THERMAL PERFORMANCE OPTIMIZATION OF UNIVERSITY BUILDING IN HUMID TROPICAL CLIMATE (UPN “Veteran” Jawa Timur University Building Case Study)

 

 Heru Subiyantoro

Thesis Project

 

 

ABSTRACT

            Generally, university buildings that we know have long-shape or long block. It has consequences with the building thermal aspect. If not suitable with the wind-direction, it can accumulate thermal in the building. The next step that can be achieve is by reducing heat in the heat increasing buffer aspect through heat increasing buffer material and the right proportion shape to produce optimal thermal.

            The purpose of this research is to achieve several variants in thermal performance according to the variation in material, orientation and shape aspects. These variants statistically arrange to become compared ingredients to be look for optimal comfort condition in humid tropical area.

            The achieved comfort conditions are done to get results variation from several variables which are configured into several conditions toward optimal thermal performance in the building. That several conditions are spread to several kind of research simulation to achieve several results which can be compared.

            The stages to achieve this optimal condition are by observing the field to get general condition as a preliminary parameter of thermal physics in the research. In compliance with those processes, study about theories that connecting with the thermal effort process and its management are being done. The next  stage, the collected data are processed using computer simulation such a Ecotect V 5.5, Aiolos V 1.0 and Weather Tools V 2.0. Several variation as   results of the simulation are arranged in diagram graphic to be analyzed its critical point and  optimum condition.

            This research with limited permutation gives batako material configuration result , biggest opening is south oriented, and ratio form 1:4 can  decrease discomfort degree hours up to 3% from existing condition. The more  influential variable in the discomfort score changing is the form of the building.

 

Keywords: university building, optimal thermal performance, humid tropical

BAB I

PENDAHULUAN

 

  1. Latar Belakang

Rumah tinggal merupakan salah satu kebutuhan pokok dari manusia. Sebagai salah satu kebutuhan pokok kompetisi untuk memiliki tempat tinggal menjadi sangat besar dan menimbulkan ketidakseimbangan antara permintaan dan kebutuhan secara keseluruhan. Dalam praktiknya banyak perencanaan dan perancangan rumah susun, masih tidak optimal sebagai hunian yang memenuhi kebutuhan kenyamanan. Ketidaknyamanan secara spasial sudah banyak dijadikan penelitian. Namun karena keterbatasan secara fisik menyangkut masalah investasi, maka kebutuhan spasial umum harus diterima sesuai keadaan. Dalam perspektif kenyamanan termal , rumah susun juga masih belum memenuhi kenyamanan termal sepenuhnya. Kondisi rumah dengan luasan tipe kecil identik dengan kondisi hunian yang panas dan lembab. Hal tersebut lebih mudah dijumpai lagi di dalam kawasan hunian yang bersifat komunal secara horisontal dan vertikal seperti rumah susun.

Rumah susun mahasiswa (rusunawa) mempunyai keunikan tersendiri dalam hal pengguna bangunannya. Pengguna bangunan rusunawa adalah mahasiswa yang secara umum mempunyai pendidikan dan karakteristik lebih baik daripada rumah susun umum. Dengan pengguna bangunan yang mempunyai standar lebih tinggi tentu tingkat kenyamanan juga dituntut lebih baik. Kenyamanan termal merupakan bagian penting yang harus dipenuhi untuk mendapatkan kondisi yang kondusif untuk belajar sekaligus hunian. Penelitian ini diharpkan menghasilkan bangunan rusunawa yang optimal terutama dalam hal kinerja termal bangunan hunian rumah susun mahasiswa.

  1. Optimasi Kinerja Thermal Arsitektur Tropis

Material pada bangunan tropis mempunyai karakteristik tersendiri dalam mengatasi masalah panas. Bangunan dalam arsitektur tropis mempunyai persoalan tentang temperatur dan kelembaban yang cukup tinggi. Temperatur yang cukup tinggi dalam bangunan mempunyai sebab yang cukup banyak, antara lain dari faktor lingkungan yang memang sudah cukup panas sehingga panas berpindah menuju bangunan, dari faktor pengendalian panas oleh elemen bangunan sendiri dan faktor aktifitas dari pengguna bangunan tersebut. Permukaan yang cukup luas akibat konfigurasi bentuk menjadi potensi penerima panas yang akan diteruskan kedalam bangunan. Untuk mengendalikan hantaran panas material dengan tingkat kepadatan yang tinggi biasanya mempunyai karakteristik yang cenderung untuk menghantarkan panas lebih besar. Sebaliknya dengan porositas yang besar atau dengan gap udara akan memberikan efek mengurangi proses hantaran panas. Dalam kenyataannya justru bangunan tropis banyak menggunakan material dengan tingkat penghantaran panas yang tinggi.

Orientasi secara umum sangat berkaitan dengan masalah arah datang sinar matahari. Radiasi dengan arah datang berbeda akan berpengaruh terhadap penerimaan panas pada tiap permukaan sehingga akan mempengaruhi kondisi termal dalam bangunan. Dalam sisi lain orientasi bangunan dapat menjadi faktor positif yang memberikan keuntungan dalam menangkap kondisi aliran angin dalam lingkungan mikro lokasi bangunan tersebut.

Bentuk bangunan yang sangat memperhitungkan efisiensi ruang aktifitas idealnya juga memperhitungkan permasalahan penggunaan energi. Dengan merancang tingkat penerimaan permukaan selubung bangunan tentu akan memberikan reduksi terhadap pengendalian panas yang masuk bangunan. Permukaan bangunan berhubungan dengan bentuk bangunan. Terdapat kondisi yang kontradiksi pada bangunan tropis yang berkembang dalam batas tertentu. Bangunan dengan proporsi memanjang memungkinkan pengaturan kontrol ruang yang sederhana dan efisien. Namun dalam sisi lain permukaan yang homogen dalam satu permukaan mempunyai potensi yang besar dalam menerima panas secara berlebihan. Bentuk memungkinan untuk dioptimalkan seminimal mungkin memasukkan panas ke dalam bangunan.

  1. Perumusan Masalah

Dari uraian diatas memberikan gambaran akan terdapat potensi korelasi yang penting antara material dengan karakteristik penghantaran panasnya, orientasi bangunan yang berkaitan dengan arah bukaan terbesar terhadap sinar matahari dan bentuk yang berhubungan dengan jumlah permukaan yang menghadap sinar matahari dimana semua faktor tersebut mempunyai kecenderungan menjadi faktor penentu dalam hal kenyamanan termal. Studi ini mencoba untuk mengurai tentang kemungkinan pencapaian kenyamanan termal terhadap variasi aspek  material, orientasi dan bentuk bangunan dalam mencapai kondisi yang dapat memenuhi kenyamanan termal. Sehingga pertanyaan yang mungkin dapat dikembangkan adalah:

  1. Bagaimana Kinerja termal bangunan Bangunan Rumah Susun Mahasiswa Di Daerah Tropis lembab ?
  2. Kesimpulan apa yang dapat dihasilkan dari hasil analisis kinerja termal bangunan rumah susun UPN Veteran Jatim ?

 

  1. Tujuan penelitian

Tujuan dari penyelesaian rumusan masalah diatas adalah :

  1. Mengetahui kondisi kinerja termal bangunan rumah susun mahasiswa UPN Veteran Jatim.
  2. Menyimpulkan Kinerja termal bangunan rumah susun mahasiswa UPN Veteran Jatim.

 

  1. Kontribusi penelitian

Manfaat yang dapat diperoleh dari penelitian ini adalah :

  1. Memberikan panduan awal dalam proses evaluasi kinerja termal bangunan rumah susun.
  2. Memberikan panduan pertimbangan praktis dalam perancangan bangunan gedung rumah susun mahasiswa yang mempertimbangkan aspek material, orientasi, bentuk di daerah tropis lembab.
  3. Memberikan sumbangan referensi terhadap perancangan bangunan rumah susun yang sejenis dengan obyek penelitian ini dan memberikan kontribusi terhadap perkembangan penelitian pada Rencana Induk Penelitian  (RIP) UPN “Veteran” Jawa Timur tahun 2015-2016, khususnya program studi arsitektur dalam mewujudkan arsitektur hemat energi. Penelitian termasuk dalam golongan Keunggulan Inovasi Energi.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Bangunan Rumah Susun Mahasiswa

Rumah susun adalah bangunan tempat tinggal secara komunal yang digunakan sebagai tempat untuk berlindung dari aktifitas yang tidak sesuai dengan kebutuhan fisik manusia secara bersama. Untuk jenis bangunannya sangat tergantung pada aktifitas dan strata sosial penghuninya.Arsitektur bangunan rumah susun mempunyai tipikal yang khusus, antara lain adanya waktu aktifitas reguler yang tergantung terhadap kondisi strata sosial penghuninya. Semua kegiatan yang berlangsung reguler, mempunyai jenis aktifitas yang sama dan berulang setiap waktu.

Bangunan di wilayah tropis secara umum mempunyai karakteristik yang menonjol dalam tampilan material bangunan. Dengan berkembangnya persoalan fungsi yang semakin meluas, material dengan fleksibilitas yang efisien dalam  aspek pengadaan maka beberapa material menjadi pilihan. Material pilihan yang berkembang menjadi faktor kritis secara nyata dalam proses pembuatan bangunan namun belum menjadi faktor yang memberikan kenyamanan termal bangunan.

Penelitian khusus tentang kinerja termal terhadap bangunan dengan metoda simulasi penuh masih sangatlah sedikit dibidang arsitektur. Beberapa masih melakukan penelitian yang fokus pada masalah aktifitas termal tapi dari sisi teoritik bukan pada proses kinerja fisika pengukuran langsung. Sebagai contoh adalah penelitian AR Luddityawan dkk. (2014) , melakukan kajian tentang pengaruh termal dari taman vertikal. Konsep termal dalam arsitektur bangunan tradisional dan bangunan pendidikan juga menjadi perhatian sebagian peneliti menyangkut kinerja termal bangunan.

Kenyamanan termal yang mempunyai sumber energi dari matahari, secara teori sangat dipengaruhi oleh aspek orientasi terhadap penerimaan permukaan terhadap sumber energi matahari. Orientasi bangunan menjadi faktor awal yang menentukan bangunan dapat menerima panas secara berlebihan atau mencukupi dengan kebutuhan aktifitas bangunan.

Dalam kenyataannya bangunan rumah susun selalu identik dengan bentuk  atau volume yang cenderung persegi panjang (long block). Hal tersebut dalam satu sisi memang mempunyai tujuan efektifitas terhadap pergerakan dan aksesibilitas ruangan secara menyeluruh. Namun kondisi tersebut akan mengakibatkan organisasi antar ruangan umumnya jadi linier. Hal lain yang umum terjadi adalah muka bangunan mempunyai orientasi dua arah memanjang. Keterbatasan lahan di wilayah perkotaan menjadi penyebab pasti lahan yang menyempit. Dengan semakin sempitnya jatah lahan dari setiap bangunan memberikan dampak terhadap kenyamanan hunian bangunan rumah susun tersebut. Usaha untuk melakukan optimasi terhadap masalah ini harus dilakukan dalam lingkup perencanaan bangunan.

Sebagian besar dari bangunan rumah susun di negara kita banyak menganut organisasi ruang yang berbentuk linier. Organisasi linier ini menghasilkan bentuk selubung bangunan lebih banyak jika dibangun dalam lahan yang luas. Secara sederhana bentuk ini dalam  sistim manajemen ruang lebih mudah untuk memanfaatkan ruangan dan juga jika terjadi perubahan penggunaan luasan ruang. Bentuk linier dapat lebih dioptimalkan dengan melakukan eksplorasi bentuk panjang yang optimal terhadap besaran penangkapan panas permukaan selubung bangunan.

2.2. Iklim Tropis Lembab

Iklim tropis berlaku didaerah antara lintang 230 27’ LU dan 230 27’ LS. Pada garis lintang Utara 230 27’ LU, matahari berada pada posisi tegak lurus dengan bumi pada tanggal 22 Juni. Sedangkan garis Lintang Selatan 230 27’ LS, matahari berada pada posisi tegak lurus dengan bumi pada tanggal 22 Desember. Disebelah utara dan selatan garis balik ini matahari tidak dapat lagi mencapai posisi tegak lurus dengan bumi. Secara garis besar ’tropis’ dapat didefinisikan sebagai daerah yang terletak diantara garis isoterm 200 C di belahan bumi utara dan selatan (Lippsmeier, 1980).

Daerah tropis dibagi menjadi 2 bagian, yaitu (1) Daerah Hangat- Lembab (Warm-Humid Zones) kurang lebih terletak antara 150  LU dan 150  LS, dan (2) Daerah Panas-Kering (Hot-DryZones) terletak antara 300  LU dan 300  LS. Menurut Lippsmeier (1980), daerah yang pertama yaitu daerah hangat–lembab (warm-humid) ditandai dengan kondisi kelembaban yang tinggi (>90%), curah hujan tinggi, serta temperatur rata-rata tahunan diatas 180 C (biasanyasekitar 230 C). Perbedaan musim hampir tidak ada dan fluktuasi temperatur tahunan sangat kecil. Oleh karena itu, pada daerah hangat-lembab, pengamatan ditekankan pada fluktuasi iklim harian. Klasifikasi kedua adalah iklim panas-kering (hot-dry), ditandai dengan kondisi kelembaban absolut < 25 mb, dan temperatur tinggi pada musim panas (mencapai>500 C), disertaidenganradiasimatahari yang tinggi. Perbedaan musim panas dan musimdinginsangat besar, hujan sedikit dengan perbedaan temperatur siang-malam dalam musim dingin mencapai > 200 C. Iklim tropis lembab hangat mempunyai ciri dan penyelesaian sendiri dalam hal pengadaan obyek bangunan.

Iklim Tropis hangat lembab yang ada di Indonesia memberikan respon tersendiri dalam pola perancangan bangunan rumah susun. Khususnya dalam tipe kecil bangunan rumah susun mempunyai fenomena yang bertentangan antara kebutuhan akan kenyamanan dan kenyataan secara sosial yang menyangkut kemampuan dalam penyediaan bangunan yang ideal. Maka penelitian tentang optimasi terhadap kinerja termal bangunan rumah susun masih terbuka lebar khususnya dengan metode simulasi penuh.

2.3.Optimasi Orientasi Bangunan Terhadap Radiasi Matahari

Penentuan orientasi pada tiap lokasi mempunyai karaktersitik yang berbeda. Hal tersebut dikarenakan orientasi menyangkut 2 hal pokok yang menjadi pertimbangan. Orietansi bangunan menyangkut 2 persoalan yaitu :

– Radiasi matahari yang masuk kedalam bangunan yang mengakibatkan pemanasan ruangan.

– Aliran angin pada penghawaan alami untuk penghapusan panas dalam ruangan.

Dalam proses optimasi orientasi menjadi sangat penting karena mempengaruhi kenaikan temperatur dalam ruangan. Kenaikan temperatur akan mempengaruhi tingkat kenyamanan hunian tersebut.

Radiasi matahari dalam bangunan melalui proses langsung dan tidak langsung. Radiasi secara langsung melalui bukaan jendela yang kuantitasnya ditentukan oleh luas bukaan. Sedangkan radiasi tidak langsung melalui kenaikan temperatur selubung bangunan bagian luar sehingga terjadi konduksi panas menuju permukaan dalam bangunan. Pemanasan permukaan dalam bangunan akan menghasilkan radiasi panas ke dalam ruangan.

Arah orientasi dari bukaan jendela menjadi penentu jumlah radiasi  yang masuk ke dalam bangunan. Penentuan orientasi yang baik diperlukan untuk mendapatkan efisiensi dalam penggunaan energi. Untuk tropis lembab dengan temperatur ruangan yang cenderung lebih tinggi dari temperatur luar ruangan mempunyai kebutuhan energi untuk mendinginkan ruangan agar mencapai temperatur nyaman. Metoda ini merupakan bagian penting dalam teknik pendinginan secara pasif.

Untuk keperluan tersebut maka diperlukan metode untuk menentukan arah orientasi yang paling baik untuk setiap lokasi sesuai posisi dari arah ekuator. Dengan mengacu pada garis ekuator ditentukan posisi latitude dari lokasi dan longitude. Untuk menentukan posisi orientasi yang potencial digunakan sebagai orientasi bukaan (dalam kontek radiasi matahari) maka terdapat beberapa ketentuan yang diperhatikan (Olgyay, 2001) yaitu :

– Rata-rata radiasi langsung yang diterima pada rentang periode underheated (Ru) dan overheated (Ro) dalam setahun.

– Total harian radiasi (dalam keadaan clearsky)  untuk 3 bulan paling dingin dan 3 bulan paling panas dalam setahun.

– Indeks tipikal temperatur harian sol-air yang menunjukkan temperatur dalam tiap jam mulai pagi terbit sinar matahari (6 pagi) sampai dengan tenggelam matahari (6 sore) akibat fluktuasi jumlah radiasi matahari.

Dengan mempertimbangkan tiga hal tersebut orientasi optimum dapat diketahui. Orientasi optimum dibutuhkan untuk mengetahui posisi yang paling memungkinkan sebuah bangunan yang direncanakan dapat di bangun. Dengan mempertimbangkan orientasi optimum tersebut diharapkan bangunan dapat secara optimal mengurangi beban pendinginan pada bangunan tropis.

BAB III

METODE PENELITIAN

 

Penelitian ini mempunyai variasi pendekatan untuk menjawab permasalahan penelitian. Dalam tahap awal dengan melakukan kajian teoritik terhadap kinerja termal bangunan rumah susun yang menjadi obyek kasus. Dengan metoda argumentasi logis diharapkan muncul korelasi tentang kinerja termal dan faktor penyebabnya. Sedangkan bagian selanjutnya adalah melakukan evaluasi secara simulasi kinerja termal dengan menggunakan perangkat lunak Autodesk Ecotect Analysis. Simulasi digunakan sebagai taktik untuk membantu proses penentuan kinerja termal dan memperoleh hasil yang optimal terhadap desain bangunan rumah susun.  Simulasi digunakan sebagai langkah untuk mendapatkan keadaan yang terkontrol dari beberapa kemungkinan yang terjadi seperti pengaruh angin , hujan, matahari (Groat & Wang, 2002).

Penelitian tentang bangunan rumah susun masih mempunyai jumlah yang terbatas. Terutama yang berhubungan dengan perfoma termal dari bangunan rumah susun. Secara spesifik peneliti hanya menemukan sedikit penelitian yang berhubungan dengan kinerja termal, sedangkan lainnya berhubungan dengan kinerja aktifitas, penerangan dan akustik. Dalam ruang lingkup yang lebih kecil penelitian  Ahmad dkk (2006) melakukan penelitian tentang ventilasi alami dari bangunan sekolah standar di Malaysia. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk melakukan evaluasi akhir terhadap efektifitas natural ventilation dalam pendinginan alami atau kenyamanan pada standard school di Malaysia. Metode penelitian yang digunakan penelitian tersebut diatas menggunakan simulasi. Namun dalam penelitian ini hanya memfokuskan pada pengaruh ventilasi alami. Standar kenyamanan ventilasi penelitian ini menggunakan dasar hasil dari penelitian sebelumnya yang dikerjakan oleh Samirah Abdul Rahman (1999).

Penelitian lain yang mempunyai obyek penelitian sama dilakukan Sanusi (2006) yang mempunyai latar belakang penelitian tentang kenyamanan bangunan rumah susun. Fokus utama dalam penelitian ini adalah melakukan studi terhadap kelayakan dari natural ventilation pada empat sekolah di Malaysia.  Dalam peneltian tersebut digunakan beberapa kuesiner yang dipakai sebagai alat survei yang mempunyai tiga bagian. Bagian pertama fokus pada parameter jenis kelamin, pakaian dan aktifitas. Bagian kedua memusatkan perhatian kepada thermal sensation, alert level dan comfort level. Dan ketiga adalah perhatian terhadap permasalahan opini pengguna tentang pencapaian desaian kelas yang nyaman.

Beberapa penelitian yang di kaji dalam satu aspek mempunyai kemiripan dalam hal optimasi namun cenderung tidak mempunyai kesamaan pada masalah obyek penelitian. Penelitian-penelitian tersebut mempunyai langkah atau prosedur yang hampir sama dalam mendapatkan kondisi termal optimal bangunan. Samodra (2006) memberikan gambaran tentang studi optimasi kinerja termal pada bangunan tradisional Jawa. Dengan melakukan proses simulasi menggunakan perangkat lunak didapatkan kondisi optimum kinerja termal bangunan tersebut.

Metode penelitian simulasi yang akan digunakan juga melihat peranan simulasi dalam beberapa penelitian sebelumnya. Penelitian-penelitian tersebut mengangkat permasalahan tentang konsep disain dalam konteks strategi optimasi termal pada hunian atau bangunan bertingkat di tropis lembab.  Dalam penelitian ini diarahkan untuk melengkapi penelitian optimasi terhadap kinerja termal dengan mengambil obyek khusus bangunan rumah susun di tropis lembab. Khususnya penelitian ini ingin melakukan kajian mendalam tentang kinerja termal bangunan rumah susun tipe kecil yang secara umum mempunyai populasi yang cukup banyak di masyarakat.

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

 

4.1. Data obyek

 

  • Bentuk

 

Bangunan yang dijadikan obyek pengukuran adalah rumah susun UPN Veteran Jatim yang berlokasi di Raya Rungkut Madya Gunung Anyar Surabaya. Tampak depan bangunan ini mengarah ke Utara dan tampak belakang menghadap Selatan.

  

 

Bentuk jendela dan pintu semua tipikal dan terbuat dari kaca dengan frame dari metal alumunium. Bentuk denah juga tipikal sama pada tiap lantai, dengan bentuk ruang hunian persegi panjang. Masing-masing ruang hunian langsung berhubungan dengan koridor luar yang menghadap Utara. Konfigurasi ini termasuk dalam model single-loaded dalam bentuk bangunan long-block.

 

  • Luasan transparan-masif

 

Luas bidang transparan dan bidang masif dihitung untuk dijadikan bahan analisis korelasi dengan peningkatan aliran panas dari solar radiation pada masing-masing permukaan kedalam bangunan. Komposisi ini diperlukan untuk analisis terhadap selubung bangunan factor mana saja yang memberikan sumbangan aliran panas kedalam bangunan terbesar. Sehingga dapat dipakai dasar dalam melakukan pengelolaan termal didalam bangunan. Prosentase awal dari masing-masing bidang diukur dari jumlah total permukaan pada masing-masing arah orientasi.(Utara, Timur, Selatan,Barat)

Berdasarkan perhitungan yang dilakukan maka terdapat komposisi permukaan (dengan menggunakan alat bantu perangkat lunak CAD)seperti tabel berikut.

Tabel 4.1. Ukuran bangunan dan prosentase bidang transparan & masif  bangunan
  L

(m2)

T

(m2)

Selubung (m2) LBT/Area Exposed LBM/Area Exposed
Permukaan Area Exposed LBT LBM % %
Utara 59,7 14,9 891 — % — %
Timur 19,8 14,9 295 — % –%
South 59,7 14,9 891 — % — %
West 19,8 14,9 295 — % –%
Total — % — %

Sumber : Dokumen Pribadi (2016)

 

  • Orientasi

 

Orientasi bangunan secara keseluruhan mempunyai orientasi memanjang kearah timur-barat. Orientasi jendela dan pintu berada pada utara-selatan. Pintu-pintu ruang hunian menghadap kearah dalam bangunan. Sedangkan semua jendela kaca dari ruang hunian menghadap keluar bangunan.

Tabel 4.2. Dimensi Bangunan
  Nilai Orientasi
Panjang (m2) 59,7 N/S
Lebar (m2) 19,8 E/W
Tinggi (m2) 14,9
Volume (m3) 16.727,6  

Sumber : dokumen pribadi (2016)

 

Gambar 4.3 Posisi sumbu bangunan (sumber: pribadi, 2016)

 

  • Material Elemen Bangunan

 

Tabel. 4.3. Thermal Properties of Material
Material U-value Admittance Time-lag Decrement
  (W/m2K) (W/m2K) (hours) factor
Wall        
Bata 125 mm diplester 3,36 4,5 3 0,81
Windows        
Metal frame,single        
6 mm glass 6 6 0 1
Floors        
Concrete slab ground  0,36 – 
Pitched roofs        
Tiles Clay        
2,59 2,6 0,5 1

Komposisi selubung bangunan rumah susun ini adalah susunan bata merah dan diplester pada 2 permukaannya. Jendela menggunakan bahan kaca dengan rangka alumunium pada seluruh bagian bangunan. Atap menggunakan bahan genteng pada bagian lantai 5 dan lantai terbuat dari beton bertulang dengan penutup lantai keramik. Masing-masing material mempunyai karakteristik berbeda dalam kaitannya dengan penghantaran panas. Sifat termal properti dari masing-masing bahan seperti tertulis dalam tabel berikut.

Sumber Pustaka material Autodesk Ecotect Analysis .(2016)

 

  • Karakteristik & Aktifitas Penghuni Bangunan

 

Karakteristik dari pemakai bangunan ini adalah usia muda , yaitu kalangan mahasiswa. Sebagian besar berumur antara 20 – 23 tahun. Cara berpakaian dari para pengguna sebagian besar mempunyai tipe normal untuk daerah tropis berupa kaos & kemeja katun.

Sedangkan aktifitas yang dilakukan dalam bangunan ini yang dilakukan secara regular adalah duduk dengan serius dan berjalan pelan. Dari seluruh penghuni kelas jika dalam kondisi penuh sekitar 64 orang mahasiswa dan 1 orang dosen pengajar. Berarti 98 % melakukan duduk dengan serius (mahasiswa) dan 2 % melakukan aktifitas berjalan pelan(dosen).

4.2. Data Iklim

Pengolahan data awal dalam penelitian ini meliputi analisis data iklim (hasil dari Weather Tools ) yang merupakan piranti lunak tambahan dari Autodesk Ecotect Analysis. Data iklim diolah untuk mengetahui potensi dan kecenderungan yang dapat mempengaruhi proses evaluasi kinerja termal bangunan.

4.2.1. Data  dan Analisa Iklim

Dalam proses pengumpulan data iklim ini di sesuaikan dengan model data yang dibutuhkan dalam piranti lunak Autodesk Ecotect Analysis 2011 yang merupakan alat bantu dalam proses evaluasi kinerja termal bangunan. Format data iklim dalam Weather Tools atau Weather management merupakan format standar Ecotect. Karakteristik data yang dibutuhkan Autodesk Ecotect Analysis 2011 mempunyai teknik pengambilan data iklim yang berbeda dengan piranti lunak yang dikembangkan oleh Szokolay (Archipak).

Dalam Ecotect data iklim di pisah dalam kelompok-kelompok rata-rata per-jam selama 24 jam dalam setahun. Data rata-rata per-jam dalam setahun tersebut dipisahkan sesuai bulan masing-masing.

4.2.2. Data Rata-rata Per Jam dalam Harian (Hourly Data)

Hourly data meliputi beberapa karakteristik data iklim dari per-jam dalam setahun dalam bentuk grafik yang didasarkan dari data yang dimasukkan. Dalam grafik terlihat garis tebal berwarna hijau yang menandakan area thermal comfort yang didasarkan pada thermal neutrality. Peningkatan temperatur rata-rata justru berada pada rentang pagi hari. Jika diamati pada rentang sebulan akan nampak peningkatan temperatur tersebut seiring dengan peningkatan kecepatan angin. Dengan kondisi tersebut temperatur tinggi mempunyai potensi untuk tersebar menuju benda-benda disekitarnya termasuk bangunan. Hal tersebut berpeluang untuk meningkatkan temperatur bangunan. Grafik dibawah ini merupakan salah satu daily conditions pada bulan Oktober (bulan dimana terjadi hottest peak days) yang menggambarkan peningkatan temperatur yang bersamaan dengan kecepatan angin.

Grafik ini juga meliputi informasi tentang monthly diurnal average dalam setahun. Satu tempat dengan informasi grafik diurnal average adalah thermal neutrality pada tiap bulan. Selain kondisi tersebut juga terdapat nilai rata-rata radiasi matahari pada tiap bulan. Peningkatan rata-rata radiasi matahari memuncak pada bulan-bulan September. Sedangkan paling rendah nilai rata-rata radiasi matahari berada pada bulan Mei. Jumlah radiasi matahari akan sangat berpengaruh terhadap perhitungan indirect solar gains yang dipengaruhi oleh temperatur permukaan selubung bangunan.

Kondisi temperatur rata-rata diurnal paling besar terjadi di bulan September. Jika dikaitakan dengan fenomena spesifik pada bulan tersebut adalah berlangsungnya rata-rata solar radiation yang tinggi. Mengurai permasalahan tersebut, terjadi radiasi matahari merupakan salah satu faktor penentu terjadinya pemanasan terhadap temperatur permukaan (Givoni, 1976). Semakin tinggi temperatur siang hari sangat memungkinkan meningkatnya perbedaan temperatur antara siang dan malam hari. Faktor perbedaan temperatur siang hari dan malam hari merupakan aspek penentu nilai temperatur diurnal rata-rata.

 

Gambar 4.4 Grafik monthly diurnal averages. Sumber : hasil simulasi Autodesk Ecotect Analysis 2011 (2016).

Kondisi harian meliputi nilai radiasi matahari, kecepatan angin, temperatur, dan kelembaban udara merupakan faktor utama dalam menentukan kondisi harian.  Nilai radiasi tertinggi pada bulan September dan terendah bulan Mei. Peningkatan radiasi matahari ini mempunyai potensi untuk meningkatkan temperatur permukaan selubung yang akan mengakibatkan kenaikan aliran panas.

Temperatur rata-rata harian (didasarkan data temperatur rata-rata perjam dalam harian dalam setahun) menunjukkan gejala kenaikan setiap pagi antara jam 01.00 memuncak jam 08.00 pagi. Hal tersebut secara teori mempunyai pengaruh besar terhadap temperatur dalam ruangan bangunan.

4.2.3. Data Rata-rata Tiap Bulan (Monthly Data)

Dilihat dari fluktuasi radiasi matahari rentang nilainya berada pada nilai 200 W/m2 sampai dengan sekitar 500 W/m2. nilai maksimum berada pada bulan September dan minimum berada pada bulan Mei. Nilai radiasi rata-rata harian tertinggi sebagian besar berlangsung pada jam 11.00 dan 12.00 siang hari, kecuali bulan Januari yang berlangsung pada jam 10.00.

Gambar 4.5. Grafik radiasi matahari. Sumber : diolah dari data BMG thn 2003-2007 (2016).

Temperatur rata-rata bulanan dari hasil analisis bervariasi antara 26.9 derajat Celcius sampai dengan 28.9 derajat Celcius. Temperatur rata-rata terendah berada pada bulan Agustus dan tertinggi pada bulan Oktober. Temperatur rata-rata tahunan berada pada kisaran 27.8 derajat Celcius.

Gambar 4.6. Grafik temperatur luar rata-rata. Sumber : diolah dari data rata-rata BMG (2016).

Dalam simulasi temperatur yang akan digunakan adalah temperatur rata-rata tiap jam dalam setahun. Temperatur rata-rata tertinggi berada pada jam 06.00 pagi sebesar 31.6 derajat Celcius dan terendah jam 23.00 malam sebesar 24.3 derajat Celcius.

Gambar 4.8. Grafik temperatur rata-rata tiap jam. Sumber : diolah dari data rata-rata BMG 2006 (2016).

Sedangkan data kecepatan angin mencapai maksimum pada bulan Juli dan titik minimum pada bulan April. Pada daerah tropis angin mempunyai peranan penting dalam menyebarkan aliran panas. Jadi angin menjadi pertimbangan dalam menganalisis temperatur.

Gambar 4.9. Grafik kecepatan angin. Sumber : diolah dari data rata-rata BMG (2016).

Nilai rata-rata kecepatan angin tiap jam dalam setahun memuncak pada tiap jam 08.00 pagi hari. Hal tersebut dipastikan akan mempengaruhi temperatur dalam bangunan jika menggunakan ventilasi alami.

Gambar 4.10. Grafik kecepatan angin rata-rata tiap jam. Sumber : diolah dari data rata-rata BMG (2016).

 

Gambar 4.11. Grafik Climate summary. Sumber : diolah dari data rata-rata BMG (2016).

4.2.4. Control Potential Zone (CPZs)

Data temperature yang sudah dimasukkan dalam psycrometric chart menghasilkan analisa antara lain batas dari confort zone dan kondisi temperatur yang terjadi selama rentang studi.

Gambar. 4.12. Climate classification (Sumber : hasil Weather Tools, 2016)

Posisi lokasi studi terletak pada wilayah iklim tropis yang didefinisikan sebagai wilayah yang berada pada garis isotherm 20 ºC (Lipssmeier, 1980). Dalam kategori ini Indonesia termasuk dalam tropika basah. Berdasarkan analisis passive cooling yang memungkinkan untuk meningkatkan batas kenyamanan adalah dengan ventilasi alam.

Gambar 4.13. Natural ventilation with comfort potential zone  (Sumber : hasil Weather Tools, 2016)

Sedangkan beberapa teknik lainnya peningkatan batas nyaman tidak sampai meliputi kondisi temperatur eksisting.

Gambar 4.14. Grafik Passive Design Analisys  lokasi studi (Sumber : hasil Weather Tools, 2016)

Peningkatan batas nyaman dengan menggunakan ventilasi alam (natural ventilation) dapat meningkat sampai batas maksimum kecuali pada bulan Oktober yang hanya 90 %.

Gambar 4.15.  Natural ventilation with montly range. (Sumber : hasil Weather Tools, 2016)

Sedangkan dengan teknik lainnya hanya mempunyai prosentase yang sangat kecil. Teknik ini digunakan dengan waktu okupansi jam 08.00 sampai 16.00. Dengan adanya peningkatan batas nyaman rentang temperatur yang memasuki area nyaman semakin besar.

Gambar 4.16. Natural ventilation dengan hourly points. (Sumber : hasil Weather Tools, 2016)

Gambar 4.17. Natural ventilation dengan mean month max (Sumber : hasil Weather Tools, 2016)

4.3. Model Simulasi

Untuk keperluan simulasi dibutuhkan bangunan dengan kriteria sebagai berikut :

  1. Bangunan mempunyai fungsi hunian tempat tinggal sewa
  2. Berbentuk persegi empat (komposisi denah memanjang).
  3. Perimeter dinding dibuat sesuai dengan kondisi aslinya, tanpa mengurangi volume.
  4. Material mempunyai spesifikasi bata , lantai keramik, jendela kaca, dan pintu kayu multiplek, atap genteng.
  5. Masing-masing lantai mempunyai sosoran mengelilingi bangunan.

4.3.1. Bentuk Asli Bangunan

Gambar 4.18a. Gambar bangunan asli

4.3.2. Bentuk Model Simulasi

Dalam simulasi ini terdapat 5 zona termal yaitu : zona lt. 1,zona lt. 2, zona lt. 3, zona lt.4, zona atap.

 

Gambar 4.18b. Pembagian layer zona termal

Zona termal 1 – Lantai 1

Gambar 4.19. Zona termal 1

 

Zona Termal 2 – Lantai 2

Gambar 4.20. Zona termal 2

Zona Termal 3 – Lantai 3

Gambar 4.21. Zona termal 3

 

Zona Termal 4 – Lantai 4

Gambar 4.22. Zona termal 4

Zona Termal Atap – Atap Perisai

Gambar 4.23. Zona termal atap

4.4. Analisa Orientasi Optimum

Sebelum melakukan simulasi salah satu variabel yang harus ditentukan adalah rentang orientasi terbaik untuk mendekati kondisi optimal. Untuk mengetahui rentang tersebut dilakukan beberapa langkah dalam simulasi.

Dalam penelitian ini orientasi dikaitkan dengan permasalahan terhadap solar radiation beserta efek pemanasannya terhadap dinding  dan ruangan. Identifikasi arah orientasi didasarkan pada bukaan paling besar dari bangunan yang menjadi studi kasus. Kondisi eksisting dari bangunan studi kasus mempunyai bukaan terbesar pada arah Selatan. Bangunan mempunyai bentuk memanjang kearah timur-barat.(lihat gambar).

 

Gambar 4.23. Bukaan terbesar sisi selatan (sumber: hasil simulasi Ecotect

Untuk mendapatkan orientasi paling efektif, simulasi (dengan Weather Tools) ini melakukan pengukuran terhadap jumlah incident solar radiation pada permukaan vertikal seluas 1 m2 dengan rentang pengukuran setiap 5 derajat sudut orientasi. Nilai dalam setiap sudut pengukuran adalah average daily radiation selama setahun, 3 bulan terdingin dan 3 bulan terpanas. Dalam grafik optimum orientation setiap jarak sebuah titik (yang membentuk garis) terhadap pusat lingkaran adalah nilai incident solar radiation.

Nilai average daily radiation dalam grafik terbagi dalam 3 jenis, yaitu annual average, underheated period, overheated period. Annual average merupakan grafik yang menunjukkan rata-rata dalam setahun. Nilai underheated dan overheated diambil dari tiga bulan terpanas dan 3 bulan terdingin.

Grafik optimum orientation menggambarkan hasil penghitungan (perangkat lunak) komputer terhadap rentang sudut yang memungkinkan didapatkan orientasi paling baik. Kriteria paling baik diberikan jika dalam arah derajat tersebut mempunyai nilai overheated paling kecil untuk iklim panas dan nilai underheated paling rendah untuk iklim dingin.

Gambar 4.24. Proyeksi stereografik orientasi optimum(sumber: hasil Weather Tools, 2016)  

Grafik tersebut memberikan gambaran arah orientasi yang baik berada pada pada arah Selatan. Pada sisi selatan nilai overheated period lebih rendah dari sudut lainnya. Meskipun di sisi Utara nilai overheated juga cukup rendah namun rata-rata tahun menunjukkan nilai yang lebih tinggi. Selain hal tersebut nilai underheated yang diukur dari 3 bulan yang paling rendah, arah selatan menunjukkan nilai yang lebih tinggi dari Utara.

Secara teoritik pada zona equator bentuk bangunan memanjang pada arah timur-barat. Orientasi permukaan bidang yang didasarkan pada solar radiation, lebih banyak berorientasi pada arah selatan. Gaston Bardet (dalam Olgyay,1992) memberikan preferensi mengenai orientasi kearah Selatan dengan variasi 30 derajat kearah tenggara dan barat daya.

Penetapan sudut orientasi untuk simulasi didasarkan pada fakta hasil simulasi yang menetapkan rentang sudut 182 derajat dari Utara dan pernyataan Bardet (dalam Olgyay,2002).

Gambar 4.25. Proyeksi orthografik orientasi optimum(sumber: hasil Weather Tools V 2.0 ,2008)

Orientasi yang ditetapkan merupakan mengacu pada permukaan dengan bidang bukaan terbesar. Sehingga bidang dengan bukaan terbesar yang sebelumnya menghadap kearah selatan dalam simulasi yang akan dilakukan mengalami pergeseran sudut 30 derajat kearah tenggara dan barat daya.

 

Gambar 4.26. Orienntasi sudut penelitian (sumber: hasil Weather Tools V 2.0 ,2008)

4.5. Analisa Simulasi Angin Bangunan Eksisting

Bangunan pendidikan merupakan sebuah institusi yang mempunyai rutinitas tinggi dalam aktifitasnya. Ruangan atau bangunan mempunyai jadwal yang pasti dalam setiap rentang waktu. Bangunan pendidikan mempunyai potensi yang besar terhadap perencanaan yang baik dan ideal dikarenakan kondisi pola kegiatannya yang tetap dan prediktif.

Penghawaan alami merupakan sebuah proses aliran udara melalui sebuah lubang dalam bangunan seperti jendela, ventilator, atapun lubang penghawaan, dengan menggunakan kemampuan aliran udara alami ataupun perbedaan tekanan udara akibat perbedaan temperatur (www.arch.hku.hk/teaching/lectures/airvent/). Penghawaan alami dapat dibedakan dalam dua kategori yaitu controlled natural ventilation dan infiltration. Penghawaan alami dapat dikontrol dengan melakukan pengendalaian terhadap bukaan yang menghubungkan antara udara luar dengan ruang dalam bangunan. Sedangkan beberapa aliran udara luar yang bersifat acak (random) merupakan aspek yang tidak dapat dikontrol yang dikenal dengan infiltrasi.

Melakukan modifikasi terhadap aliran udara dapat membantu dalam melakukan kontrol terhadap derajat kenyamanan. Gerakan aliran udara dapat menentukan proses konvektif panas dan perubahan bentuk massa di permukaan tubuh manusia dengan udara sekitarnya. Pada musim panas, aliran udara yang cepat akan memberikan efek peningkatan rata-rata evaporasi terhadap permukaan kulit manusia, sehingga memberikan sensasi pendinginan. Meskipun demikian terdapat batasan terhadap nilai aliran udara yang direkomendasikan didalam ruang bangunan yaitu 0.8 m/s (Allard,1998).

Efek lain akibat terjadinya penghawaan alami dalam mendorong terciptanya kenyamanan adalah mengurangi internal gain dan membatasi kenaikan temperatur didalam bangunan. Dengan besarnya nilai internal gain, baik yang diakibatkan oleh heat gain yang dihasilkan pengguna ruangan, peralatan atau perbedaan temperatur luar dan dalam, hal tersebut akan meningkatkan temperatur dalam ruangan. Strategi ini biasanya dilakukan terhadap bangunan-bangunan tradisional, sehingga terdapat banyak  bukaan pada selubung bangunan untuk memasukkan aliran udara kedalam bangunan. Dalam bangunan tradisional strategi tersebut muncul dalam bentuk controlled natural ventilation maupun infiltration.

Dengan melakukan strategi tersebut rata air-change akan mengalami peningkatan, sehingga memberikan efek temperatur ruang dalam akan cenderung sama dengan temperatur luar bangunan. Air-change merupakan sebuah ekspresi dari nilai pergantian udara dalam ruangan tiap rentang waktu yang berhubungan dengan besarnya air-flow, dengan perhitungan :

 

Q = V. ACH   . 1000

      3600 ……………………………[4.1]

dimana :

Q = Ventilation rates (l/s)

V  = Concentration of contaminants in outdoor air

ACH = Air Change per hour

Nilai dari besarnya air-flow rates sangat berkaitan dengan besarnya nilai air-change rates. Aliran udara dipengaruhi oleh beberapa faktor yang menentukan besarnya jumlah udara yang masuk dalam bangunan. Beberapa faktor yang mempengaruhi proses aliran udara dalam ruang antara lain adalah :

  1. Rata-rata kecepatan angin
  2. Pengaturan terhadap arah angin
  3. Variasi dalam kecepatan angin adan arahnya.
  4. Penghalang dari lingkungan, bangunan ataupun pepohonan
  5. Posisi dan karakteristik dari bukaan terhadap aliran angin
  6. Distribusi dari koefisien tekanan permukaan (Cp)dari angin

Aliran udara yang masuk dalam bangunan dapat diukur dengan persamaan :

 

Q = Cv. A. V ………………………….[4.2.]

Dimana :

Q = Air Flow rate (m3/s)

A = Area inlet openings (m2)

V = Wind Velocity (m/s)

Cv = Effectiveness of the openings

4.5.1. Metode Simulasi

Dalam pengerjaan———-

 

4.5.3. Analisa Iklim Bulan Agustus/219 dan Oktober/281

Melihat grafik data kecepatan angin yang didapatkan dari BMG Juanda, angin mengalami kenaikan kecepatan pada pukul 04.00 sampai dengan 06.00 berkisar 7-11 m/dt. Setelah itu terus turun secara bertahap sampai dengan kecepatan 6 m/dt pada pukul 12.00, dan menurun terus sampai batas 0.1 m/dt pada pukul 23.00.

 

Dengan meng-asumsikan lantai satu sebagai 1 zona (begitu juga dengan lantai 2 dan 3 masing-masing 1 zona)dan 1 zona terbagi menjadi 2 opening, perhitungan dengan menggunakan Aiolos pada bulan Agustus (bulan rata-rata terdingin, BMG) menghasilkan frekuensi distribusi arah angin datang mempunyai kecenderungan paling besar berasal dari arah Timur. Sehubungan dengan kondisi tersebut justru temperatur lingkungan dari arah Timur mempunyai nilai yang sangat tinggi. Hal ini mempunyai potensi untuk meningkatkan ventilation gains terhadap bangunan. Seperti terlihat pada tabel hubungan antara arah angin dan temperatur.

Tabel 4.6. Tabel Frekuensi Distribusi  bulan Agustus

 

(Sumber : Hasil Aiolos V 1.0)

Berdasarkan analisis statistik Aiolos (tabel diatas) memberikan ilustrasi arah komposisi arah angin seperti tergambar dalam diagram dibawah ini.

Pada bulan Oktober yang mempunyai temperatur rata-rata yang lebih tinggi mempunyai tingkat distribusi yang tidak jauh berbeda dengan bulan Agustus. Angin mengalami kenaikan kecepatan pada pukul 00.00 sampai dengan 06.00 berkisar 2-11 m/dt. Setelah itu terus turun secara bertahap sampai dengan kecepatan 6 m/dt pada pukul 16.00, dan menurun terus sampai batas 1 m/dt pada pukul 23.00. Perhitungan dengan menggunakan AIOLOS pada bulan Oktober (bulan terpanas) menghasilkan frekuensi distribusi arah angin datang mempunyai kecenderungan paling besar berasal dari rentang arah Timur-Selatan, dengan paling besar dari Timur.

 

Seperti yang terjadi dalam bulan Agustus kondisi ini berpotensi  meningkatkan ventilation gains terhadap bangunan, sebab terlihat dalam grafik temperatur pada jam operasional bukaan justru terjadi kenaikan temperatur outdoor. Seperti terlihat pada tabel hubungan antara arah angin dan temperatur. Diagram wind-rose juga menggambarkan kondisi yang hampir sama dengan bulan Agustus (terdingin).

4.6. Simulasi Termal Bangunan Eksisting

Proses pemanasan ruang dalam bangunan melalui beberapa cara. Secara umum proses tersebut meliputi konduksi, konveksi dan radiasi. Masing-masing proses tersebut mempunyai kuantitas yang berbeda dalam menyumbangkan panas dalam ruangan. Material penyusun bangunan meliputi beberapa kategori yang secara terpadu membentuk sebuah komposisi sebuah bangunan. Material penyusun merupakan bahan-bahan yang secara sengaja dibuat atau dibentuk untuk membuat ruangan atau bangunan. Karena material penyusun merupakan komposisi dari material bangunan, maka mempunyai karakteristik yang thermal property yang khusus. Thermal property tersebut akan menentukan heat flow yang melalui material tersebut. Selanjutnya heat flow akan mempengaruhi jumlah panas yang diterima dalam ruangan atau bangunan sehingga terjadi pemanasan ruang.

Orientasi sebuah ruangan atau bangunan mempunyai potensi dalam menyumbangkan kenaikan temperatur dalam banngunan. Kenaikan temperatur dalam bangunan sangat bergantung dari karakteristik dari selubung bangunan. Orientasi merupakan faktor yang berhubungan dengan sumber panas yang masuk dalam bangunan melalui proses radiasi. Dengan melakukan kalkulasi terhadap incident solar radiation secara menyeluruh terhadap semua sudut datang matahari terhadap bidang vertikal akan didapatkan ruang optimum untuk penerimaan radiasi terkecil. Selain hal tersebut angin juga mempunyai hubungan yang kuat terhadap penghapusan panas ruangan. Dengan mengatur orientasi yang tepat dan potensi angin yang sesuai akan didapatkan pengahawaan alami yang mendukung passive cooling dalam bangunan.

Bentuk yang berhubungan dengan proporsi dari bangunan mempunyai pengaruh dalam proses pendinginan ruangan. Secara logis bentuk yang mempunyai perbandingan yang besar akan berpengaruh secara langsung terhadap luasan selubung bangunan (building envelope). Dengan mengatur perbandingan bentuk maka akan didapatkan sebuah komposisi yang tepat untuk pengendalian pemanasan ruangan.

Kenyamanan ruangan mempunyai banyak faktor yang mempengaruhinya. Penentuan kondisi nyaman mempunyai beberapa cara, antara lain dengan menentukan secara flat comfort band, dengan thermal neutrality, adaptive. Masing-masing teknik menghasilkan prediksi temperatur yang dianggap nyaman. Kondisi kenyamanan bangunan biasanya akan diukur berdasarkan temperatur nyaman yang telah dipilih.

4.6.1. Metode Simulasi Termal

Evaluasi dilakukan dengan program Autodesk Ecotect Analysis 2011 dengan rentang waktu 24 jam kedalam model bangunan. Dengan menggunakan program Ecotect ini akan didapatkan perhitungan discomfort degree hours, comfort period, karakteristik termal bangunan. Program Ecotect  telah digunakan dalam beberapa penelitian yang mengukur tentang kenyamanan termal, antara lain studi tentang pengaruh radiasi matahari terhadap bentuk bangunan tinggi di iklim tropis lembab yang dilakukan oleh Ahmad dkk. (2008) dan profil simulasi terhadap rumah dengan tipe 36 di Jakarta oleh Syahyudesrina dkk. (2005)

Dalam evaluasi dan simulasi ini dilakukan penyederhanaan dan asumsi terhadap model bangunan yang sedang diteliti. Penyederhanaan dan asumsi model tersebut adalah :

  1. Jenis penghawaan ruang adalah penghawaan alami, dengan mengambil nilai Air-change dari hasil simulasi Aiolos V 1.0.
  2. Waktu rentang simulasi studi bulan Januari sampai Desember 2016 dengan menggunakan tren data iklim 2003-2007.
  3. Jadual operasional bukaan dilakukan mulai jam 00.00 pagi sampai jam 23.00 malam.
  4. Bentuk perimeter dinding bata, atap perisai, lantai keramik, plafon multiplek, jendela kaca, pintu kayu multiplek seperti data aslinya.
  5. Lingkungan tidak terdapat pengahalang, baik penghalang yang mempengaruhi jatuhnya sinar matahari dan yang mempengaruhi kondisi udara, dengan katergori lingkungan urban.
  6. Sumber  radiasi yang mempengaruhi kenaikan temperatur bangunan adalah radiasi matahari yang jatuh pada bangunan.
  7. Kondisi langit pada kondisi terang
  8. Bukaan sebagian besar terdapat pada sisi utara dan sisi selatan bangunan

4.6.2. Model Simulasi Termal

Untuk keperluan simulasi termal dalam Autodesk Ecotect Analysis 2011 model bangunan digambar ulang dengan memperhitungkan batas-batas zona termal. Batas-batas tersebut mewakili karakteristik area, volume, dan properti material dari elemen selubung bangunan tersebut.

Dalam pelaksanaan simulasi ini perangkat lunak Autodesk Ecotect Analysis 2011 mempunyai tugas :

  1. Membuat ulang model parametrik dari model dasar bangunan studi kasus.
  2. Melihat kinerja termal dari model dasar bangunan studi kasus

Gambar 4.34 Model termal dari model dasar bangunan studi kasus (sumber Autodesk Ecotect Analysis 2011)

Spesifikasi dari model dasar bangunan studi kasus tersebut antara lain :

Tabel 4.11 Spesifikasi Model dasar bangunan

Elemen Parametrik Material
Sudut Atap 35 º Genteng disusun
Dinding 125 mm Bata merah diplester
Lantai onground dan suspend 100 mm Beton slab dengan keramik
Sosoran/overhang 1000 mm Beton bertulang
Ketinggian Plafon 3400 mm Multiplek
Jendela 6 mm Kaca bening Single
Pintu 40 mm Plywood dengan rangka
Ruang

Sumber : data pribadi (2016)

 

Bentuk Model 3 Dimensi

Permukaan Selatan Permukaan Utara
Potongan denah lantai 1 Potongan Utara-Selatan
Potongan denah lantai 2 Potongan Timur-Barat

Gambar 4.35. Model 3 dimensi Obyek simulasi (sumber : Autodesk Ecotect Analysis)

4.6.3. Derajat Ketidaknyamanan (Discomfort Degree Hours)

Kinerja termal bangunan rumah susun ini salah satunya diukur dengan mengetahui nilai discomfort degree hours yang berlangsung selama setahun. Kondisi discomfort degree hours ini semua dalam keadaan overheating degree hours. Kondisi dengan jumlah discomfort degree hours paling besar berada pada bulan Oktober (987 deghrs). Sedangkan nilai paling kecil tingkat ketidak nyamanan adalah bulan Pebruari (548). Jika dilihat temperatur rata-rata bulan Pebruari sebenarnya tidak jatuh pada titik minimum dalam setahun. Banyak faktor yang menjadi penyebab bulan Pebruari mempunyai nilai discomfort yang kecil.

Gambar 4.36. Grafik discomfort degree hours. Sumber : hasil simulasi Ecotect

Bangunan eksisting ini seluruh bulan dalam setahun mempunyai karaktersitik melebihi batas temperatur nyaman, sehingga dalam simulasi dikatergorikan Too Hot. Sehingga evaluasi paling nyaman dilakukan dengan melihat derajat ketidaknyamanan yang paling kecil.

Gambar 4.37. Kontur temperatur hasil simulasi dalam bangunan (sumber Ecotect V 5.5.)

Tabel 4.12. Perbandingan Discomfort DegHrs zona termal
MONTH ZONE 1 ZONE 2 ZONE 3
Jan 822 867 870
Feb 706 743 745
Mar 828 867 870
Apr 887 927 930
May 1048 1100 1104
Jun 996 1052 1056
Jul 1076 1136 1139
Aug 1174 1250 1255
Sep 1073 1143 1147
Oct 1274 1335 1338
Nov 1023 1076 1079
Dec 739 777 780
TOTAL 11644.8 12273.1 12311.7

Sumber : Diolah dari hasil simulasi dengan Ecotect V 5.5.

Melihat kecenderungan derajat ketidaknyamanan ruangan semakin kelantai atas semakin tidak nyaman (indikatornya semakin besar nilainya. Kondisi tersebut mempunyai faktor pengaruh yang berkaitan dengan penerimaan radiasi matahari pada permukaan selubung bangunan. Selain hal tersebut khusus lantai paling bawah pendinginan pada lantai juga ikut mempengaruhi, karena bersentuhan langsung dengan tanah.

4.6.4. Distribusi Temperatur Nyaman dalam Bangunan (Annual Temperature Distribution)

Hasil simulasi annual temperature distribution berisi nilai prosentase kenyamanan dalam setahun pada sebuah zona termal. Melihat grafik derajat ketidaknyamanan sebelumnya, nilai terkecil ketidaknyamanan-nya dipastikan mempunyai nilai kenyamanan yang paling tinggi (Pebruari) dan sebaliknya yang mempunyai derajat ketidaknyamanan paling tinggi dipastikan mempunyai nilai kenyamanan paling rendah (Oktober).

Tabel 4.13 Perbandingan Discomfort DegHrs zona termal

ANNUAL TEMPERATURE DISTRIBUTION
Operation: Weekdays 08-17, Weekends 08-15.
Comfort Band:  24.2 – 28.2 C
TEMP. ZONE 1 ZONE 2 ZONE 3
HOURS PERCENT HOURS PERCENT HOURS PERCENT
0 0 0.00% 0 0.00% 0 0.00%
2 0 0.00% 0 0.00% 0 0.00%
4 0 0.00% 0 0.00% 0 0.00%
6 0 0.00% 0 0.00% 0 0.00%
8 0 0.00% 0 0.00% 0 0.00%
10 0 0.00% 0 0.00% 0 0.00%
12 0 0.00% 0 0.00% 0 0.00%
14 0 0.00% 0 0.00% 0 0.00%
16 0 0.00% 0 0.00% 0 0.00%
18 0 0.00% 0 0.00% 0 0.00%
20 0 0.00% 0 0.00% 0 0.00%
22 0 0.00% 0 0.00% 0 0.00%
24 0 0.00% 0 0.00% 0 0.00%
26 1355 44.00% 1243 40.40% 1008 35.80%
28 992 32.20% 1015 33.00% 985 35.00%
30 342 11.10% 381 12.40% 384 13.60%
32 304 9.90% 286 9.30% 285 10.10%
34 71 2.30% 107 3.50% 109 3.90%
36 13 0.40% 45 1.50% 45 1.60%
38 0 0.00% 0 0.00% 0 0.00%
40 0 0.00% 0 0.00% 0 0.00%
42 0 0.00% 0 0.00% 0 0.00%
44 0 0.00% 0 0.00% 0 0.00%
46 0 0.00% 0 0.00% 0 0.00%
COMFORT 2347 76.30% 2258 73.40% 1993 70.80%

Sumber : Diolah dari hasil simulasi dengan Ecotect V 5.5. (2008)

Identik dengan discomfort degree hours, grafik kenyamanan ruang mempunyai kecenderungan menurun pada lantai atas (2 dan 3). Kondisi tersebut merupakan kebalikan dari nilai derajat ketidaknyamanan.

Gambar 4.38. Grafik temperature distribution. Sumber : hasil simulasi Ecotect V 5,5 (2008).

Nilai temperatur yang paling besar tingkat distribusinya adalah 26 derajat Celcius pada semua zona termal. Dengan grafik distribusi yang cukup tajam perubahannya, terjadi perbedaan jumlah distribusi yang besar antara temperatur rendah dan tinggi.

4.6.5. Temperatur Tiap Jam (Hourly Temperature)

Kondisi temperatur sepanjang hari (dalam rentang 24 jam) mempunyai variasi yang sangat fluktuatif. Hal tersebut merupakan konsekuensi dari kondisi iklim yang juga mempunyai karakteristik yang fluktuatif. Dalam pembahasan ini dibagi dalam beberapa kategori spesifik yang merupakan tampilan unik dari beberapa aspek kondisi iklim.

Tampilan grafik merupakan kondisi temperatur dalam bangunan sehubungan dengan kondisi unik yang terjadi, seperti hottest day (peak /Average), coldest day (peak/average), brighnest sunny day , strongest wind gust, most windy day, least windy day. Masing-masing topik tersebut menggambarkan kondisi unik yang terjadi pada hari-hari tersebut.

 

Hourly Temperature Hottest (Average)
HOUR Zone 1 Zone 2 Zone 3 OUTSIDE
(C) (C) (C) (C)
0 28.3 28 28 26.1
1 28.4 28 28 28.8
2 28.4 28.1 28.1 30.8
3 28.7 28.4 28.4 31.7
4 29 28.8 28.8 32.3
5 29.2 29 29 32.6
6 29.3 29.3 29.3 32.8
7 29.4 29.4 29.4 32.8
8 37.6 38.4 38.4 32.3
9 36 36.7 36.8 31.7
10 33.8 34.3 34.4 30.4
11 32.1 32.4 32.5 29.5
12 30.8 31.1 31.1 29
13 29.6 29.7 29.7 28.4
14 28.8 28.8 28.8 28.1
15 28.2 28.1 28.1 27.7
16 27.9 27.7 27.7 27.2
17 28.9 28.8 28.6 26.6
18 28.6 28.5 28.5 26.1
19 28.6 28.4 28.4 25.7
20 28.4 28.3 28.3 25
21 28.4 28.2 28.2 24.8
22 28.3 28.1 28.1 24.4
23 28.3 28 28 24.6
max 37.6 38.4 38.4 32.8
min 27.9 27.7 27.7 24.4
diurnal 9.7 10.7 10.7 8.4
Hourly Temperature Coldest (Average)
HOUR Zone 1 Zone 2 Zone 3 OUTSIDE
(C) (C) (C) (C)
0 25.8 25.4 25.4 24.5
1 25.9 25.5 25.5 26.7
2 26.1 25.7 25.7 28.2
3 26.4 26 26 29.3
4 27 26.8 26.7 30
5 27.4 27.2 27.1 30.2
6 27.6 27.7 27.6 30.2
7 27.7 27.9 27.9 29.6
8 27.8 28.1 28 29.1
9 28.2 28.6 28.6 28.4
10 27.9 28.3 28.3 27.3
11 27.8 28.2 28.2 26.7
12 27.5 27.8 27.9 26.2
13 27.2 27.4 27.4 25.8
14 27 27.2 27.2 25.6
15 26.9 26.9 26.9 25.4
16 26.3 26.2 26.2 24.9
17 26.2 26.1 26.1 24.5
18 26.3 26.1 26.1 24.5
19 26.1 25.9 25.9 24.2
20 25.9 25.7 25.7 24
21 25.9 25.6 25.6 23.8
22 25.8 25.5 25.5 23.6
23 25.8 25.4 25.4 23.6
max 28.2 28.6 28.6 30.2
min 25.8 25.4 25.4 23.6
diurnal 2.4 3.2 3.2 6.6

Tabel 4.14. Hourly Temperature Coldest  & Hottest (Average)

 

Sumber : Hasil simulasi Ecotect V 5.5.(2008)

Hasil simulasi menujukkan perbedaan temperatur maksimum dan minimum (diurnal) pada temperatur rata-rata paling dingin (sekitar bulan Januari) lebih kecil. Hal tersebut menunjukkan kondisi temperatur ruangan cenderung lebih stabil. Berbeda dengan temperatur pada bulan panas yang mempunyai diurnal cukup tinggi, bahkan melebihi diurnal temperatur luar bangunan. Beberapa fluktuasi temperatur berdasarkan kondisi karakteristik hari yang khusus antara lain tergambar dalam grafik-grafik berikut ini.

Hottest Day (Peak)

Gambar 4.39. Grafik Temperatur kondisi Hottest Peak day

Hottest Day (Average)

Gambar 4.40. Grafik Temperatur kondisi Hottest Average day

Coldest day (Peak)

Gambar 4.41. Grafik Temperatur kondisi Coldest Peak day

Coldest Day (Average)

Gambar 4.42. Grafik Temperatur kondisi Coldest Average day

Strongest Wind Gust

Gambar 4.43. Grafik Temperatur pada kondisi Strongest Wind Gust

Brighnest Sunny Day

Gambar 4.44. Grafik Temperatur kondisi Brighnest Sunny day

Most Overcast Day

Gambar 4.45. Grafik Temperatur kondisi most Overcast day

Most Windy Day

Gambar 4.46. Grafik Temperatur kondisi Most Windy day

Least Windy Day

Gambar 4.47. Grafik Temperatur kondisi Least Windy day

 

4.6.6. Aspek Penyumbang Panas (Gains Breakdown)

Bangunan ini mengalami aliran panas maksimum pada bulan Oktober seperti terlihat pada grafik. Sumbangan terbesar heat gains berasal dari ventilation gains. Nilai ventilation gains memuncak pada bulan Oktober, sedangkan mendekati bulan Januari nilainya cenderung menurun.

Gambar 4.48  Grafik gains breakdown bulan Januari-Desember. Sumber : hasil simulasi Ecotect V 5,5 (2008).

Dominasi aliran panas akibat ventilasi dan proses konduksi nampak dalam grafik merupakan faktor terbesar dalam aliran panas kedalam bangunan. Selain faktor tersebut yang nampak secara konstan menyumbangkan panas adalah internal gains yang diakibatkan dari aktifitas pengguna yang jumlahnya cukup besar.

Bulan Pebruari adalah kondisi minimum dalam penerimaan aliran panas. Pada bulan ini nilai konstan dari internal gains menjadi kelihatan sangat tinggi, dikarenakan nilai dari fabric gains (Qc+Qs) dan ventilation gains (Qv) mengalami penurunan.

Secara keseluruhan kinerja tahunan dari aliran panas kedalam bangunan prosentase terbesar diakibatkan oleh fabric gains (Qc+Qs). Ditunjukkan dalam tabel komposisi penyumbang panas jumlah fabric gains yang terjadi adalah 34.7% dari total keseluruhan aliran panas yang terjadi.

Tabel 4.15. Komposisi faktor penyumbang panas pada semua zona termal

GAINS BREAKDOWN – All Visible Thermal Zones
FROM:  1st January to 31st December
CATEGORY LOSSES GAINS
FABRIC 69.10% 34.70%
SOL-AIR 0.00% 11.50%
SOLAR 0.00% 0.00%
VENTILATION 0.00% 22.80%
INTERNAL 0.00% 30.90%
INTER-ZONAL 30.90% 0.10%

Sumber : Diolah dari hasil simulasi dengan Ecotect V 5.5. (2008)

Komposisi secara tahunan memperlihatkan nilai internal gains menduduki peringkat kedua dengan nilai 30.9% dari keseluruhan. Akumulasi yang cukup besar dari internal gains mungkin menjadi persoalan tersendiri dalam peningktan temperatur dalam ruang, mengingat besarnya panas yang dihasilkan.

Jika diukur dalam rentang bulan Oktober saja (sebagai bulan terbesar nilai discomfort degree hours) maka kinerja termal bangunan akan mempunyai komposisi penyumbang panas terbesar pada ventilation gains. Faktor ini menjadi penyebab terbesar dengan angka sebesar 52% dari keseluruhan. Sedangkan fabric gains menyumbangkan 31.9%.

Iklan

Tinggalkan Balasan

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

Logo WordPress.com

You are commenting using your WordPress.com account. Logout /  Ubah )

Foto Google+

You are commenting using your Google+ account. Logout /  Ubah )

Gambar Twitter

You are commenting using your Twitter account. Logout /  Ubah )

Foto Facebook

You are commenting using your Facebook account. Logout /  Ubah )

Connecting to %s