PERHITUNGAN ALIRAN ANGIN PADA VENTILASI  BANGUNAN MENGGUNAKAN SIMULASI NUMERIK
Kussoy Wailan John 1)
1) Program Studi Arsitektur Fakultas Teknik Universitas Sam Ratulangi, Manado 95115

## ABSTRAK
Studi  ini  membahas  penggunaan  teknik  simulasi  numerik  untuk  memprediksi  pola  aliran    dan kecepatan angin serta kenyamanan penghuni dalam sebuah ruang pada bangunan type sederhana. Hipotesisi  yang  diuji  ialah  luas  bukaan  jendela  pada  bangunan  yang  berfungsi  sebagi  ventilasi aliran  angin  yang  mempengaruhi  kenyamanan  manusia  di  dalam  ruang.    Metode  perhitungan menggunakan simulasi piranti lunak “Ventila” dan “TRNSYS”.  Hasil studi menunjukkan bahwa luas  bukaan  ventilasi  sebesar  4  m 2 pada  ruangan  18  m 2 menghasilkan    kecepatan  angin  yang menurunkan kenyamanan penghuni.
Kata kunci: aliran dan kecepatan angin, simulasi numerik, ventilasi

## THE CALCULATION OF WIND FLOW ON BUILDING VENTILATION USING NUMERIC  SIMULATION

## ABSTRACT
Numeric simulation technique (Software “Ventila” and “TRSYS”) was used to predict the flow pattern  and  speed  of  the  wind  as  well  as  occupant  pleasure  in  a  room  of  small  house.    It  was hypothesized  that  the  area  of  opened  window  whose  function  as  ventilation  of  wind  flow influenced occupant pleasure in a room.  The result of study showed that 4 m 2 ventilation in 18 m 2 room resulted in wind speed that decreased occupant pleasure.
Keywords: wind flow and speed, numeric simulation, ventilation

## PENDAHULUAN
Definisi  umum  mengatakan  bahwa angin adalah udara yang bergerak (Szokolay, 1980;  Kinsey,  1983).    Sedangkan  udara adalah  termasuk  dalam  kelompok  zat  gas yang  karena  sifat  molekulnya  maka  udara dapat  mengalir.  Sehingga,  udara  adalah termasuk  dalam  kelompok  zat-alir. 3 Dengan demikian,  maka  dasar  pembahasan  teoretis tentang  angin    mengacu  pada  cabang  ilmu fisika  yang  berkaitan  dengan  zat-alir  yaitu mekanika  fluida.  Didalam  konteks  mekanika fluida terdapat pembahasan khusus mengenai aerodinamika yang secara spesifik membahas perilaku gerak dinamis dari fluida angin.
Adapun kegunaan angin pada arsitektur  bangunan  dapat  dikelompokkan menjadi  tiga  bagian,  yaitu:  fungsi  kesehatan, fungsi  kenyamanan  dan  fungsi  pendinginan ruang    (Manley,  2009;  Kusoy,  1988;  Kusoy dan Sangkertadi, 1998).
Pada bangunan-bangunan rumah sederhana  di  daerah  tropis  lembab  seperti
kota  Manado  yang  memiliki  keterbatasan ekonomi untuk menggunakan system pendingin  mekanis  (AC,  Kipas  angin,  dll) pada  umumnya  kenyamanan  di  dalam bangunan  diperoleh  melalui  ventilasi  alami yang merupakan bukaan/lobang untuk memasukkan aliran angin ke dalam bangunan sebagai  pendingin  ruang  yang  menyebabkan penghuni  rumah  merasakan  kenyamanan (Manley,  2009;  Mangun  wijaya,  1997;  dan Sangkertadi,  1998).    Pada  kenyataannya sampai  saat  ini  banyak  penghuni  bangunan rumah sederhana belum menyadari pentingnya  bukaan  luasan  ventilasi/jendela untuk  membiarkan  angin  dari  luar  bangunan agar  dapat  masuk  kedalam  bangunan  dan mengenai  tubuh  pemakai  agar  tercapai kenyamanan  yang  disyaratkan  untuk  kondisi lingkungan  iklim  tropis  lembab.  Faktor kecepatan  dan  arah  aliran  angin  didalam bangunan  serta  kondisi  fisik  tubuh  pemakai ruang  sangat  menunjang  tercapainya  kondisi nyaman  tersebut  (Kusoy,  1998;  Sangkertadi, 2009).

## Tujuan Penelitian
Penelitian  ini  secara  khusus  bertujuan membahas penggunaan teknik simulasi numerik  untuk  menghitung  kecepatan  aliran angin  yang  masuk  melalui  bukaan  ventilasi dan  tingkat  kenyamanan  penghuni  pada bangunan  rumah  sederhana  type  36  jenis kopel  di  kompleks  perumnas  Paniki  kota Manado.

## METODOLOGI PENELITIAN
Dalam rangka mencapai tujuan penelitian, metode penelitian yang dilakukan meliputi  analisis  dan  sintesis.  Pada  tahap awal yaitu dengan menganalisis  data angin , kondisi  bangunan    bagian  luar  dan  dalam serta  kenyamanan    penghuni  didalam  ruang.
Kemudian
dari data-data tersebut
dimasukkan  pada  piranti  lunak  (software) “Ventila”,  yaitu  modul-modul  perhitungan debit  ventilasi  silang  yang  disusun  oleh Sangkertadi  (1998)  yang  didasarkan  pada prinsip  fisika  metode  “Bernouli”  dimana aliran udara terjadi karena perbedaan tekanan udara  (Kusoy  dan  Sangkertadi,  1996;
Sangkertadi, 1998). Selanjutnya hasil perhitungan  simulasi  Ventilasi  dilanjutkan dengan perhitungan untuk menentukan
tingkat kenyamanan penghuni ruang. Perhitungan ini menggunakan piranti TRNSYS  yaitu  sebuah  program  simulasi termal  yang  terstruktur  secara  modular.
Adapun  modul  yang  dipergunakan  adalah modul-modul perhitungan perpindahan panas yang
disusun
Sangkertadi (1994)
(Sangkertadi, 1997; dan Sangkertadi, 1998).

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Subyek  penelitian  adalah  bangunan sederhana  Type  36  jenis  kopel  berlokasi dikawasan  Perumnas    Paniki  Bawah  Kota Manado.  Dimisalkan  terdapat  suatu  zone ruang  dalam  ukuran  3  x  6  m  berupa  ruang tamu  dan  ruang  makan  seluas  18  m 2 dengan bukaan  pada  dinding  arah  masuknya  angin seluas  4  m 2 (bagian  depan  bangunan)  dan pada  dinding  keluarnya  angin  seluas  4  m 2 (bagian belakang bangunan).
Selain data bangunan tersebut juga data  input lainnya dalam  kasus ini adalah:
 Data kecepatan angin pada ketinggian 10 m diatas permukaan
tanah
 Koefisien lingkungan lokasi bangunan
 Suhu udara lingkungan luar
 Jumlah Ruang
 Kondisi pemakai ruang
Untuk gambar ukuran ruang seperti dibawah ini :
3m
Rg yg diteliti
3m

## 3m              3m
Hasil  simulasi  untuk  evaluasi  luas bukaan  dan  debit  udara  ditunjukkan  melalui perhitungan dibawah ini:
Data Kecepatan Angin  (h=10 m) = 10.0 Koefisien Lingkungan (Alpha)   = .67 Koefisien Lingkungan (Beta)    = .25 Suhu Lingkungan Luar           = 30 0 C
Jumlah Ruang                   =  1 ************************************************** ==============>   R U A N G    nomor  :  1 Volume Ruang (m3)                     :  54.00 Suhu ruang dalam (celcius)            : 33.0 Jumlah Bukaan Pada Selubung Bangunan  :  2 Jumlah Bukaan Pada Sekat Antar Ruang  :  0 --------------------------------------------------- "Bukaan Pada Selubung Bangunan" / Bukaan Nomor :  1 ---------------------------------------------------- Cd     Cp      Pn     Pint     dP      h       A ---------------------------------------------------- .50     .75    6.35    3.80    2.56    1.00    4.00 ---------------------------------------------------- V(h)    V(A)     Q ------------------------- 3.77    1.03     4.13 ------------------------- "Bukaan Pada Selubung Bangunan" / Bukaan Nomor :  2 ---------------------------------------------------- Cd     Cp      Pn     Pint     dP      h       A ----------------------------------------------------
.50     .15    1.24    3.80    2.56    1.00    4.00
----------------------------------------------------
V(h)    V(A)     Q -------------------------
3.77   -1.03    -4.13 -------------------------
Rg .Tidur      Rg. Tamu Rg.Tidur       Rg. Makan
TOTAL VENTILASI  RUANG  NOMOR :  1 ---------------------------------------------------
Debit Total (m3/s)      Pergantian Udara / jam
--------------------------------------------------- 4.13                      275.2
---------------------------------------------------
Dari  hasil  perhitungan  menunjukkan bahwa untuk luas bukaan 4 m 2 pada  ruang 18 m 2 dengan  kondisi  lingkungan  daerah perkotaan  didapat  debit  total  4.13  (m 3 /s) dengan total pergantian udara sebanyak 275.2 kali  untuk  memenuhi  standard  kesehatan manusia didalam ruang.
Selanjutnya  untuk  menentukan  tingkat kenyamanan  penghuni  di  dalam  ruang    yang dipengaruhi oleh kecepatan angin dan kondisi fisik  tubuh  manusia.  Maka  pertama-tama harus  diketahui  kecepatan  angin  di  dalam
ruang  (Vi)    dengan  menggunakan    rumus dibawah ini:
Vi = [0,45 – e ( - 3.84 x)]vh VH X e^ Vi 1,2 0,444 1,181 0,442
Dari  perhitungan  rumus  diatas  maka didapat  kecepatan  angin  didalam    ruang  (Vi) sebesar  0.442  m/s.  Selanjutnya  untuk mengetahui  kenyamanan  penghuni  ruang maka hasil kecepatan angin tersebut di hitung dengan menggunakan piranti lunak (software)  TRNSYS    yang  berbasis  Fortran untuk mengetahui tingkat kenyamanan pemakai  ruang  didaerah  penelitian  (manado) beriklim tropis lembab dengan menggunakan rumus Sangkertadi (1994) dibawah ini:
DISC = 3.9338 M cut + 0.0158 Ds - 0.3348
DISC = 0       = nyaman DISC = 3       = sangat tidak nyaman
DISC = 1       = agak tidak nyaman
DISC = 4       = tidak dapat ditoleransi
DISC = 2       = tidak nyaman Dimana hasil simulasi dapat dilihat pada tabel berikut ini :
no P h Adu Act M Icl Fcl 5 65 1.65 1.721 1.1 110.053 0.6 1.1 Rcl Hcl v hc Ta hr tr Top 0.093 9.775171 0.4 8.044453 30 5 30 30 Pvs HR Pva tsk Tcl hcl(tsk-tcl) sama C 4246.7 0.7 2972.69 34.95154 32.12108 27.668272  27.668272 32.29278 R Hs texp Ca Eress Pvs-exp Pva-exp Clv 20.07146 0.0188 35.18 1.28 3.796 5677.035 3973.9 c 668 hs-exp Eresl Pvsp Edif Evap Qcp Hev Evmax 0.025 2.519 5606.142 13.189 37.555 0 0.0889 402.7797 Mcut E Exp -6(1- Mcut) E Ds PMV DISC 0.09324 0.998 0.004337 -5.440558 0.9982 55.328 0 0.9
Dari  tabel    terlihat  bahwa  terjadi peningkatan  temperatur  udara  di  dalam bangunan  dari  30 0 C(ta)  menjadi  32 0 C(tr) dikarenakan kecepatan angin (v) sebesar 0.44 m/det  kurang  mencukupi  untuk  menghapus panas dalam  bangunan,  hal  ini  menyebabkan pula  tingkat  kenyamanan  penghuni  didalam ruangan  berada  pada  skala  DISC  0,9,  itu berarti penghuni ruang tersebut dalam kondisi agak tidak nyaman.

## KESIMPULAN
Penggunaan  teknik  simulasi  numerik ini  pada  akhirnya  dapat  memudahkan    kita untuk  menyatakan  secara  kuantitatif    bahwa ternyata  faktor  kecepatan  angin  dan  besaran bukaan  ventilasi  sangat  berperan    dalam mencapai    tingkat  kenyamanan  penghuni ruang didaerah tropis lembab untuk bangunan sederhana.    Dalam  kasus  penelitian  ini ternyata luas bukaan 4 m2 kurang mencukupi kecepatan  dan  aliran  angin  yang  masuk
dalam  ruangan  untuk  mencapai  kenyamanan penghuni.

## DAFTAR PUSTAKA
Anonim.    1993.    TRNSYS,  manual  version 13”,  Solar  Energy  Laboratory,  Univ  of Wisconsin, 1993
Anonim.    1997.    Pedoman  Peraturan
Bangunan Setempat, Departemen Pekerjaan Umum.
Kinzey,  B.  Y.    1983. Environmental Technologies  in  Architecture .      Prentice Hall, London.
Kussoy,  W.J.      1998.    Studi  Kenyamanan
Ruang  dengan  System  Ventilasi  Alami pada  Bangunan  Type  54  di  Kompleks Perumahan BTN Paniki Bawah Manado.
Kussoy, W.J. dan Sangkertadi.  1996.  Faktor Kecepatan  Angin  pada  Bangunan  di Daerah Pesisir Kota Manado.
Mangunwijaya.    1997.    Fisika  Bangunan.
Penerbit Erlangga, Jakarta.
Manley  G.    2009.    Climate  and  House Design. Riba Journal Vol. 156, p. 317- 323.
Sangkertadi,  dkk.    1997.      Studi  Konfigurasi Bentuk  Arsitektur  yang  Berwawasan Lingkungan  Tropis  dan  Hemat  Energi. Laporan  Penelitian  Hibah  Bersaing Perguruan Tinggi, UNSRAT Manado.
Sangkertadi.    1998.    Program  Simulasi Ventila versi 1,0.
Szokolay,  S.V.    1980. Environmental Science Handbook .   John Wiley & Sons
Inc., New York.