maksimum RH untuk kenyamanan dalam bangunan menurut Frick (2003).

Lampiran 8. Grafik Iklim di Lingkungan Selama Pengukuran 3 Hari

0 5 10 15 20 25 30 35 40

oC

Pukul

Grafik Perbandingan Suhu di Lingkungan

Hari ke 1 Hari ke 2 Hari ke 3

40.00 50.00 60.00 70.00 80.00 90.00 100.00

%

Pukul

Grafik Perbandingan RH di Lingkungan

Hari ke 1 Hari ke 2 Hari ke 3

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

W/m

2

Pukul

Grafik Perbandingan Radiasi di Lingkungan

Hari ke 1 Hari ke 2 Hari ke 3

97 97.5 98 98.5 99 99.5

kPa

pukul

Grafik Perbandingan Tekanan di Lingkungan

Hari ke 1 Hari ke 2 Hari ke 3

Lampiran 9. Grafik Skenario 1 Rata-rata Suhu dalam Rumah Modern dan Baduy

20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40

oC

Pukul

Grafik Skenario 1 Rata-rata Suhu dalam Rumah Modern

Lingkungan Depan Tengah Dapur

20 22 24 26 28 30 32 34 36 38

oC

Pukul

Grafik Skenario 1 Rata-rata Suhu dalam Rumah Baduy

Lingkungan Depan Tengah Dapur

Lampiran 10. Grafik Skenario 2 Rata-rata Suhu di Dalam Rumah Modern dan Baduy

20 22 24 26 28 30 32 34 36 38

oC

Pukul

Grafik Skenario 2 Rata-rata Suhu dalam Rumah Modern

Lingkungan Depan Tengah Dapur

20 22 24 26 28 30 32 34 36 38

oC

Pukul

Grafik Skenario 2 Rata-rata Suhu dalam Rumah Baduy

Lingkungan Depan Tengah Dapur

Lampiran 11. Grafik Skenario 3 Rata-rata Suhu dalam Rumah Modern dan Baduy

20 21 22 23 24 25 26 27 28

oC

Pukul

Grafik Skenario 3 Rata-rata Suhu dalam

Rumah Modern

Lingkungan Depan Tengah Dapur

20 21 22 23 24 25 26 27 28

oC

Pukul

Grafik Skenario 3 Rata-rata Suhu dalam

Rumah Baduy

Lingkungan Depan Tengah Dapur

Andhini. F14053795. The Model of Air Flow Pattern, Temperature, and RH with Computational Fluid Dynamics (CFD) Technique on Baduy’s Traditional House and Modern House in Kanekes Village, Lebak Regency, Province of Banten. Supervised by guidance of Ir. Meiske Widyarti, M.Eng and Dr. Ahmad Indra Siswantara.

ABSTRAC

The house was the place for sheltering and living for human. Material election to build a house was depended by weather in the local area, social status, availability, and the economic capacity. As the changing of the time, people now more prefer to choose the material for their buildings by using bricks or concrete.

This was caused people‟s paradigm in this time where the building conception in

sub-urban area by using bricks or concrete as the material had social status and economic more higher than only use natural material. In fact, on the theory, building materials which contain difficult mass will save heat energy in large amount and release it in long time than light buildings material.

The goal of this research was comparing the number of temperature,

relative humidity, and airflow velocity inside Baduy‟s traditional house and

modern house and simulates it with Computational Fluid Dynamics (CFD) technique. From the simulation result, we can compare the result between both of them. And the result of grating eventually compared with the level of comfort in both of those buildings.

The steps of this research were taking data in field (temperature, RH, air velocity, and solar radiation) by condition in 1st scenario, 2nd scenario, and 3rd scenario. The 1st scenario was done with condition the back‟s door closed and the other door was open. It was measured on 06.00 am, 07.00 am, and the next one hour until 05.00 pm. The 2nd scenario was done on 06.30 am, 07.30 am, and the next one hour until 05.30 pm. And the last, the 3rd scenario was done on 06.00 pm until 05.00 am every one hour.

As the measurement result which refer by the maximum standard of comfort temperature in tropical area based through CEP Brookes (Karyono 2001), in Modern house the temperature number which more than 29.4oC started from

11.00 am until 02.30 pm and in Baduy‟s house from 12.30 pm until 02.00 pm. The highest temperature in Modern and Baduy‟s house was 31.07o

C and 30.17oC and it was happened at 1.30 pm. The error number for temperature from the result

of CFD simulation in Baduy‟s and Modern house is 11.88% and 12.31% then the error for RH is 10.09% and 8.66. Simulation result showed that the highest temperature inside buildings at 12.00 pm. That was because the highest number of radiation at that time.

Andhini. F14053795. Pemodelan Pola Aliran Udara, Suhu, dan RH, dengan Teknik Computational Fluid Dynamics (CFD pada Rumah Tradisional Baduy dan Modern di Desa Kanekes, Kabupaten Lebak, Banten. Dibawah bimbingan Ir. Meiske Widyarti, M.Eng dan Dr. Ahmad Indra Siswantara.

RINGKASAN

Rumah merupakan tempat tinggal untuk manusia. Pemilihan desain dan material rumah yang dibangun sangat di tentukan oleh iklim setempat, status sosial, ketersediaan, dan kemampuan ekonomi. Seiring dengan perkembangan jaman, masyarakat saat ini lebih cenderung untuk memilih material untuk bangunan dengan bahan bata atau beton karena paradigma saat ini bangunan berbahan bata atau beton memiliki status sosial dan ekonomi yang lebih tinggi terlebih bagi masyarakat kawasan sub-urban. Padahal berdasarkan teori yang ada, bahan bangunan dengan massa yang berat akan menyimpan kalor dalam jumlah yang lebih besar dan melepasnya dalam waktu yang cukup lama dibandingkan bahan bermassa ringan.

Penelitian ini dilakukan dengan membandingkan iklim di dalam rumah Baduy dan rumah modern kemudian disimulasikan dengan teknik Computational

Fluid Dynamics (CFD). Berdasarkan hasil simulasi akan dapat dibandingkan pola

aliran udara, suhu, dan RH pada kedua bangunan tersebut. Hasil pengukuran nantinya akan dapat diketahui tingkat kenyamanan pada kedua bangunan tersebut.

Tahapan penelitian ini adalah pengambilan data di lapang (suhu, RH, kecepatan angin, dan irradiasi matahari) dengan kondisi skenario 1, 2 ,dan 3. Skenario 1 dilakukan dengan kondisi pintu belakang tertutup dan pintu yang lainnya terbuka diukur pada pukul 06.00 - 17.00 dengan pengukuran setiap kelipatan 1 jam. Skenario 2 dilakukan dengan kondisi semua pintu terbuka diukur pada pukul 06.30 - 17.30 dengan pengukuran setiap kelipatan 1 jam. Skenario 3 dilakukan dengan menutup semua pintu dan dilakukan pada pukul 18.00 – 05.00 dengan kelipatan setiap 1 jam.

Hasil pengukuran suhu dengan mengacu pada standart suhu nyaman maksimum untuk wilayah tropis berdasarkan CEP Brookes (Karyono 2001), pada rumah Modern suhu di atas 29.4oC mulai pukul 11.00 – 14.30 dan pada rumah tradisional Baduy dimulai dari pukul 12.30 – 14.00. Suhu tertinggi pada rumah Modern dan Baduy adalah 31.07oC dan 30.17oC pada pukul 13.30. Hasil simulasi CFD pada rumah tradisional Baduy dan Modern didapatkan error untuk simulasi suhu sebesar 11.88% dan 12.31% sedangkan untuk RH sebesar 10.09% dan 8.66%. Hasil simulasi rata-rata menunjukkan besaran suhu tertinggi dalam bangunan pada pukul 12.00 dikarenakan pancaran radiasi tertinggi pada saat itu.