BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Lokasi Penelitian Lokasi penelitian dilakukan di kawasan lingkungan perumahan yang dikembangkan oleh swasta dengan pola penataan rumah tipe deret (row house) di Kota Medan, seperti dapat dilihat pada Gambar 3.1 dan 3.2. Selain itu, temperatur mikro lingkungan sekitar bangunan berada di atas standar kenyamanan, tetapi memiliki potensi angin yang besar. Tipe bangunan yang dipilih adalah tipe 45 dengan pola penataan ruang seperti pada gambar 3.3. Gambar 3.1 Model perumahan dengan sistem deret (row house) Gambar 3.2 Pola Penataan Bangunan Obyek Penelitian 10
Gambar 3.3 Penataan Ruang pada Rumah Tinggal Tipe 45 3.2 Metode Penelitian Metode penelitian yang digunakan pada penelitian ini menggunakan simulasi CFD dengan model Detached Eddy Simulation (Spalart-Allamars) dan Wind Tunel Experiment sebagai pembanding dalam proses pengujian. 1. Perhitungan Matematika Ruang yang mengutamakan kecepatan angin yang tinggi pada bangunan, seperti pada daerah iklim tropis basah memerlukan strategi yang memanfaatkan kecepatan angin di sekitar bangunan. Oleh karena itu, menurut Allard (1998) pada Prajongsan dan Sharples (2012), perhitungan matematika yang digunakan adalah: Qw = C A V C (1) Q w C d V o C p = laju aliran udara akibat angin (m 3 /s) =Koefisien lepas bukaan (1 = 1 + 1 ) = Kecepatan angin di luar bangunan (m/s) = Perbedaan nilai koefisien tekanan angin antara inlet dan outlet A i = Luas inlet (m 2 ) A o = Luas outlet (m 2 ) 11
Sementara itu, tingkat laju angin pada suatu bukaan ditentukan oleh: Q = va (2) Q = tingkat laju angin pada bukaan (m 3 /s) V = kecepatan angin (m/s) A = Luas bukaan (m 2 ) 2. Computational Fluid Dynamics (CFD) CFD merupakan metode yang paling banyak digunakan dalam beberapa tahun terakhir untuk meneliti performansi ventilasi alami pada bangunan, karena hasilnya yang informatif terutama di kalangan komunitas peneliti (Chen, 2009). Pada umumnya terdapat tiga tahapan yang harus dilakukan ketika kita akan melakukan simulasi CFD, yaitu preprocessing, solving, dan postprocessing (Tuaika, 2008). a. Preprocessing Preprocessing merupakan langkah pertama dalam membangun dan menganalissis sebuah model CFD. Teknisnya adalah membuat model dalam paket Computer Aided Design, membuat mesh sesuai desain, kemudian meenerapkan kondisi batas dan sifat fluidanya. b. Solving Solvers (program inti pencari solusi) CFD menghitung kondisi-kondisi yang diterapkan pada saat preprocessing. c. Postprocessing Postprocessing adalah langkah terakhir dalam analisis CFD. Hal yang dilakukan pada langkah ini adalah mengorganisasi dan menginterpretasi data hasil simulasi CFD berupa gambar, kurva, atau animasi. 2. Wind Tunel Experiment Wind Tunel Experiment dilakukan untuk memperoleh informasi pergerakan angin di dalam ruangan dengan variabel peubah temperatur ruang dan kecepatan angin yang memasuki ruangan. Tujuan dari ekperimen ini untuk 12
memperoleh variasi peletakan ventilasi satu sisi pada bangunan dengan parameter ukuran: 1) kecepatan angin; 2) intensitas turbulens; 3) arah angin; 4) tekanan udara yang ada di sekitar bukaan/ventilasi; dan 5) perbedaan temperatur antara di dalam dan di luar ruangan. 3.3 Langkah-langkah Penelitian 3.1.1 Penelitian Tahun II 1. Pengembangan rancangan ventilasi satu sisi pada bangunan rumah tinggal tipe 45 dengan pola deret (row house) Rancangan ventilasi satu sisi yang telah dibuat pada tahun I menunjukkan letak/posisi ventilasi yang memiliki kinerja paling optimal dalam meningkatkan kenyamanan termal pada bangunan. Rancangan ruang dengan luas 9 m 2 kemudian digunakan pada bangunan rumah tinggal tipe 45 (Gambar 3.4). Gambar 3.4. Obyek Penelitian Penghawaan alami ventilasi satu sisi diterapkan pada model bangunan yang telah ditentukann sebagai obyek penelitian. Selain itu, sistem stack ventilation diterapkan pada bangunan dengan tujuan untuk meningkatkan kinerja ventilasi satu sisi pada bangunan. Model rancangan dibuat dalam bentuk modelling 3D dengan software AutoCAD 3D. 2. Pengujian Model Bangunan Rumah Tinggal Tipe 45 dengan simulasi CFD dan Perhitungan Matematika Pengujian terhadap model bangunan memiliki tahapan yang sama seperti pada pengujian rancangan ventilasi satu sisi yang telah dilakukan di tahun 13
pertama. Sementaraa itu, di tahap wind-tunnel eksperimen, analisis akan menggunakan asap untuk mengamati kinerja penghawaan pada ruang, terutama pergerakan angin dalam bangunan. Rancangan bangunan dinilai kinerjanya berdasarkan indikator: 1) kondisi termal (suhu, kelembaban udara, dan kecepatan angin) dalam bangunan yang menunjukkan kinerja termal bangunan, 2) tingkat kenyamanan termal bangunan sesuai standar ASHRAE. Analisiss CFD dilakukan dengan menggunakan software FLUENT/ANXYS. Hasil pengujian terhadap model bangunan akan digunakan untuk memperbaiki kualitas rancangan, sehingga dapat diperoleh suatu model bangunan yang memiliki kinerja terbaik dalam menjaga kenyamanann termal ruang. Model rancangan akan direkomendasikan kepada Dinas Pekerjaan Umum BALITBANG Loka Teknologi Permukiman Sumatera Utara dalam bentuk Panduan Perancangan Ventilasi pada Bangunan Sederhana. Urutan langkah-langkah penelitian dapat dilihat pada Gambar 3.5. Tahun 1 Eksplorasi Data Lingkungan Termal Obyek penelitian Perancangan alternatif rancangan ventilasi satu sisi dengan kondisi ruang sesuai obyek penelitian Uji rancangan ventilasi satu sisi dengan simulasi CFD Terpilih rancangan ventilasi satu sisi yang memiliki kinerja terbaik dalam menjaga kenyamanan termal ruang Publikasii Hasil penelitian pada Jurnal Koridor USU dan Diseminasi Penelitian Tahu n 2 Perancangan model bangunan rumah tinggal tipe 45 dengan menerapkan hasil rancangan ventilasi satu sisi pada bangunan Uji kinerja bangunan dalam menjaga kenyamanan termal ruang dengann menggunakan simulasi CFD dan Perhitungan Matematika Diperoleh model bangunan rumah tinggal Tipe 45 yang memiliki kinerja terbaik Rekomendasi & publikasi di Jurnal internasional terindeks Scopus dan diseminasi penelitian Gambar 3.5 Urutan Langkah-langkah Penelitian 14