Pada bangunan yang disusun secara linear, tercipta jarak di antara bangunan yang menyebabkan aliran udara bergerak melalui lorong tersebut. Akan
tetapi, ketika bangunan diposisikan berselang, aliran udara dibelokkan oleh masing-masing bangunan sepanjang arah aliran udara Gambar 2.22.
Gambar 2.22 Aliran udara pada bangunan linear dan berselang Boutet, 1987:83
2.7.3 Pola Aliran Udara dan Kecepatan Angin pada Skala Bukaan Bangunan
Kecepatan dan arah angin di luar bangunan berperan penting terhadap bukaan pada bangunan. Bukaan pada bangunan menciptakan ventilasi untuk
pertukaran udara Mediastika, 2002. Pada skala bukaan bangunan, pola aliran udara dan kecepatan angin dipengaruhi oleh 3 hal, yaitu perletakan dan orientasi
bukaan, ukuran dan rasio bukaan, serta tipe bukaan Boutet, 1987.
2.8 Pemanfaatan Aliran Udara
Secara umum, Boutet 1987 menyatakan bahwa aliran udara berperan dalam meningkatkan kualitas kehidupan. Aliran udara tersebut antara lain
berperan dalam hal: a. kualitas udara
Polutan dapat ditemukan di mana saja. Salah satu contoh sederhananya adalah proses respirasi manusia yang dapat menimbulkan gas karbon dioksida. Oleh
karena itu, diperlukan ventilasi untuk menjaga kualitas udara di dalam ruangan dengan mengatur pertukaran aliran udara dari luar ke dalam.
b. energi Pemanfaatan aliran udara yang baik akan mengurangi kebutuhan energi,
sehingga kemudian menghemat biaya. Misalnya, dengan penggunaan ventilasi pada atap mengurangi sebagian besar perolehan panas, karena sebagian efek
sinar matahari pada bagian atap.
Universitas Sumatera Utara
c. kenyamanan Kenyamanan dan kesehatan selalu dipengaruhi oleh cuaca. Salah satu faktor
yang mempengaruhi aspek fisik kenyamanan adalah aliran udara atau angin Satwiko, 2009. Aliran udara angin akan mengurangi panas berlebih dengan
meningkatkan konveksi dan tingkat evaporasi.
2.9 Computational Fluid Dynamics CFD
Computational Fluid Dynamics CFD adalah program simulasi untuk memprediksi aliran udara atau angin Baskaran, 1996. Pada dasarnya, terdapat
berbagai jenis program simulasi CFD. Salah satunya adalah Autodesk Simulation CFD. Secara umum, metode simulasi dengan menggunakan program CFD ini
terbagi atas 3 tahap Cheung, 2010, yaitu: a. pra-proses, meliputi penetapan geometri domain, penentuan grid, serta
penentuan material dan kondisi batas boundary condition. b. proses, dimana geometri domain diproses berdasarkan hasil penentuan grid
dan kondisi batas boundary condition pada tahap pra-proses. c. pasca-proses, meliputi visualisasi dan interpretasi hasil simulasi.
Adapun pada penetapan geometri domain, ditentukan jarak antara bangunan atau massa-massa bangunan terhadap bidang batas boundary. Bidang
batas inlet, samping dan atas bangunan berjarak 5H dari bangunan tersebut; dimana H merupakan tinggi bangunan. Di sisi lain, bidang batas outlet bangunan
berjarak 15H dari bangunan tersebut agar perkembangan aliran udara dapat terlihat. Untuk kasus dimana bangunan terdiri atas beberapa massa bangunan,
maka tinggi bangunan H yang digunakan adalah tinggi dari massa bangunan tertinggi atau Hmax Hall, 1997 dalam Franke, 2004.
Di sisi lain, pada penentuan material dan kondisi batas, material udara pada kotak pembentuk batas boundary dan kondisi-kondisi pada seluruh bidang
batas ditetapkan
dengan menggunakan
persamaan-persamaan. Menurut
Nitatwichit 2008, untuk memprediksi pola aliran udara, digunakan model aliran udara yang berkaitan dengan turbulensi. Adapun persamaan yang digunakan
adalah persamaan-persamaan penutupan turbulensi k - ɛ Launder dan Spaulding,
Universitas Sumatera Utara
1974 dalam Nitatwichit, 2008. Berikut adalah persamaan untuk aliran udara incompressible steady-state,
1 dimana:
ρ densitas udara ϕ parameter komponen kecepatan angin rata-rata, tekanan, dan turbulensi
v kecepatan angin rata-rata
Γ koefisien difusi S
ϕ
source term diabaikan Persamaan ini juga dikenal sebagai persamaan konservasi generik untuk kuantitas
ϕ. Dengan mengintegrasikan persamaan ini pada sel yang bersifat control-volume, didapat persamaan:
2 Pada model turbulensi k -
ɛ, notasi k adalah energi kinetik, sedangkan ɛ adalah rasio disipasi turbulensi. Adapun persamaan viskositas turbulensi, yaitu:
3 Persamaan transport untuk k dan
ɛ ini adalah sebagai berikut:
4 5
dengan production term P, yakni:
6 Adapun pada persamaan-persamaan tersebut, v
t
adalah viskositas turbulensi, ρ adalah densitas udara, u
i
dan u
j
adalah komponen kecepatan angin rata-rata pada arah x
i
dan x
j
, μ dan μ
t
adalah viskositas dinamik laminar dan turbulen, dan δ
ij
adalah delta Kronecker. Konstanta model turbulensi yang digunakan pada
Universitas Sumatera Utara
persamaan 3-6, antara lain: C
μ
= 0,09; C ɛ
1
= 1,44; C ɛ
2
= 1,92; σ
k
= 1,0; dan σ
ɛ
= 1,3.
Aliran udara angin yang mendekat terbentuk dari persamaan model power-law sebagai berikut Fadl, 2013; Nitatwichit, 2008.
7 dimana:
u kecepatan angin di lokasi penelitian pada ketinggian z
u˳ kecepatan angin dari data cuaca setempat pada ketinggian acuan z˳ α parameter yang bervariasi sesuai dengan kekasaran tanah 0,14 untuk area
desa; 0,25 untuk area pinggiran kota; 0,33 untuk area kota z
ketinggian di lokasi penelitian z˳ ketinggian acuan 10 m dari permukaan tanah
2.9.1 Autodesk Simulation CFD
Autodesk Simulation CFD merupakan program simulasi aliran fluida dan termal untuk membantu menganalisa aliran fluida dan pergantian panas di dalam
maupun di luar bangunan. Adapun faktor-faktor seperti tampilan estetis, kenyamanan termal, kualitas udara dalam ruang, dan kebutuhan keamanan
menjadi pertimbangan. Autodesk Simulation CFD juga menyajikan simulasi yang nyata untuk membantu dalam menciptakan desain yang hemat energi dan
berkelanjutan Autodesk, 2011. Autodesk Simulation CFD ini telah digunakan untuk beberapa penelitian.
ElDabosy 2013 menggunakan program ini untuk mengevaluasi desain fasad dan bangunan untuk menciptakan ventilasi alami yang dapat meningkatkan kualitas
ruang pada bangunan, sehingga tercipta kenyamanan termal. Kemudian, Zhao 2014 juga menggunakan program ini untuk menyimulasikan kondisi angin dan
temperatur di taman Chanba. Adapun dari hasil simulasi tersebut, diperoleh solusi perencanaan kota dan desain layout, orientasi bangunan, desain hemat energi, dan
pemanfaatan energi.
Universitas Sumatera Utara
2.10 Studi Kasus Penelitian-Penelitian Terkait
Studi kasus penelitian-penelitian terkait ini berasal dari jurnal-jurnal yang berka
itan dengan judul penelitian „Pengaruh orientasi bangunan terhadap kecepatan angin pada massa bangunan dengan layout
berbentuk U‟. Berikut adalah beberapa studi kasus penelitian sejenis.
a. Computational analysis and visualisation of wind-driven naturally ventilated flows around a school building Nitatwichit, 2008
Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui distribusi aliran udara di sekitar bangunan sekolah akibat pengaruh bentuk dan orientasi bangunan. Penelitian
ini menggunakan metode simulasi dengan program Computational Fluid Dynamics CFD. Simulasi terhadap bangunan sekolah dilakukan dengan
menggunakan kecepatan angin yang sama untuk beberapa sudut arah datangnya angin. Adapun hasil dari penelitian ini adalah bahwa bangunan yang
berorientasi terhadap arah angin tidak selalu menghasilkan ventilasi yang baik pada ruang kelas; bentuk dan orientasi bangunan memiliki efek kuat terhadap
aliran udara di sekitarnya. b. CFD simulation for wind comfort and safety in urban area: a case study of
Coventry University Central Campus Fadl, 2013 Penelitian ini dilakukan untuk menyediakan gambaran kondisi jalur pejalan
kaki di sekitar Hub, bangunan baru yang merupakan bagian dari kampus universitas Coventry dan pada saat yang sama mempelajari pengaruh bentuk
bangunan terhadap distribusi angin. Metode penelitian yang digunakan adalah metode simulasi dengan program CFD. Simulasi dilakukan dengan variasi
kecepatan dan arah angin. Adapun hasil dari penelitian ini, antara lain: karakteristik dan distribusi kecepatan angin bervariasi untuk arah angin yang
berbeda; faktor peningkatan kecepatan angin di area yang melebar lebih besar dibandingkan dengan di area yang menyempit.
2.11 Sintesa Kajian Pustaka
