ernaning setiyowati – 3206 204 001 · desain penghawaan ernaning setiyowati – 3206 204 001 1...

Desain Penghawaan

Ernaning Setiyowati – 3206 204 001

1

DESKRIPSI BANGUNAN

Obyek kasus adalah rumah tinggal tipe 21 dengan konfigurasi bukaan

seperti terlihat dalam gambar 1. Karena menginginkan suasana yang lebih

longgar, penghuni membuat atap miring tinggi di bagian belakang menuju udara

luar yang terbuka. Pada dinding belakang tersebut diberi bukaan dengan

dimensi 0.80 x 0.40 pada common spacenya.

Lokasi terletak di urban dengan kecepatan angin BMG 5 m/s. Arah angin

0 terhadap normal.

Kondisi bukaan sesuain gaya hidup penghuni. Pada siang hari suhu luar

29oC dan suhu dalam 31oC. Pada malam hari suhu luar 26oC suhu dalam 30oC.

Gambar 1. Denah dan potongan bangunan

Arah angin 0 terhadapgaris normal

PDF Creator: PDF4U Pro DEMO Version. If you want to remove this line, please purchase the full version

http://www.pdfpdf.com

Desain Penghawaan


2

KECEPATAN ANGIN

Kecepatan angin yang diketahui adalah 5 m/s BMG. Terrain roughness

BMG adalah open country. Untuk mencari kecepatan angin pada ketinggian

bangunan 4m untuk daerah urban, terlebih dahulu dicari kecepatan angin untuk

ketinggian 100% di open country, selanjutnya kecepatan angin pada 100% open

country adalah sam dengan kecepatan angin pada 100% urban. Untuk

menghitungnya digunakan rumus 1, tabel 1 dan gambar 2.

Rumus 1 (sumber: Aynsley, 1995):α

=

gzzVgVz

di mana

Vz: rata-rata kecepatan angin pada ketinggian z

Vg: rata-rata kecepatan angin pada gradient ketinggian zg

; : exponen yang berhubungan dengan terrain roughness

Gambar 2. profil vertical rata-rata kecepatan angindari beberapa terrain (Sumber: Aynsley, 1995)



Desain Penghawaan


3

Diketahui:

V open country (BMG) = 5 m/s

Z BMG = 10 m

Z (100% open country)= 300 m

Z (100% urban) = 500 m

Z bangunan = 4 m

; open country = 0.15

; urban = 0.36

Ditanya:

V bangunan (4m) di urban

Jawab:

smyopencountrV

smmmyopencountrV

zzVgVzg

/33,8)%100(

/103005)%100(

15.0

=

=

=

α

smVbangunan

smm

mVbangunan

/46,1

/500

433,836,0

=

=

Jadi kecepatan angin (v) pada ketinggian bangunan (4 m) pada urban

adalah 1,46 m/s.

Tabel 1. Terrain Constant for the Earth’s Boundary Layers (Sumber: Aynsley, 1995)



Desain Penghawaan


4

Cp DISTRIBUTION

Bangunan berbentuk L dengan rasio persegi panjang 1:2. Angka distribusi

Cp di setiap sisi bangunan melihat tabel 2 dan gambar 3. Arah angin 0 terhadap

garis normal.

Tabel 2. Distribusi Cp untuk bangunan low rise building rasio 1:2 untuk areaurban (Sumber: Liddament, 1996)

Gambar 3. Distribusi Cp untuk denah berbentuk L



Desain Penghawaan


5

Distribusi Cp pada bangunan dapat dilihat pada gambar 4.

Gambar 4. Distribusi Cp pada Bangunan

0.06

0.06

-0.3

-0.3

-0.3

-0.3




Desain Penghawaan


6

Cp INTERNAL

Cp internal dihitung dengan menggunakan rumus 2. Nilai Cp internal

berada di antara -0,3 sampai 0,06. Untuk mencarinya menggunakan trial and

error. Dalam melakukan trial and error, digunakan program Ecxel untuk

memudahkan. Adapun nilai Cpi yang dimasukkan ke dalam rumus antara lain: 0,

-0.1, -0.2, -0.22, -0.23. Perhitungannya dapat dilihat pada tabel 3.

Rumus 2: Cp Internal (Sumber: Aynsley, Melbourne, Vickery, 1977)

2/1)( ied CpCpAvCQ −=

Tabel 3. Perhitungan Cpi dengan Menggunakan Ecxel

Cpo-Cpi1 x-1

Cpo-Cpi1

Cp1= 0.06 Cpi= 0 0.06 0.244949Cp2= -0.3 Cpi= 0 -0.3 0.3 0.5477226Cp3= 0.06 Cpi= 0 0.06 0.244949Cp4= -0.3 Cpi= 0 -0.3 0.3 0.5477226Cp5= -0.3 Cpi= 0 -0.3 0.3 0.5477226Cp6= -0.3 Cpi= 0 -0.3 0.3 0.5477226

Q/CdA -1.700992

Cpo-Cpi1 x-1

Cpo-Cpi1

Cp1= 0.06 Cpi= -0.1 0.16 0.4Cp2= -0.3 Cpi= -0.1 -0.2 0.2 0.4472136Cp3= 0.06 Cpi= -0.1 0.16 0.4Cp4= -0.3 Cpi= -0.1 -0.2 0.2 0.4472136Cp5= -0.3 Cpi= -0.1 -0.2 0.2 0.4472136Cp6= -0.3 Cpi= -0.1 -0.2 0.2 0.4472136

Q/CdA -0.988854

Cpo-Cpi1 x-1

Cpo-Cpi1




Desain Penghawaan


7

Q/CdA -0.245107

Cpo-Cpi1 x-1

Cpo-Cpi1


Q/CdA -0.07307

Cpo-Cpi1 x-1

Cpo-Cpi1


Q/CdA 0.0187324

Dari hasil perhitungan tersebut dihasilkan untuk nilai Q/CdA=0 (atau

yang paling mendekati 0) adalah nilai Cpi = -0.23. Dari nilai Cpi tersebut, maka

dapat diprediksi arah aliran angin pada bangunan yang diukur. Angin yang

mengarah ke bangunan akan masuk ke dalam bangunan di mana memiliki nilai

Cp lebih rendah. Dari dalam bangunan angin akan terus mengalir keluar melalui

bukaan di belakang menuju ke nilai Cp yang lebih rendah.

0.06

0.06

-0.3

-0.3

-0.3

-0.3


-0.23

-0.23

Gambar 5. Perkiraanaliran anginberdasarkan nilai Cpi



Desain Penghawaan


8

AIR FLOW RATE RUANGAN

Pintu-pintu pada bangunan rumah tinggal tersebut diasumsikan selalu

tertutup, sehingga angin hanya lewat melalui jendela. Asumsi ini dilakukan

supaya dapat menghitung air flow rate dan air change tiap ruangan. Bukaan

pada ruang tamu disusun secara seri dengan luasan 1.6 x 1.2 m2 pada inlet dan

0.8 x 1.2 m2 pada outlet. Sedangkan pada ruang tidur hanya terdapat satu

bukaan. Untuk menghitung air flow rate pada bangunan tersebut, digunakan

rumus 3 dan 4.

Rumus 3: Air flow rate untuk bukaan paralel (Sumber: Markus, Morris, 1980)

()Τϕ/Φ6 18.797 Τφ1 0 0 1 220.56 486.45 Τµ ()()Τϕ/Φ6 15.93 Τφ1 0 0 1 241.2 486.45 Τµ ()135.0827.0 −∆= ∑ smpAV

Di mana:

V = air flow rate

A = Area

P = pressure

Rumus 4: Air flow rate untuk bukaan seri (Sumber: Markus, Morris, 1980)

()Τϕ/Φ6 21.121 Τφ1 0 0 1 250.08 284.85 Τµ ()()Τϕ/Φ6 15.809 Τφ1 0 0 1 288 297.57 Τµ ()135.05.02

22

1

21827.0 −∆

+= smp

AA

AAV

Di mana:

V = air flow rate

A = Area

P = pressure

Untuk menggunakan rumus-rumus di atas, diperlukan satu rumus untuk

menghitung nilai p (pressure). Rumus yang digunakan untuk menghitung nilai p

adalah rumus 5.



Desain Penghawaan


9

Rumus 5: tekanan (Sumber: Aynsley, Melbourne, Vickery, 1977)

2

21 vCpp ρ=

Di mana:

P = pressure

Cp = Coefficient Pressure

r = density of air = 1,293

v = kecepatan angin

AIR FLOW RATE RUANG TAMU

Nilai Cp Ruang Tamu adalah 0.06 pada inlet dan -0.3 pada outlet

()Τϕ/Φ6 15.855 Τφ1 0 0 1 176.4 413.73 Τµ ()()Τϕ/Φ6 15.855 Τφ1 0 0 1 208.08 413.73 Τµ ()()Τϕ/Φ6 15.855 Τφ1 0 0 1 234 413.73 Τµ ()pap

pap

vCpp

083,046,1293,15,006,0

21

1

21

21

==

= ρ

()Τϕ/Φ6 15.855 Τφ1 0 0 1 177.84 318.21 Τµ ()()Τϕ/Φ6 15.855 Τφ1 0 0 1 209.52 318.21 Τµ ()()Τϕ/Φ6 15.855 Τφ1 0 0 1 235.44 318.21 Τµ ()pap

pap

vCpp

41,046,1293,15,03,0

21

2

22

22

−=−=

= ρ

A inlet = 1,6 x 1,2 = 1,92 m2

A outlet = (0,8 x 1,2) = 0,96 m2

()Τϕ/Φ6 21.164 Τφ1 0 0 1 215.52 192.69 Τµ ()()Τϕ/Φ6 15.855 Τφ1 0 0 1 253.44 205.65 Τµ ()

()Τϕ/Φ6 19.23 Τφ1 0 0 1 232.56 149.01 Τµ ()()Τϕ/Φ6 15.855 Τφ1 0 0 1 326.88 161.01 Τµ ()()Τϕ/Φ6 15.855 Τφ1 0 0 1 330.48 161.01 Τµ ()

smV

smV

smpAA

AAV

/5,0

41.0083,096,092,196,092,1827,0

827,0

3

135.05.022

135.05.02

22

1

21

=

−−

+

×=

∆

+=

−

−

Jadi nilai air flow rate untuk ruang tamu adalah 0,5 m3/s.



Desain Penghawaan


10

AIR FLOW RATE RUANG TIDUR

Nilai Cp ruang tidur adalah 0,06 dan nilai Cp internalnya -0,23

()Τϕ/Φ6 15.855 Τφ1 0 0 1 176.4 621.09 Τµ ()()Τϕ/Φ6 15.855 Τφ1 0 0 1 208.08 621.09 Τµ ()()Τϕ/Φ6 15.855 Τφ1 0 0 1 234 621.09 Τµ ()pap

pap

vCpp

083,046,1293,15,006,0

21

1

21

21

==

= ρ

()Τϕ/Φ6 15.855 Τφ1 0 0 1 184.32 526.29 Τµ ()()Τϕ/Φ6 15.855 Τφ1 0 0 1 215.76 526.29 Τµ ()()Τϕ/Φ6 15.855 Τφ1 0 0 1 241.68 526.29 Τµ ()pap

pap

vCpp

32,046,1293,15,023,0

21

2

22

22

−=−=

= ρ

A bukaan untuk ruang tidur = 0,8 x 1,2 = 0,96 m2

()Τϕ/Φ6 18.703 Τφ1 0 0 1 186.48 425.25 Τµ ()()Τϕ/Φ6 15.855 Τφ1 0 0 1 207.12 425.25 Τµ ()

smVsmV

smpAV

/5,0/))32,0(083,0)(96,0(827.0

827.0

3

35,0

135.0

=

−−=

∆= −∑

Jadi nilai air flow rate untuk ruang tidur adalah 0,5 m3/s.



Desain Penghawaan


11

AIR CHANGE RUANGAN

Untuk menghitung nilai air change per hour menggunakan rumus 6.

Rumus tersebut membutuhkan nilai volume ruangan.

Rumus 6: air change per hour

3600×=VQACH

Di mana:

ACH = air change per hour

Q = air flow rate

V= volume

AIR CHANGE RUANG TAMU

Nilai volume ruang tamu = (3 x 3 x 4) + (1,5 x 3 x 4) = 54 m3

34,33

360054

5,0

3600

=

×=

×=

ACH

ACH

VQACH

Nilai air change per hour untuk ruang tamu adalah 33,34

AIR CHANGE RUANG TIDUR

Nilai volume ruang tamu = (3 x 3 x 4) = 36 m3

2,50

36003662,0

3600

=

×=

×=

ACH

ACH

VQACH



Desain Penghawaan


12

Nilai air change per hour untuk ruang tidur adalah 50,2

STACK EFFECT

Untuk mencari kemungkinan terjadinya stack effect, terlebih dulu dicari

perbedaan tekanan antara bukaan yang berada pada level yang berbeda. Untuk

itu digunakan rumus 7. Setelah itu dihitung air flow rate dengan menggunakan

perbedaan tekanan yang ditemukan. Rumus air flow rate menggunakan rumus

4. Jarak antara dua bukaan tersebut adalah 1,3 m.

Rumus 7: perbedaan tekanan stack effect (Sumber:Markus, Morris, 1980)

()Τϕ/Φ6 15.887 Τφ1 0 0 1 182.16 468.45 Τµ ()()Τϕ/Φ6 15.887 Τφ1 0 0 1 225.84 468.45 Τµ ()()Τϕ/Φ6 15.887 Τφ1 0 0 1 263.04 477.81 Τµ ()PattttHp oiio

−++

=∆273273

3463

Di mana:

p = tekanan

H = jarak antara dua bukaan

ti =temperature di dalam ruangan

to = temperature di luar ruangan

SIANG HARI

H = 1,3 m.

Suhu luar = 29ºC

Suhu dalam = 31ºC

A inlet = 1,6 x 1,2 = 1,92 m2

A outlet = 0,8 X 0,4 = 0,32 m2

Perbedaan temperature = ti – to = 31ºC – 29ºC = 2ºC



Desain Penghawaan


13



Pap

Pap

PattttHp oiio

098,0

22733127329

3,13463273273

3463

=∆++

×=∆

−++

=∆

()Τϕ/Φ6 21.164 Τφ1 0 0 1 215.52 575.01 Τµ ()()Τϕ/Φ6 15.855 Τφ1 0 0 1 253.44 587.97 Τµ ()

()Τϕ/Φ6 19.23 Τφ1 0 0 1 232.56 531.33 Τµ ()()Τϕ/Φ6 15.855 Τφ1 0 0 1 283.44 543.33 Τµ ()

smV

smV

smpAA

AAV

/08,0

098,032,092,132,092,1827,0

827,0

3

135.05.022

135.05.02

22

1

21

=

+

×=

∆

+=

−

−

Pada siang hari terjadi stack effect, tetapi nilainya sangat kecil, yaitu 0,08

m3/s, jadi efeknya tidak terlalu bisa dirasakan.

MALAM HARI

H = 1,3 m.

Suhu luar = 26ºC

Suhu dalam = 30ºC

A inlet = 0 m2

A outlet = 0 m2

Perbedaan temperature = ti – to = 30ºC – 26ºC = 4ºC

Pada malam hari, kebiasaan hidup penghuni adalah menutup jendela. Sehingga

area bukaan tidak ada, maka pada malam hari tidak terjadi stack effect

maupun air flow rate. Air change yang terjadi untuk malam hari adalah air

change minimum yang beasal dari crack.

Dari beberapa perhitungan di atas dapat dilihat mekanisme ventilasi. Arah

angin yang menuju ke bangunan akan masuk ke dalam bangunan di mana

memiliki nilai Cp yang lebih rendah. Adanya perbedaan tekanan menyebabkan

terjadinya air flow rate. Volume ruangan juga sangat berpengaruh terhadap



Desain Penghawaan


14

besarnya jumlah udara yang berganti setiap jamnya. Perbedaan temperature

antara ruang dalam dan ruang luar juga mempengaruhi terjadinya air flow rate

yang mengacu pada stack effect.

Tujuan dari ventilasi adalah menjaga kenyamanan dan kesehatan manusia.

Untuk mencapai tujuan ini, maka ventilasi harus bisa memenuhi beberapa

kriteria, antara lain:

o Menyediakan suply oksigen yang cukup untuk kebutuhan manusia

o Menyediakan suply yang cukup untuk proses industri

o Membuang hasil pernafasan manusia

o Membuang gas-gas kimia yang berbahaya

o Membuang panas

o Menciptakan kesegaran dan kenyamanan

( http://www.arch.hku.hk)

Pada bangunan rumah tinggal, ventilasi lebih banyak berperan sebagai

penyedia suply oksigen yang cukup, penghapus panas, pembuang hasil

pernafasan, dan penyedia kesegaran dan kenyamanan termal. Panas yang

dihasilkan di dalam ruangan, baik itu dihasilkan oleh manusia maupun peralatan

elektronik atau kompor, akan dibawa pergi oleh udara yang bergerak di dalam

ruangan. Pernafasan yang menghasilkan CO2 bisa dibawa pergi juga. Udara baru

yang masuk ke dalam ruangan akan membawa udara segar dengan kandungan

O2 yang banyak yang digunakan untuk pernafasan manusia. Dengan bergantinya

udara setiap saat, kenyamanan termal di dalam ruangan dapat tercapai, karena

pergantian udara bisa mengurangi temperature dalam ruangan.


http://www.arch.hku.hk


Desain Penghawaan


15

DAFTAR REFERENSI

Aynsley, Dick, 1995, Handbook of Architectural Technology, New York: VanNostrand Reinhold

Liddament, Martin W, 1996, A Guide to Energy Efficient Ventilation, GreatBritain: Air Infiltration and Ventilation Centre.

Aynsley, Melbourne, Vickery, 1977, Architectural Aerodynamics, London:Applied Science Publishers Ltd

Markus, Morris, 1980, Buildings, Climate, and Energy, London: PitmanPublishing limited

Lecture: Air Movement and Natural Ventilation, diakses dari

(http://www.arch.hku.hk)


http://www.arch.hku.hk


ernaning setiyowati – 3206 204 001 · desain penghawaan ernaning setiyowati – 3206 204 001 1...

Documents