Analisis Kenyamanan Termal Gedung Kuliah B1, Fakultas FEMIPB, Beratap Hijau Tanaman Sambiloto dengan Teknik Simulasi Berbasis CFD
ANALISIS KENYAMANAN TERMAL GEDUNG KULIAH B1IPB BERATAP TANAMAN DENGAN TEKNIK SIMULASI
BERBASIS COMPUTATIONAL FLUID DYNAMICS
MAULIYAWAN ILHAM
DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL DAN LINGKUNGAN
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2013
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Analisis Kenyamanan
Termal Gedung Kuliah B1-IPB Beratap Tanaman dengan Teknik Simulasi
Berbasis Computational Fluid Dynamics adalah benar karya saya dengan arahan
dari pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan
tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang
diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks
dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, Juni 2013
Mauliyawan Ilham
NIM F44090017
ABSTRAK
MAULIYAWAN ILHAM. Analisis Kenyamanan Termal Gedung Kuliah B1-IPB
Beratap Tanaman dengan Teknik Simulasi Berbasis Computational Fluid
Dynamics. Di bawah bimbingan Meiske Widyarti. 2013.
Atap hijau (green roof) merupakan atap bangunan yang ditutupi dengan vegetasi.
Tipe atap ini banyak digunakan sebagai bangunan yang ramah lingkungan karena
dapat menekan penggunaan energi dan meminimalkan dampak polusi CO2 dari
bangunan. Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui keadaan termal ruang
Gedung Kuliah B1-IPB. Pada penelitian ini dilakukan perbandingan kenyamanan
termal dari Gedung Kuliah B1 dengan kondisi awal, menggunakan atap tanaman
dan optimalisasi bukaan pintu. Analisis dibuat dengan menggunakan teknik
simulasi berbasis Computational Fluid Dynamics menggunakan program
Solidworks 2012. Hasil simulasi menunjukan bahwa suhu efektif (TE) tertinggi
keadaan existing adalah pada jam 13.00, yaitu 28°C dengan kelembaban relatif
udara (RH) berada pada kisaran 77%-79%. Dengan atap hijau mampu
menurunkan TE jam 13 menjadi 25.1°C dengan RH pada kisaran 75%-77%.
Tambahan bukaan pintu masuk pada gedung beratap hijau mampu menurunkan
TE pada jam 13.00 menjadi 23.1°C dengan RH berkisar 46%-48%. Keadaan
ruang setelah modifikasi atap dan bukaan pintu berada pada zona kenyamanan
termal dengan TE 21°C-23.1°C dan RH antara 40%-50%. Penurunan RH terjadi
akibat perubahan sirkulasi udara dari pembukaan pintu masuk.
Kata kunci: atap hijau, Computational Fluid Dynamics, kenyamanan termal,
solidworks, simulasi
ABSTRACT
MAULIYAWAN ILHAM. Thermal Comfort Analysis at Class Room B1, FEMIPB, by Sambiloto Plant Green Roof with Simulation Technique. Supervised by
Meiske Widyarti. 2013.
Green roof are building’s roof that covered by vegetation. Green roof applications
are able to keep room temperature comfort. This study aimed to fine out thermal
condition of Class Room B1, Faculty of Economic and Management, IPB. Class
Room B1 drawing is built by Solidworks 2012 program. In this research are
compare the thermal comfort of B1 classroom which used a concrete roof, plant
roof and opening optimization. The green roof use sambiloto plant this research
result found out that the. Highest effective temperature (TE) existing condition at
13.00 o’clock 28°C TE with relative humidity (RH) is about 77%-79%. Green
roof application can keep TE at 13.00 o’clock up to 25.1°C with relative humidity
is about 75°C-77°C. Opening optimalization of entrance doors at the green roof
building able to decrease the TE at 13.00 o’clock up to 23.1°C with RH 46%48%. Room conditions with this modification, at 10.00-14.00 o’clock, are with in
the thermal comfort zone with TE is about 21°C-23.1°C and relative humidity is
about 40%-50%. Reduction of RH is caused by change of air circulation from the
entrance opening.
Keywords: green roof, Computational Fluid Dynamics, thermal comfort,
solidworks, simulation
ANALISIS KENYAMANAN TERMAL GEDUNG KULIAH B1,
FEM-IPB, BERATAP HIJAU TANAMAN SAMBILOTO
DENGAN TEKNIK SIMULASI BERBASIS CFD
MAULIYAWAN ILHAM
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Teknik
pada
Departemen Teknik Sipil dan Lingkungan
DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL DAN LINGKUNGAN
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2013
Judul Skripsi: Anali sis Kenyamanan Terrnal Gedung Kuliah Bl , Fakultas FEMIPB, Beratap Hijau Tanaman Sambiloto dengan Teknik Simulasi
Berbasis CFD
: Mauliyawan Ilham
Nama
: F44090017
NIM
Disetujui oleh
Dr. Jr. Meiske Widyarti M .Eng
Pembimbing
TanggalLulus:
1'3
ｾｅ
ｐ＠
2013
Judul Skripsi : Analisis Kenyamanan Termal Gedung Kuliah B1, Fakultas FEMIPB, Beratap Hijau Tanaman Sambiloto dengan Teknik Simulasi
Berbasis CFD
Nama
: Mauliyawan Ilham
NIM
: F44090017
Disetujui oleh
Dr. Ir. Meiske Widyarti M.Eng
Pembimbing
Diketahui oleh
Prof. Dr. Ir. Budi Indra Setiawan, M.Agr
Ketua Departemen
Tanggal Lulus:
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas segala karuniaNya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini. Tema yang dipilih dalam
penelitian ini ialah green building, dengan judul Analisis Kenyamanan Termal
Gedung Kuliah B1, FEM-IPB, Beratap Hijau Tanaman Sambiloto dengan Teknik
Simulasi Berbasis CFD.
Pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan ucapan terima kasih
kepada:
1. ALLAH SWT. yang telah memberikan ridho-NYA sehingga dalam
pelaksanaan penelitian dan penyusunan laporan berjalan dengan baik dan
lancar.
2. Dr. Ir. Meiske Widyarti M.Eng, selaku dosen pembimbing akademik yang
telah memberikan pengarahan dan masukan yang sangat bermanfaat dalam
penyusunan laporan.
3. Kedua orang tua saya yang selalu memberikan doa, semangat, dan
dukungan dalam seluruh kegiatan saya.
4. Kedua kakak saya, Fajar dan Lida serta Uji yang selalu memberikan
dorongan dan perhatiannya.
5. Seluruh sahabat saya di UKM MAX!! IPB terutama Bari, Memey, Khalid,
Zha, Herna, dan Ubur yang selalu menyempatkan waktunya ketika saya
mengalami kemunduran.
6. Bang Zega, dan Pak Ahmad yang telah membantu dan memberikan
masukan yang berguna dalam penelitian ini.
7. Cacan dan Yuni, serta seluruh teman-teman SIL’46, terima kasih
kebersamaan dan dukungannya.
Masih terdapat banyak kekurangan yang penulis lakukan selama
penyusunan skripsi ini, oleh karena itu penulis sangat mengharapkan adanya
masukan guna mendorong penulis dan memperbaiki kekurangan yang ada.
Bogor, Agustus 2013
Mauliyawan Ilham
DAFTAR ISI
DAFTAR ISI
vi
DAFTAR TABEL
vii
DAFTAR GAMBAR
vii
DAFTAR LAMPIRAN
vii
DAFTAR NOTASI
vii
PENDAHULUAN
1
Latar Belakang
1
Perumusan Masalah
2
Tujuan Penelitian
2
Manfaat Penelitian
2
Ruang Lingkup Penelitian
2
METODE
2
Waktu dan Tempat
2
Alat dan Bahan
2
Prosedur Penelitian
3
Prosedur Analisis Data
5
HASIL DAN PEMBAHASAN
6
Penggambaran Geometri Gedung Kuliah B1
6
Kondisi Termal Awal Gedung Kuliah B1
7
Simulasi Keadaan Termal Awal Gedung Kuliah B1
8
Modifikasi Gedung Kuliah B1 dengan Atap Hijau
10
Hasil Simulasi Termal dengan Atap Hijau
11
Saran Optimalisasi Kenyamanan Termal dengan Modifikasi
15
SIMPULAN DAN SARAN
21
Simpulan
21
Saran
21
DAFTAR PUSTAKA
22
LAMPIRAN
23
RIWAYAT HIDUP
37
DAFTAR TABEL
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Tingkat kenyamanan berdasarkan letak geografis dan suku bangsa
Data kondisi lingkungan bagian tengah ruangan Gedung Kuliah B1
Contoh data hasil simulasi keadaan awal Gedung Kuliah B1 jam 13.00
Suhu efektif titk 2 ketinggian 1 m simulasi awal
Engineering database tanah mineral dan tanaman sambiloto
Suhu dan RH titik 2 ketinggian 1 m ruangan sebelum dan setelah
aplikasi atap hijau
Penurunan TE titik 2 ketinggian 1 m Gedung Kuliah B1 beratap hijau
Contoh perubahan keadaan termal dengan atap hijau jam 13.00
Perubahan suhu efektif titik 2 ketinggian 1 m Gedung Kuliah B1
modifikasi
Contoh perubahan suhu ruangan Gedung Kuliah B1 jam 13.00
Penurunan RH Gedung Kuliah B1modifikasi pada titik 2 ketinggian 1
m
Contoh perubahan RH ruangan Gedung Kuliah B1 jam 13.00
6
7
8
9
10
12
12
13
16
17
17
18
DAFTAR GAMBAR
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
Diagram alir penelitian
Titik-titik pengambilan data
Titik-titk pengambilan data pada atap
Denah Gedung Kuliah B1
Boundray conditions
Tampak isometri model Gedung Kuliah B1 dengan atap hijau
Denah pola sebaran suhu dengan atap hijau pada ketinggian 1 m
Tampak samping pola sebaran suhu dengan atap hijau
Denah pola sebaran RH Gedung Kuliah B1 beratap hijau
Tampak samping pola sebaran RH Gedung Kuliah B1 beratap hijau
Tampak depan Gedung Kuliah B1 modifikasi pintu
Grafik perbandingan TE awal, atap hijau, dan modifikasi titik 2
ketinggian 1 m
Grafik perbandingan RH awal, atap hijau, dan modifikasi titik 2
ketinggian 1 m
Denah pola sebaran RH modifikasi pada ketinggian 1 m
Tampak samping pola sebaran RH modifikasi
Denah pola sirkulasi udara awal ketinggian 1 m
Denah pola sirkulasi udara modifikasi ketinggian 1 m
Pola sirkulasi udara awal
Pola sirkulasi udara modifikasi
3
4
4
7
9
11
14
14
15
15
16
16
18
19
19
20
20
20
20
DAFTAR LAMPIRAN
1 Denah Gedung Kuliah B1
23
2
3
4
5
6
7
Nomogram suhu efektif
Tahap general setting
Data hasil pengukuran kondisi lingkungan Gedung Kuliah B1
Data hasil simulasi model Gedung Kuliah B1 keadaan existing
Validasi data
Data hasil simulasi model Gedung Kuliah B1 beratap hijau dan
modifikasi
DAFTAR NOTASI
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
ρ
∆
Cp
h
k
RH
RH’
RH’’
RH’’’
T
T’
T’’
T’’’
TE
v
v’
v’’
v’’’
densitas
selisih
panas Jenis
ketinggian pengukuran
konduktifitas panas
kelembaban relatif udara hasil pengukuran
kelembaban relatif udara hasil simulasi keadaan exsting
kelembaban relatif udara hasil simalasi atap hijau
kelembaban relatif udara hasil simulasi modifikasi
suhu udara hasil pengukuran
suhu udara hasil simulasi keadaan exsting
suhu udara hasil simulasi atap hijau
suhu udara hasil simulasi modifikasi
suhu efektif
kecepatan aliran udara hasil pengukuran
kecepatan aliran udara hasil simulasi keadaan existing
kecepatan aliran udara hasil simulasi atap hijau
kecepatan aliran udara hasil simulasi modifikasi
26
27
28
30
32
32
1
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Pembangunan infrastruktur dalam berbagai bidang terus meningkat, tidak
terkecuali bidang pendidikan Indonesia seperti pembangunan ruangan kelas
mengikuti bertambahnya kuantitas pelajar. Menurut beberapa penelitian
pembangunan tersebut tidak diimbangi dengan pemahaman akan pentingnya
kenyamanan dan penghematan penggunaan energi dalam proses belajar mengajar.
Menurut pengamatan di Institut Pertanian Bogor (IPB), pada mayoritas gedung
kenyamanan cenderung didapatkan melalui teknik yang boros penggunaan energi
seperti instalasi air conditioner (AC) pada berbagai ruangan kelas. Pemilihan cara
tersebut dapat menyebabkan terjadinya penurunan kualitas lingkungan akibat
polusi CO2. Maka dari itu diperlukan suatu penelitian dalam pembangunan
ruangan kelas agar dapat ekonomis, efisien, dan efektif serta lebih ramah
lingkungan.
Pembangunan yang nyaman dan ramah lingkungan populer dengan istilah
konsep greenbuilding. Green building merupakan bangunan yang berwawasan
lingkungan dan hemat energi sebagai usaha untuk mengurangi dampak terhadap
lingkungan yang berkembang saat ini misalnya pemanasan global, pengurangan
material tak terbaharui, dan pembangunan yang ekonomis. Salah satu
pengaplikasian konsep green building adalah dengan penggunaan greenroof.
Green roof atau atap hijau merupakan atap bangunan yang sebagian atau
seluruhnya ditutupi dengan vegetasi. Aplikasi greenroof dapat menahan panas
radiasi sinar matahari yang masuk ke dalam ruangan dan juga membantu menjaga
suhu lingkungan tidak terlalu tinggi dibanding atap tanpa tanaman (Satwiko 2008).
Perlu diteliti tentang berkurangnya panas yang masuk ke dalam ruangan kelas
agar dapat meningkatkan kenyamanan termal yang menunjang kelancaran proses
belajar mengajar. Pada penelitian ini akan dilakukan studi dari manfaat aplikasi
greenroof sebagai upaya tercapainya kenyamanan termal yang baik selain
peningkatan estetika bangunan. Gedung Kuliah B1-IPB dipilih sebagai objek
penelitian ini karena dalam perencanaan seharusnya ruang kelas ini menggunakan
atap hijau. Teknik simulasi digunakan untuk melihat perbandingan kondisi
kenyamanan ruang sebelum aplikasi greenroof dan dengan penggunaan greenroof.
Teknik simulasi ini diketahui dapat merupakan solusi untuk mengetahui kondisi
lingkungan yaitu kenyamanan termal pada bangunan sebelum pembangunan.
Simulasi dibuat menggunakan teknik Computational Fluid Dynamics
(CFD)) untuk mengetahui pola sebaran aliran udara, suhu, dan RH dalam ruangan
kelas agar dapat diketahuikondisi kenyamanan ruang kelas dengan menggunakan
green roof dan menggunakan atap beton.
Perumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang tersebut, beberapa masalah yang dapat
dirumuskan:
1. Bagaimana kondisi kenyamanan termal Gedung Kuliah B1?
2. Kesesuaian kondisi kenyamanan termal Gedung Kuliah B1 FEM, IPB
sebagai ruang kuliah
2
3. Apakah atap hijau Gedung Kuliah B1 dapat membuat kondisi
kenyamanan ruang menjadi lebih baik?
Tujuan Penelitian
Berdasarkan permasalahan yang telah dirumuskan, tujuan yang diperoleh
dari penelitian ini:
1. Melakukan pengukuran kondisi kenyamanan termal Gedung Kuliah B1, FEM,
IPB.
2. Memodifikasi atap dengan atap hijau dan menganalisis perbandingan
kenyamanan termal Gedung Kuliah B1 kondisi awal dengan kondisi
menggunakan atap hijau.
3. menganalisis kenyamanan termal ruang Gedung Kuliah B1 dengan
mengoptimalkan bukaan dinding.
Manfaat Penelitian
Manfaat yang diperoleh dari penelitian ini:
1. Mengetahui dan memberikan informasi terkait kondisi kenyamanan termal
desain ruangan kuliah seperti Gedung Kuliah B1.
2. Hasil penelitian dapat digunakan sebagai referensi bagi institusi terkait dalam
upaya pembangunan ruangan kelas yang nyaman secara termal dan hemat
energi.
Ruang Lingkup Penelitian
Ruang lingkup dari penelitian ini terbatas pada keadaan termal Gedung
Kuliah B1 pada keadaan sebenarnya dan menggunakan atap hijau hasil modifikasi
yang meliputi simulasi:
1. Pola aliran udara
2. Sebaran Suhu
3. Sebaran kelembaban udara
METODE
Waktu dan Tempat
Penelitian ini dilaksanakan pada bulan Mei 2013 di Gedung Kuliah B1,
Fakultas Ekonomi dan Manajemen, Kampus IPB Dramaga, Bogor. Pengolahan
dan analisis data dilakukan di Departemen Teknik Sipil dan Lingkungan,
Fakultas Teknologi Pertanian (FATETA), IPB.
Alat dan Bahan
Alat dan bahan yang digunakan:
1. Digital Multi Meter Instrument (Anemometer, Termometer, Hygrometer, dan
Lighmeter)
2. Termometer bola basah bola kering
3
Weather Station
Personal Computer atau Laptop
Software Solidworks 2012 64 bit
Software MunterS HDPsyChart
Gambar Geometri Gedung Kelas B1 FEM IPB dicontoh dari peta Class Room
Type B1 dalam dokumen peta As Built Drawing of Architectural Works for
Package A1 Additional Construction Works for Building of Faculty of
Agriculture terdapat pada Lampiran 1
8. Tabel nomogram suhu efektif terdapat pada Lampiran 2
3.
4.
5.
6.
7.
ProsedurPenelitian
Gambar 1. Diagram alir penelitian
1. Pengumpulan Data
Data yang diukur di lokasi adalah pengukuran suhu, kelembaban udara (RH),
kecepatan aliran udara, dan radiasi sinar matahari. Data lingkungan tersebut
diukur dalam waktu 3 hari pada bulan Mei secara acak (10, 17, dan 24 Mei).
Titik-titik pengambilan data dapat dilihat pada Gambar 2 dan 3 berikut ini
4
Gambar 2. Titik-titik pengambilan data
Gambar 3. Titik-titik pengambilan data pada atap
Titik-titik pengambilan data dibagi menjadi 6 titik. Setiap titik pengukuran
dibagi menjadi tiga ketinggian pengukuran, yaitu 0.5 m, 1 m, dan 1.5 m. Titik 1, 2,
dan 3 mewakili titik pengambilan data di dalam ruangan. Titik 4 merupakan titik
pengukuran di jendela. Titik 5 dan 6 adalah titik pengukuran di halaman dan atap
bangunan.
5
2. Penggambaran Geometri Gedung Kuliah B1 FEM IPB
Gambar dan dimensi Gedung Kuliah B1 yang telah dibuat dengan
menggunakan program Solidworks 2012 64 bit.
3. Input Data Lingkungan Awal yang Diambil Pada Pengukuran
Input data akan mempergunakan kondisi terburuk dari data pengukuran
ruang dan lingkungan.
Input data lingkungan di dalam program Solidworks dilakukan pada menu
General Setting. Adapun tahapan pada General Setting yang dilakukan adalah
sebagai berikut:
1. Analysis type
Pada tahap ini dipilih tipe analisis internal yang digunakan untuk simulasi. Data
yang diinput pada tahap ini adalah radiasi matahari, arah radiasi matahari, dan
suhu lingkungan. Input data disesuaikan setiap jam pengukuran.
2. Fluids
Fluida yang digunakan didefinisikan sebagai gas udara dengan aliran laminar
dan turbulen untuk mendekati kondisi sebenarnya.
3. Wall conditions
Pada tahap ini dipilih dinding yang digunakan, yaitu dinding bata atau
brickwork (outer leaf).
4. Initial and ambient condition
Pada tahap ini didefinisikan kondisi lingkungan seperti suhu, arah angin, dan
kelembaban.
5. Initial mesh
Hasil simulasi yang baik dapat ditentukan dengan memilih tingkat initial mesh
8, namun karena keterbatasan spek personal computer yang dimiliki maka
dipilih initial mesh 3.
6. Pendefinisian material bangunan
Penyerapan panas pada material bangunan diperhitungkan maka dibutuhkan
pendefinisian setiap bagian bangunan yang digunakan.
Tahap general setting secara lengkap terlampir pada Lampiran 3.
4. Simulasi CFD
Simulasi kondisi kenyamanan termal menggunakan program Solidworks
2012 64 bit dengan flow simulation. Pada penelitian ini digunakan komputer
portable atau notebook dengan spesifikasi CPU Intel® Core i5 2430M @2.40
GHz; 16 GB RAM; VGA Card Nvidia GeForce GT540M 2GB; dan 64-bit
Windows Operating System.
Analisis berupa analisis 3 dimensi terhadap aliran fluida, kelembaban dan
termal pada kondisi tetap (3-dimensional steady state analysis). Asumsi yang
digunakan pada simulasi adalah sebagai berikut:
1. Kondisi bangunan dalam keadaan kosong.
2. Udara bergerak dalam keadaan steady.
3. Udara tidak terkompresi.
4. Panas jenis, konduktivitas, dan viskositas udara konstan.
5. Udara lingkungan dianggap konstan selama simulasi.
6. Distribusi suhu pada lantai, dinding, dan atap seragam.
6
7. Suhu efektif pada plafon tidak diperhitungkan karena bukan zona pakai
ruangan
Simulasi terbagi menjadi 2, yaitu simulasi awal untuk menentukan besarnya
nilai error dan simulasi modifikasi. Simulasi dilakukan pada setiap jam
pengukuran yaitu jam 10.00-14.00 yang diasumsikan sebagai waktu yang tidak
nyaman di dalam ruangan. Dalam penelitian ini, dilakukan modifikasi yang
dilakukan adalah aplikasi atap hijau berupa tanah dengan ketebalan 50 cm dan
tanaman sambiloto dengan ketinggian 75 cm yang diasumsikan menutupi atap
sesuai dengan luasan atap beton dibawahnya.
5. Prosedur Analisis Data
Melakukan perbandingan hasil simulasi kenyamanan termal model Gedung
Kuliah B1 keadaan standar dengan model Gedung Kuliah B1 beratap hijau dan
Gedung Kuliah B1 yang dimodifikasi sebagai saran penggunaan. Seluruh hasil
simulasi juga dibandingkan dengan literatur, apabila tidak sesuai dengan literatur
maka dilakukan simulasi ulang pada keadaan modifikasi dengan mengatur ulang
setting pada Solidworks.
Literatur untuk pembanding diacu dari teori Humphpreys dan Nicol,
Lipsmeier (1994) yang menyatakan batas kenyamanan sebagai suhu efektif (TE)
seperti yang disajikan pada Tabel 1 di bawah ini. Kenyamanan berbeda sesuai
dengan letak geografis dan suku bangsa pada lokasi tersebut.
Tabel 1. Tingkat kenyamanan berdasarkan letak geografis dan suku bangsa
Pengarang
Tempat
Kelompok
Batas
Manusia
Kenyamanan
ASHRAE
USA Selatan (30oLU) Peneliti
20.5oC-24.5 oC TE
Rao
Calcutta (22oLU)
India
20 oC-24.5 oC TE
Webb
Singapura
Malaysia
25 oC-27 oC TE
Khatulistiwa
Cina
o
Mom
20 oC-26 oC TE
Jakarta (6 LS)
Indonesia
Ellis
22 oC-26 oC TE
Singapura
Eropa
Khatulistiwa
Suhu efektif pada penelitian didapatkan dengan pengolahan data simulasi
pada program Munters HDPsyChart dan nomogram suhu efektif Lipsmeier.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Penggambaran Geometri Gedung Kuliah B1
Geometri bangunan yang dibuat pada program Solidworks 2012 merupakan
ukuran Gedung Kuliah B1 sebenarnya sesuai dengan yang terdapat pada peta
Class Room Type B1 dalam dokumen peta As Built Drawing of Architectural
Works for Package A1 Additional Construction Works for Building of Faculty of
Agriculture.
Model bangunan Gedung Kuliah B1 dikondisikan sesuai keadaan saat
pengukuran dengan arah sumbu –z menjadi arah utara bangunan. Lebar dan tinggi
7
bangunan mengarah pada sumbu x dan y. Tampak model Gedung Kuliah B1
secara lengkap dapat dilihat pada Lampiran 1. Adapun denah Gedung Kuliah B1
dan geometrinya dapat dilihat pada Gambar 4 di bawah ini.
Gambar 4. Denah Gedung Kuliah B1
Kondisi Termal Awal Gedung Kuliah B1
Kondisi lingkungan yang diambil untuk simulasi adalah kondisi terburuk
atau paling panas yang didapatkan pada pengukuran ke 3 (24 Mei 2013) yang
dapat dilihat pada Lampiran 4.
Pada Tabel 2 di bawah ini disajikan contoh data pengukuran ke 3 pada jam
13.00.
Tabel 2. Data kondisi ruangan Gedung Kuliah B1 jam 13.00
Titik
h (m)
1
0.5
1
1.5
0.5
1
1.5
0.5
1
1.5
2.5
2
3
Plafon 1
T (°C)
BB
BK
26.0 28.5
26.0 29.0
26.0 30.0
27.0 30.0
27.0 30.5
27.0 30.5
26.0 29.0
27.0 29.5
26.5 30.0
-
RH (%)
v (m/s)
TE (°C)
82.2
85.8
76.2
79.4
76.4
76.4
79.0
76.0
73.1
-
0.0
26.8
27.2
27.5
28.0
28.3
28.3
27.0
27.9
28.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
8
Titik
h (m)
Plafon 2
Plafon 3
Rata-rata
2.9
3.3
T (°C)
BB
BK
26.5
29.7
RH (%)
v (m/s)
78.3
0.0
TE (°C)
0.0
0.0
27.7
Jam 13.00 merupakan keadaan terpanas pada saat pengukuran. Dari data
pada Tabel 2 di atas dapat dilihat bahwa kondisi ruangan hasil pengukuran pada
jam 13.00 telah melewati ambang batas nyaman TE zona Indonesia menurut teori
Humphpreys dan Nicol. Rata-rata TE yang didapat 27.7°C > batas atas TE zona
nyaman, yaitu 26°C.
Kecepatan aliran udara pada setiap titik dan ketinggian pengukuran dalam
ruang menunjukan nilai 0 m/s. Nilai RH yang didapat cukup besar, yaitu berkisar
73-86%. Nilai nol pada pengukuran kecepatan angin tidak berarti bahwa tidak ada
aliran udara sama sekali. Nilai ini dikarenakan aliran udara yang terus berubah
setiap detiknya dan kecepatan udara tersebut berada di luar jangkaun sensitifitas
anemometer yang peneliti gunakan.
Jika mengacu pada Satwiko (2008), sebagai pedoman kasar, kenyamanan
termal untuk daerah tropis lembab dapat dicapai dengan batas 24°C < T < 26°C,
40% < RH < 60%, dan apabila T > 26°C dibutuhkan angin dengan batas 0.6 m/s <
1.5 m/s, maka keadaan ruang pada jam 13.00 tersebut juga tidak memenuhi syarat
kenyamanan termal.
Simulasi Keadaan Termal Awal Gedung Kuliah B1
Penentuan Boundary Conditions
Boundary conditions merupakan tahapan terakhir yang diatur sesuai dengan
celah dalam ruangan yang mungkin dilalui oleh udara sebagai masukan atau
keluaran seperti jendela. Kemungkinan adanya perbedaan suhu pada atap dan
dinding bagian luar karena perbedaan pengaruh radiasi matahari juga diatur dalam
boundary conditions seperti disajikan pada Gambar 5. Adapun boundary
condition yang diatur diantaranya adalah inlet atau tempat masuk udara dan outlet
atau tempat keluar udara dengan kecepatan udara pada inlet sesuai dengan hasil
pengukuran di jendela yang dapat dilihat pada Lampiran 2. Karena aliran udara
dalam ruang sangat kecil maka diasumsikan kecepatan udara pada outlet bernilai 0
m/s. Lokasi inlet berada pada jendela samping kanan dan outlet di samping kiri
diasumsikan sama setiap jamnya. Kemudian untuk suhu material bagian luar
ditentukan dengan outer wall. Suhu dinding bagian luar serta atap disesuaikan
dengan data setiap jam pengukuran yang dapat dilihat pada Lampiran 2 dengan
asumsi suhu dinding bagian luar mengikuti suhu halaman dan suhu atap
mengikuti suhu udara yang diukur di bagian atap.
9
Gambar 5. Boundary conditions
Hasil Simulasi Keadaan Termal Awal dan Validasi Data
Hasil simulasi keadaan existing (tanpa atap hijau) Gedung Kuliah B1
disajikan secara lengkap pada Lampiran 5. Contoh hasil simulasi CFD keadaan
standar Gedung Kuliah B1 disajikan pada Tabel 3 di bawah ini.
Tabel 3. Contoh data hasil simulasi keadaan awal Gedung Kuliah B1 jam 13.00
Titik
1
2
3
Plafon 1
Plafon 2
Plafon 3
Rata-rata
h
(m)
0.5
1
1.5
0.5
1
1.5
0.5
1
1.5
2.5
2.9
3.3
T (°C)
BB
BK
26.0 28.5
26.0 29.0
26.0 30.0
27.0 30.0
27.0 30.5
27.0 30.5
26.0 29.0
27.0 29.5
26.5 30.0
26.5 29.7
T' (°C)
BB
BK
27.4
29.9
26.8
30.0
26.8
30.1
26.9
29.9
26.9
30.0
26.8
30.1
26.9
29.8
26.9
29.9
26.9
30.0
26.9
30.4
27.0
30.2
25.8
30.2
26.8
30.0
Error
(%)
BB BK
5.3 5.1
3.2 3.5
3.1 0.4
0.5 0.5
0.4 1.8
0.6 1.4
3.3 2.8
0.4 1.3
1.4 0.1
-
RH
(%)
RH'
(%)
82.2
85.8
76.2
79.4
76.4
76.4
79.0
76.0
73.1
78.3
78.5
78.2
77.6
79.1
78.8
78.3
79.5
79.3
79.1
76.4
78.0
78.5
78.4
Error
(%)
RH
4.5
8.9
1.8
0.4
3.1
2.4
0.6
4.3
8.2
-
v'
(m/s)
TE
(°C)
TE'
(°C)
0.022
26.8
27.2
27.5
28.0
28.3
28.3
27.0
27.9
28.0
28.0
27.9
27.9
27.9
27.9
27.9
27.9
28.0
28.0
-
-
0.019
0.013
0.017
0.020
0.023
0.006
0.006
0.010
0.014
0.029
0.034
0.018 27.7 27.9
Suhu bola kering tertinggi hasil simulasi (T’ BK) didapati pada bagian
belakang (titik 1) ketinggian pengukuran 1.5 m yaitu sebesar 30.1ºC. Suhu
tersebut memiliki selisih 0.1°C dari hasil pengukuran yang sebesar 30°C dengan
error 0.4%. RH simulasi (RH’) pada titik tersebut didapatkan sebesar 77.6%,
lebih besar dari pengukuran yang bernilai 76.2% dengan error 1.8%.
Suhu plafon yang didapatkan sesuai dengan perkiraan yaitu lebih tinggi
daripada suhu di bagian bawah kelas dengan nilai terkecil 30.1735ºC pada plafon
bagian tengah. Pada plafon tidak dicari nilai error karena parameter lingkungan
pada plafon tidak diukur langsung melainkan hanya hasil simulasi.
Rata-rata nilai error secara keseluruhan dapat dilihat pada Lampiran 6.
Secara keseluruhan rata-rata nilai error yang didapat dari perhitungan nilai suhu
10
BB, BK, dan RH secara berurutan adalah 1.1%, 1.7%, dan 3.8%. Karena rata-rata
nilai error yang relatif kecil maka tidak diperlukan pengulangan simulasi keadaan
existing.
Dari data yang disajikan pada Tabel 3 di atas dapat dilihat juga bahwa nilai
temeperatur efektif dari data hasil simulasi (TE’) sebesar 28°C. Nilai tersebut
berada di luar zona nyaman. Menurut Lipsmeier, batas kenyamanan manusia
untuk daerah khatulistiwa adalah 19°C TE (batas bawah) - 26°C TE (batas atas).
Pada suhu 26°C umumnya manusia pada daerah tersebut sudah berkeringat
(Idealistina, 1991).
Nilai suhu efektif titik 2 ketinggian 1 m dari seluruh hasil simulasi keadaan
awal disajikan pada Tabel 4 di bawah ini.
Tabel 4. Suhu efektif titk 2 ketinggian 1 m simulasi awal
Jam TE’ (°C)
10
26
11
26.8
12
27.8
13
27.9
14
27.2
Dari data pada Tabel 4 di atas dapat dilihat bahwa secara keseluruhan pada
titik 2 ketinggian 1 m, kondisi suhu efektif Gedung Kuliah B1 berada di luar
ambang batas nyaman daerah Indonesia, yaitu 20oC-26oC TE menurut teori
Humphpreys dan Nicol, Lipsmeier (1994). Hampir seluruhnya bernilai > 26°C TE.
Hanya jam 10 yang berada pada zona nyaman menurut suhu efektif yaitu 26°C TE.
Modifikasi Gedung Kuliah B1 dengan Atap Hijau
Modifikasi awal yang dilakukan pada model Gedung Kuliah B1 dalam
upaya mendapatkan zona nyaman pada penelitian ini adalah menambahkan atap
hijau tanaman sambiloto. Penampakan model bangunan dengan atap hijau dapat
dilihat pada Gambar 6 berikut ini.
11
Gambar 6. Tampak isometri model Gedung Kuliah B1 dengan atap hijau
Atap hijau tersusun dengan lapisan pertama di atas beton adalah tanah
mineral dengan ketebalan 50 cm menyesuaikan dengan zona perakaran tanaman
sambiloto. Lapisan kedua berupa tanaman sambiloto dengan asumsi
ketinggiannya mencapai 75 cm dan ditanam secara rapatt menutupi lapisan tanah
dibawahnya. Lapisan kedap air di bawah lapisan tanah diabaikan dalam simulasi
karena sangat tipis dan dianggap memiliki pengaruh yang sangat kecil pada
perubahan suhu di dalam ruangan.
Proses pendefinisian material ditambahkan secara manual karena tidak
terdapat pada engineering database Solidworks 2012. Adapun data material yang
disadur dari Rahayoe (2008) tersebut dapat dilihat pada Tabel 5 berikut ini.
Tabel 5. Engineering database tanah mineral dan tanaman sambiloto
Material
ρ
Cp
k
3
-1
-1
kg/m
J.kg .K
W.m-1.K-1
Tanah Mineral
2.65x103
0.87
2.5
Sambiloto
691.73
3375
0.483
Hasil Simulasi Termal dengan Atap Hijau
Perubahan termal yang terjadi pada model Gedung Kuliah B1 dengan atap
hijau antara lain adalah penurunan suhu dan RH, sedangkan pada aliran udara
tidak terjadi perubahan berarti karena tidak adanya perubahan pada inlet dan
outlet. Hasil simulasi Gedung Kuliah B1 dengan atap hijau secara lengkap
terlampir pada Lampiran 7. Perubahan yang terjadi setiap jam pengukuran pada
titik 2 ketinggian 1 m disajikan pada Tabel 6 berikut ini.
12
Tabel 6. Suhu dan RH titik 2 ketinggian 1 m ruangan sebelum dan setelah aplikasi
atap hijau
Jam
10
11
12
13
14
T' (°C)
BB
25.1
25.5
27.0
26.9
26.1
BK
27.5
28.7
29.3
30.0
28.6
T'' (°C)
BB
21.4
21.4
23.1
23.6
23.0
BK
23.9
24.7
25.5
26.7
26.1
RH' (%)
RH'' (%)
82.3
77.6
83.4
78.8
81.3
80.9
75.3
82.0
77.6
78.0
Dari Tabel 6 di atas dapat dilihat bahwa pada titik 2 ketinggian 1 m, suhu
hasil simulasi atap hijau (T’’) baik BB maupun BK mengalami penurunan. Pada
keadaan terburuk, yaitu jam 13.00, suhu BK mencapai 30.0°C dan BB 26.9°C
dengan RH’ 78.8%. Dengan aplikasi atap hijau suhu BK yang didapat turun
hingga 26.7°C dan suhu BB 23.6°C dengan nilai RH’’ turun menjadi 77.6%.
Menurut Bruce (1980), terjadinya penurunan tersebut karena tanaman memiliki
kemampuan untuk menyerap radiasi.
Perubahan Suhu Efektif
Adapun perubahan suhu efektif pada titik 2 ketinggian 1 m pada setiap jam
akibat dari aplikasi atap hijau tanaman sambiloto disajikan pada Tabel 7 di bawah
ini.
Tabel 7. Penurunan TE titik 2 ketinggian 1 m Gedung Kuliah B1 beratap hijau
Jam
10
11
12
13
14
TE'
(°C)
26.0
26.8
27.9
28.0
27.2
TE''
(°C)
22.6
23.1
24.1
25.0
24.6
Penurunan
TE (°C)
3.6
3.7
3.8
3.0
2.8
Penurunan suhu efektif terkecil terjadi pada jam 14.00, yaitu sebesar 2.8°C,
turun dari 27.2°C menjadi 24.6°C. Penurunan suhu efektif terbesar terjadi pada
jam 12.00, yaitu sebesar 3.8°C, turun dari 28.0°C menjadi 25.0°C. Adapun
keadaan terburuk, yaitu jam 13.00, mengalami penurunan suhu efektif sebesar
3.0 °C, turun dari 28.0°C menjadi 25.0°C. Jika ditinjau dari teori Humphpreys dan
Nicol, Lipsmeier (1994) yang menyatakan batas kenyamanan berkisar antara 20°C
- 26°C TE pada daerah Indonesia maka dapat dikatakan bahwa aplikasi atap hijau
mampu menciptakan zona nyaman pada ruang Gedung Kuliah B1 tanpa
penggunaan Air Conditioner.
Perubahan suhu efektif merupakan akibat dari perubahan suhu dan
kelembaban udara dalam ruang. Pada Tabel 8 berikut ini disajikan contoh
perubahan keadaan termal ruangan Gedung Kuliah B1 yang terjadi pada jam
13.00.
13
Tabel 8. Contoh perubahan keadaan termal dengan atap hijau jam 13.00
Titik
1
2
3
Plafon 1
Plafon 2
Plafon 3
Rata-rata
h
(m)
0.5
1
1.5
0.5
1
1.5
0.5
1
1.5
2.5
2.9
3.3
T'
(°C)
T''
(°C)
RH'
(%)
RH''
(%)
TE'
(°C)
TE''
(°C)
28.0
28.0
28.0
28.0
28.0
28.0
28.0
28.0
28.0
25.0
25.0
25.1
24.9
25.0
25.1
25.0
25.0
25.0
28.0
25.0
BB
BK
BB
BK
27.4
29.9
23.6
26.7
78.5
77.1
26.8
30.0
23.6
26.8
78.2
76.7
26.8
30.1
23.6
26.9
77.6
76.2
26.9
29.9
23.6
26.6
79.1
77.8
26.9
30.0
23.6
26.7
78.8
77.6
26.8
30.1
23.7
26.8
78.3
77.4
26.9
29.8
23.6
26.6
79.5
77.8
26.9
29.9
23.6
26.6
79.3
77.7
26.9
30.0
23.6
26.7
79.1
77.4
26.9
30.4
23.7
27.1
76.4
75.1
27.0
30.2
23.7
27.0
78.0
75.9
25.8
30.2
23.6
27.1
78.5
75.3
26.8
30.0
23.6
26.8
78.4
76.8
Pada tabel di atas dapat dilihat bahwa terjadi penurunan suhu baik BK
maupun BB dan RH pada setiap titik. Penurunan suhu BB dan BK relatif sama
rata, yaitu sekitar 3°C – 3.5°C. Penurunan RH yang terjadi tidak terlalu signifikan
pada zona pakai ruangan (bukan plafon). Nilai RH turun namun tetap bernilai >
75%. Sebagai contoh pada titik 1 ketinggian 1.5 m, T’ BB 26.8°C dan T’ BK
30.1°C dengan RH’ 77.6%, pada simulasi dengan atap hijau suhu turun menjadi
23.6°C BB dan 26.9°C BK. Sementara itu kelembaban relatif udara dengan atap
hijau (RH’’) tidak mengalami penurunan yang signifikan. RH’’ yang didapatkan
sebesar 76.2% masih berada di atas batas atas zona nyaman. Menurut Satwiko
(2008), sebagai pedoman kasar, kenyamanan termal untuk daerah tropis lembab
dapat dicapai dengan batas 40% < RH < 60%. Meski temperatur efektif telah
memenuhi syarat kenyamanan termal, yaitu 25°C, namun kelembaban dirasa
masih terlalu tinggi.
Contoh pola sebaran suhu dan kelembaban udara Gedung Kuliah B1
menggunakan atap hijau pada jam 13.00 dapat dilihat pada Gambar 7 sampai
Gambar 10.
14
Gambar 7. Denah pola sebaran suhu dengan atap hijau pada ketinggian 1 m
Gambar 8. Tampak samping pola sebaran suhu dengan atap hijau
15
Gambar 9. Denah pola sebaran RH Gedung Kuliah B1 beratap hijau pada
ketinggian 1 m
Gambar 10. Tampak samping pola sebaran RH Gedung Kuliah B1 beratap hijau
Saran Optimalisasi Kenyamanan Termal dengan Modifikasi
Karena tingkat kelembaban yang dirasa masih terlalu tinggi, maka dilakukan
modifikasi pada bagian pintu masuk bangunan. Pada modifikasi model Gedung
Kuliah B1 ini, kedua pasang pintu masuk di bagian depan bangunan dibuka
sebagai upaya adanya tambahan jalur sirkulasi udara. Data lengkap hasil simulasi
Gedung Kuliah B1 atap hijau dengan modifikasi dapat dilihat pada Lampiran 7.
Modifikasi yang dilakukan pada Gedung Kuliah B1 ini dapat dilihat pada
Gambar 12 berikut ini.
16
Gambar 11. Tampak depan Gedung Kuliah B1 modifikasi pintu
Nilai Suhu Efektif Turun
Perubahan nilai suhu efektif titik 2 ketinggian 1 m disajikan pada Tabel 9
dan grafik pada Gambar 12 berikut ini.
Tabel 9. Perubahan suhu efektif titik 2 ketinggian 1 m Gedung Kuliah B1
modifikasi
Jam
10
11
12
13
14
TE''
(°C)
22.6
23.1
24.1
25.0
24.6
TE'''
(°C)
20.9
21.3
22.1
23.1
22.4
Penurunan
TE (°C)
1.5
1.8
2.0
1.9
2.2
Gambar 12. Grafik perbandingan TE awal, atap hijau, dan modifikasi titik 2
ketinggian 1 m
Suhu efektif titik 2 ketinggian 1 m hasil modifikasi (TE’’’) mengalami
penurunan dibandingankan dengan hanya menggunakan atap hijau saja (TE’’).
TE’’ tertinggi, pada jam 13.00, pada aplikasi atap hijau sebesar 25.0°C mengalami
penurunan sebesar 1.9°C menjadi 23.1°C. Penurunan paling besar terjadi pada
jam 14.00, yaitu dari 24.6°C menjadi 22.4°C dengan penurunan sebesar 2.2°C.
17
Penurunan terkecil terjadi pada jam 10.00, yaitu dari 22.6°C menjadi 20.9°C
dengan besar penurunan 1.5°C.
Perubahan suhu efektif yang terjadi diakibatkan karena penurunan suhu bola
basah secara keseluruhan dan perubahan yang signifikan pada kelembaban udara.
Pada tabel 10 berikut ini merupakan contoh data perubahan keadaan ruang
Gedung Kuliah B1 pada jam 13.00.
Tabel 10. Contoh perubahan suhu ruangan Gedung Kuliah B1 jam 13.00
Titik
1
2
3
Plafon 1
Plafon 2
Plafon 3
Rata-rata
h
(m)
0.5
1
1.5
0.5
1
1.5
0.5
1
1.5
2.5
2.9
3.3
T'' (°C)
BB
BK
T''' (°C)
BB
BK
RH''
(%)
RH'''
(%)
v''
v'''
(m/s) (m/s)
TE''
(°C)
TE'''
(°C)
25.0
25.0
25.1
24.9
25.0
25.1
25.0
25.0
25.0
25.0
23.1
23.1
23.1
23.0
23.1
23.1
23.0
23.1
23.1
23.1
23.6
26.7
18.9
26.7
77.1
48.0
0.013
0.008
23.6
26.8
19.0
26.7
76.7
48.0
0.019
0.016
23.6
26.9
19.0
26.8
76.2
47.7
0.028
0.030
23.6
26.6
18.9
26.6
77.8
48.4
0.005
0.009
23.6
26.7
19.0
26.7
77.6
48.6
0.005
0.008
23.7
26.8
19.1
26.8
77.4
48.6
0.010
0.013
23.6
26.6
18.9
26.6
77.8
48.2
0.005
0.006
23.6
26.6
18.9
26.6
77.7
48.2
0.008
0.007
23.6
26.7
18.9
26.7
77.4
48.0
0.017
0.014
23.7
27.1
19.0
27.1
75.1
46.6
0.012
0.010
23.7
27.0
19.2
27.0
75.9
48.1
0.013
0.019
23.6
27.1
19.0
27.1
75.3
46.5
0.016
0.008
23.6
26.8
19.0
26.8
76.8
47.9
0.013 0.012
Dari data jam 13.00 di atas dapat dilihat bahwa tidak terjadi perubahan suhu
bola kering yang cukup berpengaruh sehingga dapat diasumsikan pola sebaran
suhu model Gedung Kuliah B1 modifikasi ini sama dengan model Gedung Kuliah
B1 menggunakan atap hijau saja meskipun TE berubah cukup besar. Penurunan
suhu bola kering hanya terjadi pada titik 1 ketinggian 1m dan 1.5m, yaitu sebesar
0.1°C. TE’’’ yang didapat berada pada kisaran 23°C -23.1°C.
Nilai Kelembaban Relatif Udara Turun
Nilai RH ruangan Gedung Kuliah B1 hasil modifikasi berubah dan masuk
dalam kategori zona nyaman yang berkisar antara 40%-60%. Nilai perubahan RH
titik 2 ketinggian 1 m pada setiap jam pengukuran disajikan pada Tabel 11.
Tabel 11. Penurunan RH Gedung Kuliah B1modifikasi pada titik 2 ketinggian 1 m
Jam
10
11
12
13
14
RH''
(%)
80.9
75.3
82.0
77.6
78.0
RH'''
(%)
49.8
48.0
48.5
48.6
47.9
Penurunan RH
(%)
31.1
27.3
33.5
29.0
30.1
18
Grafik perbandingan keadaan RH awal, atap hijau, dan modifikasi pada titik
2 ketinggian 1 m dapat dilihat pada Gambar 13 berikut ini.
Gambar 13. Grafik perbandingan RH awal, atap hijau, dan modifikasi titik 2
ketinggian 1 m
Perubahan RH seperti pada Tabel 11 terjadi secara signifikan. Pada keadaan
terburuk pengukuran, yaitu jam 13.00, RH dengan atap hijau sebesar 77.6%,
kemudian dengan tambahan modifikasi turun sebesar 29.0% menjadi 48.6%.
Penurunan RH terbesar terjadi pada jam 12.00, yaitu dari 82.0% turun 33.5%
menjadi 48.5%. Penurunan RH terkecil terjadi pada jam 11.00, yaitu dari 75.3%
turun 27.3% menjadi 48.0%.
Contoh perubahan RH yang terjadi pada jam 13.00 dapat dilihat pada Tabel
12 berikut ini
Tabel 12. Contoh perubahan RH ruangan Gedung Kuliah B1 jam 13.00
Titik
h (m)
RH''
(%)
RH'''
(%)
1
0.5
1
1.5
0.5
1
1.5
0.5
1
1.5
77.1
48.0
76.7
48.0
76.2
47.7
77.8
48.4
77.6
48.6
77.4
48.6
77.8
48.2
77.7
48.2
77.4
48.0
2
3
∆RH
(%)
29.1
28.7
28.6
29.3
29.0
28.7
29.6
29.5
29.4
19
Titik
h (m)
RH''
(%)
RH'''
(%)
Plafon 1
Plafon 2
Plafon 3
Rata-rata
2.5
2.9
3.3
75.1
46.6
75.9
48.1
75.3
46.5
76.8
47.9
∆RH
(%)
28.4
27.8
28.8
28.9
Adanya perubahan RH dipengaruhi oleh perubahan aliran udara.
Pembukaan kedua pasang pintu masuk menambah jalur sirkulasi udara sehingga
aliran udara menjadi lebih lancar. Lancar aliran udara mengakibatkan nilai RH
yang tidak terlampau tinggi. Pola sebaran RH dan aliran udara ruang Gedung
Kuliah B1 atap hijau dengan modifikasi pada bukaan pintu masuk dapat dilihat
Gambar 14 sampai Gambar 19 berikut ini.
Gambar 14. Denah pola sebaran RH modifikasi pada ketinggian 1 m
Gambar 15. Tampak samping pola sebaran RH modifikasi
20
Gambar 16. Denah pola sirkulasi
udara awal ketinggian 1 m
Gambar 18. Tampak isometri pola
sirkulasi udara awal
Gambar 17. Denah pola sirkulasi
udara modifikasi ketinggian 1 m
Gambar 19. Tampak isometri pola
sirkulasi udara modifikasi
Dari Gambar 16 sampai 19 dapat dilihat bahwa ada perubahan pola sirkulasi
udara sebelum dan sesudah Gedung Kuliah B1 dengan atap hijau dimodifikasi.
Secara kasat mata, sirkulasi udara dalam ruang Gedung Kuliah B1 setelah
modifikasi lebih merata daripada sebelum modifikasi sehingga memiliki
kelembaban udara relatif yang lebih baik.
21
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Berdasarkan hasil simulasi Gedung Kuliah B1 keadaan standar dan
modifikasi dapat disimpulkan bahwa:
1. Hasil pengukuran ruangan Gedung Kuliah pada jam 10.00 hingga 14.00 tidak
memenuhi kondisi kenyamanan termal. Suhu efektif yang didapat > 26°C TE.
Adapun nilai TE keadaan awal dari jam 10.00 hingga 14.00 pada titik 2
ketinggian 1 m secara berurutan adalah 26.3°C, 27.3°C, 27.9°C, 28.3°C, dan
27.3°C.
2. Kenyamanan termal Gedung Kuliah B1 dengan atap hijau tanaman sambiloto
lebih baik dari pada kondisi Gedung Kuliah B1 keadaan existing. Aplikasi atap
hijau mampu menciptakan zona nyaman di dalam ruang Gedung Kuliah B1.
Suhu efektif (TE) pada keadaan terburuk, yaitu jam 13.00, pada titik 2
ketinggian 1 m turun 3°C dari kondisi awal 28°C menjadi 25°C.
3. Usulan modifikasi yang dilakukan, yaitu membuka kedua pasang pintu masuk
di bagian depan Gedung Kuliah B1 pada model yang telah menggunakan atap
hijau memberikan efek positif. Suhu efektif turun dibandingkan tanpa
membuka pintu. TE yang didapatkan pada keadaan terburuk, yaitu jam 13.00,
pada titik 2 ketinggian 1 m turun 1,9°C dari kondisi menggunakan atap hijau
saja 25°C menjadi 23.1°C. (Aplikasi atap hijau daun sambiloto dan pembukaan
kedua pasang pintu masuk dapat menjadi solusi penghematan penggunaan
energi karena pemakaian air conditioner dapat dikurangi)
Saran
1. Pintu masuk Gedung Kuliah B1 selalu dibuka keduanya pada saat pemakaian
agar sirkulasi udara lebih lancar dan menghindari udara yang terlalu lembab.
2. Atap hijau dapat diaplikasikan pada seluruh bangunan dengan geometri setipe
dengan Gedung Kuliah B1.
3. Jendela sebaiknya selalu dibuka untuk menghindari kelembaban udara yang
berlebih.
4. Aplikasi atap hijau sebaiknya diberlakukan sebagai upaya penghematan energi
jangka panjang dari pemakaian AC dan mengurangi pemakaian AC (air
conditioner) pada ruang sebelum jam 10.00 untuk menghemat energi.
5. Beban yang didapatkan bangunan akibat dari adanya tanah dan tanaman di atas
atap dirasa terlalu besar. Beban dari tanah dan tanaman sebesar 1325 kg/m 2 dan
518.80 kg/m2. Oleh karena itu maka untuk meningkatkan efektifitas dari
struktur bangunan maka tebal tanaman dapat dikurangi hingga pada batas
minimal zona perakaran tanaman sambiloto, yaitu 15 cm, sedangkan tinggi
tanaman dikontrol pada batas minimal ketinggian produktif tanaman sambiloto,
yaitu 30 cm. Apabila hal tersebut dilakukan maka beban dari tanah berkurang
menjadi 397.5 kg/m2 dan beban dari tanaman berkurang menjadi 207.52 kg/m2.
22
DAFTAR PUSTAKA
Arvi. 2007. Analisis Hubungan Penyinaran Matahari dan Suhu Udara dengan
Kelembaban Udara di Tangerang. Jurnal. Tangerang.
Avissar, R. and Yazhaq. 1982. Verification Study of Numerical Greenhouse
Microclimate Model. Trans. ASAE: 1711-1920
Bruce, Mary Jo. 1980. Green Roofing : A Rooftop Vineyard [internet]. [diacu
2013 April 3]. Tersedia dari: http://www.motherearthnews.com/green–
homes / green - roofing -/
Kurnia, Redny. 2010. Identifikasi Kenyamanan Termal Bangunan Ruang Kuliah
Kampus IPB Baranangsiang dan Darmaga Bogor. Jurnal. Geofisika dan
Meteorologi, Institut Pertanian Bogor.
Lipsmeier, Georg. 1994. Tropenbau Building in the Tropics, Bangunan Tropis,
Jakarta, Erlangga.
Satwiko, Prasasto. 2008. Fisika Bangunan, Yogyakarta, PenerbitAndi.
Scotia, Nova. 2011. Nova Scotia Green Roof Manual, Ecology Action Centre,
Canada.
Soegijanto. 1999. Bangunan di Indonesia dengan Iklim Tropis Lembab Ditinjau
dari Aspek Fisika Bangunan, Direktorat Jenderal Pendidikan Tinggi
Departemen Pendidikan dan Kebudayaan.
Talarosha, Basaria. 2005. Menciptakan Kenyamanan Termal dalam Bangunan.
Jurnal. Sistem Teknik Industri, Universitas Sumatera Utara.
Tjasyono, Bayong HK. 2004. Klimatologi, Bandung, Penerbit ITB.
Versteeg H K. Malalasekera W. 1995. An Introduction to Computational Fluid
Dynamics: The Finite.
Wooley, Tom. Green Building Handbook Vol.1, Manchester, ECRA. 1997. Hal.6
Yani, Ahmad. 2007. Analisis dan Simulasi Distribusi Suhu Udara pada Kandang
Sapi Perah Menggunakan ComputationalFluid Dynamics (CFD). Tesis.
Sekolah Pascasarjana, Institut Pertanian Bogor.
Latifah, Nur Laela. 2012. Kajian Kenyamanan Termal pada Bangunan Student
Center Itenas Bandung. Jurnal. Teknik Arsitektur, Institut Teknologi
Nasional.
23
24
25
26
Lampiran 2 Nomogram suhu efektif
27
Lampiran 3 Tahapan general setting
28
29
30
31
32
Lampiran 6 Validasi Data
33
Lampiran 6 Lanjutan
34
`
35
36
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Bogor, Jawa Barat pada
tanggal 29 Agustus 1991 dari pasangan suami istri
Anang Sudjana dan Eli. Penulis merupakan anak ketiga
dari tiga bersaudara, adik dari Maulana Fajar dan
Maulida R.M. Pada tahun 2009 lulus dari SMA Negeri
99 Jakarta dan diterima di Departemen Teknik Sipil dan
Lingkungan IPB melalui jalur USMI (Undangan Seleksi
Masuk IPB).
Selama mengikuti perkuliahan, penulis aktif
berrorganisasi di dalam lingkungan kampus IPB.
Penulis merupakan anggota aktif dari divisi musik Unit
Kegiatan Mahasiswa Music Agriculture X-Pression!!
(UKM MAX!!) sejak tahun 2009. Selama menjadi
anggota UKM MAX!! penulis pernah menjadi penanggung jawab Album
Kompilasi MAX!! ke 3 pada tahun 2010, menjadi Vice General Manager pada
kepengurusan 2011, penanggung jawab Inagurasi MAX!!7 tahun 2011,
penanggung jawab ACRA (Art Collaboration and Revolutionary Action) tahun
2012, dan menjabat sebagai General Manager MAX!! tahun kepengurusan 2012.
BERBASIS COMPUTATIONAL FLUID DYNAMICS
MAULIYAWAN ILHAM
DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL DAN LINGKUNGAN
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2013
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Analisis Kenyamanan
Termal Gedung Kuliah B1-IPB Beratap Tanaman dengan Teknik Simulasi
Berbasis Computational Fluid Dynamics adalah benar karya saya dengan arahan
dari pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan
tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang
diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks
dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, Juni 2013
Mauliyawan Ilham
NIM F44090017
ABSTRAK
MAULIYAWAN ILHAM. Analisis Kenyamanan Termal Gedung Kuliah B1-IPB
Beratap Tanaman dengan Teknik Simulasi Berbasis Computational Fluid
Dynamics. Di bawah bimbingan Meiske Widyarti. 2013.
Atap hijau (green roof) merupakan atap bangunan yang ditutupi dengan vegetasi.
Tipe atap ini banyak digunakan sebagai bangunan yang ramah lingkungan karena
dapat menekan penggunaan energi dan meminimalkan dampak polusi CO2 dari
bangunan. Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui keadaan termal ruang
Gedung Kuliah B1-IPB. Pada penelitian ini dilakukan perbandingan kenyamanan
termal dari Gedung Kuliah B1 dengan kondisi awal, menggunakan atap tanaman
dan optimalisasi bukaan pintu. Analisis dibuat dengan menggunakan teknik
simulasi berbasis Computational Fluid Dynamics menggunakan program
Solidworks 2012. Hasil simulasi menunjukan bahwa suhu efektif (TE) tertinggi
keadaan existing adalah pada jam 13.00, yaitu 28°C dengan kelembaban relatif
udara (RH) berada pada kisaran 77%-79%. Dengan atap hijau mampu
menurunkan TE jam 13 menjadi 25.1°C dengan RH pada kisaran 75%-77%.
Tambahan bukaan pintu masuk pada gedung beratap hijau mampu menurunkan
TE pada jam 13.00 menjadi 23.1°C dengan RH berkisar 46%-48%. Keadaan
ruang setelah modifikasi atap dan bukaan pintu berada pada zona kenyamanan
termal dengan TE 21°C-23.1°C dan RH antara 40%-50%. Penurunan RH terjadi
akibat perubahan sirkulasi udara dari pembukaan pintu masuk.
Kata kunci: atap hijau, Computational Fluid Dynamics, kenyamanan termal,
solidworks, simulasi
ABSTRACT
MAULIYAWAN ILHAM. Thermal Comfort Analysis at Class Room B1, FEMIPB, by Sambiloto Plant Green Roof with Simulation Technique. Supervised by
Meiske Widyarti. 2013.
Green roof are building’s roof that covered by vegetation. Green roof applications
are able to keep room temperature comfort. This study aimed to fine out thermal
condition of Class Room B1, Faculty of Economic and Management, IPB. Class
Room B1 drawing is built by Solidworks 2012 program. In this research are
compare the thermal comfort of B1 classroom which used a concrete roof, plant
roof and opening optimization. The green roof use sambiloto plant this research
result found out that the. Highest effective temperature (TE) existing condition at
13.00 o’clock 28°C TE with relative humidity (RH) is about 77%-79%. Green
roof application can keep TE at 13.00 o’clock up to 25.1°C with relative humidity
is about 75°C-77°C. Opening optimalization of entrance doors at the green roof
building able to decrease the TE at 13.00 o’clock up to 23.1°C with RH 46%48%. Room conditions with this modification, at 10.00-14.00 o’clock, are with in
the thermal comfort zone with TE is about 21°C-23.1°C and relative humidity is
about 40%-50%. Reduction of RH is caused by change of air circulation from the
entrance opening.
Keywords: green roof, Computational Fluid Dynamics, thermal comfort,
solidworks, simulation
ANALISIS KENYAMANAN TERMAL GEDUNG KULIAH B1,
FEM-IPB, BERATAP HIJAU TANAMAN SAMBILOTO
DENGAN TEKNIK SIMULASI BERBASIS CFD
MAULIYAWAN ILHAM
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Teknik
pada
Departemen Teknik Sipil dan Lingkungan
DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL DAN LINGKUNGAN
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2013
Judul Skripsi: Anali sis Kenyamanan Terrnal Gedung Kuliah Bl , Fakultas FEMIPB, Beratap Hijau Tanaman Sambiloto dengan Teknik Simulasi
Berbasis CFD
: Mauliyawan Ilham
Nama
: F44090017
NIM
Disetujui oleh
Dr. Jr. Meiske Widyarti M .Eng
Pembimbing
TanggalLulus:
1'3
ｾｅ
ｐ＠
2013
Judul Skripsi : Analisis Kenyamanan Termal Gedung Kuliah B1, Fakultas FEMIPB, Beratap Hijau Tanaman Sambiloto dengan Teknik Simulasi
Berbasis CFD
Nama
: Mauliyawan Ilham
NIM
: F44090017
Disetujui oleh
Dr. Ir. Meiske Widyarti M.Eng
Pembimbing
Diketahui oleh
Prof. Dr. Ir. Budi Indra Setiawan, M.Agr
Ketua Departemen
Tanggal Lulus:
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas segala karuniaNya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini. Tema yang dipilih dalam
penelitian ini ialah green building, dengan judul Analisis Kenyamanan Termal
Gedung Kuliah B1, FEM-IPB, Beratap Hijau Tanaman Sambiloto dengan Teknik
Simulasi Berbasis CFD.
Pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan ucapan terima kasih
kepada:
1. ALLAH SWT. yang telah memberikan ridho-NYA sehingga dalam
pelaksanaan penelitian dan penyusunan laporan berjalan dengan baik dan
lancar.
2. Dr. Ir. Meiske Widyarti M.Eng, selaku dosen pembimbing akademik yang
telah memberikan pengarahan dan masukan yang sangat bermanfaat dalam
penyusunan laporan.
3. Kedua orang tua saya yang selalu memberikan doa, semangat, dan
dukungan dalam seluruh kegiatan saya.
4. Kedua kakak saya, Fajar dan Lida serta Uji yang selalu memberikan
dorongan dan perhatiannya.
5. Seluruh sahabat saya di UKM MAX!! IPB terutama Bari, Memey, Khalid,
Zha, Herna, dan Ubur yang selalu menyempatkan waktunya ketika saya
mengalami kemunduran.
6. Bang Zega, dan Pak Ahmad yang telah membantu dan memberikan
masukan yang berguna dalam penelitian ini.
7. Cacan dan Yuni, serta seluruh teman-teman SIL’46, terima kasih
kebersamaan dan dukungannya.
Masih terdapat banyak kekurangan yang penulis lakukan selama
penyusunan skripsi ini, oleh karena itu penulis sangat mengharapkan adanya
masukan guna mendorong penulis dan memperbaiki kekurangan yang ada.
Bogor, Agustus 2013
Mauliyawan Ilham
DAFTAR ISI
DAFTAR ISI
vi
DAFTAR TABEL
vii
DAFTAR GAMBAR
vii
DAFTAR LAMPIRAN
vii
DAFTAR NOTASI
vii
PENDAHULUAN
1
Latar Belakang
1
Perumusan Masalah
2
Tujuan Penelitian
2
Manfaat Penelitian
2
Ruang Lingkup Penelitian
2
METODE
2
Waktu dan Tempat
2
Alat dan Bahan
2
Prosedur Penelitian
3
Prosedur Analisis Data
5
HASIL DAN PEMBAHASAN
6
Penggambaran Geometri Gedung Kuliah B1
6
Kondisi Termal Awal Gedung Kuliah B1
7
Simulasi Keadaan Termal Awal Gedung Kuliah B1
8
Modifikasi Gedung Kuliah B1 dengan Atap Hijau
10
Hasil Simulasi Termal dengan Atap Hijau
11
Saran Optimalisasi Kenyamanan Termal dengan Modifikasi
15
SIMPULAN DAN SARAN
21
Simpulan
21
Saran
21
DAFTAR PUSTAKA
22
LAMPIRAN
23
RIWAYAT HIDUP
37
DAFTAR TABEL
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Tingkat kenyamanan berdasarkan letak geografis dan suku bangsa
Data kondisi lingkungan bagian tengah ruangan Gedung Kuliah B1
Contoh data hasil simulasi keadaan awal Gedung Kuliah B1 jam 13.00
Suhu efektif titk 2 ketinggian 1 m simulasi awal
Engineering database tanah mineral dan tanaman sambiloto
Suhu dan RH titik 2 ketinggian 1 m ruangan sebelum dan setelah
aplikasi atap hijau
Penurunan TE titik 2 ketinggian 1 m Gedung Kuliah B1 beratap hijau
Contoh perubahan keadaan termal dengan atap hijau jam 13.00
Perubahan suhu efektif titik 2 ketinggian 1 m Gedung Kuliah B1
modifikasi
Contoh perubahan suhu ruangan Gedung Kuliah B1 jam 13.00
Penurunan RH Gedung Kuliah B1modifikasi pada titik 2 ketinggian 1
m
Contoh perubahan RH ruangan Gedung Kuliah B1 jam 13.00
6
7
8
9
10
12
12
13
16
17
17
18
DAFTAR GAMBAR
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
Diagram alir penelitian
Titik-titik pengambilan data
Titik-titk pengambilan data pada atap
Denah Gedung Kuliah B1
Boundray conditions
Tampak isometri model Gedung Kuliah B1 dengan atap hijau
Denah pola sebaran suhu dengan atap hijau pada ketinggian 1 m
Tampak samping pola sebaran suhu dengan atap hijau
Denah pola sebaran RH Gedung Kuliah B1 beratap hijau
Tampak samping pola sebaran RH Gedung Kuliah B1 beratap hijau
Tampak depan Gedung Kuliah B1 modifikasi pintu
Grafik perbandingan TE awal, atap hijau, dan modifikasi titik 2
ketinggian 1 m
Grafik perbandingan RH awal, atap hijau, dan modifikasi titik 2
ketinggian 1 m
Denah pola sebaran RH modifikasi pada ketinggian 1 m
Tampak samping pola sebaran RH modifikasi
Denah pola sirkulasi udara awal ketinggian 1 m
Denah pola sirkulasi udara modifikasi ketinggian 1 m
Pola sirkulasi udara awal
Pola sirkulasi udara modifikasi
3
4
4
7
9
11
14
14
15
15
16
16
18
19
19
20
20
20
20
DAFTAR LAMPIRAN
1 Denah Gedung Kuliah B1
23
2
3
4
5
6
7
Nomogram suhu efektif
Tahap general setting
Data hasil pengukuran kondisi lingkungan Gedung Kuliah B1
Data hasil simulasi model Gedung Kuliah B1 keadaan existing
Validasi data
Data hasil simulasi model Gedung Kuliah B1 beratap hijau dan
modifikasi
DAFTAR NOTASI
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
ρ
∆
Cp
h
k
RH
RH’
RH’’
RH’’’
T
T’
T’’
T’’’
TE
v
v’
v’’
v’’’
densitas
selisih
panas Jenis
ketinggian pengukuran
konduktifitas panas
kelembaban relatif udara hasil pengukuran
kelembaban relatif udara hasil simulasi keadaan exsting
kelembaban relatif udara hasil simalasi atap hijau
kelembaban relatif udara hasil simulasi modifikasi
suhu udara hasil pengukuran
suhu udara hasil simulasi keadaan exsting
suhu udara hasil simulasi atap hijau
suhu udara hasil simulasi modifikasi
suhu efektif
kecepatan aliran udara hasil pengukuran
kecepatan aliran udara hasil simulasi keadaan existing
kecepatan aliran udara hasil simulasi atap hijau
kecepatan aliran udara hasil simulasi modifikasi
26
27
28
30
32
32
1
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Pembangunan infrastruktur dalam berbagai bidang terus meningkat, tidak
terkecuali bidang pendidikan Indonesia seperti pembangunan ruangan kelas
mengikuti bertambahnya kuantitas pelajar. Menurut beberapa penelitian
pembangunan tersebut tidak diimbangi dengan pemahaman akan pentingnya
kenyamanan dan penghematan penggunaan energi dalam proses belajar mengajar.
Menurut pengamatan di Institut Pertanian Bogor (IPB), pada mayoritas gedung
kenyamanan cenderung didapatkan melalui teknik yang boros penggunaan energi
seperti instalasi air conditioner (AC) pada berbagai ruangan kelas. Pemilihan cara
tersebut dapat menyebabkan terjadinya penurunan kualitas lingkungan akibat
polusi CO2. Maka dari itu diperlukan suatu penelitian dalam pembangunan
ruangan kelas agar dapat ekonomis, efisien, dan efektif serta lebih ramah
lingkungan.
Pembangunan yang nyaman dan ramah lingkungan populer dengan istilah
konsep greenbuilding. Green building merupakan bangunan yang berwawasan
lingkungan dan hemat energi sebagai usaha untuk mengurangi dampak terhadap
lingkungan yang berkembang saat ini misalnya pemanasan global, pengurangan
material tak terbaharui, dan pembangunan yang ekonomis. Salah satu
pengaplikasian konsep green building adalah dengan penggunaan greenroof.
Green roof atau atap hijau merupakan atap bangunan yang sebagian atau
seluruhnya ditutupi dengan vegetasi. Aplikasi greenroof dapat menahan panas
radiasi sinar matahari yang masuk ke dalam ruangan dan juga membantu menjaga
suhu lingkungan tidak terlalu tinggi dibanding atap tanpa tanaman (Satwiko 2008).
Perlu diteliti tentang berkurangnya panas yang masuk ke dalam ruangan kelas
agar dapat meningkatkan kenyamanan termal yang menunjang kelancaran proses
belajar mengajar. Pada penelitian ini akan dilakukan studi dari manfaat aplikasi
greenroof sebagai upaya tercapainya kenyamanan termal yang baik selain
peningkatan estetika bangunan. Gedung Kuliah B1-IPB dipilih sebagai objek
penelitian ini karena dalam perencanaan seharusnya ruang kelas ini menggunakan
atap hijau. Teknik simulasi digunakan untuk melihat perbandingan kondisi
kenyamanan ruang sebelum aplikasi greenroof dan dengan penggunaan greenroof.
Teknik simulasi ini diketahui dapat merupakan solusi untuk mengetahui kondisi
lingkungan yaitu kenyamanan termal pada bangunan sebelum pembangunan.
Simulasi dibuat menggunakan teknik Computational Fluid Dynamics
(CFD)) untuk mengetahui pola sebaran aliran udara, suhu, dan RH dalam ruangan
kelas agar dapat diketahuikondisi kenyamanan ruang kelas dengan menggunakan
green roof dan menggunakan atap beton.
Perumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang tersebut, beberapa masalah yang dapat
dirumuskan:
1. Bagaimana kondisi kenyamanan termal Gedung Kuliah B1?
2. Kesesuaian kondisi kenyamanan termal Gedung Kuliah B1 FEM, IPB
sebagai ruang kuliah
2
3. Apakah atap hijau Gedung Kuliah B1 dapat membuat kondisi
kenyamanan ruang menjadi lebih baik?
Tujuan Penelitian
Berdasarkan permasalahan yang telah dirumuskan, tujuan yang diperoleh
dari penelitian ini:
1. Melakukan pengukuran kondisi kenyamanan termal Gedung Kuliah B1, FEM,
IPB.
2. Memodifikasi atap dengan atap hijau dan menganalisis perbandingan
kenyamanan termal Gedung Kuliah B1 kondisi awal dengan kondisi
menggunakan atap hijau.
3. menganalisis kenyamanan termal ruang Gedung Kuliah B1 dengan
mengoptimalkan bukaan dinding.
Manfaat Penelitian
Manfaat yang diperoleh dari penelitian ini:
1. Mengetahui dan memberikan informasi terkait kondisi kenyamanan termal
desain ruangan kuliah seperti Gedung Kuliah B1.
2. Hasil penelitian dapat digunakan sebagai referensi bagi institusi terkait dalam
upaya pembangunan ruangan kelas yang nyaman secara termal dan hemat
energi.
Ruang Lingkup Penelitian
Ruang lingkup dari penelitian ini terbatas pada keadaan termal Gedung
Kuliah B1 pada keadaan sebenarnya dan menggunakan atap hijau hasil modifikasi
yang meliputi simulasi:
1. Pola aliran udara
2. Sebaran Suhu
3. Sebaran kelembaban udara
METODE
Waktu dan Tempat
Penelitian ini dilaksanakan pada bulan Mei 2013 di Gedung Kuliah B1,
Fakultas Ekonomi dan Manajemen, Kampus IPB Dramaga, Bogor. Pengolahan
dan analisis data dilakukan di Departemen Teknik Sipil dan Lingkungan,
Fakultas Teknologi Pertanian (FATETA), IPB.
Alat dan Bahan
Alat dan bahan yang digunakan:
1. Digital Multi Meter Instrument (Anemometer, Termometer, Hygrometer, dan
Lighmeter)
2. Termometer bola basah bola kering
3
Weather Station
Personal Computer atau Laptop
Software Solidworks 2012 64 bit
Software MunterS HDPsyChart
Gambar Geometri Gedung Kelas B1 FEM IPB dicontoh dari peta Class Room
Type B1 dalam dokumen peta As Built Drawing of Architectural Works for
Package A1 Additional Construction Works for Building of Faculty of
Agriculture terdapat pada Lampiran 1
8. Tabel nomogram suhu efektif terdapat pada Lampiran 2
3.
4.
5.
6.
7.
ProsedurPenelitian
Gambar 1. Diagram alir penelitian
1. Pengumpulan Data
Data yang diukur di lokasi adalah pengukuran suhu, kelembaban udara (RH),
kecepatan aliran udara, dan radiasi sinar matahari. Data lingkungan tersebut
diukur dalam waktu 3 hari pada bulan Mei secara acak (10, 17, dan 24 Mei).
Titik-titik pengambilan data dapat dilihat pada Gambar 2 dan 3 berikut ini
4
Gambar 2. Titik-titik pengambilan data
Gambar 3. Titik-titik pengambilan data pada atap
Titik-titik pengambilan data dibagi menjadi 6 titik. Setiap titik pengukuran
dibagi menjadi tiga ketinggian pengukuran, yaitu 0.5 m, 1 m, dan 1.5 m. Titik 1, 2,
dan 3 mewakili titik pengambilan data di dalam ruangan. Titik 4 merupakan titik
pengukuran di jendela. Titik 5 dan 6 adalah titik pengukuran di halaman dan atap
bangunan.
5
2. Penggambaran Geometri Gedung Kuliah B1 FEM IPB
Gambar dan dimensi Gedung Kuliah B1 yang telah dibuat dengan
menggunakan program Solidworks 2012 64 bit.
3. Input Data Lingkungan Awal yang Diambil Pada Pengukuran
Input data akan mempergunakan kondisi terburuk dari data pengukuran
ruang dan lingkungan.
Input data lingkungan di dalam program Solidworks dilakukan pada menu
General Setting. Adapun tahapan pada General Setting yang dilakukan adalah
sebagai berikut:
1. Analysis type
Pada tahap ini dipilih tipe analisis internal yang digunakan untuk simulasi. Data
yang diinput pada tahap ini adalah radiasi matahari, arah radiasi matahari, dan
suhu lingkungan. Input data disesuaikan setiap jam pengukuran.
2. Fluids
Fluida yang digunakan didefinisikan sebagai gas udara dengan aliran laminar
dan turbulen untuk mendekati kondisi sebenarnya.
3. Wall conditions
Pada tahap ini dipilih dinding yang digunakan, yaitu dinding bata atau
brickwork (outer leaf).
4. Initial and ambient condition
Pada tahap ini didefinisikan kondisi lingkungan seperti suhu, arah angin, dan
kelembaban.
5. Initial mesh
Hasil simulasi yang baik dapat ditentukan dengan memilih tingkat initial mesh
8, namun karena keterbatasan spek personal computer yang dimiliki maka
dipilih initial mesh 3.
6. Pendefinisian material bangunan
Penyerapan panas pada material bangunan diperhitungkan maka dibutuhkan
pendefinisian setiap bagian bangunan yang digunakan.
Tahap general setting secara lengkap terlampir pada Lampiran 3.
4. Simulasi CFD
Simulasi kondisi kenyamanan termal menggunakan program Solidworks
2012 64 bit dengan flow simulation. Pada penelitian ini digunakan komputer
portable atau notebook dengan spesifikasi CPU Intel® Core i5 2430M @2.40
GHz; 16 GB RAM; VGA Card Nvidia GeForce GT540M 2GB; dan 64-bit
Windows Operating System.
Analisis berupa analisis 3 dimensi terhadap aliran fluida, kelembaban dan
termal pada kondisi tetap (3-dimensional steady state analysis). Asumsi yang
digunakan pada simulasi adalah sebagai berikut:
1. Kondisi bangunan dalam keadaan kosong.
2. Udara bergerak dalam keadaan steady.
3. Udara tidak terkompresi.
4. Panas jenis, konduktivitas, dan viskositas udara konstan.
5. Udara lingkungan dianggap konstan selama simulasi.
6. Distribusi suhu pada lantai, dinding, dan atap seragam.
6
7. Suhu efektif pada plafon tidak diperhitungkan karena bukan zona pakai
ruangan
Simulasi terbagi menjadi 2, yaitu simulasi awal untuk menentukan besarnya
nilai error dan simulasi modifikasi. Simulasi dilakukan pada setiap jam
pengukuran yaitu jam 10.00-14.00 yang diasumsikan sebagai waktu yang tidak
nyaman di dalam ruangan. Dalam penelitian ini, dilakukan modifikasi yang
dilakukan adalah aplikasi atap hijau berupa tanah dengan ketebalan 50 cm dan
tanaman sambiloto dengan ketinggian 75 cm yang diasumsikan menutupi atap
sesuai dengan luasan atap beton dibawahnya.
5. Prosedur Analisis Data
Melakukan perbandingan hasil simulasi kenyamanan termal model Gedung
Kuliah B1 keadaan standar dengan model Gedung Kuliah B1 beratap hijau dan
Gedung Kuliah B1 yang dimodifikasi sebagai saran penggunaan. Seluruh hasil
simulasi juga dibandingkan dengan literatur, apabila tidak sesuai dengan literatur
maka dilakukan simulasi ulang pada keadaan modifikasi dengan mengatur ulang
setting pada Solidworks.
Literatur untuk pembanding diacu dari teori Humphpreys dan Nicol,
Lipsmeier (1994) yang menyatakan batas kenyamanan sebagai suhu efektif (TE)
seperti yang disajikan pada Tabel 1 di bawah ini. Kenyamanan berbeda sesuai
dengan letak geografis dan suku bangsa pada lokasi tersebut.
Tabel 1. Tingkat kenyamanan berdasarkan letak geografis dan suku bangsa
Pengarang
Tempat
Kelompok
Batas
Manusia
Kenyamanan
ASHRAE
USA Selatan (30oLU) Peneliti
20.5oC-24.5 oC TE
Rao
Calcutta (22oLU)
India
20 oC-24.5 oC TE
Webb
Singapura
Malaysia
25 oC-27 oC TE
Khatulistiwa
Cina
o
Mom
20 oC-26 oC TE
Jakarta (6 LS)
Indonesia
Ellis
22 oC-26 oC TE
Singapura
Eropa
Khatulistiwa
Suhu efektif pada penelitian didapatkan dengan pengolahan data simulasi
pada program Munters HDPsyChart dan nomogram suhu efektif Lipsmeier.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Penggambaran Geometri Gedung Kuliah B1
Geometri bangunan yang dibuat pada program Solidworks 2012 merupakan
ukuran Gedung Kuliah B1 sebenarnya sesuai dengan yang terdapat pada peta
Class Room Type B1 dalam dokumen peta As Built Drawing of Architectural
Works for Package A1 Additional Construction Works for Building of Faculty of
Agriculture.
Model bangunan Gedung Kuliah B1 dikondisikan sesuai keadaan saat
pengukuran dengan arah sumbu –z menjadi arah utara bangunan. Lebar dan tinggi
7
bangunan mengarah pada sumbu x dan y. Tampak model Gedung Kuliah B1
secara lengkap dapat dilihat pada Lampiran 1. Adapun denah Gedung Kuliah B1
dan geometrinya dapat dilihat pada Gambar 4 di bawah ini.
Gambar 4. Denah Gedung Kuliah B1
Kondisi Termal Awal Gedung Kuliah B1
Kondisi lingkungan yang diambil untuk simulasi adalah kondisi terburuk
atau paling panas yang didapatkan pada pengukuran ke 3 (24 Mei 2013) yang
dapat dilihat pada Lampiran 4.
Pada Tabel 2 di bawah ini disajikan contoh data pengukuran ke 3 pada jam
13.00.
Tabel 2. Data kondisi ruangan Gedung Kuliah B1 jam 13.00
Titik
h (m)
1
0.5
1
1.5
0.5
1
1.5
0.5
1
1.5
2.5
2
3
Plafon 1
T (°C)
BB
BK
26.0 28.5
26.0 29.0
26.0 30.0
27.0 30.0
27.0 30.5
27.0 30.5
26.0 29.0
27.0 29.5
26.5 30.0
-
RH (%)
v (m/s)
TE (°C)
82.2
85.8
76.2
79.4
76.4
76.4
79.0
76.0
73.1
-
0.0
26.8
27.2
27.5
28.0
28.3
28.3
27.0
27.9
28.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
8
Titik
h (m)
Plafon 2
Plafon 3
Rata-rata
2.9
3.3
T (°C)
BB
BK
26.5
29.7
RH (%)
v (m/s)
78.3
0.0
TE (°C)
0.0
0.0
27.7
Jam 13.00 merupakan keadaan terpanas pada saat pengukuran. Dari data
pada Tabel 2 di atas dapat dilihat bahwa kondisi ruangan hasil pengukuran pada
jam 13.00 telah melewati ambang batas nyaman TE zona Indonesia menurut teori
Humphpreys dan Nicol. Rata-rata TE yang didapat 27.7°C > batas atas TE zona
nyaman, yaitu 26°C.
Kecepatan aliran udara pada setiap titik dan ketinggian pengukuran dalam
ruang menunjukan nilai 0 m/s. Nilai RH yang didapat cukup besar, yaitu berkisar
73-86%. Nilai nol pada pengukuran kecepatan angin tidak berarti bahwa tidak ada
aliran udara sama sekali. Nilai ini dikarenakan aliran udara yang terus berubah
setiap detiknya dan kecepatan udara tersebut berada di luar jangkaun sensitifitas
anemometer yang peneliti gunakan.
Jika mengacu pada Satwiko (2008), sebagai pedoman kasar, kenyamanan
termal untuk daerah tropis lembab dapat dicapai dengan batas 24°C < T < 26°C,
40% < RH < 60%, dan apabila T > 26°C dibutuhkan angin dengan batas 0.6 m/s <
1.5 m/s, maka keadaan ruang pada jam 13.00 tersebut juga tidak memenuhi syarat
kenyamanan termal.
Simulasi Keadaan Termal Awal Gedung Kuliah B1
Penentuan Boundary Conditions
Boundary conditions merupakan tahapan terakhir yang diatur sesuai dengan
celah dalam ruangan yang mungkin dilalui oleh udara sebagai masukan atau
keluaran seperti jendela. Kemungkinan adanya perbedaan suhu pada atap dan
dinding bagian luar karena perbedaan pengaruh radiasi matahari juga diatur dalam
boundary conditions seperti disajikan pada Gambar 5. Adapun boundary
condition yang diatur diantaranya adalah inlet atau tempat masuk udara dan outlet
atau tempat keluar udara dengan kecepatan udara pada inlet sesuai dengan hasil
pengukuran di jendela yang dapat dilihat pada Lampiran 2. Karena aliran udara
dalam ruang sangat kecil maka diasumsikan kecepatan udara pada outlet bernilai 0
m/s. Lokasi inlet berada pada jendela samping kanan dan outlet di samping kiri
diasumsikan sama setiap jamnya. Kemudian untuk suhu material bagian luar
ditentukan dengan outer wall. Suhu dinding bagian luar serta atap disesuaikan
dengan data setiap jam pengukuran yang dapat dilihat pada Lampiran 2 dengan
asumsi suhu dinding bagian luar mengikuti suhu halaman dan suhu atap
mengikuti suhu udara yang diukur di bagian atap.
9
Gambar 5. Boundary conditions
Hasil Simulasi Keadaan Termal Awal dan Validasi Data
Hasil simulasi keadaan existing (tanpa atap hijau) Gedung Kuliah B1
disajikan secara lengkap pada Lampiran 5. Contoh hasil simulasi CFD keadaan
standar Gedung Kuliah B1 disajikan pada Tabel 3 di bawah ini.
Tabel 3. Contoh data hasil simulasi keadaan awal Gedung Kuliah B1 jam 13.00
Titik
1
2
3
Plafon 1
Plafon 2
Plafon 3
Rata-rata
h
(m)
0.5
1
1.5
0.5
1
1.5
0.5
1
1.5
2.5
2.9
3.3
T (°C)
BB
BK
26.0 28.5
26.0 29.0
26.0 30.0
27.0 30.0
27.0 30.5
27.0 30.5
26.0 29.0
27.0 29.5
26.5 30.0
26.5 29.7
T' (°C)
BB
BK
27.4
29.9
26.8
30.0
26.8
30.1
26.9
29.9
26.9
30.0
26.8
30.1
26.9
29.8
26.9
29.9
26.9
30.0
26.9
30.4
27.0
30.2
25.8
30.2
26.8
30.0
Error
(%)
BB BK
5.3 5.1
3.2 3.5
3.1 0.4
0.5 0.5
0.4 1.8
0.6 1.4
3.3 2.8
0.4 1.3
1.4 0.1
-
RH
(%)
RH'
(%)
82.2
85.8
76.2
79.4
76.4
76.4
79.0
76.0
73.1
78.3
78.5
78.2
77.6
79.1
78.8
78.3
79.5
79.3
79.1
76.4
78.0
78.5
78.4
Error
(%)
RH
4.5
8.9
1.8
0.4
3.1
2.4
0.6
4.3
8.2
-
v'
(m/s)
TE
(°C)
TE'
(°C)
0.022
26.8
27.2
27.5
28.0
28.3
28.3
27.0
27.9
28.0
28.0
27.9
27.9
27.9
27.9
27.9
27.9
28.0
28.0
-
-
0.019
0.013
0.017
0.020
0.023
0.006
0.006
0.010
0.014
0.029
0.034
0.018 27.7 27.9
Suhu bola kering tertinggi hasil simulasi (T’ BK) didapati pada bagian
belakang (titik 1) ketinggian pengukuran 1.5 m yaitu sebesar 30.1ºC. Suhu
tersebut memiliki selisih 0.1°C dari hasil pengukuran yang sebesar 30°C dengan
error 0.4%. RH simulasi (RH’) pada titik tersebut didapatkan sebesar 77.6%,
lebih besar dari pengukuran yang bernilai 76.2% dengan error 1.8%.
Suhu plafon yang didapatkan sesuai dengan perkiraan yaitu lebih tinggi
daripada suhu di bagian bawah kelas dengan nilai terkecil 30.1735ºC pada plafon
bagian tengah. Pada plafon tidak dicari nilai error karena parameter lingkungan
pada plafon tidak diukur langsung melainkan hanya hasil simulasi.
Rata-rata nilai error secara keseluruhan dapat dilihat pada Lampiran 6.
Secara keseluruhan rata-rata nilai error yang didapat dari perhitungan nilai suhu
10
BB, BK, dan RH secara berurutan adalah 1.1%, 1.7%, dan 3.8%. Karena rata-rata
nilai error yang relatif kecil maka tidak diperlukan pengulangan simulasi keadaan
existing.
Dari data yang disajikan pada Tabel 3 di atas dapat dilihat juga bahwa nilai
temeperatur efektif dari data hasil simulasi (TE’) sebesar 28°C. Nilai tersebut
berada di luar zona nyaman. Menurut Lipsmeier, batas kenyamanan manusia
untuk daerah khatulistiwa adalah 19°C TE (batas bawah) - 26°C TE (batas atas).
Pada suhu 26°C umumnya manusia pada daerah tersebut sudah berkeringat
(Idealistina, 1991).
Nilai suhu efektif titik 2 ketinggian 1 m dari seluruh hasil simulasi keadaan
awal disajikan pada Tabel 4 di bawah ini.
Tabel 4. Suhu efektif titk 2 ketinggian 1 m simulasi awal
Jam TE’ (°C)
10
26
11
26.8
12
27.8
13
27.9
14
27.2
Dari data pada Tabel 4 di atas dapat dilihat bahwa secara keseluruhan pada
titik 2 ketinggian 1 m, kondisi suhu efektif Gedung Kuliah B1 berada di luar
ambang batas nyaman daerah Indonesia, yaitu 20oC-26oC TE menurut teori
Humphpreys dan Nicol, Lipsmeier (1994). Hampir seluruhnya bernilai > 26°C TE.
Hanya jam 10 yang berada pada zona nyaman menurut suhu efektif yaitu 26°C TE.
Modifikasi Gedung Kuliah B1 dengan Atap Hijau
Modifikasi awal yang dilakukan pada model Gedung Kuliah B1 dalam
upaya mendapatkan zona nyaman pada penelitian ini adalah menambahkan atap
hijau tanaman sambiloto. Penampakan model bangunan dengan atap hijau dapat
dilihat pada Gambar 6 berikut ini.
11
Gambar 6. Tampak isometri model Gedung Kuliah B1 dengan atap hijau
Atap hijau tersusun dengan lapisan pertama di atas beton adalah tanah
mineral dengan ketebalan 50 cm menyesuaikan dengan zona perakaran tanaman
sambiloto. Lapisan kedua berupa tanaman sambiloto dengan asumsi
ketinggiannya mencapai 75 cm dan ditanam secara rapatt menutupi lapisan tanah
dibawahnya. Lapisan kedap air di bawah lapisan tanah diabaikan dalam simulasi
karena sangat tipis dan dianggap memiliki pengaruh yang sangat kecil pada
perubahan suhu di dalam ruangan.
Proses pendefinisian material ditambahkan secara manual karena tidak
terdapat pada engineering database Solidworks 2012. Adapun data material yang
disadur dari Rahayoe (2008) tersebut dapat dilihat pada Tabel 5 berikut ini.
Tabel 5. Engineering database tanah mineral dan tanaman sambiloto
Material
ρ
Cp
k
3
-1
-1
kg/m
J.kg .K
W.m-1.K-1
Tanah Mineral
2.65x103
0.87
2.5
Sambiloto
691.73
3375
0.483
Hasil Simulasi Termal dengan Atap Hijau
Perubahan termal yang terjadi pada model Gedung Kuliah B1 dengan atap
hijau antara lain adalah penurunan suhu dan RH, sedangkan pada aliran udara
tidak terjadi perubahan berarti karena tidak adanya perubahan pada inlet dan
outlet. Hasil simulasi Gedung Kuliah B1 dengan atap hijau secara lengkap
terlampir pada Lampiran 7. Perubahan yang terjadi setiap jam pengukuran pada
titik 2 ketinggian 1 m disajikan pada Tabel 6 berikut ini.
12
Tabel 6. Suhu dan RH titik 2 ketinggian 1 m ruangan sebelum dan setelah aplikasi
atap hijau
Jam
10
11
12
13
14
T' (°C)
BB
25.1
25.5
27.0
26.9
26.1
BK
27.5
28.7
29.3
30.0
28.6
T'' (°C)
BB
21.4
21.4
23.1
23.6
23.0
BK
23.9
24.7
25.5
26.7
26.1
RH' (%)
RH'' (%)
82.3
77.6
83.4
78.8
81.3
80.9
75.3
82.0
77.6
78.0
Dari Tabel 6 di atas dapat dilihat bahwa pada titik 2 ketinggian 1 m, suhu
hasil simulasi atap hijau (T’’) baik BB maupun BK mengalami penurunan. Pada
keadaan terburuk, yaitu jam 13.00, suhu BK mencapai 30.0°C dan BB 26.9°C
dengan RH’ 78.8%. Dengan aplikasi atap hijau suhu BK yang didapat turun
hingga 26.7°C dan suhu BB 23.6°C dengan nilai RH’’ turun menjadi 77.6%.
Menurut Bruce (1980), terjadinya penurunan tersebut karena tanaman memiliki
kemampuan untuk menyerap radiasi.
Perubahan Suhu Efektif
Adapun perubahan suhu efektif pada titik 2 ketinggian 1 m pada setiap jam
akibat dari aplikasi atap hijau tanaman sambiloto disajikan pada Tabel 7 di bawah
ini.
Tabel 7. Penurunan TE titik 2 ketinggian 1 m Gedung Kuliah B1 beratap hijau
Jam
10
11
12
13
14
TE'
(°C)
26.0
26.8
27.9
28.0
27.2
TE''
(°C)
22.6
23.1
24.1
25.0
24.6
Penurunan
TE (°C)
3.6
3.7
3.8
3.0
2.8
Penurunan suhu efektif terkecil terjadi pada jam 14.00, yaitu sebesar 2.8°C,
turun dari 27.2°C menjadi 24.6°C. Penurunan suhu efektif terbesar terjadi pada
jam 12.00, yaitu sebesar 3.8°C, turun dari 28.0°C menjadi 25.0°C. Adapun
keadaan terburuk, yaitu jam 13.00, mengalami penurunan suhu efektif sebesar
3.0 °C, turun dari 28.0°C menjadi 25.0°C. Jika ditinjau dari teori Humphpreys dan
Nicol, Lipsmeier (1994) yang menyatakan batas kenyamanan berkisar antara 20°C
- 26°C TE pada daerah Indonesia maka dapat dikatakan bahwa aplikasi atap hijau
mampu menciptakan zona nyaman pada ruang Gedung Kuliah B1 tanpa
penggunaan Air Conditioner.
Perubahan suhu efektif merupakan akibat dari perubahan suhu dan
kelembaban udara dalam ruang. Pada Tabel 8 berikut ini disajikan contoh
perubahan keadaan termal ruangan Gedung Kuliah B1 yang terjadi pada jam
13.00.
13
Tabel 8. Contoh perubahan keadaan termal dengan atap hijau jam 13.00
Titik
1
2
3
Plafon 1
Plafon 2
Plafon 3
Rata-rata
h
(m)
0.5
1
1.5
0.5
1
1.5
0.5
1
1.5
2.5
2.9
3.3
T'
(°C)
T''
(°C)
RH'
(%)
RH''
(%)
TE'
(°C)
TE''
(°C)
28.0
28.0
28.0
28.0
28.0
28.0
28.0
28.0
28.0
25.0
25.0
25.1
24.9
25.0
25.1
25.0
25.0
25.0
28.0
25.0
BB
BK
BB
BK
27.4
29.9
23.6
26.7
78.5
77.1
26.8
30.0
23.6
26.8
78.2
76.7
26.8
30.1
23.6
26.9
77.6
76.2
26.9
29.9
23.6
26.6
79.1
77.8
26.9
30.0
23.6
26.7
78.8
77.6
26.8
30.1
23.7
26.8
78.3
77.4
26.9
29.8
23.6
26.6
79.5
77.8
26.9
29.9
23.6
26.6
79.3
77.7
26.9
30.0
23.6
26.7
79.1
77.4
26.9
30.4
23.7
27.1
76.4
75.1
27.0
30.2
23.7
27.0
78.0
75.9
25.8
30.2
23.6
27.1
78.5
75.3
26.8
30.0
23.6
26.8
78.4
76.8
Pada tabel di atas dapat dilihat bahwa terjadi penurunan suhu baik BK
maupun BB dan RH pada setiap titik. Penurunan suhu BB dan BK relatif sama
rata, yaitu sekitar 3°C – 3.5°C. Penurunan RH yang terjadi tidak terlalu signifikan
pada zona pakai ruangan (bukan plafon). Nilai RH turun namun tetap bernilai >
75%. Sebagai contoh pada titik 1 ketinggian 1.5 m, T’ BB 26.8°C dan T’ BK
30.1°C dengan RH’ 77.6%, pada simulasi dengan atap hijau suhu turun menjadi
23.6°C BB dan 26.9°C BK. Sementara itu kelembaban relatif udara dengan atap
hijau (RH’’) tidak mengalami penurunan yang signifikan. RH’’ yang didapatkan
sebesar 76.2% masih berada di atas batas atas zona nyaman. Menurut Satwiko
(2008), sebagai pedoman kasar, kenyamanan termal untuk daerah tropis lembab
dapat dicapai dengan batas 40% < RH < 60%. Meski temperatur efektif telah
memenuhi syarat kenyamanan termal, yaitu 25°C, namun kelembaban dirasa
masih terlalu tinggi.
Contoh pola sebaran suhu dan kelembaban udara Gedung Kuliah B1
menggunakan atap hijau pada jam 13.00 dapat dilihat pada Gambar 7 sampai
Gambar 10.
14
Gambar 7. Denah pola sebaran suhu dengan atap hijau pada ketinggian 1 m
Gambar 8. Tampak samping pola sebaran suhu dengan atap hijau
15
Gambar 9. Denah pola sebaran RH Gedung Kuliah B1 beratap hijau pada
ketinggian 1 m
Gambar 10. Tampak samping pola sebaran RH Gedung Kuliah B1 beratap hijau
Saran Optimalisasi Kenyamanan Termal dengan Modifikasi
Karena tingkat kelembaban yang dirasa masih terlalu tinggi, maka dilakukan
modifikasi pada bagian pintu masuk bangunan. Pada modifikasi model Gedung
Kuliah B1 ini, kedua pasang pintu masuk di bagian depan bangunan dibuka
sebagai upaya adanya tambahan jalur sirkulasi udara. Data lengkap hasil simulasi
Gedung Kuliah B1 atap hijau dengan modifikasi dapat dilihat pada Lampiran 7.
Modifikasi yang dilakukan pada Gedung Kuliah B1 ini dapat dilihat pada
Gambar 12 berikut ini.
16
Gambar 11. Tampak depan Gedung Kuliah B1 modifikasi pintu
Nilai Suhu Efektif Turun
Perubahan nilai suhu efektif titik 2 ketinggian 1 m disajikan pada Tabel 9
dan grafik pada Gambar 12 berikut ini.
Tabel 9. Perubahan suhu efektif titik 2 ketinggian 1 m Gedung Kuliah B1
modifikasi
Jam
10
11
12
13
14
TE''
(°C)
22.6
23.1
24.1
25.0
24.6
TE'''
(°C)
20.9
21.3
22.1
23.1
22.4
Penurunan
TE (°C)
1.5
1.8
2.0
1.9
2.2
Gambar 12. Grafik perbandingan TE awal, atap hijau, dan modifikasi titik 2
ketinggian 1 m
Suhu efektif titik 2 ketinggian 1 m hasil modifikasi (TE’’’) mengalami
penurunan dibandingankan dengan hanya menggunakan atap hijau saja (TE’’).
TE’’ tertinggi, pada jam 13.00, pada aplikasi atap hijau sebesar 25.0°C mengalami
penurunan sebesar 1.9°C menjadi 23.1°C. Penurunan paling besar terjadi pada
jam 14.00, yaitu dari 24.6°C menjadi 22.4°C dengan penurunan sebesar 2.2°C.
17
Penurunan terkecil terjadi pada jam 10.00, yaitu dari 22.6°C menjadi 20.9°C
dengan besar penurunan 1.5°C.
Perubahan suhu efektif yang terjadi diakibatkan karena penurunan suhu bola
basah secara keseluruhan dan perubahan yang signifikan pada kelembaban udara.
Pada tabel 10 berikut ini merupakan contoh data perubahan keadaan ruang
Gedung Kuliah B1 pada jam 13.00.
Tabel 10. Contoh perubahan suhu ruangan Gedung Kuliah B1 jam 13.00
Titik
1
2
3
Plafon 1
Plafon 2
Plafon 3
Rata-rata
h
(m)
0.5
1
1.5
0.5
1
1.5
0.5
1
1.5
2.5
2.9
3.3
T'' (°C)
BB
BK
T''' (°C)
BB
BK
RH''
(%)
RH'''
(%)
v''
v'''
(m/s) (m/s)
TE''
(°C)
TE'''
(°C)
25.0
25.0
25.1
24.9
25.0
25.1
25.0
25.0
25.0
25.0
23.1
23.1
23.1
23.0
23.1
23.1
23.0
23.1
23.1
23.1
23.6
26.7
18.9
26.7
77.1
48.0
0.013
0.008
23.6
26.8
19.0
26.7
76.7
48.0
0.019
0.016
23.6
26.9
19.0
26.8
76.2
47.7
0.028
0.030
23.6
26.6
18.9
26.6
77.8
48.4
0.005
0.009
23.6
26.7
19.0
26.7
77.6
48.6
0.005
0.008
23.7
26.8
19.1
26.8
77.4
48.6
0.010
0.013
23.6
26.6
18.9
26.6
77.8
48.2
0.005
0.006
23.6
26.6
18.9
26.6
77.7
48.2
0.008
0.007
23.6
26.7
18.9
26.7
77.4
48.0
0.017
0.014
23.7
27.1
19.0
27.1
75.1
46.6
0.012
0.010
23.7
27.0
19.2
27.0
75.9
48.1
0.013
0.019
23.6
27.1
19.0
27.1
75.3
46.5
0.016
0.008
23.6
26.8
19.0
26.8
76.8
47.9
0.013 0.012
Dari data jam 13.00 di atas dapat dilihat bahwa tidak terjadi perubahan suhu
bola kering yang cukup berpengaruh sehingga dapat diasumsikan pola sebaran
suhu model Gedung Kuliah B1 modifikasi ini sama dengan model Gedung Kuliah
B1 menggunakan atap hijau saja meskipun TE berubah cukup besar. Penurunan
suhu bola kering hanya terjadi pada titik 1 ketinggian 1m dan 1.5m, yaitu sebesar
0.1°C. TE’’’ yang didapat berada pada kisaran 23°C -23.1°C.
Nilai Kelembaban Relatif Udara Turun
Nilai RH ruangan Gedung Kuliah B1 hasil modifikasi berubah dan masuk
dalam kategori zona nyaman yang berkisar antara 40%-60%. Nilai perubahan RH
titik 2 ketinggian 1 m pada setiap jam pengukuran disajikan pada Tabel 11.
Tabel 11. Penurunan RH Gedung Kuliah B1modifikasi pada titik 2 ketinggian 1 m
Jam
10
11
12
13
14
RH''
(%)
80.9
75.3
82.0
77.6
78.0
RH'''
(%)
49.8
48.0
48.5
48.6
47.9
Penurunan RH
(%)
31.1
27.3
33.5
29.0
30.1
18
Grafik perbandingan keadaan RH awal, atap hijau, dan modifikasi pada titik
2 ketinggian 1 m dapat dilihat pada Gambar 13 berikut ini.
Gambar 13. Grafik perbandingan RH awal, atap hijau, dan modifikasi titik 2
ketinggian 1 m
Perubahan RH seperti pada Tabel 11 terjadi secara signifikan. Pada keadaan
terburuk pengukuran, yaitu jam 13.00, RH dengan atap hijau sebesar 77.6%,
kemudian dengan tambahan modifikasi turun sebesar 29.0% menjadi 48.6%.
Penurunan RH terbesar terjadi pada jam 12.00, yaitu dari 82.0% turun 33.5%
menjadi 48.5%. Penurunan RH terkecil terjadi pada jam 11.00, yaitu dari 75.3%
turun 27.3% menjadi 48.0%.
Contoh perubahan RH yang terjadi pada jam 13.00 dapat dilihat pada Tabel
12 berikut ini
Tabel 12. Contoh perubahan RH ruangan Gedung Kuliah B1 jam 13.00
Titik
h (m)
RH''
(%)
RH'''
(%)
1
0.5
1
1.5
0.5
1
1.5
0.5
1
1.5
77.1
48.0
76.7
48.0
76.2
47.7
77.8
48.4
77.6
48.6
77.4
48.6
77.8
48.2
77.7
48.2
77.4
48.0
2
3
∆RH
(%)
29.1
28.7
28.6
29.3
29.0
28.7
29.6
29.5
29.4
19
Titik
h (m)
RH''
(%)
RH'''
(%)
Plafon 1
Plafon 2
Plafon 3
Rata-rata
2.5
2.9
3.3
75.1
46.6
75.9
48.1
75.3
46.5
76.8
47.9
∆RH
(%)
28.4
27.8
28.8
28.9
Adanya perubahan RH dipengaruhi oleh perubahan aliran udara.
Pembukaan kedua pasang pintu masuk menambah jalur sirkulasi udara sehingga
aliran udara menjadi lebih lancar. Lancar aliran udara mengakibatkan nilai RH
yang tidak terlampau tinggi. Pola sebaran RH dan aliran udara ruang Gedung
Kuliah B1 atap hijau dengan modifikasi pada bukaan pintu masuk dapat dilihat
Gambar 14 sampai Gambar 19 berikut ini.
Gambar 14. Denah pola sebaran RH modifikasi pada ketinggian 1 m
Gambar 15. Tampak samping pola sebaran RH modifikasi
20
Gambar 16. Denah pola sirkulasi
udara awal ketinggian 1 m
Gambar 18. Tampak isometri pola
sirkulasi udara awal
Gambar 17. Denah pola sirkulasi
udara modifikasi ketinggian 1 m
Gambar 19. Tampak isometri pola
sirkulasi udara modifikasi
Dari Gambar 16 sampai 19 dapat dilihat bahwa ada perubahan pola sirkulasi
udara sebelum dan sesudah Gedung Kuliah B1 dengan atap hijau dimodifikasi.
Secara kasat mata, sirkulasi udara dalam ruang Gedung Kuliah B1 setelah
modifikasi lebih merata daripada sebelum modifikasi sehingga memiliki
kelembaban udara relatif yang lebih baik.
21
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Berdasarkan hasil simulasi Gedung Kuliah B1 keadaan standar dan
modifikasi dapat disimpulkan bahwa:
1. Hasil pengukuran ruangan Gedung Kuliah pada jam 10.00 hingga 14.00 tidak
memenuhi kondisi kenyamanan termal. Suhu efektif yang didapat > 26°C TE.
Adapun nilai TE keadaan awal dari jam 10.00 hingga 14.00 pada titik 2
ketinggian 1 m secara berurutan adalah 26.3°C, 27.3°C, 27.9°C, 28.3°C, dan
27.3°C.
2. Kenyamanan termal Gedung Kuliah B1 dengan atap hijau tanaman sambiloto
lebih baik dari pada kondisi Gedung Kuliah B1 keadaan existing. Aplikasi atap
hijau mampu menciptakan zona nyaman di dalam ruang Gedung Kuliah B1.
Suhu efektif (TE) pada keadaan terburuk, yaitu jam 13.00, pada titik 2
ketinggian 1 m turun 3°C dari kondisi awal 28°C menjadi 25°C.
3. Usulan modifikasi yang dilakukan, yaitu membuka kedua pasang pintu masuk
di bagian depan Gedung Kuliah B1 pada model yang telah menggunakan atap
hijau memberikan efek positif. Suhu efektif turun dibandingkan tanpa
membuka pintu. TE yang didapatkan pada keadaan terburuk, yaitu jam 13.00,
pada titik 2 ketinggian 1 m turun 1,9°C dari kondisi menggunakan atap hijau
saja 25°C menjadi 23.1°C. (Aplikasi atap hijau daun sambiloto dan pembukaan
kedua pasang pintu masuk dapat menjadi solusi penghematan penggunaan
energi karena pemakaian air conditioner dapat dikurangi)
Saran
1. Pintu masuk Gedung Kuliah B1 selalu dibuka keduanya pada saat pemakaian
agar sirkulasi udara lebih lancar dan menghindari udara yang terlalu lembab.
2. Atap hijau dapat diaplikasikan pada seluruh bangunan dengan geometri setipe
dengan Gedung Kuliah B1.
3. Jendela sebaiknya selalu dibuka untuk menghindari kelembaban udara yang
berlebih.
4. Aplikasi atap hijau sebaiknya diberlakukan sebagai upaya penghematan energi
jangka panjang dari pemakaian AC dan mengurangi pemakaian AC (air
conditioner) pada ruang sebelum jam 10.00 untuk menghemat energi.
5. Beban yang didapatkan bangunan akibat dari adanya tanah dan tanaman di atas
atap dirasa terlalu besar. Beban dari tanah dan tanaman sebesar 1325 kg/m 2 dan
518.80 kg/m2. Oleh karena itu maka untuk meningkatkan efektifitas dari
struktur bangunan maka tebal tanaman dapat dikurangi hingga pada batas
minimal zona perakaran tanaman sambiloto, yaitu 15 cm, sedangkan tinggi
tanaman dikontrol pada batas minimal ketinggian produktif tanaman sambiloto,
yaitu 30 cm. Apabila hal tersebut dilakukan maka beban dari tanah berkurang
menjadi 397.5 kg/m2 dan beban dari tanaman berkurang menjadi 207.52 kg/m2.
22
DAFTAR PUSTAKA
Arvi. 2007. Analisis Hubungan Penyinaran Matahari dan Suhu Udara dengan
Kelembaban Udara di Tangerang. Jurnal. Tangerang.
Avissar, R. and Yazhaq. 1982. Verification Study of Numerical Greenhouse
Microclimate Model. Trans. ASAE: 1711-1920
Bruce, Mary Jo. 1980. Green Roofing : A Rooftop Vineyard [internet]. [diacu
2013 April 3]. Tersedia dari: http://www.motherearthnews.com/green–
homes / green - roofing -/
Kurnia, Redny. 2010. Identifikasi Kenyamanan Termal Bangunan Ruang Kuliah
Kampus IPB Baranangsiang dan Darmaga Bogor. Jurnal. Geofisika dan
Meteorologi, Institut Pertanian Bogor.
Lipsmeier, Georg. 1994. Tropenbau Building in the Tropics, Bangunan Tropis,
Jakarta, Erlangga.
Satwiko, Prasasto. 2008. Fisika Bangunan, Yogyakarta, PenerbitAndi.
Scotia, Nova. 2011. Nova Scotia Green Roof Manual, Ecology Action Centre,
Canada.
Soegijanto. 1999. Bangunan di Indonesia dengan Iklim Tropis Lembab Ditinjau
dari Aspek Fisika Bangunan, Direktorat Jenderal Pendidikan Tinggi
Departemen Pendidikan dan Kebudayaan.
Talarosha, Basaria. 2005. Menciptakan Kenyamanan Termal dalam Bangunan.
Jurnal. Sistem Teknik Industri, Universitas Sumatera Utara.
Tjasyono, Bayong HK. 2004. Klimatologi, Bandung, Penerbit ITB.
Versteeg H K. Malalasekera W. 1995. An Introduction to Computational Fluid
Dynamics: The Finite.
Wooley, Tom. Green Building Handbook Vol.1, Manchester, ECRA. 1997. Hal.6
Yani, Ahmad. 2007. Analisis dan Simulasi Distribusi Suhu Udara pada Kandang
Sapi Perah Menggunakan ComputationalFluid Dynamics (CFD). Tesis.
Sekolah Pascasarjana, Institut Pertanian Bogor.
Latifah, Nur Laela. 2012. Kajian Kenyamanan Termal pada Bangunan Student
Center Itenas Bandung. Jurnal. Teknik Arsitektur, Institut Teknologi
Nasional.
23
24
25
26
Lampiran 2 Nomogram suhu efektif
27
Lampiran 3 Tahapan general setting
28
29
30
31
32
Lampiran 6 Validasi Data
33
Lampiran 6 Lanjutan
34
`
35
36
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Bogor, Jawa Barat pada
tanggal 29 Agustus 1991 dari pasangan suami istri
Anang Sudjana dan Eli. Penulis merupakan anak ketiga
dari tiga bersaudara, adik dari Maulana Fajar dan
Maulida R.M. Pada tahun 2009 lulus dari SMA Negeri
99 Jakarta dan diterima di Departemen Teknik Sipil dan
Lingkungan IPB melalui jalur USMI (Undangan Seleksi
Masuk IPB).
Selama mengikuti perkuliahan, penulis aktif
berrorganisasi di dalam lingkungan kampus IPB.
Penulis merupakan anggota aktif dari divisi musik Unit
Kegiatan Mahasiswa Music Agriculture X-Pression!!
(UKM MAX!!) sejak tahun 2009. Selama menjadi
anggota UKM MAX!! penulis pernah menjadi penanggung jawab Album
Kompilasi MAX!! ke 3 pada tahun 2010, menjadi Vice General Manager pada
kepengurusan 2011, penanggung jawab Inagurasi MAX!!7 tahun 2011,
penanggung jawab ACRA (Art Collaboration and Revolutionary Action) tahun
2012, dan menjabat sebagai General Manager MAX!! tahun kepengurusan 2012.