ANALISIS KENYAMANAN TERMAL PENGGUNAAN MATERIAL MODERN PADA RUMAH BADUY DALAM DENGAN TEKNIK COMPUTATIONAL FLUID DYNAMIC SKRIPSI RENDY PRAYOGI F

Transkripsi

1 ANALISIS KENYAMANAN TERMAL PENGGUNAAN MATERIAL MODERN PADA RUMAH BADUY DALAM DENGAN TEKNIK COMPUTATIONAL FLUID DYNAMIC SKRIPSI RENDY PRAYOGI F FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2012

2 ANALYSIS OF THERMAL COMFORT USING MODERN BUILDING MATERIAL IN BADUY DALAM HOUSE WITH COMPUTATIONAL FLUID DYNAMIC Rendy Prayogi 1, Meiske Widyarti 2 1 Department of Civil and Environmental Engineering, Faculty of Agricultural Technology, Bogor Agricultural University, IPB Darmaga Campus, PO BOX 220, Bogor, West Java, Indonesia. ABSTRACT Eco-house is the applying of an ecological design on building. In Indonesia, Baduy Dalam community are examples of people who still have and perform local knowledge in their lifestyle including implementing ecological design in their homes. In this research, has been performed an analysis of thermal comfort in Baduy Dalam homes. The analysis had been performed by using three combinations of roof, wall and floor materials in Baduy Dalam s house which are ceramic- brickceramic; concrete-brick- ceramic and asbestos cement-brick-ceramic. The analysis performed by a simulation techniques using a computer program Computational Fluid Dynamic (Solidworks 2011) to get a distribution model of air temperature, air movement, and relative humidity(rh) in the building. The input of environmental data such as temperature, RH, solar radiation, and wind speed used a 13 November 2010 s datas. The simulations carried out at 11:00, 13:00, 15:00, 19:00, 21:00, and 23:00. The simulation results of the most unsatisfied thermal comfort conditions using a combination 1 materials are; temperature C, RH 20.71%, air flow m/s, combination 2 are temperature C, RH 17.10%, air flow m/s, and combination 3 are; temperature C, RH 24.14%, and air flow m/s. The simulation results show that the worst conditions are combination 2 (concrete roof, brick walls and cement floor). The highest temperature is C at 13:00. Modifications is made to the worst house condition by adding vents on the Baduy Dalam house and the results are temperature was C lower at Imah and C lower at Tepas. Keyword: Baduy Dalam house, building materials, Eco-house modern, Simulation.

3 Rendy Prayogi. F Analisis Kenyamanan Termal Penggunaan Material Modern Pada Rumah Baduy Dalam Dengan Teknik Computational Fluid Dynamic. Di bawah bimbingan Meiske Widyarti. RINGKASAN Penerapan desain ekologis pada hunian bagi manusia disebut dengan Ecological House (Ecohouse). Di Indonesia rumah masyarakat Baduy Dalam merupakan satu contoh masyarakat yang memiliki kearifan lokal dan desain ekologis. Desain rumah Baduy Dalam dengan material yang digunakan menjamin terjadinya pergerakan udara agar pertukaran udara bersih terus berlangsung. Hal ini juga berdampak pada terjaganya suhu ruangan. Pada penelitian ini dilakukan analisis kenyamanan termal rumah Baduy Dalam yang menggunakan material bangunan modern. Penelitian dilakukan menggunakan teknik Computational Fluid Dynamics (CFD) yang memodelkan pola pergerakan dan distribusi suhu udara di dalam bangunan. Simulasi pola aliran udara, RH, dan distribusi suhu udara dibuat menggunakan program Solidworks 2011 dengan data masukan berupa data kondisi lingkungan seperti suhu, radiasi matahari, kelembaban relatif, dan kecepatan angin pada tanggal 13 November Simulasi dilakukan pada denah rumah Baduy Dalam dengan menggunakan 3 kombinasi material modern yaitu kombinasi 1 berupa atap keramik, dinding bata, dan lantai semen, kombinasi 2 berupa atap beton, dinding bata, dan lantai semen, serta kombinasi 3 berupa atap asbes, dinding bata, dan lantai semen. Simulasi di dalam rumah menggunakan kombinasi material yang berbeda mendapatkan perbedaan pada kondisi pengudaraannya antara lain suhu udara, kecepatan angin, dan kelembaban relatif. Simulasi dilakukan pada saat kondisi udara terpanas yaitu jam 11:00, 13:00, 15:00 serta pada saat malam hari yaitu jam 19:00, 21:00, dan 23:00. Pada penelitian ini nilai pengudaraan hasil simulasi diambil pada 3 titik berbeda di dalam rumah yaitu di dekat atap, di ruang Imah dan Tepas dengan jarak 1 m dari lantai. Hasil simulasi menunjukkan bahwa kombinasi material 1, 2, dan 3 memiliki kondisi nilai pengudaraan yang tinggi pada siang hari. Hasil simulasi suhu, RH, dan kecepatan udara tertinggi ketiga kombinasi material adalah suhu 52 C, RH 20.71%, kecepatan aliran m/s untuk kombinasi 1, kombinasi 2 diperoleh suhu C, RH 17.10%, kecepatan aliran m/s, dan C, RH 24.14%, kecepatan aliran m/s untuk kombinasi 3, sedangkan pada malam hari suhu udara berkisar antara 23 C-24 C, RH 90%-95%, dan kecepatan aliran udara m/s m/s untuk semua kombinasi material. Kondisi pengudaraan tertinggi di dalam rumah diperoleh pada material kombinasi 2. Suhu tertinggi diperoleh pada jam 13:00 sebesar C dengan RH 17.10%. Modifikasi denah rumah Baduy Dalam dilakukan pada material modern kombinasi 2 karena hasil simulasi suhu yang lebih tinggi dari material kombinasi lainnya. Modifikasi berupa penambahan ventilasi pada bagian depan, belakang, serta samping kanan dan kiri rumah. Hasil simulasi suhu sebesar C di Imah dan C di Tepas. Penurunan suhu terjadi cukup signifikan dengan sebelum modifikasi yaitu turun C di Imah dan C di Tepas. Hasil setelah modifikasi lebih baik dari sebelum modifikasi namun masih berada diatas suhu normal ruangan.

4 ANALISIS KENYAMANAN TERMAL PENGGUNAAN MATERIAL MODERN PADA RUMAH BADUY DALAM DENGAN TEKNIK COMPUTATIONAL FLUID DYNAMIC SKRIPSI Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar SARJANA TEKNIK Pada Departemen Teknik Sipil dan Lingkungan, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor Oleh: RENDY PRAYOGI F FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2012

5 Judul Skripsi Nama NIM : Analisis Kenyamanan Termal Penggunaan Material Modern Pada Rumah Baduy Dalam Dengan Teknik Computational Fluid Dynamic : Rendy Prayogi : F Menyetujui, Pembimbing Akademik Dr. Ir. Meiske Widyarti, M.Eng NIP Mengetahui: Ketua Departemen Teknik Sipil dan Lingkungan Prof. Dr. Ir. Asep Sapei, M.Sc NIP Tanggal lulus:

6 PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN SUMBER INFORMASI Saya menyatakan dengan sebenar-benarnya bahwa skripsi dengan judul Analisis Kenyamanan Termal Penggunaan Material Modern Pada Rumah Baduy Dalam Dengan Teknik Computational Fluid Dynamic adalah hasil karya saya sendiri dengan arahan Dosen Pembimbing Akademik, dan belum diajukan dalam bentuk apapun pada perguruan tinggi manapun. 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. Bogor, November 2012 Yang membuat pernyataan Rendy Prayogi F

7 Hak cipta milik Rendy Prayogi, tahun 2012 Hak cipta dilindungi Dilarang mengutip dan meperbanyak tanpa izin tertulis dari Institut pertanian Bogor, sebagian atau seluruhnya dalam bentuk apapun, baik cetak, fotocopi, microfilm, dan sebagainya.

8 BIODATA PENULIS Penulis dilahirkan di Bandar Lampung, 19 Oktober 1990 dari pasangan Bapak Mat Rohim dan Ibu Martini. Penulis melaksanakan pendidikannya dari SD Negeri 1 Sukarame Bandar Lampung dilanjutkan ke SMP Negeri 4 Prabumulih dan kemudian ke SMA Negeri 2 Prabumulih. Penulis diterima di IPB melalui jalur USMI tahun 2008 dan masuk Departemen Teknik Sipil dan Lingkungan IPB angkatan 45 dibagian Teknik Struktur dan Infrastruktur. Selama menjadi mahasiswa IPB, penulis telah mengikuti organisasi kampus serta berbagai kepanitian untuk menambah pengalaman, baik yang menunjang pendidikan dan keprofesian maupun yang memperkaya pengalaman terutama softskill yang tidak didapatkan di bangku perkuliahan. Diantaranya adalah Staf Depertemen Keprofesian HIMATESIL 2010, Staf Departemen Pengembangan Sumber Daya SIL HIMATESIL Dan beberapa kepanitian, diantaranya Panitia Pemilihan Raya KM IPB 2008 dan Panitia SIL EXPO Penulis juga berhasil memperoleh prestasi selama menjadi mahasiswa IPB baik akademik dan non akademik, diantaranya penerima beasiswa Coca-Cola Foundation tahun 2012, Peserta Lomba Eco-house Design Competition II di UGM Penulis melaksanakan Praktik Lapang di CV. Gupeta Wira Utama dan berhasil menyelesaikan laporan praktik lapangannya dengan judul Mempelajari Manajemen Proyek CV. Gupeta Wira Utama Pada Proyek Pelebaran Jalan Bukit Kemuning-Padang Tambak dan pada tahap terakhir strata 1, penulis dapat menyelesaikan tugas akhirnya dengan judul Analisis Kenyamanan Termal Penggunaan Material Modern Pada Rumah Baduy Dalam Dengan Teknik Computational Fluid Dynamic untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik di bawah bimbingan Dr. Ir. Meiske Widyarti, M.Eng.

9 KATA PENGANTAR Alhamdulilahirobbil alamin, segala puji bagi Allah SWT yang telah memberikan kenikmatan iman sehingga bisa mengotimalkan potensi-potensi yang telah Allah berikan. Skripsi yang berjudul Analisis Kenyamanan Termal Penggunaan Material Modern Pada Rumah Baduy Dalam Dengan Teknik Computational Fluid Dynamic dapat diselesaikan karena nikmat Allah berupa akal untuk berfikir, ilmu yang bermanfaat, serta hati yang tergerak untuk melakukan hal yang bermanfaat. Sholawat serta salam saya tujukan kepada Nabi Muhammad SAW, keluarganya, sahabat-sahabatnya, hingga umatnya hingga akhir zaman, dan semoga kita bisa mengikuti sunah beliau sehingga selamat dunia akhirat. Penulis menyadari bahwa tugas akhir ini dapat terselesaikan karena dukungan dan doa dari berbagai pihak. Pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada: 1. Orang tua tercinta, Bapak Mat Rohim dan Ibu Martini, Ibu Ria Sukma serta adik-adik saya Riyan Prayoga, Reza Agustian, M. Yuzril Rori, dan M. Mahardika Putra Rori. Semoga Allah membalas kebaikan serta doa-doa kalian. 2. Ibu Dr. Ir. Meiske Widyarti, M.Eng selaku dosen pembimbing tugas akhir. Terima kasih atas kesabaran serta ilmu yang diberikan, semoga Allah mencatatnya sebagai amalan kebaikan. 3. Bapak Dr. Satyanto K Saptomo, S.TP, M.Si dan Sutoyo, S.TP, M.Si selaku dosen penguji pada ujian skripsi. Semoga saya bisa segera memperbaiki tulisan ini dari masukan yang bapak berikan. 4. Teman seperjuangan satu bimbingan Oki, Bayu, dan Agus. Terima kasih kerjasama dan dukungannya. 5. Sahabat-sahabat satu perjuangan SIL 45. Semoga kita tetap istiqomah menggapai ridho Ilahi. Tetap berjuang dan terus berkarya. SIL WOW 6. Teman-teman IKAMUSI dan KIB. Terima kasih. 7. Seluruh staf Departemen Teknik Sipil dan Lingkungan IPB yang telah banyak membantu baik selama perkuliahan maupun selama penelitian. Penulis meminta maaf karena menyadari bahwa dalam penulisan tugas akhir ini masih terdapat banyak kekurangan dan kelemahan dalam berbagai hal karena keterbatasan penulis. Penulis berharap semoga tugas akhir ini bermanfaat. Bogor, November 2012 Rendy Prayogi iii

10 DAFTAR ISI Halaman KATA PENGANTAR... iii DAFTAR ISI... iv DAFTAR GAMBAR... vi DAFTAR TABEL... ix DAFTAR LAMPIRAN... x I. PENDAHULUAN Latar Belakang Tujuan... 2 II. TINJAUAN PUSTAKA Rumah Masyarakat Baduy Eco-house Kenyamanan Termal Dalam Ruangan Suhu Udara Aliran Udara Radiasi Matahari Perpindahan Panas Ventilasi Kelembaban Relatif Udara Computational Fluid Dynamic (CFD) Solidworks III. METODOLOGI Waktu Dan Tempat Penelitian Alat Dan Bahan Tahapan Penelitian Penggambaran geometri rumah Baduy Dalam Input data lingkungan dan data yang diambil pada simulasi rumah Baduy Dalam dengan material tradisional iv

11 Material Bangunan Simulasi CFD Hasil Simulasi Membandingkan Hasil Simulasi IV. HASIL DAN PEMBAHASAN Iklim Lingkungan disekitar miniatur Rumah Baduy Dalam Penggambaran Geometri Hasil Simulasi Hasil simulasi kombinasi Hasil Simulasi Kombinasi Hasil Simulasi Kombinasi Perbandingan Hasil Simulasi dengan Simulasi Material Tradisional Modifikasi dan Simulasi Rumah Baduy Dalam Material Kombinasi V. PENUTUP KESIMPULAN SARAN DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN v

12 DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 1. Arah aliran udara yang melewati bangunan (Boutet, 1987)... 5 Gambar 2. Gerakan udara pada beberapa bentuk bangunan... 5 Gambar 3. Diagram alir penelitian Gambar 4. Tipe analisis dan input nilai radiasi untuk kasus kombinasi Gambar 5. Tipe analisis dan input fluida untuk kasus kombinasi Gambar 6. Pengaturan material padat untuk kasus kombinasi Gambar 7. Kondisi dinding pada kasus kombinasi Gambar 8. Kondisi lingkungan untuk kasus kombinasi Gambar 9. Titik-titik pengambilan data iklim hasil simulasi Gambar 10. Tampak piktorial domain dan geometri rumah Baduy Dalam Gambar 11. Tampak depan distribusi suhu udara jam 11: Gambar 12. Tampak depan kontur dan vektor kecepatan aliran udara jam 11: Gambar 13. Tampak atas kontur dan vektor kecepatan aliran udara jam 11: Gambar 14. Kontur kelembaban relatif material kombinasi 1 jam 11: Gambar 15. Tampak depan distribusi suhu udara jam 13: Gambar 16. Tampak depan vektor kecepatan aliran udara jam 13: Gambar 17. Tampak atas vektor kecepatan aliran udara jam 13: Gambar 18. Kontur kelembaban relatif material kombinasi 1 jam 13: Gambar 19. Tampak depan distribusi suhu udara jam 15: Gambar 20. Tampak depan vektor kecepatan aliran udara jam 15: Gambar 21. Tampak atas vektor kecepatan aliran udara jam 15: Gambar 22. Kontur kelembaban relatif material kombinasi 1 jam 15: Gambar 23. Tampak depan distribusi suhu udara jam 19: Gambar 24. Tampak depan vektor kecepatan aliran udara jam 19: Gambar 25. Tampak atas vektor kecepatan aliran udara jam 19: Gambar 26. Kontur kelembaban relatif material kombinasi 1 jam 19: Gambar 27. Tampak depan distribusi suhu udara jam 21: Gambar 28. Vektor kecepatan aliran udara jam 21: Gambar 29. Kontur kelembaban relatif material kombinasi 1 jam 21: Gambar 30. Tampak depan distribusi suhu udara jam 23: Gambar 31. Vektor kecepatan aliran udara jam 23: Gambar 32. Kontur kelembaban relatif material kombinasi 1 jam 23: Gambar 33. Grafik simulasi suhu dan RH material kombinasi Gambar 34. Grafik kecepatan aliran udara hasil simulasi kombinasi vi

13 Gambar 35. Distribusi suhu udara simulasi kombinasi 2 pada jam 11: Gambar 36. Tampak depan vektor kecepatan aliran udara simulasi kombinasi 2 jam 11: Gambar 37. Tampak atas vektor kecepatan aliran udara simulasi kombinasi 2 jam 11: Gambar 38. Kontur kelembaban relatif simulasi kombinasi 2 jam 11: Gambar 39. Distribusi suhu udara simulasi kombinasi 2 jam 13: Gambar 40. Tampak atas vektor kecepatan aliran udara simulasi kombinasi 2 jam 13: Gambar 41. Tampak atas vektor kecepatan aliran udara simulasi kombinasi 2 jam 13: Gambar 42. Kontur kelembaban relatif material kombinasi 2 jam 13: Gambar 43. Distribusi suhu udara simulasi kombinasi 2 jam 15: Gambar 44. Tampak depan vektor kecepatan aliran udara simulasi kombinasi 2 jam 15: Gambar 45. Kontur kelembaban relatif material kombinasi 2 jam 15: Gambar 46. Distribusi suhu udara simulasi kombinasi 2 jam 19: Gambar 47. Vektor kecepatan aliran udara simulasi kombinasi 2 jam 19: Gambar 48. Kontur kelembaban relatif material kombinasi 2 jam 19: Gambar 49. Distribusi suhu udara simulasi kombinasi 2 jam 21: Gambar 50. Vektor kecepatan aliran udara simulasi kombinasi 2 jam 21: Gambar 51. Kontur kelembaban relatif material kombinasi 2 jam 21: Gambar 52. Distribusi suhu udara simulasi kombinasi 2 jam 23: Gambar 53. Vektor kecepatan aliran udara simulasi kombinasi 2 jam 23: Gambar 54. Kontur kelembaban relatif material kombinasi 2 jam 23: Gambar 55. Grafik simulasi suhu dan RH material kombinasi Gambar 56. Grafik simulasi aliran udara material kombinasi Gambar 57. Distribusi suhu udara simulasi kombinasi 3 jam 11: Gambar 58. Tampak depan vektor kecepatan aliran udara simulasi kombinasi 3 jam 11: Gambar 59. Kontur kelembaban relatif simulasi kombinasi 3 jam 11: Gambar 60. Distribusi suhu udara simulasi kombinasi 3 jam 13: Gambar 61. Tampak depan vektor kecepatan aliran udara simulasi kombinasi 3 jam 13: Gambar 62. Tampak atas vektor kecepatan aliran udara simulasi kombinasi 3 jam 13: Gambar 63. Kontur kelembaban relatif simulasi kombinasi 3 jam 13: Gambar 64. Distribusi suhu udara simulasi kombinasi 3 jam 15: Gambar 65. Tampak depan vektor kecepatan aliran udara simulasi kombinasi 3 jam 15: Gambar 66. Kontur kelembaban relatif simulasi kombinasi 3 jam 15: Gambar 67. Distribusi suhu udara simulasi kombinasi 3 jam 19: Gambar 68. Vektor kecepatan aliran udara simulasi kombinasi 3 jam 19: Gambar 69. Kontur kelembaban relatif simulasi kombinasi 3 jam 19: Gambar 70. Suhu udara hasil simulasi kombinasi 3 jam 21: Gambar 71. Vektor kecepatan aliran udara simulasi kombinasi 3 jam 21: Gambar 72. Kontur kelembaban relatif kombinasi simulasi 3 jam 21: Gambar 73. Suhu udara hasil simulasi kombinasi 3 jam 23: vii

14 Gambar 74. Vektor kecepatan aliran udara simulasi kombinasi 3 jam 23: Gambar 75. Kontur kelembaban relatif simulasi kombinasi 3 jam 23: Gambar 76. Grafik hasil simulasi suhu dan RH material kombinasi Gambar 77. Grafik hasil simulasi aliran udara material kombinasi Gambar 78. Grafik perbandingan suhu udara rumah Baduy Dalam material tradisional dan modern. 44 Gambar 79. Grafik perbandingan aliran udara rumah Baduy Dalam material tradisional dan modern45 Gambar 80. Grafik perbandingan RH antara rumah Baduy Dalam material tradisional dan modern.. 46 Gambar 81. Denah modifikasi rumah Baduy Dalam dengan penambahan ventilasi Gambar 82. Hasil simulasi distribusi suhu udara rumah modifikasi Gambar 83. Hasil simulasi vektor kecepatan udara rumah modifikasi Gambar 84. Hasil simulasi RH rumah modifikasi Gambar 85. Grafik perbandingan suhu dan RH rumah modifikasi Gambar 86. Grafik perbandingan kondisi aliran udara rumah modifikasi viii

15 DAFTAR TABEL Halaman Tabel 1. Hasil penelitian batas-batas kenyamanan dinyatakan dalam temperatur efektif... 4 Tabel 2. Contoh input kondisi awal dan kondisi batas simulasi pada siang hari Tabel 3. Data material rumah yang dimasukkan ke Engineering Database Solidworks Tabel 4. Koordinat titik pengukuran hasil simulasi kondisi pengudaraan Tabel 5. Dimensi ventilasi rumah Baduy Dalam modifikasi Tabel 6. Data kondisi lingkungan penelitian sebagai data masukkan simulasi Tabel 7. Hasil simulasi iklim mikro rumah Baduy Dalam kombinasi Tabel 8. Hasil simulasi kondisi pengudaraan material kombinasi Tabel 9. Hasil Simulasi kondisi pengudaraan material kombinasi Tabel 10. Hasil simulasi kondisi pengudaraan rumah Baduy Dalam material tradisional Tabel 11. Perbandingan hasil simulasi rumah sebelum dan setelah modifikasi ix

16 DAFTAR LAMPIRAN Halaman Lampiran 1. Data kondisi iklim lingkungan penelitian tanggal 13 November Lampiran 2. Tampak depan denah rumah Baduy Dalam Lampiran 3. Tampak samping denah rumah Baduy Dalam x

17 I. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Saat ini perkembangan pembangunan begitu pesat, hal ini dapat dilihat dari pembangunan gedung bertingkat yang meningkat jumlahnya dengan pesat di berbagai belahan dunia termasuk di Indonesia. Sangat disayangkan banyaknya pembangunan sekarang ini tanpa disertai dengan pengetahuan mengenai dampaknya terhadap lingkungan. Penggunaan sumber daya alam yang sedemikian besar karena pola pembangunan dan penggunaan material saat ini dari masyarakat, dapat menyebabkan terjadinya penurunan kualitas lingkungan jika kondisi ini terus berlangsung. Maka dari itu harus dimulai suatu pembangunan yang ekonomis, efisien, dan efektif serta berwawasan lingkungan. Setiap aktifitas manusia harus terintegrasi dengan alam, dimana pembangunan yang dilakukan mendukung kesehatan manusia serta menjaga kelestarian alam. Masyarakat harus mengutamakan gaya hidup yang berdampak rendah terhadap lingkungan, dengan cara antara lain membuat bangunan ekologis, produksi organik, dan penggunaan energi alternatif. Desain bangunan yang harus dilakukan ialah desain ekologis dan mengutamakan kehidupan yang harmoni dengan semua ekosistem yang ada di bumi. Penerapan desain ekologis pada rumah hunian bagi manusia disebut dengan Ecological House (Eco-house). Ecohouse merupakan sistem membangun rumah yang ramah lingkungan dan efisien dalam penggunaan sumber daya seperti mengurangi biaya operasional dengan menggunakan material yang ada di daerah tertentu dan jumlahnya banyak, kemudian mengurangi penggunaan energi dan air, dan mengelola kualitas udara dalam bangunan agar kesehatan penghuninya terjaga. Indonesia merupakan negara kepulauan yang memiliki berbagai budaya dan adat-istiadat, banyak warisan budaya yang ada di setiap daerah di Indonesia. Salah satunya adalah warisan berupa rumah adat yaitu rumah tinggal bagi masyarakat asli, contohnya Rumah Kesepuhan dari Jawa Barat, Rumah Limas dari Sumatera Selatan, Rumah Kebaya dari Jakarta, Rumah Gadang dari Sumatera Barat dan lain-lain. Selain itu terdapat pula suku-suku di berbagai tempat di Indonesia yang juga memiliki warisan budaya berupa rumah hunian seperti Suku Baduy Dalam. Masyarakat Baduy Dalam merupakan suku asli Indonesia yang sejak berabad-abad silam hidup tanpa bantuan dari manapun. Masyarakat Baduy Dalam dikenal dengan kearifan lokalnya yang mengutamakan konservasi dan gaya hidup terintegrasi dengan alam. Hingga saat ini sebagian masyarakat Baduy Dalam masih tetap mempertahankan adat dan budayanya. Rumah adat tersebut diduga kebanyakan telah memiliki konsep desain ekologis seperti sirkulasi udara di dalam rumah juga material bangunannya dari material alami. Sebelumnya telah dilakukan penelitian terhadap rumah Baduy Dalam tentang rekonstruksi konsep eco-house Baduy Dalam oleh Dr. Ir. Meiske Widyarti, M.Eng merupakan salah satu dosen pada Departemen Teknik Sipil dan Lingkungan, IPB. Hasil penelitian yang berjudul Kajian dan Rekonstruksi Konsep Eco-village dan Eco-house Pada Permukiman Baduy Dalam Berdasarkan Community Sustainability Assesment dilakukan analisis aliran udara, suhu, dan kelembaban bangunan rumah Baduy Dalam dengan hasil yang baik dan mendapatkan bahwa rumah Baduy Dalam berdesain ekologis. Pada penelitian ini dilakukan analisis lanjutan tentang kenyamanan termal rumah Baduy Dalam, lalu hasil penelitian ini akan dibandingkan dengan bangunan yang menggunakan material tradisional. Apabila tingkat kenyamanan pada rumah Baduy Dalam yang bermaterial modern lebih rendah maka akan dilakukan modifikasi desain seperti penambahan ventilasi agar terjadi sirkulasi udara yang baik di dalam ruangan. Metode yang digunakan untuk menganalisis dan memodelkan pola 1

18 pergerakan dan distribusi suhu udara di dalam bangunan adalah teknik Computational Fluid Dynamics (CFD). Computational Fluid Dynamics (CFD) adalah cabang ilmu dinamika fluida yang memberikan nilai efektif untuk simulasi aliran-aliran nyata dengan menggunakan solusi numerik dari persamaan yang terlibat (Sayma, 2009) Tujuan Tujuan dari penelitian ini adalah sebagai berikut: 1. Melakukan modifikasi material dinding dan atap pada denah rumah Baduy Dalam. 2. Melakukan analisis dinamika pola aliran udara, suhu, dan kelembaban rumah Baduy Dalam yang menggunakan material modern dengan teknik simulasi CFD. 3. Melakukan analisis simulasi pola aliran udara, kelembaban relatif, dan distribusi suhu udara di dalam rumah Baduy Dalam dengan kondisi pengudaraan terburuk setelah modifikasi dengan menambahkan ventilasi. 2

19 II. TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Rumah Masyarakat Baduy Rumah bagi masyarakat Baduy hanya berfungsi sebagai tempat untuk beristirahat pada malam hari atau ketika sakit ataupun saat ada keperluan yang mengharuskan mereka untuk tetap tinggal. Rumah Baduy berupa panggung sederhana dari bahan kayu ringan dan bambu. Rumah pada umumnya berukuran antara 3 m, 4,5 m, 6 m dan 9 m. Besar kecil ukuran rumah tergantung pada kemampuan pemilik dan kesedian lahan (Widyarti, 2011). Struktur bangunan rumah Baduy adalah sistem rangka yang terbuat dari kayu berupa balok dan tiang persegi empat. Penutup dinding terbuat dari anyaman bambu, yang dibiarkan pada warna dan karakter aslinya. Detail pengakhiran anyaman bambu untuk penutup dinding adalah bambu yang dibelah. Konstruksi bangunan disambung dengan sistem ikatan, tumpuan, pasak, tumpuan berpaut, dan sambungan berkait. Bahan bangunan yang dipergunakan untuk mengikat suatu sambungan adalah ijuk dan bambu. Menurut Permana (2006) struktur penutup lantai menggunakan bambu yang disebut dengan palupuh, sementara itu penutup atap menggunakan rumbia, yang didukung dengan konstruksi bambu dan diikat dengan menggunakan rotan. Pembagian ruang di dalam rumah Baduy Dalam antara lain Imah yaitu ruang pusat atau inti rumah, Sosoro yaitu ruang depan setelah pintu masuk dan Tepas yaitu ruang tanpa sekat dan lantai sejajar dengan Sosoro (Widyarti, 2011). 2.2 Eco-house Eco-house adalah sistem membangun rumah yang ramah lingkungan dan efisien dalam penggunaan sumber daya (Widyarti, 2011). Eco-house dikenal juga dengan bangunan yang berkelanjutan, maksudnya pembangunan yang mengarah pada keuntungan dalam mengurangi biaya operasional, memperbaiki kesehatan penghuni rumah dengan memperbaiki kualitas udara dan mengurangi buangan limbah baik cair maupun padat ke lingkungan dengan cara melakukan pengolahan (treatment plan). Beberapa arsitek melihat proses desain sebagai jalur produksi dengan bangunan sebagai produk yang akan dibangun pada suatu tempat dan tentunya memperhatikan aspek terhadap kualitas lingkungan akibat adanya pembangunan tersebut. Eco-house menerapkan konsep desain ekologis dimana dalam membangun harus terikat pada tempat (memanfaatkan hasil alam dengan bijak), mengelola air, angin serta denyut kehidupan alam dan sejarah lokal. Selain itu, prilaku sederhana juga akan berkontribusi pada budaya berkelanjutan seperti terwujudnya kesehatan manusia dan ekosistem. Desain eco-house yang berkelanjutan adalah desain yang memastikan bahwa dilakukan penelusuran terhadap dampak lingkungan dari desain yang dibuat. 2.3 Kenyamanan Termal Dalam Ruangan Di daerah iklim tropis, kenyamanan termal dalam suatu ruang dapat dicapai apabila fluktuasi suhu didalam bangunan relatif sama dengan fluktuasi suhu diluar ruangan (Givoni, 1989). Menurut Mangun Wijaya Y.B (1994) secara umum suhu ruangan yang ideal ialah antara 20 C-25 C kelembaban 40%-50% dan gerak udara yang sedang 5 cm/detik-20 cm/detik. Kenyamanan termal adalah suatu kondisi termal yang dirasakan oleh manusia yang dikondisikan oleh lingkungan dan benda-benda disekitar arsitekturnya. Kenyamanan termal dalam suatu ruangan tergantung dari banyak hal, seperti temperatur udara, kelembaban udara, temperatur radiasi rata-rata dari dinding dan atap, kecepatan gerakan udara, serta tingkat pencahayaan dan 3

20 distribusi cahaya pada dinding pandangan (Frick, 1998). Berikut beberapa hasil penelitian batas-batas Kenyamanan yang dinyatakan dalam temperatur efektif: Tabel 1. Hasil penelitian batas-batas kenyamanan dinyatakan dalam temperatur efektif Pengarang Tempat Kelompok Manusia Batas Kenyamanan ASHRAE USA selatan (30 o LU) Peneliti 20,5-24,5 o C TE Rao Calkutta (22 o LU) India 20-24,5 o C TE Webb Singapura Khatulistiwa Malaysia, Cina o C TE Mom Jakarta (6 o LS) Indonesia o C TE Ellis Singapura Khatulistiwa Eropa o C TE (Lippsmeier 1980) 2.4 Suhu Udara Suhu udara merupakan salah satu faktor atau parameter lingkungan yang sangat penting bagi kenyamanan di dalam eco-house. Suhu udara dalam ruang dipengaruhi oleh energi radiasi dari matahari, pindah panas konveksi, intensitas radiasi matahari, kecepatan dan arah angin, serta suhu udara lingkungan dilihat secara umum. Bangunan didirikan untuk melindungi penghuni dari kondisi iklim luar bangunan dengan lingkungan dalam yang aman dan nyaman. Perlu dirancang bangunan yang mampu menanggapi kondisi-kondisi iklim lingkungan luar dan dalam maupun persyaratan kenyamanan penghuni bangunan. Pada desain eco-house perlu adanya ruang gerak udara agar pertukaran udara bersih terus berlangsung, hal ini juga bertujuan agar terjaganya suhu ruangan dimana suhu ruang yang sehat berkisar antara 20 o C-25 o C. Tingkat kenyamanan termal untuk orang Indonesia yang memakai pakaian harian biasa, batas atas nyaman optimal adalah 28 o C dan kelembaban udara relatif 70% atau 25,8 o C temperatur efektif, dan batas bawah adalah 24 o C dengan kelembaban udara relatif 80% atau 22,8 o C temperatur efektif (Lippsmeier, 1980). 2.5 Aliran Udara Angin dalam bentuk sederhana dapat dibatasi sebagai gerak horizontal udara relatif terhadap permukaan bumi. Angin merupakan penghantar yang sangat efektif dalam proses pemindahan energi dan massa udara secara konveksi dibanding proses difusi dan konduksi. Angin memindahkan panas, uap air serta amoniak dari permukaan tanah atau tanaman ke atmosfer (Handoko, 1994). Angin juga diartikan sebagai aliran udara yang diakibatkan oleh rotasi bumi dan juga karena adanya perbedaan tekanan udara di sekitarnya. Angin pada daerah iklim tropis-lembab cenderung minim, biasanya berhembus agak kuat di siang hari atau pada musim pancaroba. Udara bergerak dari tempat bertekanan udara tinggi ke udara bertekanan rendah. Udara yang masuk ke dalam rumah memiliki laju kecepatan yang tergantung pada luas ventilasi. Pergerakan udara adalah aspek yang penting untuk kenyamanan termal, terlebih di daerah panas, seperti halnya di daerah tropis. Aliran udara merupakan faktor perencanaan yang penting karena sangat mempengaruhi kondisi iklim, baik untuk setiap rumah ataupun kota. Gerakan aliran udara menimbulkan pelepasan panas dari permukaan kulit oleh penguapan. Semakin besar kecepatan udara, semakin besar panas yang hilang. Tetapi ini hanya terjadi selama temperatur udara lebih rendah daripada temperatur kulit. Sehingga arah angin sangat menentukan orientasi bangunan. Jika di daerah lembab diperlukan sirkulasi udara yang terus-menerus, di daerah kering cenderung membiarkan sirkulasi udara hanya pada waktu dingin atau malam hari. Karena itu di daerah tropika basah, dinding- 4

21 dinding luar sebuah bangunan terbuka untuk sirkulasi udara lebih besar daripada yang dibutuhkan untuk pencahayaan. Sedangkan di daerah kering, lubang cahaya biasanya dibuat lebih kecil dari pada yang diperlukan. Cara yang baik digunakan untuk merancang sistem sirkulasi udara alami adalah dengan sistem ventilasi silang (cross ventilation). Pada sistem ventilasi silang, sirkulasi udara telah diatur sedemikian rupa agar bisa mengalirkan udara dari satu titik ventilasi udara menuju titik ventilasi udara lainnya (Mannan, 2007). Dengan adanya perbedaan tekanan di dalam dan di luar bangunan, maka aliran udara tidak terjebak di dalam rumah, yang menyebabkan rumah terasa pengap dan panas. Orientasi bangunan terhadap arah angin yang paling menguntungkan bila memilih arah tegak lurus terhadap arah angin itu (Frick, 1998). Artinya bahwa penempatan jendela dan lubang ventilasi menghadap ke arah aliran angin. Kenyamanan di daerah tropis lembab hanya dapat dicapai dengan bantuan aliran angin yang cukup pada tubuh manusia. Struktur bangunan dapat menangkis, menghalangi, dan membelokkan arah gerakan udara serta menurunkan dan meningkatkan kecepatan aliran udara. Struktur, ketinggian, lebar, panjang, dan bentuk bangunan akan berpengaruh pada gerakan udara. Udara yang bergerak kebagian atas bangunan dan sebagian lagi bergerak kebagian sisi lain, seperti terlihat pada Gambar 1. Struktur bangunan akan menghalangi aliran udara yang melewatinya dan dapat mengakibatkan penurunan kecepatan aliran udara (Boutet, 1987). Gambar 1. Arah aliran udara yang melewati bangunan (Boutet, 1987) Bentuk struktur dan fungsi suatu bangunan juga dapat mempengaruhi arah, kecepatan, dan gerakan udara disekitar bangunan. Gambar 2. Gerakan udara pada beberapa bentuk bangunan 5

22 2.6 Radiasi Matahari Radiasi matahari adalah penyebab semua ciri umum iklim, radiasi matahari sangat berpengaruh terhadap kehidupan manusia. Kekuatan efektifnya ditentukan oleh energi radiasi (insolasi) matahari, pemantulan pada permukaan bumi, berkurangnya radiasi oleh penguapan, dan arus radiasi di atmosfir. Semuanya membentuk keseimbangan termal pada bumi. Dalam perjalanannya menuju permukaan bumi, radiasi matahari harus melewati atmosfir yang sebagian mengandung debu dan uap air. Jarak terpendek adalah radiasi vertikal. Secara teoritis, insolasi tertinggi akan terjadi jika sampai di permukaan bumi tegak lurus yaitu antara tropis cancer dan capricorn. Lamanya penyinaran matahari setiap hari dapat diukur dengan otogral sinar matahari secara fotografis dan termoeleksis. Lama penyinaran maksimum dapat mencapai 90%. Salah satu cirri khas daerah tropis adalah waktu remang pagi dan senja yang pendek, semakin jauh sebuah tempat dari khatulistiwa, semakin panjang waktu remangnya. Cahaya siang bermula dan berakhir bila matahari berada sekitar 18 o di bawah garis horison. Panas tertinggi dicapai kira-kira 2 jam setelah tengah hari, karena pada saat itu radiasi matahari langsung bergabung dengan temperatur udara yang sudah tinggi. Sebanyak 43% radiasi matahari dipantulkan kembali, 57% diserap, yaitu 14% oleh atmosfir dan 43% oleh permukaan bumi. Persyaratan-persyaratan panas di dalam suatu konstruksi terutama tergantung pada pertukaran panas antara dinding-dinding luar dan daerah di dekatnya, sedangkan penyinaran langsung dari sebuah dinding tergantung pada orientasinya terhadap matahari. Beberapa jenis bahan menyerap sebagian dari radiasi matahari, jenis kain memantulkan panas yang besar. Ini terjadi terutama pada dinding-dinding yang dicat dengan kapur putih. Dinding yang baru dicat menyerap tidak lebih dari 20% radiasi matahari. Di daerah tropis kering, dinding yang dicat putih, pada kasuskasus tertentu member panas ke sekelilingnya sama atau hamper sama banyaknya dengan panas yang diterimanya dari radiasi matahari. Sebagian besar bahan-bahan menyerap sekitar 50%-95% radiasi matahari. 2.7 Perpindahan Panas Indonesia yang berada di daerah tropis panas-lembab mempunyai karakteristik iklim sebagai berikut : tanah yang basah dengan muka air tanah yang tinggi, gerakan udara yang lambat dan hujan yang lebat, resiko korosi yang tinggi untuk logam (terutama pada kawasan pantai), kelembaban tinggi. Sehingga bahan bangunan pada kawasan tropis panas-lembab harus menyerap air, tahan terhadap korosi, dan mempunyai time lag perpindahan panas yang pendek. Salah satu elemen bangunan yang mempunyai fungsi penting dan harus dapat merespon kondisi tersebut adalah dinding. Lippsmeier (1980) menyatakan bahwa dinding bangunan berfungsi sebagai : stabilitas bangunan, perlindungan terhadap hujan, angin dan debu, perlindungan terhadap radiasi matahari secara langsung, perlindungan terhadap dingin, perlindungan terhadap kebisingan, pengaman terhadap gangguan manusia dan hewan. Berdasarkan media perantaranya, perpindahan panas dari suatu tempat ke tempat lain dapat terjadi melalui tiga cara : Konduksi Konveksi Radiasi Konduksi adalah perpindahan atau penyabaran panas di dalam suatu obyek atau dari suatu obyek ke obyek lain karena hubungan (kontak) langsung, melalui suatu medium perantara. Dalam hal ini obyek tidak berpindah hanya panasnya saja yang berpindah. Arus perpindahan panas secara konduksi pada suatu benda dipengaruhi oleh : 6

23 Luas benda (obyek) yang tegak lurus pada arah perpindahan panas. Ketebalan obyek atau jarak antar obyek. Perbedaan temperatur antara dua titik yang diukur (umumnya antara temperatur di luar bangunan dengan di dalam bangunan). Karakteristik material atau konduktivitas bahan dari obyek atau medium. 2.8 Ventilasi Eb = σ(t/100) 4.. ( 1 ) Eb = Rapat pancaran panas σ = Konstanta Stefan-Boltzman (5,67 W/m 2 K 4 ) T = Temperatur absolute ( o K) Kualitas udara harus dijaga untuk kepentingan kesehatan dan kenyamanan. Kualitas udara di dalam ruangan diatur dengan menyingkirkan komponen pengotor atau dengan memasukkan udara segar. Ventilasi memegang peranan penting dalam kedua proses tersebut. ventilasi didefinisikan sebagai kegiatan pemasukan udara segar secara alamiah atau mekanis ke dalam ruangan. Biasanya ventilasi udara diambil dari udara luar dan udara yang didaurkan (Mannan, 2007). Secara umum, fungsi atau tujuan dari sistem ventilasi pada bangunan adalah untuk mendinginkan ruangan, memurnikan kembali udara di dalam ruangan dan menghilangkan gas-gas beracun yang terakumulasi dalam suatu ruangan (Suhardiyanto, 2009). Sistem ventilasi yang sering digunakan yaitu sistem ventilasi alamiah dan ventilasi mekanis (buatan). Ventilasi alamiah adalah pertukaran udara di dalam suatu bangunan dengan udara di luarnya tanpa menggunakan kipas atau peralatan mekanik lainnya (Lindley dan Whitaker, 1996 diacu Suhardiyanto, 2009). Efek aliran udara dan perbedaan suhu lingkungan, bergerak sendiri atau bersama, dapat dimanfaatkan untuk pergerakan udara ventilasi khususnya laju ventilasi alami yang masuk dan melalui struktur bangunan. Aliran udara ventilasi alami disebabkan oleh perbedaan tekanan yang melalui lubang, ditimbulkan oleh efek angin dan thermal. Pada sistem ventilasi alamiah akibat faktor termal, pergerakan aliran udara disebabkan akibat adanya efek buoyansi. Efek buoyansi terjadi akibat adanya perbedaan tekanan antara di dalam dan di luar rumah yang menyebabkan perbedaan kerapatan udara. Tekanan udara di dalam lebih rendah dibandingkan tekanan udara di luar rumah, sehingga udara luar akan masuk ke dalam rumah melalui bukaan ventilasi dan mendorong udara di dalam ke luar. Sistem ventilasi akibat faktor angin terjadi karena adanya pergerakan angin yang menerpa rumah sehingga menyebabkan perbedaan kerapatan udara antara posisi di dalam dan di luar rumah. Setiap bangunan harus dilengkapi dengan ventilasi alami berupa jendela, kisi-kisi, atau bukaan lainnya yang dapat mengalirkan udara. Lebih lanjut diisyaratkan bahwa luas bersih dari jendela atau lubang hawa harus sekurang-kurangnya sama dengan 1/10 dari luas lantai ruangan dan setengah jumlah luas jendela atau lubang itu harus dibuka. Ventilasi mekanis relatif dapat memberikan efek pengendalian suhu yang lebih baik karena dapat dikendalikan sesuai dengan keinginan. Namun, sistem ini memerlukan biaya investasi dan operasional yang harus dipertimbangkan secara ekonomis apabila akan diterapkan pada usaha komersial. Pada prinsipnya, aliran yang diperlukan untuk pertukaran udara di dalam bangunan digerakkan oleh tenaga mekanis dengan peralatan yang disebut kipas angin atau fan (Suhardiyanto, 2009). Gardjito (2002) menyatakan sistem ventilasi alamiah yang baik adalah sistem yang sanggup menurunkan suhu di dalam ruangan sampai sama dengan suhu udara luar yang sangat bergantung pada faktor iklim setempat dan faktor rancang bangunan eco-house dengan sistem ventilasinya. 7

24 2.9 Kelembaban Relatif Udara Kelembaban udara relatif (relative humidity, RH) dalam ruangan adalah perbandingan antara jumlah uap air yang dikandung oleh udara tersebut dibandingkan dengan jumlah kandungan uap air pada keadaan jenuh pada temperatur udara ruangan tersebut. RH dipengaruhi oleh suhu udara dalam rumah dan laju migrasi uap air dari tanah ke udara karena adanya perbedaan tekanan uap diantara tempat-tempat tersebut. Kelembaban relatf dari suatu campuran udara-air didefinisikan sebagai rasio dari tekanan parsial uap air dalam campuran terhadap tekanan uap jenuh air pada temperatur tersebut. Kelembaban relatif menggunakan satuan persen dan dihitung dengan cara berikut: relative humidity = actual vapor density 100%...( 2 ) saturation vapor density Manusia sangat sensitif terhadap kelembaban, terutama kulit yang sangat sensitif terhadap ingkat kelembaban. Proses berkeringat adalah upaya tubuh untuk tetap tenang dan menjaga suhu saat ini. Jika udara berada pada 100% kelembaban relatif, keringat tidak akan menguap ke udara. Akibatnya, kita merasa jauh lebih panas daripada suhu sebenarnya ketika kelembaban relatif tinggi. Jika kelembaban relatif rendah, kita bisa terasa lebih sejuk daripada suhu yang sebenarnya karena keringat menguap dengan mudah. Di daerah tropis, kelembaban udara relatif berkisar antara 40%- 70%, kelembaban yang terlalu tinggi akan menyebabkan penyakit jamur, karat, dan kondensasi Computational Fluid Dynamic (CFD) Computational Fluid Dynamics (CFD) adalah cabang dari dinamika fluida yang memberikan nilai efektif untuk simulasi aliran-aliran nyata oleh solusi numerik dari persamaan yang mengatur (Sayma, 2009). Computational Fluid Dynamics (CFD) merupakan suatu sistem simulasi yang berbasis komputer. Program CFD dapat memprediksi aliran fluida pada kondisi tertentu menggunakan penyelesaian persamaan-persamaan diferensial parsial. Dalam simulasi pola aliran udara, udara digambarkan secara kuantitatif dalam besaran suhu dan kecepatan menggunakan persamaan diferensial. Penelitian menggunakan CFD sudah banyak dilakukan sebelumnya, misalnya simulasi pada Rumah Tanaman Standard Peak oleh Nurianingsih (2011) dan single span green house di Cikabayan oleh Hidayat (2006). Penelitian menggunakan CFD lebih ditujukan untuk menganalisis dan mengetahui pola aliran serta distribusi suhu iklim mikro di dalam suatu bangunan atau material. Computational Fluid Dynamics atau CFD adalah suatu sistem dari konsep dasar aliran fluida dan pindah panas yang menggunakan simulasi berbasis komputer (Wulandani et al. 2001). CFD dapat melakukan analisis aliran fluida pada suatu bangunan dengan terlebih dahulu menyelesaikan persamaan-persamaan fluida yang mengatur aliran fluida. Persamaan pengatur (governing equations) ini dibangun dari suatu model aliran fluida berdasarkan prinsip kekekalan massa dan prinsip kekekalan momentum atau persamaan Navier-Stokes. Komputer digital tidak akan dapat digunakan untuk menyelesaikan persamaan tersebut secara langsung. Dalam simulasi pola aliran udara, udara digambarkan secara kuantitatif dalam besaran suhu dan kecepatan dalam persamaan diferensial, koordinat kartesian dan dipecahkan menggunakan teknik CFD tiga dimensi yang didasarkan pada analisis numerik. CFD terdiri dari 6 elemen utama, yaitu: 1) Pre-Processor 8

25 Elemen pre-processor terdiri dari input masalah aliran ke dalam program CFD dengan menggunakan interface yang memudahkan operator dan transformasi input berikutnya menjadi bentuk yang sesuai dengan pemecahan solver. Input yang diberikan ini berupa : a. Pendefinisian geometri dari daerah yang dianalisis. b. Penentuan jenis aliran (eksternal atau internal) c. Pemilihan fenomena fisik yang diperlukan seperti gravitasi, kecepatan angin, dan jenis material. d. Penentuan sifat-sifat fluida (konduktivitas, massa jenis, viskositas, panas jenis, dan sebagainya). e. Penentuan mesh. f. Penentuan domain. g. Penentuan kondisi batas yang sesuai. h. Penentuan goal atau keluaran yang ingin dicapai. Pemecahan masalah aliran (kecepatan, tekanan, suhu udara, dan lain-lain) didefinisikan pada titik (nodal) di dalam tiga sel. Ketepatan CFD dibentuk oleh sejumlah sel dalam grid. Secara umum semakin besar jumlah sel maka ketelitian hasil pemecahan akan semakin baik (Tuakia 2008). 2) Solver Solver adalah pemecahan model persamaan dasar aliran fluida (model persamaan konservasi massa atau kontinuitas, momentum dan energi) menggunakan analisa numerik. Persamaan dasar aliran fluida (persamaan diferensial parsial) ditransformasikan ke dalam persamaan aljabar yang sederhana yang disebut dengan metoda diskritisasi. Diskritisasi adalah proses transformasi persamaan diferensial parsial menjadi persamaan matematik yang lebih sederhana. Umumnya persamaan diskrit yang dihasilkan dari integrasi persamaan diferensial parsial pada volume kontrol adalah dalam bentuk persamaan implisit. Salah satu cara untuk menyelesaikan persamaan implisit yang terdiri dari banyak persamaan individual dihasilkan adalah dengan metode iterasi. Proses iterasi adalah membuat sebuah tebakan terhadap nilai variabel- variabel yang terdapat pada persamaan implisit. Proses iterasi terus dilakukan sampai selisih antara ruas kiri dan ruas kanan persamaan (residual error) mencapai nilai tertentu yang mendekati nol atau dapat dikatakan dengan konvergen. 3) Kekekalan Massa 3 Dimensi Keseimbangan massa fluida menyatakan laju kenaikan (pertambahan) massa elemen fluida sama dengan laju aliran net aliran massa ke dalam elemen fluida. Karena semua elemen fluida merupakan fungsi dari ruang dan waktu, maka massa jenis fluida ρ ditulis dalam bentuk ρ (x, y, z, t) dan komponen kecepatan fluida ditulis sebagai dx/dt=u, dy/dt=v, dan dz/dt=w. dalam bentuk persamaan matematika untuk fluida yang tidak terkompresi dinyatakan sebagai berikut (Versteeg dan Malalasekera, 1995): (ρu ) + (ρv ) + (ρw ) = 0 ( 3 ) x y z dimana ρ adalah massa jenis fluida (kg/m 3 ) dan x, y, z adalah arah koordinat kartesian. 4) Persamaan Momentum 3 Dimensi Persamaan momentum dikembangkan dari persamaan Navier-Strokes dalam bentuk sesuai dengan metode finite volume (Versteeg dan Malalasekera, 1995). Momentum x: ρ u u u u + v + w x y z Momentum y: = p x + μ 2 u x u y u z 2 + S MX..( 4 ) 9

26 ρ u v v v + v + w x y z Momentum z: ρ u w w w + v + w x y z = p y + μ 2 v x v y v z 2 + S MY...( 5 ) = p z + μ 2 w x w y w z 2 + S MZ...( 6 ) dimana µ adalah viskositas dinamik fluida (kg/m.s) dan S MX,S MY, S MZ adalah momentum yang berasal dari body per unit volume per unit waktu, masing-masing untuk koordinat x, y, dan z. 5) Persamaan Energi 3 Dimensi Persamaan energi diturunkan dari Hukum I Termodinamika yang menyatakan bahwa: Laju perubahan energy partikel fluida = Laju penambahan panas ke dalam partikel fluida ditambah dengan laju kerja yang diberikan pada partikel. Secara matematik dinyatakan dalam persamaan sebagai berikut (Versteeg dan Malalasekera, 1995): ρ u T T T + v + w x y z dimana: ρ u u u u + v + w x y z = p u + v + w x y z + k 2 T x T y T z 2 + S l..( 7 ) = p x + μ 2 u x u y u z 2 + S MX...( 8 ) dimana p adalah tekanan fluida (Pa), k adalah konduktivitas termal fluida (W/m o C), T adalah suhu fluida ( o C), dan S l adalah energi yang ditambahkan per unit volume per unit waktu. Persamaan-persamaan tersebut diselesaikan dengan metode iterasi. Nilai solusi awal umumnya merupakan nilai dugaan (a guessed solution), dibutuhkan di awal proses perhitungan. Persamaan numerik digunakan untuk menghasilkan nilai pendekatan yang lebih akurat dimana semua variabel telah memenuhi ketiga persamaan aliran fluida. Nilai baru yang diperoleh tersebut kemudian digunakan sebagai nilai awal dalam perhitungan selanjutnya. Proses ini terus berulang sampai nilai error atau disebut juga residual variation, cukup kecil atau konvergen. Setiap pengulangan dalam proses mendapatkan solusi inilah yang disebut iterasi. 6) Post-Processor Setelah persamaan tersebut kovergen, maka properti fluida dan aliran yang menjadi variabel pada persamaan dapat ditampilkan. Properti fluida dan aliran yang ditampilkan berupa model pindah panas yang dihasilkan dalam distribusi suhu udara, vektor dan distribusi kecepatan angin menjadi bentuk-bentuk sebagai berikut: a. Tampilan geometri domain dan grid b. Plot vektor c. Plot permukaan 2D dan 3D d. Tracking partikel e. Manipulasi pandangan f. Output berwarna 10

27 2.11 Solidworks 2011 Perkembangan teknologi CAD terus berkembang dengan pesat seiring tuntutan industri yang menginginkan kemudahan dalam pembuatan gambar yang diperuntukkan bagi proses produksi. Software CAD yang pada awalnya berupa teknologi 2D, kini telah beralih ke teknologi 3D. SolidWorks salah satunya, SolidWorks adalah software CAD 3D yang sangat mudah digunakan (easy to use). Solidworks dikeluarkan oleh Dassault Systemes Solidworks Corporation. Software tersebut adalah software automasi desain yang berbasis parametrik yang memudahkan penggunaannya dalam mengedit file-file gambar yang sudah dibuat. SolidWorks biasa digunakan untuk membuat gambar sederhana maupun gambar yang kompleks atau rumit (Prabowo, 2009). 11

28 III. METODOLOGI 3.1 Waktu Dan Tempat Penelitian Kegiatan penelitian ini dilakukan di Laboratorium Komputer Departemen Teknik Sipil dan Lingkungan. Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor. Penelitian ini dilaksanakan pada bulan Mei-Juni Alat Dan Bahan a. Software SolidWorks 2011 Software SolidWorks yang digunakan dalam penelitian ini adalah SolidWorks versi tahun b. Personal Computer (PC) Personal Computer (PC) digunakan untuk mengoperasikan program CFD dengan menggunakan software SolidWorks c. Gambar denah rumah Baduy Dalam (Widyarti, 2011). Denah Rumah Baduy Dalam yang digunakan dalam penelitian ini adalah gambar denah yang dibuat dalam Software SolidWork Model Rumah Baduy Dalam ini digunakan untuk melakukan simulasi suhu dan aliran udara dengan Computational Fluid Dynamic (CFD). 3.3 Tahapan Penelitian Mulai Penggambaran Geometri Input Data Lingkungan (data sekunder) Suhu, Kecepatan Angin,dan Kelembaban Relatif Ubah Material Bangunan Material Kombinasi 1 Material Kombinasi 2 Material Kombinasi 3 Simulasi Bandingkan Hasil Suhu antara Berhasil? 20 o C-26 o C N Y Selesai Modifikasi Bangunan Gambar 3. Diagram alir penelitian 12

29 Penggambaran geometri rumah Baduy Dalam Gambar dan dimensi rumah Baduy Dalam yang telah dibuat dengan menggunakan program SolidWorks Input data lingkungan dan data yang diambil pada simulasi rumah Baduy Dalam dengan material tradisional Data lingkungan yang digunakan merupakan data sekunder berupa suhu lingkungan, ruang, dinding, dan atap, kecepatan angin, dan kelembaban relatif pada miniatur rumah Baduy Dalam sebagai data masukan untuk simulasi Computational Fluid Dynamic dengan menggunakan program SolidWorks 2011 (Lampiran 1). Pada penelitian ini digunakan juga data hasil simulasi rumah Baduy Dalam dengan material tradisional sebagai data sekunder. Sumber data diperoleh dari Disertasi dengan judul Kajian dan Rekonstruksi Konsep Eco-house pada Permukiman Baduy Dalam Berdasarkan Community Sustainability Assesment oleh Dr. Ir. Meiske Widyarti, M.Eng Material Bangunan Material bangunan yang digunakan dalam proses simulasi adalah material yang umum digunakan pada rumah antara lain: a) kombinasi 1 atap keramik-dinding bata-lantai ubin. b) kombinasi 2 atap beton-dinding bata-lantai ubin. c) kombinasi 3 atap asbes-dinding bata-lantai ubin Simulasi CFD Simulasi kondisi kenyamanan termal pada model menggunakan program SolidWorks Office Premium 2011 dengan flow simulation. Pada penelitian ini digunakan komputer portable dengan spesifikasi CPU Intel Core TM 2 Duo CPU 2.50 GHz; 4.00 GB RAM; dan 32-bit Windows Operating System. Analasis berupa analisis 3 dimensi terhadap distribusi aliran fluida, kelembaban dan termal pada kondisi tetap (3-dimensional steady state analysis). Asumsi-asumsi yang digunakan dalam simulasi adalah sebagai berikut: a) Udara bergerak dalam keadaan steady. b) Udara tidak terkompresi. c) Panas jenis, konduktivitas, dan viskositas udara konstan. d) Udara lingkungan dianggap konstan selama simulasi. e) Distribusi suhu udara pada tiap atap dan lantai seragam. f) Kondisi rumah dalam keadaan kosong. Simulasi dilakukan setiap jam pada siang hari pukul yang merupakan kondisi terpanas dan malam hari pukul dimana kondisi lingkungan sudah tidak berubah. Dalam penelitian ini, simulasi dilakukan terhadap 3 kombinasi material rumah yang berbeda dengan input kondisi awal dan kondisi batas berbeda untuk tiap jamnya. Adapun kombinasi material bangunan yang digunakan yaitu kombinasi 1; atap keramik-dinding bata-lantai ubin, kombinasi 2; atap beton-dinding bata-lantai ubin, dan kombinasi 3; atap asbes-dinding bata-lantai ubin. Data contoh input kondisi awal dan kondisi batas simulasi disajikan pada Tabel 2. Data tersebut merupakan data sekunder hasil pengukuran kondisi lingkungan penelitian pada tanggal 13 November

30 Tabel 2. Contoh input kondisi awal dan kondisi batas simulasi pada siang hari Kasus Kombinasi 1 Input Data Kondisi Awal Suhu lingkungan ( o C) Suhu material padat ( o C) RH lingkungan (%) Kecepatan angin (m/dt) Latitude (LS) 06 o 34' LS 06 o 34' LS 06 o 34' LS Waktu (WIB) Kondisi Batas Suhu atap Barat ( o C) Suhu atap Timur ( o C) Suhu jurai ( o C) Langkah-langkah proses simulasi menggunakan software SolidWorks Office Premium 2011 adalah sebagai berikut. a) General Setting. Setelah dilakukan pembuatan geometri rumah, kemudian dilakukan pengaturan tipe analisis, fluida, material padat, kondisi batas, dan kondisi awal simulasi secara umum. Gambar 4 sampai Gambar 8 merupakan tampilan interface general setting untuk kasus kombinasi 1 jam Analisis aliran dipilih tipe aliran eksternal tanpa memasukkan cavities, dalam hal ini rumah Baduy Dalam karena bagian yang dianalisis adalah bagian luar geometri rumah dan pengaruhnya terhadap internal geometri rumah. Berdasarkan proses pindah panas yang terjadi di dalam rumah, maka proses konduksi yang terjadi pada material padat diperhitungkan. Pada interface ini nilai radiasi matahari dan environment temperature dimasukkan (Gambar 4). Fluida yang dianalisis adalah udara (air) dengan tipe aliran laminar dan turbulen serta memperhitungkan kelembaban udara (Gambar 5). Default material padat dalam simulasi adalah genteng keramik, genteng beton, dan genteng asbes (Gambar 6). 14

31 Gambar 4. Tipe analisis dan input nilai radiasi untuk kasus kombinasi 1. 15

32 Gambar 5. Tipe analisis dan input fluida untuk kasus kombinasi 1. Gambar 6. Pengaturan material padat untuk kasus kombinasi 1 16

33 Gambar 7. Kondisi dinding pada kasus kombinasi 1 Gambar 8. Kondisi lingkungan untuk kasus kombinasi 1 17

34 Sebagai kondisi batas, permukaan dinidng terluar (default wall radiative surface) merupakan Brick, red, and rough dengan solid material berupa dinding bata (brick). Kekasaran (roughness) diset sebesar 0 µm (Gambar 7). Nilai suhu udara pada initial and ambient condition dan tekanan masingmasing sebesar 33 o C dan Pa (Gambar 8). b) Mesh pada awal perhitungan diatur pada level 4. c) Daerah perhitungan (Computational Domain) dibuat untuk daerah di luar dan di dalam rumah. d) Pendefinisian material rumah Atap rumah Baduy Dalam didefinisikan dengan 3 macam material berbeda dalam perlakuan untuk simulasi. Material atap tersebut antara lain atap dari bahan tanah liat (keramik), atap beton, dan asbes. Selain itu didefinisikan pula material dinding dan lantai, dinding menggunakan pasangan bata dan lantai menggunakan lantai semen yang diubin. Karena material tersebut tidak ada dalam data teknik Solidworks, maka data sifat bahan perlu dimasukkan secara manual. Data material tersebut antara lain. Tabel 3. Data material rumah yang dimasukkan ke Engineering Database Solidworks Sifat Bahan Satuan Atap Keramik Atap Beton Asbes Brick Lantai Kerapatan (ρ) Kg/m Panas Jenis (Cp) J/kg K Konduktivitas Panas (k) W/m K Tipe Konduktivitas Isotropik Isotropik Isotropik Isotropik Isotropik Melting Temperature K e) Set kondisi batas Komponen rumah yang merupakan sumber panas terbesar adalah atap. Kondisi batas dalam analisis distribusi suhu dan pola aliran udara ini adalah atap. Permukaan atap yang menjadi kondisi batas adalah yang berhubungan langsung dengan udara di dalam rumah. f) Set tujuan (Goal) dari analisis Goal dalam simulasi ini adalah global goal temperature dari fluid (maximum, average, and minimum) dan global goal velocity (maximum, average, and minimum). g) Proses running atau perhitungan Persamaan-persamaan konservasi diselesaikan dengan metode iterasi SIMPLER (Semi- Implicit Method for Pressure-Linked Equations Revised). Proses perhitungan dimulai dengan memecahkan variabel kecepatan fluida dan tekanan. Proses perhitungan akan diperlihatkan kepada user berupa grafik konvergenitas residual variation. Jika proses perhitungan menghasilkan residual yang menurun dari satu iterasi ke iterasi berikutnya, maka tebakan nilai terhadap variabel-variabel cukup baik dan solusi akan diperoleh. Proses iterasi akan berhenti saat kondisi konvergen tercapai. Untuk analisis termal kondisi tunak, Solidworks secara otomatis mengatur time step sama dengan 0.5. Karena simulasi dilakukan pada steady flow dimana udara tidak terkompresi, maka nilai massa jenis konstan selama iterasi. Pada tahap post-processor ditentukan tampilan yang akan disajikan oleh CFD, misal dalam bentuk mesh yang dihasilkan, kontur suhu dan RH, vektor kecepatan aliran udara serta animasi tampilan tersebut. 18

35 3.3.5 Hasil Simulasi Hasil simulasi suhu udara, kelembaban udara, dan kecepatan aliran udara diambil di 3 titik berbeda pada denah rumah yaitu di atap sebelah dalam dan 2 titik di dalam rumah dengan titik 1 meter diatas permukaan lantai. Denah titik pengukuran hasil simulasi diperlihatkan pada Gambar 9. Titik 1 di bagian sebelah dalam atap, titik 2 di ruang Imah, dan titik 3 di ruang Tepas. Tabel 4. Koordinat titik pengukuran hasil simulasi kondisi pengudaraan Titik Pengukuran X (m) Y (m) Z (m) Titik 1 (atap) Titik 2 (Imah) Titik 3 (Tepas) Gambar 9. Titik-titik pengambilan data iklim hasil simulasi Membandingkan Hasil Simulasi Melakukan perbandingan hasil simulasi kenyamanan termal antara model rumah Baduy Dalam yang menggunakan material modern dengan model rumah yang menggunakan material bangunan konvensional seperti rumbia dan bambu. Bila hasil simulasi kenyamanan termal pada model rumah berbahan modern tidak sesuai dengan standar kenyamanan termal maka dilakukan modifikasi model rumah dengan menambahkan ventilasi kemudian dilakukan simulasi ulang. Modifikasi dilakukan dengan membuat ventilasi pada bagian depan dan belakang rumah serta samping kanan dan kiri rumah. Berikut dimensi ventilasi yang akan dibuat pada denah rumah Baduy Dalam. Tabel 5. Dimensi ventilasi rumah Baduy Dalam modifikasi Lokasi Ventilasi Panjang (mm) Lebar (mm) Depan dan Belakang Samping Kanan dan Kiri

36 IV. HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Iklim Lingkungan disekitar miniatur Rumah Baduy Dalam Kondisi iklim lingkungan di sekitar miniatur rumah Baduy Dalam yang diambil di Laboratorium Lapang Leuwikopo Dept. TMB Fateta IPB dari tanggal 12 November sampai dengan 14 November Dari data penelitian yang diambil dipilih data tanggal 13 November 2009 merupakan input penelitian yang ditampilkan pada Lampiran 1. Suhu udara terendah terjadi pada pukul 05:00 dan 06:00 sebesar 22 o C, hal ini karena pada pukul tersebut terjadi proses kondensasi di sekitar rumah. Suhu udara tertinggi terjadi pada pukul 13:00 sebesar 34 o C. Menurut Lippsmeier (1980), panas tertinggi dicapai kira-kira 1-2 jam setelah tengah hari, karena pada saat itu radiasi matahari langsung bergabung dengan suhu udara yang sudah tinggi, sedangkan suhu terendah sekitar 1-2 jam sebelum matahari terbit. Berikut data sekunder yang digunakan sebagai input pada proses simulasi. Tabel 6. Data kondisi lingkungan penelitian sebagai data masukkan simulasi Jam Suhu ( C) Kec. Aliran udara (m/s) RH (%) Data kondisi lingkungan pada Tabel 6 merupakan data masukkan untuk simulasi. Jam 11:00, 13:00, dan 15:00 mewakili suhu tertinggi pada siang hari dan jam 19:00, 21:00, 23:00 mewakili kondisi lingkungan pada malam hari. Dilihat pada Tabel 6 kelembaban pada malam hari cenderung konstan dan pada siang hari mengalami penurunan. Hal ini dikarenakan pada malam hari kecepatan aliran udara disekitar bangunan konstan. RH akan mengalami penurunan pada waktu siang hari dimana suhu udara meningkat, sehingga dapat dikatakan suhu dan kelembaban udara berbanding terbalik. Titik jenuh akan naik dengan meningkatnya suhu sehingga menyebabkan RH menurun (Lippsmeier, 1980). Kombinasi suhu udara dan kelembaban udara mempunyai pengaruh yang kuat terhadap kualitas udara di dalam ruangan (Priyanto, 1988). Data radiasi matahari yang digunakan pada penelitian ini merupakan input data yang ada pada Solidworks. Data radiasi diinput melalui general setting pada menu Flow Simulation dengan tipe analisis External. Pada tree Radiation dipilih Solar Radiation yang didefinisikan berdasarkan waktu dan tempat. Lokasi berada di laboratorium Wageningen IPB dengan latitude 06 o 34' LS, waktu pengambilan data pada 13 November 2009 seperti terlihat pada Gambar Penggambaran Geometri Penggambaran model simulasi rumah Baduy Dalam menggunakan program Solidworks Model rumah kemudian dikondisikan dengan keadaan sekitar bangunan lalu dilakukan proses simulasi dengan flow simulation. Model rumah yang digambarkan berukuran cm dalam koordinat kartesian, lebar mengarah pada sumbu x, panjang mengarah pada sumbu z, dan tinggi 20

37 mengarah pada sumbu y. model rumah dan computational domain dapat dilihat pada Gambar 10 dengan sumbu z sebagai arah utara. 4.3 Hasil Simulasi Gambar 10. Tampak piktorial domain dan geometri rumah Baduy Dalam Hasil simulasi kombinasi 1 Hasil simulasi suhu dan pola aliran udara pada Model rumah Baduy Dalam dengan komponen kombinasi 1 antara lain komponen atap keramik, dinding bata, dan lantai semen yang dilakukan selama 6 waktu, 3 di saat siang hari dan 3 di waktu malam hari. Waktu siang yaitu jam 11:00 pada Gambar 11-14, jam 13:00 pada Gambar 15-18, jam 15:00 pada Gambar Suhu di dalam rumah terlihat lebih tinggi dibandingkan suhu sekitar lingkungannya. Perpindahan panas secara konveksi terjadi pada atap dan dinding ke udara, hal ini diperlihatkan dengan suhu yang lebih tinggi di ruang antara atap dan dinding. Gambar 11. Tampak depan distribusi suhu udara jam 11:00 Gambar 12. Tampak depan kontur dan vektor kecepatan aliran udara jam 11:00 21

38 Gambar 13. Tampak atas kontur dan vektor kecepatan aliran udara jam 11:00 Gambar 14. Kontur kelembaban relatif material kombinasi 1 jam 11:00 Gambar 11, 12, 13 memperlihatkan distribusi suhu dan vektor kecepatan aliran udara pada jam 11:00. Suhu udara di dalam ruangan sebesar C pada titik 2 dan C pada titik 3 sedangkan pada bagian di dekat atap titik 1 suhu hasil simulasi sebesar C. Penyebaran suhu ini hampir merata diseluruh bagian dalam rumah. Hal ini disebabkan oleh volume ruang yang relatif kecil dan atap serta dinding yang masih menyimpan panas akibat radiasi matahari pada siang hari. Pergerakan aliran udara yang ditunjukan pada Gambar 12 bergerak lurus ke belakang bagian rumah, kecepatan angin tertinggi berada di bagian atas dan samping kanan dan kiri rumah, hal ini karena aliran udara yang datang bertabrakan langsung dengan bagian muka bangunan yang berada dalam keadaan tertutup sehingga aliran udara disebarkan dan hanya sedikit yang masuk ke dalam rumah. Hasil simulasi sebesar m/s di titik 1, m/s di titik 2, m/s titik 3. Aliran udara di dalam ruang lebih kecil dari aliran udara di sekitar lingkungan yaitu sebesar 0.9 m/s, hal ini disebabkan oleh kondisi rumah dalam keadaan tertutup hanya terdapat lubang-lubang kecil di bagian atas dinding dekat atap sehingga kurang terjadi sirkulasi udara di dalam rumah. Kelembaban relatif hasil simulasi jam 11:00 diperoleh sebesar 27.09% di titik 1, 29.11% di titik 2, dan 30.29% di titik 3. RH lingkungan sebesar 61%. Dengan tingginya suhu dalam rumah maka kelembaban semakin kecil, hal ini juga karena pengaruh aliran udara yang hampir tidak ada di dalam ruangan. Gambar 15. Tampak depan distribusi suhu udara jam 13:00 22

39 Gambar 16. Tampak depan vektor kecepatan aliran udara jam 13:00 Gambar 17. Tampak atas vektor kecepatan aliran udara jam 13:00 Gambar 18. Kontur kelembaban relatif material kombinasi 1 jam 13:00 Gambar 15 sampai Gambar 17 memperlihatkan distribusi suhu dan pola aliran udara pada jam 13:00. Suhu udara merata di dalam ruangan pada titik 1 sebesar C, titik 2 sebesar C, dan titik 3 sebesar C. Nilai ini sangat tinggi jauh diatas nilai kenyamanan rumah pada umumnya, hal ini karena suhu lingkungan sebesar 34 C yang merupakan suhu tertinggi pada hari itu dan rumah tidak memiliki tempat sirkulasi udara. Radiasi matahari yang besar menyebabkan panas tersimpan pada atap dan dinding sehingga ruangan dalam rumah menjadi panas. Faktor material bangunan juga sangat berpengaruh pada suhu di dalam ruang. Pergerakan arah angin bergerak lurus ke bagian belakang rumah dari utara sebesar 0.9 m/s. RH pada hasil simulasi jam 13:00 memiliki nilai antara 20% - 22% dengan nilai RH lingkungan sebesar 63%. Dengan kondisi suhu udara yang tinggi dan adanya radiasi matahari menyebabkan atap dan dinding bangunan menyerap panas dan terjadi konveksi ke bagian dalam bangunan sehingga pengudaraan di dalam bangunan menjadi panas dan kering. 23

40 Kecepatan aliran udara pada jam 13:00 memiliki besar kecepatan aliran sebesar 0.9 m/s, kondisi bangunan tertutup sama seperti simulasi jam 11:00 sehingga aliran udara yang masuk ke dalam bangunan memilki nilai yang relatif kecil yaitu sebesar m/s di titik 1, m/s di titik 2, dan 0.08 m/s di titik 3. Pergerakan aliran udara yang ditunjukkan pada Gambar 16 udara mengalir dari depan bangunan dan bergerak lurus ke belakang dan atas bangunan. Udara yang mengalir ke dalam bangunan hanya sebagian kecil ditumjukkan oleh kontur warna biru yang merata di seluruh bagian dalam bangunan. Distribusi suhu dan aliran udara jam 15:00 ditunjukan pada Gambar 19 sampai Gambar 21 memiliki nilai suhu dalam ruangan sebesar C di titik 1, C di titik 2, dan di titik 3 dengan suhu lingkungan sebesar 24 C. Atap dan dinding menyimpan panas dari radiasi matahari sehingga suhu dalam ruangan menjadi tinggi dari suhu lingkungan. Kurangnya sirkulasi udara juga menyebabkan tingginya perbedaan suhu di dalam dan luar ruangan. Gambar 19. Tampak depan distribusi suhu udara jam 15:00 Gambar 19 menunjukkan sebaran merata suhu di dalam rumah, kondisi rumah yang tertutup menyebabkan terjadi perbedaan suhu yang besar selain itu komponen material penyusun dinding dan atap bangunan juga sangat mempengaruhi dalam hal ini atap menggunkan bahan tanah liat (genteng) dan dinding pasangan bata. Keduanya memiliki kerapatan yang tinggi dan mampu menyimpan panas. Dengan kondisi tertutup, sangat kecil terdapat pergerakkan aliran udara di dalam rumah. Kecepatan aliran udara di luar rumah mempunyai nilai sama besar dengan kondisi jam 11:00 dan 13:00 yaitu 0.9 m/s. Sirkulasi udara di dalam ruang hasil simulasi memiliki nilai antara m/s hanya berbeda sedikit dengan simulasi sebelumya. Terjadinya perbedaan pergerakkan di dalam bangunan dimana kondisi di lingkungan memiliki nilai yang sama dapat disebabkan oleh perbedaan kerapatan udara. Kerapatan udara yang rendah menyebabkan suhu udara dan kecepatan angin meningkat. Berikut ditampilkan vektor kecepatan aliran udara jam 15:00. Gambar 20. Tampak depan vektor kecepatan aliran udara jam 15:00 24

41 Gambar 21. Tampak atas vektor kecepatan aliran udara jam 15:00 Gambar 22. Kontur kelembaban relatif material kombinasi 1 jam 15:00 RH hasil simulasi jam 15:00 diperoleh antara 45%-47% merata di seluruh ruangan sedangkan RH lingkungan sebesar 92%. Tingginya suhu dalam ruangan menyebabakan RH lebih kecil dibandingkan dengan RH di luar ruangan. kelembaban pada jam 15:00 lebih tinggi dibandingkan dengan jam-jam sebelumnya hal ini karena suhu lingkungan yang lebih rendah sehingga suhu ruanganpun tidak terlalu tinggi. Simulasi pada malam hari dilakukan mulai jam 19:00, 21:00, dan 23:00. Pada jam-jam tersebut suhu lingkungan rumah mempunyai nilai sama besar yaitu 23 C. Kecepatan aliran udara di sekitar rumah juga mempunyai nilai sama yaitu 0 m/s. Hasil simulasi distribusi suhu dan aliran udara jam 19:00 dapat dilihat pada Gambar Gambar 23. Tampak depan distribusi suhu udara jam 19:00 Suhu udara di dalam rumah memiliki nilai rata-rata 23 C dan tersebar secara merata di setiap bagian. Terjadinya perbedaan suhu yang kecil dengan lingkungan karena radiasi matahari tidak berpengaruh pada atap dan dinding bangunan sehingga dinding dan atap tidak menyimpan panas. Pada Gambar 24 menunjukkan hasil simulasi vektor kecepatan aliran udara jam 19:00. Di dalam ruangan nilai pergerakkan udara tidak nol melainkan sebesar 0.02 m/s di titik 1, m/s di titik 2, dan

42 di titik 3. Walaupun sangat kecil namun ada pergerakkan udara, berbeda dengan di luar ruangan yang memiliki nilai 0 m/s. Hal ini dapat terjadi karena adanya perbedaan kerapatan udara. Perbedaan kerapatan udara terjadi karena adanya perbedaan suhu rumah dengan lingkungan. Gambar 24. Tampak depan vektor kecepatan aliran udara jam 19:00 Gambar 25. Tampak atas vektor kecepatan aliran udara jam 19:00 Gambar 26. Kontur kelembaban relatif material kombinasi 1 jam 19:00 Aliran udara bergerak lurus ke atas, kecepatan angin yang tinggi berada di bagian atas rumah sementara kecepatan udara di luar rumah sebesar 0 m/s. Hal ini karena udara mengalir dari posisi dengan suhu yang lebih tinggi yang dimiliki oleh atap ke posisi dengan suhu yang lebih rendah yaitu lingkungan di sekitar rumah sehingga menyebabkan perbedaan kerapatan udara. Kelembaban relatif udara pada jam 19:00 di dalam bangunan ± 92%, udara lembab di lingkungan rumah pada malam hari dengan tingkat kelembaban sama pada jam 19:00-23:00 sebesar 96%. Karena perbedaan suhu yang kecil di dalam dan luar rumah maka kelembaban tidak jauh berbeda, atap dan dinding bangunan yang merupakan material solid relatif tidak menyimpan panas karena suhu lingkungan yang rendah dan kurangnya radiasi matahari. Distribusi suhu dan pergerakkan udara pada jam 21:00 dan 23:00 tidak berbeda jauh dengan jam 19:00 karena nilai suhu lingkungan, kecepatan angin, dan RH sama besar. Pada jam 21:00 dan 26

43 jam 23:00 suhu udara rata-rata sebesar 23 C. Kecepatan aliran ± 0.01 m/s, adanya pergerakkan udara disebabkan karena perbedaan kerapatan udara di dalam dan luar ruangan. Aliran udara relatif cepat di atas atap karena suhu atap lebih tinggi dari suhu lingkungan sehingga kerapatan udara berbeda. RH juga memiliki nilai yang tinggi yakni antara 93% sampai 95% untuk jam 21:00 dan jam 23:00. Berikut ditunjukkan gambar vektor kecepatan aliran udara pada jam 21:00 dan 23:00. Gambar 27. Tampak depan distribusi suhu udara jam 21:00 Gambar 28. Vektor kecepatan aliran udara jam 21:00 Gambar 29. Kontur kelembaban relatif material kombinasi 1 jam 21:00 Gambar 30. Tampak depan distribusi suhu udara jam 23:00 27

44 Gambar 31. Vektor kecepatan aliran udara jam 23:00 Gambar 32. Kontur kelembaban relatif material kombinasi 1 jam 23:00 Berikut ringkasan dalam bentuk tabel dan grafik simulasi suhu dan pola aliran udara pada kombinasi 1 pada waktu siang dan malam hari. Tabel 7. Hasil simulasi iklim mikro rumah Baduy Dalam kombinasi 1 Waktu (Jam) Titik Pengukuran Suhu ( C) 11:00 13:00 15:00 19:00 21:00 23:00 Suhu Lingkungan ( C) Aliran udara (m/s) Aliran udara Lingkungan (m/s) RH (%) RH Lingkungan (%) Titik 1 (atap) Titik 2 (Imah) Titik 3 (Tepas) Titik 1 (atap) Titik 2 (Imah) Titik 3 (Tepas) Titik 1 (atap) Titik 2 (Imah) Titik 3 (Tepas) Titik 1 (atap) Titik 2 (Imah) Titik 3 (Tepas) Titik 1 (atap) Titik 2 (Imah) Titik 3 (Tepas) Titik 1 (atap) Titik 2 (Imah) Titik 3 (Tepas)

45 Gambar 33. Grafik simulasi suhu dan RH material kombinasi 1 Gambar 34. Grafik kecepatan aliran udara hasil simulasi kombinasi Hasil Simulasi Kombinasi 2 Hasil simulasi kombinasi 2 yakni dengan komponen atap beton, dinding bata, dan lantai semen juga dilakukan pada waktu yang sama yaitu pada siang dan malam hari. Pada siang hari dilakukan pada saat cuaca terpanas masing-masing jam 11:00, 13:00, dan 15:00. Input data pada simulasi kombinasi 2 sama dengan kombinasi 1 hanya material penyusun atap yang berbeda. Simulasi pada jam 11:00 diperoleh suhu di dalam rumah Baduy Dalam sebesar C di titik 1, C di titik 2, dan C di titik 3. Nilai tersebut sangat jauh diatas zona nyaman untuk suhu dalam rumah. Besarnya suhu yang diperoleh dari simulasi antara lain karena faktor sifat fisik material yang dugunakan, kondisi rumah yang tertutup dengan minim tempat sirkulasi udara, serta kondisi cuaca yang panas. Gambar 35 menunjukkan hasil simulasi distribusi suhu udara pada jam 11:00, sebaran kontur suhu hampir sama dengan kombinasi 1. Terlihat daerah ruang dalam rumah memiliki kontur suhu yang merata dengan warna yang relatif sama. Atap dan dinding bangunan menjadi panas karena adanya radiasi matahari serta terjadinya proses konveksi ke udara di dalam rumah yang menyebabkan suhu meningkat. 29

46 Gambar 35. Distribusi suhu udara simulasi kombinasi 2 pada jam 11:00 Gambar 36. Tampak depan vektor kecepatan aliran udara simulasi kombinasi 2 jam 11:00 Gambar 37. Tampak atas vektor kecepatan aliran udara simulasi kombinasi 2 jam 11:00 Gambar 38. Kontur kelembaban relatif simulasi kombinasi 2 jam 11:00 Gambar 36 dan 37 menunjukkan vektor kecepatan aliran udara hasil simulasi pada jam 11:00. Kecepatan aliran udara di luar rumah sebesar 0.9 m/s yang datang dari depan bangunan. Kondisi rumah yang tertutup menyebabkan minimnya udara yang masuk sehingga aliran udara relatif kecil di dalam rumah yakni sebesar m/s di titik 1, 0.03 m/s titik 2, dan 0.04 m/s di titik 3. kecepatan aliran udara pada tiap simulasi masing-masing kombinasi hampir memiliki nilai yang sama 30

47 hal ini karena input data kecepatan aliran sama serta kondisi rumah yang tertutup. Kelembaban relatif hasil simulasi pada kombinasi 2 jam 11:00 ini ± 21%. Hasil simulasi pada jam 13:00 diperoleh suhu udara di dalam rumah sebesar C di titik 1, C di titik 2, dan C di titik 3 nilai ini relatif merata di seluruh ruangan. Suhu di titik 2 terlihat lebih tinggi dari suhu di titik 3 hal ini karena titik 2 terletak di ruang yang bersekat sehingga udara panas terperangkap lebih banyak. Distribusi suhu udara ditunjukkan pada Gambar 32, besarnya suhu lingkungan dan radiasi matahari menyebabkan atap dan dinding bangunan menyimpan panas sehingga suhu ruangan sangat tinggi. Besar kecepatan angin di luar rumah 0.9 m/s dan hasil simulasi di dalam rumah m/s di titik 1, m/s di titik 2, dan 0.09 m/s di titik 3. Kecilnya aliran udara di dalam rumah juga mempengaruhi suhu ruang dalam bangunan, udara semakin kecil suhu ruang semakin panas. Gambar 39. Distribusi suhu udara simulasi kombinasi 2 jam 13:00 Gambar 40. Tampak atas vektor kecepatan aliran udara simulasi kombinasi 2 jam 13:00 Gambar 41. Tampak atas vektor kecepatan aliran udara simulasi kombinasi 2 jam 13:00 31

48 Gambar 42. Kontur kelembaban relatif material kombinasi 2 jam 13:00 Pada simulasi jam 13:00 besarnya kelembaban relatif lingkungan rumah yaitu 63% dengan RH simulasi sebesar ± 17%. Nilai ini lebih kecil bila dibandingkan dengan simulasi jam 11:00, suhu udara pada jam 13:00 juga merupakan suhu terpanas. Dengan suhu yang semakin tinggi maka tingkat kelembaban akan berkurang. Pada simulasi jam 15:00, suhu rumah hasil simulasi yaitu C di titik 1, C di titik 2, dan C di titik 3 relatif lebih rendah dari suhu pada jam-jam sebelumnya. Suhu lingkungan pada jam 15:00 juga sebesar 24 C pada saat itu kelembaban di luar rumah sangat tinggi yaitu sebesar 92% maka atap dan dinding bangunan juga tidak terlalu banyak menyerap panas. Tetapi penyebaran suhu di dalam rumah masih di atas zona nyaman hal ini karena kondisi rumah yang tertutup sehingga kurang ada aliran udara. Gambar 43 memperlihatkan distribusi suhu udara di dalam rumah pada jam 15:00. Penyebaran kontur suhu hampir sama merata di seluruh ruangan dan warna kontur menunjukan intensitas yang relatif sama. Gambar 43. Distribusi suhu udara simulasi kombinasi 2 jam 15:00 Gambar 44. Tampak depan vektor kecepatan aliran udara simulasi kombinasi 2 jam 15:00 32

49 Gambar 45. Kontur kelembaban relatif material kombinasi 2 jam 15:00 Besarnya aliran udara hasil simulasi di dalam rumah ialah m/s di titik 1, m/s di titik 2, dan m/s di titik 3. Aliran di titik 1 cenderung lebih tinggi pada setiap hasil simulasihal ini karena titik 1 terletak di bagian dalam atap rumah yang dekat dengan lubang udara. Terlihat pada Gambar 44 kontur aliran udara di dalam rumah berwarna biru dimana aliran udara hampir tidak ada karena kondisi rumah yang tertutup. Kelembaban relatif masih rendah karena suhu udara yang relatif tinggi dengan nilai 31.52% di titik 1, 32.20% di titik 2, dan 35.09% di titik 3. Simulasi suhu udara pada malam hari dilakukan samaseperti kombinasi 1 dengan input yang sama. Simulasi dilakukan pada jam 19:00, 21:00, dan 23:00. Gambar 38 merupakan hasil simulasi suhu udara jam 19:00 dimana besarnya suhu di dalam rumah yaitu C di titik 1, C di titik 2, dan C di titik 3. Kecepatan aliran udara di luar 0 m/s, namun hasil simulasi di dalam rumah tidak menunjukkan 0 m/s tetapi antara 0.01 m/s sampai 0.02 m/s. Hal ini disebabkan karena perbedaan kerapatan udara di dalam dan di luar ruangan. Suhu udara yang lebih tinggi di dalam ruangan menyebabkan beda kerapatan udara. Gambar 46. Distribusi suhu udara simulasi kombinasi 2 jam 19:00 Gambar 47. Vektor kecepatan aliran udara simulasi kombinasi 2 jam 19:00 33

50 Gambar 48. Kontur kelembaban relatif material kombinasi 2 jam 19:00 Pada Gambar 47 aliran udara bergerak lurus ke atas rumah dengan nilai yang semakin tinggi sementara kecepatan di luar ruangan 0 m/s hal ini disebabkan karena perbedaan suhu antara atap dan udara di atasnya sehingga kerapatan udara berbeda. Kelembaban relatif di dalam rumah hasil simulasi sebesar 91.72% di titik 1, 92.61% di titik 2, dan 93.05% di titik 3. Hasil simulasi jam 21:00 dan 23:00 tidak berbeda jauh dengan simulasi jam 19:00, distribusi suhu udara merata di dalam rumah pada jam 21:00 dan jam 23:00 yaitu ± 23 C. Suhu lingkungan sebagai data masukkan sebesar 23 C tidak berbeda jauh dengan suhu di dalam rumah. Hal ini karena kondisi semakin malam tanpa ada radiasi matahari sehingga atap dan dinding bangunan tidak menyimpan panas. Aliran udara di dalam rumah juga relatif kecil pada jam 21:00 sebesar m/s di titik 1, m/s di titik 2, dan m/s di titik 3. Pada jam 23:00 sebesar m/s di titik 1, 0.01 m/s di titik 2, dan m/s di titik 3. Adanya pergerakkan udara di dalam rumah karena beda kerapatan udara antara di luar dan di dalam. Pergerakkan udara di atas atap lebih tinggi karena beda suhu atap dan udara lingkungan sehingga ada beda kerapatan udara seperti ditunjukkan pada Gambar 50 dan 53. Gambar 49. Distribusi suhu udara simulasi kombinasi 2 jam 21:00 Gambar 50. Vektor kecepatan aliran udara simulasi kombinasi 2 jam 21:00 34

51 Gambar 51. Kontur kelembaban relatif material kombinasi 2 jam 21:00 Kelembaban relatif hasil simulasi masing-masing sebesar ±94% pada jam 21:00 dan jam 23:00 yaitu ±95%. RH semakin malam semakin tinggi berbanding terbalik dengan suhu dimana semakin malam semakin rendah. Gambar 52. Distribusi suhu udara simulasi kombinasi 2 jam 23:00 Gambar 53. Vektor kecepatan aliran udara simulasi kombinasi 2 jam 23:00 Gambar 54. Kontur kelembaban relatif material kombinasi 2 jam 23:00 35

52 Berikut tabel dan gambar grafik hasil simulasi suhu, kecepatan angin, dan RH pada rumah Baduy Dalam yang menggunakan material kombinasi 2 berupa atap beton, dinding bata, dan lantai semen. Tabel 8. Hasil simulasi kondisi pengudaraan material kombinasi 2 Waktu (Jam) Titik Pengukuran Suhu ( C) 11:00 13:00 15:00 19:00 21:00 23:00 Suhu Lingkungan ( C) Aliran udara (m/s) Aliran udara Lingkungan (m/s) RH (%) RH Lingkungan (%) Titik 1 (atap) Titik 2 (Imah) Titik 3 (Tepas) Titik 1 (atap) Titik 2 (Imah) Titik 3 (Tepas) Titik 1 (atap) Titik 2 (Imah) Titik 3 (Tepas) Titik 1 (atap) Titik 2 (Imah) Titik 3 (Tepas) Titik 1 (atap) Titik 2 (Imah) Titik 3 (Tepas) Titik 1 (atap) Titik 2 (Imah) Titik 3 (Tepas) Gambar 55. Grafik simulasi suhu dan RH material kombinasi 2 Gambar 56. Grafik simulasi aliran udara material kombinasi 2 36

53 4.3.3 Hasil Simulasi Kombinasi 3 Pada simulasi Rumah Baduy Dalam kombinasi 3 digunakan material atap asbes, dinding bata dan lantai semen sebagai komponen penyusun serta input untuk simulasi. Simulasi dilakukan pada waktu-waktu yang sama dengan simulasi kombinasi 1 dan 2 yaitu jam 11:00, 13:00, dan 15:00 untuk siang hari dan 19:00, 21:00, dan 23:00 untuk malam hari. Hasil simulasi distribusi suhu udara pada jam 11:00 sebesar C di titik 1, C di titik 2, dan C di titik 3. Nilai ini relatif merata di seluruh bagian dalam bangunan. Kondisi suhu udara lingkungan sebesar 33 C dan radiasi matahari menyebabkan atap dan dinding bangunan menyimpan panas serta rumah dengan kondisi tertutup sehingga suhu di dalam rumah menjadi panas. Kecepatan aliran udara di dalam rumah hasil simulasi sebesar m/s di titik 1, m/s di titik 2, dan m/s untuk titik 3. Aliran udara di titik 1 relatif lebih tinggi dari titik 2 dan 3, hal ini karena titik 1 terletak dekat dengan lubang angin. Sirkulasi udara yang kurang pada bangunan menyebabkan kecilnya aliran udara di dalam rumah. Gambar 58 menunjukkan vektor kecepatan aliran udara pada jam 11:00. Gambar 57. Distribusi suhu udara simulasi kombinasi 3 jam 11:00 Gambar 58. Tampak depan vektor kecepatan aliran udara simulasi kombinasi 3 jam 11:00 Gambar 59. Kontur kelembaban relatif simulasi kombinasi 3 jam 11:00 37

54 Pada Gambar 58 terlihat aliran udara yang tinggi di sekitar rumah, kontur biru menunjukkan bahwa sirkulasi udara relatif kecil di dalam rumah hal ini karena rumah yang minim ventilasi. Kelembaban relatif hasil simulasi pada jam 11:00 sebesar ± 25% di dalam bangunan sangat jauh dengan RH masukkan untuk lingkungan rumah yaitu 61%. Simulasi pada jam 13:00 diperoleh suhu di dalam rumah Baduy Dalam dengan material kombinasi 3 sebesar C di titik 1, C di titik 2 dan 44 C di titik 3. Gambar 60 menunjukkan distribusi suhu udara pada jam 13:00. Atap dan dinding menyimpan energi panas dari radiasi matahari dan terjadi proses konveksi ke bagian dalam rumah sehingga suhu udara meningkat. Tingginya suhu pada siang hari terjadi akibat komponen material penyusun rumah serta kurangnya aliran udara yang masuk ke dalam rumah. Aliran udara di dalam rumah relatif kecil dengan aliran udara pada jam 13:00 yaitu m/s di titik pengukuran 1, m/s di titik 2, dan m/s di titik 3. Walaupun terdapat aliran angin, suhu rumah tetap tidak berada pada zona nyaman. Hal ini karena kurangnya sirkulasi udara di dalam rumah. Gambar 60. Distribusi suhu udara simulasi kombinasi 3 jam 13:00 Gambar 61. Tampak depan vektor kecepatan aliran udara simulasi kombinasi 3 jam 13:00 Gambar 62. Tampak atas vektor kecepatan aliran udara simulasi kombinasi 3 jam 13:00 38

55 Gambar 63. Kontur kelembaban relatif simulasi kombinasi 3 jam 13:00 Kelembaban relatif pada simulasi dengan komponen atap asbes, dinding bata, dan lantai semen jam 13:00 diperoleh sebesar 26.17% di titik pengukuran 1, 26.53% di titik 2, dan 27.14% di titik 3. RH yang kecil menyebabkan kondisi udara di dalam rumah kering dan panas. Simulasi pada jam 15:00 diperoleh suhu udara di dalam rumah Baduy Dalam sebesar C di titik 1, C di titik 2, dan C di titik 3. Suhu pada jam 15:00 lebih kecil dengan suhu pada jam-jam sebelumnya hal ini dikarenakan suhu lingkungan yang tidak tinggi yaitu 24 C sehingga atap dan dinding tidak menyimpan panas terlalu besar. Gambar 64 memperlihatkan distribusi suhu udara pada rumah Baduy Dalam yang mengunakan material kombinasi 3. Gambar 64. Distribusi suhu udara simulasi kombinasi 3 jam 15:00 Gambar 65. Tampak depan vektor kecepatan aliran udara simulasi kombinasi 3 jam 15:00 39

56 Gambar 66. Kontur kelembaban relatif simulasi kombinasi 3 jam 15:00 Pada Gambar 65 terlihat vektor aliran udara pada jam 15:00, besarnya aliran udara di dalam rumah m/s di titik 1, m/s untuk titik 2, dan 0.03 m/s di titik 3. Udara mengalir relatif tinggi di bagian luar rumah, hal ini terjadi karena angin yang datang sebesar 0.9 m/s ke arah rumah sebesar dalam kondisi tertutup sehingga aliran angin disebarkan ke sisi-sisi rumah. RH hasil simulasi sekitar 51%. Udara di dalam rumah tidak terlalu kering juga suhu udara relatif tidak terlalu tinggi. Hasil simulasi rumah Baduy Dalam dengan material kombinasi 3 pada waktu malam yaitu jam 19:00, 21:00, dan 23:00 tidak berbeda jauh dengan material kombinasi 1 dan 2. Pada jam 19:00 distribusi suhu udara di dalam rumah yaitu C di titik 1, C di titik 2, dan 23.6 C di titik 3 dengan kecepatan aliran udara m/s, m/s, m/s dan RH sekitar 92%. Gambar 66 menunjukkan distribusi suhu udara hasil simulasi pada jam 19:00. Gambar 67. Distribusi suhu udara simulasi kombinasi 3 jam 19:00 Gambar 68. Vektor kecepatan aliran udara simulasi kombinasi 3 jam 19:00 40

57 Gambar 69. Kontur kelembaban relatif simulasi kombinasi 3 jam 19:00 Aliran udara di luar rumah pada malam hari 0 m/s tetapi terjadi pergerakkan udara di dalam rumah. Hal ini karena adanya perbedaan suhu di dalam dan di luar rumah sehingga terjadi perbedaan kerapatan udara. Tampak pada Gambar 68 kontur aliran udara berwarna hijau di atas rumah, artinya kecepatan aliran lebih tinggi di bandingkan dengan sekitarnya, ini disebabkan suhu atap berbeda dengan suhu udara diatasnya sehingga terjadi perbedaan kerapatan udara. Pada jam 21:00 hasil simulasi suhu udara di dalam rumah masing-masing sebesar C di titik 1, C di titik 2 dan 3. Pada jam 23:00 sebesar C di titik 1, C di titik 2, serta di titik 3. Terjadi pergerakkan aliran udara di dalam rumah sama seperti jam 19:00 walaupun sangat kecil. Kecepatan aliran udara pada jam 21:00 dan 23:00 antara m/s sampai 0.01 m/s. Udara yang mengalir ke bagian atas rumah relatif lebih tinggi karena adanya perbedaan kerapatan udara yang disebabkan suhu atap dan suhu di luar berbeda. RH di dalam rumah ± 95% untuk jam 21:00 dan jam 23:00. Suhu lingkungan yang rendah serta tidak adanya radiasi matahari menyebabkan atap dan dinding bangunan sedikit menyimpan dan mentransfer panas ke dalam ruang di dalam rumah. Gambar 70. Suhu udara hasil simulasi kombinasi 3 jam 21:00 Gambar 71. Vektor kecepatan aliran udara simulasi kombinasi 3 jam 21:00 41

58 Gambar 72. Kontur kelembaban relatif kombinasi simulasi 3 jam 21:00 Gambar 73. Suhu udara hasil simulasi kombinasi 3 jam 23:00 Gambar 74. Vektor kecepatan aliran udara simulasi kombinasi 3 jam 23:00 Gambar 75. Kontur kelembaban relatif simulasi kombinasi 3 jam 23:00 Berikut tabel ringkasan hasil simulasi suhu, aliran udara, dan kelembaban relatif dari rumah Baduy Dalam yang menggunakan material atap asbes, dinding bata dan lantai semen. 42

59 Tabel 9. Hasil Simulasi kondisi pengudaraan material kombinasi 3 Waktu (Jam) Titik Pengukuran Suhu ( C) 11:00 13:00 15:00 19:00 21:00 23:00 Suhu Lingkungan ( C) Aliran udara (m/s) Aliran udara Lingkungan (m/s) RH (%) RH Lingkungan (%) Titik 1 (atap) Titik 2 (Imah) Titik 3 (Tepas) Titik 1 (atap) Titik 2 (Imah) Titik 3 (Tepas) Titik 1 (atap) Titik 2 (Imah) Titik 3 (Tepas) Titik 1 (atap) Titik 2 (Imah) Titik 3 (Tepas) Titik 1 (atap) Titik 2 (Imah) Titik 3 (Tepas) Titik 1 (atap) Titik 2 (Imah) Titik 3 (Tepas) Gambar 76. Grafik hasil simulasi suhu dan RH material kombinasi 3 Gambar 77. Grafik hasil simulasi aliran udara material kombinasi 3 43

60 4.4 Perbandingan Hasil Simulasi dengan Simulasi Material Tradisional Simulasi kondisi pengudaraan rumah Baduy Dalam dengan material tradisional telah dilakukan oleh peneliti sebelumnya. Analisis menggunakan teknik CFD menunjukkan bahwa rumah Baduy Dalam mempunyai pengudaraan pasif yang baik dan merupakan rumah yang berdesain ekologis. Kondisi pengudaraan di rumah Baduy Dalam dengan material tradisional dari jam 11:00, 13:00, 15:00 dapat dilihat pada Tabel 10 berikut. Tabel 10. Hasil simulasi kondisi pengudaraan rumah Baduy Dalam material tradisional Waktu (Jam) Titik Pengukuran Suhu ( C) Suhu Lingkungan Aliran udara Aliran udara Lingkungan RH (%) 11:00 13:00 15:00 (Widyarti 2011) RH Lingkungan (%) ( C) (m/s) (m/s) Titik 1 (atap) Titik 2 (Imah) Titik 3 (Tepas) Titik 1 (atap) Titik 2 (Imah) Titik 3 (Tepas) Titik 1 (atap) Titik 2 (Imah) Titik 3 (Tepas) Dari hasil simulasi rumah Baduy Dalam dengan kombinasi material 1, 2, dan 3 diperoleh kondisi pengudaraan yang tidak nyaman untuk dihuni terutama waktu siang hari. Hasil simulasi suhu pada jam 11:00, 13:00, dan 15:00 melebihi zona nyaman rumah untuk dihuni dimana suhu melebihi 26 C (Mom, 1940 diacu dalam Lippsmeier 1980) sedangkan hasil simulasi pada malam hari suhu udara berada di zona nyaman yaitu berkisar antara 22 C sampai 23 C sehingga perbandingan dilakukan hanya untuk waktu siang hari. Grafik perbandingan kondisi pengudaraan rumah Baduy Dalam material modern dengan material tradisional dapat dilihat pada Gambar 78. Suhu ( C) Perbandingan Kondisi Suhu Udara Titik 1 (atap) Titik 2 (Imah) Titik 3 (Tepas) Titik 1 (atap) Titik 2 (Imah) Titik 3 (Tepas) Titik 1 (atap) Titik 2 (Imah) Titik 3 (Tepas) Suhu ( C) Material Rumah Tradisional Suhu ( C) Material Rumah Kombinasi 1 Suhu ( C) Material Rumah Kombinasi 2 Suhu ( C) Material Rumah Kombinasi 3 Suhu Lingkungan ( C) 11:00 13:00 15:00 Waktu (Jam) & Titik Pengukuran Gambar 78. Grafik perbandingan suhu udara rumah Baduy Dalam material tradisional dan modern 44

61 Pada Gambar 78 terlihat grafik rumah dengan material modern mempunyai nilai suhu yang lebih tinggi dari rumah bermaterial tradisional. Rumah dengan material kombinasi 1, 2, dan 3 memiliki suhu diatas 40 C pada jam 11:00 dan jam 13:00 dan diatas 30 C pada jam 15:00 untuk material kombinasi 1 dan 3, hanya rumah dengan material kombinasi 2 yang berada di atas 40 C pada jam 15:00. Terlihat pada grafik warna hijau (material kombinasi 2) berada lebih tinggi dari material lainnya. Kondisi aliran udara dan kelembaban relatif dapat dilihat pada Gambar 79 dan Gambar 80. Aliran udara rumah dengan material kombinasi 1,2, dan 3 hanya berada pada rentang 0 m/s sampai 0.2 m/s berbeda dengan material tradisional yang terlihat fluktuatif, aliran udara tertinggi mencapai lebih dari 0.7 m/s. Perbedaan aliran udara antara rumah Baduy Dalam material modern dengan material tradisional terjadi karena material yang digunakan pada tradisional memiliki poros yaitu dinding bambu dan atap rumbia. Sedangkan kombinasi material modern merupakan material solid semua. Kelembaban relatif rumah material modern juga relatif rendah pada jam 11:00 dan 13:00, RH berada pada rentang 15%-30% sedangkan material tradisional memiliki RH sekitar 60%. Hal ini terjadi karena suhu rumah yang rendah pada material modern sehingga kelembaban rendah. Dari hasil perbandingan diketahui bahwa rumah Baduy Dalam dengan material modern kombinasi 1,2, dan 3 tidak nyaman sehingga perlu dilakukan modifikasi rumah terutama pada sirkulasi udaranya. Modifikasi hanya dilakukan pada rumah material kombinasi dengan suhu tertinggi yaitu material kombinasi 2 pada jam 13:00. Kec. Aliran udara (m/s) Perbandingan Kondisi Aliran Udara Titik 1 (atap) Titik 2 (Imah) Titik 3 (Tepas) Titik 1 (atap) Titik 2 (Imah) Titik 3 (Tepas) Titik 1 (atap) Titik 2 (Imah) Titik 3 (Tepas) Aliran udara (m/s) Material Rumah Tradisional Aliran udara (m/s) Material Rumah Kombinasi 1 Aliran udara (m/s) Material Rumah Kombinasi 2 Aliran udara (m/s) Material Rumah Kombinasi 3 Aliran udara Lingkungan (m/s) 11:00 13:00 15:00 Waktu (Jam) & Titik Pengukuran Gambar 79. Grafik perbandingan aliran udara rumah Baduy Dalam material tradisional dan modern 45

62 Kelembaban Relatif (%) Perbandingan Kondisi Kelembaban Titik 1 (atap) Titik 2 (Imah) Titik 3 (Tepas) Titik 1 (atap) Titik 2 (Imah) Titik 3 (Tepas) Gambar 80. Grafik perbandingan RH antara rumah Baduy Dalam material tradisional dan modern 4.5 Modifikasi dan Simulasi Rumah Baduy Dalam Material Kombinasi 2 Titik 1 (atap) Modifikasi rumah Baduy Dalam dilakukan pada rumah yang menggunakan material kombinasi 2 yaitu komponen atap beton, dinding bata, dan lantai semen. Modifikasi dilakukan karena kondisi pengudaraan di dalam rumah pada denah sebelumnya terutama pada waktu siang hari tidak didapatkan hasil simulasi yang nyaman untuk dihuni. Denah rumah sebelumnya kurang tempat sirkulasi udara sehingga pada modifikasi dilakukan penambahan ventilasi pada bagian depan dan belakang serta samping kanan dan kiri seperti terlihat pada Gambar 81 berikut. Titik 2 (Imah) 11:00 13:00 15:00 Titik 3 (Tepas) Waktu (Jam) & Titik Pengukuran RH (%) Material Rumah Tradisional RH (%) Material Rumah Kombinasi 1 RH (%) Material Rumah Kombinasi 2 RH (%) Material Rumah Kombinasi 3 RH Lingkungan (%) Gambar 81. Denah modifikasi rumah Baduy Dalam dengan penambahan ventilasi Hasil simulasi pada rumah modifikasi yang dilakukan pada jam 13:00 memiliki kondisi suhu udara sebesar C di titik 1, C di titik 2, dan C di titik 3. Nilai ini masih di atas zona nyaman yaitu 20 C-26 C namun sudah berada di bawah suhu sebelum modifikasi yaitu C di titik 1, C di titik 2, dan C di titik 3. Kecepatan aliran udara pada rumah modifikasi yaitu m/s di titik 1, m/s di titik 2, dan m/s di titik 3. Aliran udara di titik 2 relatif lebih tinggi karena udara mengalir dari ventilasi yang dibuat. Distribusi suhu dan kecepatan aliran dapat dilihat pada Gambar 82. Kelembaban relatif hasil simulasi sebesar 45.68% di titik 1, 51.91% di titik 2, 54.52% di titik 3. 46

63 Gambar 82. Hasil simulasi distribusi suhu udara rumah modifikasi Gambar 83. Hasil simulasi vektor kecepatan udara rumah modifikasi Gambar 84. Hasil simulasi RH rumah modifikasi Tabel 11. Perbandingan hasil simulasi rumah sebelum dan setelah modifikasi Waktu (Jam) Titik Pengukuran Suhu ( C) 13:00 (Sebelum) 13:00 (Sesudah) Suhu Lingkungan ( C) Aliran udara (m/s) Aliran udara Lingkungan (m/s) RH (%) RH Lingkungan (%) Titik 1 (atap) Titik 2 (Imah) Titik 3 (Tepas) Titik 1 (atap) Titik 2 (Imah) Titik 3 (Tepas)

64 Suhu & RH Titik 1 (atap) Grafik Perbandingan Suhu & RH Rumah Modifikasi Titik 2 (Imah) Titik 3 (Tepas) Titik 1 (atap) Titik 2 (Imah) Titik 3 (Tepas) Suhu ( C) RH (%) Suhu Lingkungan ( C) RH Lingkungan (%) 13:00 (Sebelum) 13:00 (Sesudah) Waktu (Jam) & Titik Pengukuran Gambar 85. Grafik perbandingan suhu dan RH rumah modifikasi Grafik Aliran Udara Kec. Aliran Udara (m/s) Titik 1 (atap) Titik 2 (Imah) Titik 3 (Tepas) Titik 1 (atap) Titik 2 (Imah) Titik 3 (Tepas) Aliran udara (m/s) Aliran udara Lingkungan (m/s) 13:00 (Sebelum) 13:00 (Sesudah) Waktu (Jam) & Titik Pengukuran Gambar 86. Grafik perbandingan kondisi aliran udara rumah modifikasi Hasil simulasi kondisi pengudaraan rumah Baduy Dalam yang telah dimodifikasi dengan material kombinasi 2 menunjukkan penurunan suhu udara yang signifikan namun masih diatas zona nyaman rumah yaitu suhu antara 20 C-26 C (Lippsmeier, 1980). Aliran udara juga relatif lebih besar di dalam rumah karena penambahan ventilasi pada bangunan. 48

65 V. PENUTUP 5.1 KESIMPULAN 1) Modifikasi material rumah Baduy Dalam terdiri dari 3 kombinasi yaitu kombinasi 1 (atap keramik-dinding bata-lantai ubin), kombinasi 2 (atap beton-dinding bata-lantai ubin), dan kombinasi 3 (atap asbes-dinding bata-lantai ubin). 2) Distribusi suhu, pola aliran udara, dan kelembaban pada rumah Baduy Dalam dengan material modern menunjukkan pola yang berbeda-beda sesuai dengan waktu simulasi. Material kombinasi 1 memiliki kondisi pengudaraan tertinggi pada jam 13:00 sebesar suhu C, RH 20.71%, kecepatan aliran m/s di Imah, material kombinasi 2 pada jam 13:00 suhu C, RH 17.10%, kecepatan aliran m/s di Imah, dan material kombinasi 3 pada jam 11:00 suhu C, RH 24.14%, kecepatan aliran m/s di Imah. 3) Modifikasi dilakukan dengan penambahan ventilasi pada rumah Baduy Dalam material kombinasi 2 mempengaruhi pola aliran dan distribusi suhu udara di dalam rumah, hasil simulasi kondisi pengudaraan pada siang hari lebih baik dari sebelum modifikasi dengan suhu di dekat atap C, RH 45.68%, kecepatan aliran m/s, di Imah suhu C, RH 51.91%, kecepatan aliran m/s, dan di Tepas suhu C, RH 52.54%, kecepatan aliran m/s tetapi suhu masih berada di atas zona nyaman. 5.2 SARAN 1) Penambahan ventilasi dan pemilihan material bangunan yang relatif tidak menyerap panas terlalu besar perlu dilakukan agar diperoleh kondisi yang nyaman di dalam rumah. 2) Simulasi CFD untuk kecepatan aliran udara pada saat kecepatan udara tinggi dilakukan dari arah angin bertiup untuk mengetahui bagian ventilasi yang memberikan pengaruh besar terhadap suhu. 49

66 DAFTAR PUSTAKA Boutet, Terry S Controlling Air Movement A Manual for Architect and Builders. Mc. Graw-hill Book Company, New York. Frick H, Fx Bambang S, DASAR-DASAR EKO-ARSITEKTUR. Penerbit Kanisius dan Soegijapranata University Press. Gardjito Sistem Ventilasi. Pelatihan Aplikasi Teknologi Hidroponik Untuk Pengembangan AgribisnisPerkotaan, Bogor 28 Mei - 7 Juni CREATA, IPB, Bogor. Givoni, Baruch Climate Conciderations in Building and Urban Desaign. Van Nostrand Reinhold, New York. Handoko Klimatologi Dasar. PT. Dunia Pusaka Jaya. Jakarta. Lechner, Norbert HEATING, COOLING, LIGHTING: Metode Desain untuk Arsitektur. Sandriana Siti, penerjemah. Jakarta: RajaGrafindo Persada. Terjemahan dari: HEATING, COOLING, LIGHTING: Design Methods for Architects. Lippsmeier, Georg Bangunan Tropis. Syahmir Nasution, penerjemah. Jakarta: Penerbit Erlangga. Terjemahan dari: Tropenbau Building in the Tropics. Mangunwijaya YB Pengantar Fisika Bangunan. DJambatan, Jakarta. Mannan, Abdul Faktor Kenyamanan Dalam Perancangan Bangunan (Kenyamanan Suhu- Termal Pada Bangunan). Ichsan Gorontalo, Vol 2 No.1. Nurianingsih, Resti Analisis Pola Aliran dan Distribusi Suhu Udara Pada Rumah Tanaman Standard Peak Menggunakan Computational Fluid Dynamics (CFD). [Skripsi]. Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, IPB. Bogor. Permana RCE Tata Ruang Masyarakat Baduy. Jakarta: Wedetama Widya Sastra. Prabowo SH Easy to Use Solidworks ANDI. Yogyakarta. Roaf, Sue Ecohouse: a Design Guide. Architectural Press. London. Sayma, Abdulnaser Computational Fluid Dynamic. Ventus Publishing, London. Suhardiyanto H Teknologi Rumah Tanaman untuk Iklim Tropika Basah. IPB Press. Bogor. Tuakia F Dasar-Dasar CFD Menggunakan Fluent. Informatika Bandung. Bandung. Varghese P C Building Materials. Prentice-Hall of India Private Limited, New Delhi. Widyarti, Meiske Kajian dan Rekonstruksi Konsep Eco-village dan Eco-house Pada Permukiman Baduy Dalam Berdasarkan Community Sustainability Assesment [Disertasi]. Bogor: Program Pascasarjana, Institut Pertanian Bogor. Wulandani D, Nelwan LO, Abdullah K Pemodelan Matematika untuk Optimasi Perubahan dan Distribusi Suhu, RH, dan Kecepatan Udara Dalam Ruang Pengering Berenergi Surya Menggunakan Analisis Dimensi dan Finite Element. Institut Pertanian Bogor-IPB. Bogor. 50

67 LAMPIRAN 51

68 Lampiran 1. Data kondisi iklim lingkungan penelitian tanggal 13 November Jam Angin Suhu RH Tek Rad arah m/dt C % mmhg Lux TL TL B BD TG S TG TG U BL TG TG T

69 Lampiran 2. Tampak depan denah rumah Baduy Dalam. GAMBAR TEKNIK TAMPAK DEPAN RUMAH BADUY DALAM SKALA SATUAN 1 : 50 mm 53

70 Lampiran 3. Tampak samping denah rumah Baduy Dalam. GAMBAR TEKNIK TAMPAK SAMPING RUMAH BADUY DALAM SKALA SATUAN 1 : 50 mm 54