## SIMULASI KARAKTERISTIK TERMAL PADA RUMAH BANJAR BUBUNGAN TINGGI DENGAN KOMPUTASI DINAMIKA FLUIDA

## CHARACTERISTICS SIMULATION THERMAL ON THE TRADITIONAL BANJAR HIGH RIDGE (BUBUNGAN TINGGI) HOUSE WITH COMPUTATION FLUID DYNAMICS
M. Rizki Ikhsan 1) ,  Madschen Sia Mei Ol Siska 2) , Nur Hidayah 3) 1,2,3 Program Studi Teknik Industri, Universitas Sari Mulia, Banjarmasin, Indonesia email: m.rizkiikhsan@ymail.com 1)* , marunehutabarat10041979@gmail.com 2) ,  nur.hidayah1802@gmail.com 3)
Received: 16 November 2021 Accepted: 20 November 2021 Published: 23 November 2021 © 2021 SJME
Kinematika All Rights Reserved.

## Abstrak
Rumah  adat  Banjar  dengan  atap  tinggi  (Bubungan  Tinggi)  merupakan  rumah adat  yang  diperuntukkan  bagi  kalangan  bangsawan  kerajaan.  Di  zaman modern,  jenis  bangunan  ini  digunakan  sebagai  desain  arsitektur  bangunan pemerintahan.  Rumah  adat  sebagai  warisan  budaya  mengandung  kearifan lokal,  dimana  rumah  didesain  agar  mampu  beradaptasi  dengan  lingkungan, sehingga  orang  yang  tinggal  di  dalamnya  dapat  merasa  nyaman.  Pada penelitian  ini,  dikaji  karakteristik  termal  dari  rumah  Banjar  bubungan  tinggi, dengan  menggunakan  metode  simulasi  CFD.  Hasil  yang  didapatkan  bahwa desain atap bubungan tinggi sangat menguntungkan dalam hal serapan energi matahari,  dimana  atap  tersebut  mempunyai  koefisien  geometri  (Rb)  kecil, sehingga tidak banyak terpapar secara frontal terhadap sinar matahari. Bentuk atap tinggi juga akan menimbulkan bayangan yang menaungi bagian atap lain dari sinar matahari. Pada hasil simulasi CFD, didapatkan bahwa atap bubungan tinggi  menjadi  tempat  terkumpulnya  udara  panas,  dikarenakan  perbedaan tekanan dan gaya apung udara, sehingga udara panas akan naik dan terkumpul di atap yang lebih tinggi. Untuk menghindari terkumpulnya udara panas yang lebih  banyak,  maka  rekayasa  mekanik  yang  dapat  dilakukan  adalah  dengan memasang  blower  yang  dapat  menghembus  udara  panas  ke  lingkungan, sehingga dapat membantu sirkulasi udara ruangan.
Kata Kunci: karaktaristik termal, rumah Banjar, bubungan tinggi, CFD

## Abstract
The  Banjarese  traditional  house  with  a  high  ridge  (Bubungan  Tinggi)  is  a traditional  house  for  the  royal  aristocracy.  In  modern  times,  this  type  of building  is  used  as  an  architectural  design  for  government  buildings. Traditional  house as  a  cultural  heritage  of  local  wisdom,  where the  house is designed to be  adaptable  to  the  environment  and comfortable  for the people. In this study, the thermal characteristics of the Banjar high ridge house were studied, using the CFD simulation method. The results obtained that the high ridge  roof  design  is  very  beneficial  in  terms  of  absorption  of  solar  energy, where the roof has a small geometric  coefficient (Rb), so it is not exposed to much frontal sunlight. The shape of the high ridge roof will also create a lot of
shadows,  that  can  protect  the  other  roof  from  sunlight.  From  the  CFD simulation, it was found that the high ridge roof became a cumulated place for hot  air,  due  to  the  difference  in  pressure  and  bouyancy  force,  so  that  hot  air would rise and collected on a higher roof. To avoid the accumulation of more hot  air,  mechanical  modification  that  can  be  done  is  to  install  a  blower  that can blow out the hot air, so it can help the air circulation in the room.
Keywords: thermal characteristic, Banjarese house, high ridge roof, CFD
DOI: 10.20527/sjmekinematika.v6i2.195
How  to  cite :  Ikhsan,  M.R.,  Siska,  M.S.M.Ol.,  &  Hidayah,  N.,  “Simulasi  Karakteristik  Termal  Pada Rumah Banjar Bubungan Tinggi Dengan Komputasi Dinamika Fluida” . Scientific Journal of Mechanical Engineering Kinematika, 6(2), 99-106, 2021.

## PENDAHULUAN
Konsumsi  energi  dunia,  didominasi  oleh  keperluan  energi  untuk  bangunan,  dengan persentase  hampir  50%.  Dan  dari  keseluruhan  keperluan  energi  bangunan  tersebut,  50% nya lagi  adalah untuk  keperluan pengkondisian udara, baik  pemanasan atau pendinginan. Dengan melakukan pengaturan temperatur yang tepat pada mesin pengkondisi udara (AC) akan dapat menghemat energi sebesar 17-19% [1]Untuk dapat menyikapi kondisi tropis di Indonesia  sehingga  mendapatkan  kondisi  yang  nyaman,  pengkondisian  udara  bisa dilakukan  dengan  menggunakan  peralatan  mekanis  (seperti  kipas  dan  AC),  ataupun merekonstruksi  ulang  bangunan  dengan  mengadaptasi  konsep  pendinginan  pasif  [2]. Pendinginan  pasif  yang  bisa  dilakukan  misalnya  dengan  sistem  dinding  Trombe/solar chimney.
Indonesia,  sebagai  negara  tropis,  sudah  sejak  dahulu  menciptakan  kearifan  lokal untuk  mendapatkan  penghidupan  yang  nyaman,  terbukti  dari  beberapa  arsitektur  rumah yang  mengadaptasi  kondisi  lingkungan.  Rumah  bubungan  tinggi  juga  sudah mempertimbangkan  faktor  iklim  untuk  mencapai  kenyamanan  termal,  yaitu  pada  konsep bentuk, material, dan konstruksi. Bentuk diterapkan dengan cara peninggian lantai berupa panggung;  atap  bervolume  besar,  berkemiringan  curam  dan  berteritisan    lebar.  Material diterapkan  dengan  penggunaaan  bahan  yang  adaptif  terhadap  kondisi  rawa.  Elemen- elemen pengendali iklim diterapkan melalui unsur panggung, lantai dan dinding bercelah, beranda, bukaan, teritisan, atap bervolume besar, dan penutup atap sirap [3]. Material yang digunakan pun dominan dari kayu, sehingga juga berfungsi sebagai isolator panas.
Pada  penelitian  ini,  obyek  penelitian  adalah  rumah  adat  Kalimantan  Selatan,  yaitu rumah  kayu  bubungan  tinggi  (gambar  1).  Model  rumah  ini  diambil  dikarenakan mempunyai  ukuran  tinggi  yang  cukup  besar,  sehingga  diperkirakan  mampu  membuat perbedaan tekanan udara yang cukup besar antara bagian bawah dan atas rumah, sehingga memungkinkan adanya aliran udara. Berdasarkan penelitian [4], menyatakan bahwa rumah bubungan  tinggi  mempunyai  kondisi  termal  yang  belum  memenuhi  standar  kenyamanan udara menurut skala Webb. Permasalahan inilah yang harus dicari solusinya, yaitu mencari karakteristik  termal  dari  bangunan  rumah  bubungan  tinggi,  kemudian  mencari  rekayasa apa  yang  dapat  dilakukan  untuk  mencapai  standar  kenyamanan  udara  di  rumah  tersebut, sehingga  arsitektur  kearifan  lokal  bisa  diterapkan  ke  dalam  bangunan  modern  sekarang. Pelestarian arsitektur tradisional tidak hanya berguna untuk pelestarian budaya, tetapi juga dengan rekayasa yang cukup, akan dapat menghemat penggunaan energi pada bangunan.
Gambar 1. Rumah Banjar Bubungan Tinggi
Rumah Banjar Bubungan tinggi merupakan bangunan yang telah beradaptasi dengan kondisi  alam  di  wilayah  Kalimantan  Selatan,  dimana  mempunyai  kondisi  alam  berupa rawa-rawa, sehingga bangunan ini dibuat dengan bentuk panggung. Bangunan ini memiliki 5  ruangan,  yaitu  teras,  ruang  tamu,  ruang  keluarga,  ruang  pribadi,  dan  ruang  dapur  [4] Bangunan  rumah  bubungan  ini  merupakan  salah  satu  dari  11  jenis  rumah  adat  di Kalimantan Selatan, dimana dahulunya berfungsi sebagai rumah raja atau sultan, sehingga rumah ini menjadi  pencitraan strata sosial/ekonomi masyarakat di Kalimantan Selatan [5]. Bentuk  rumah  bubungan  tinggi,  secara  geometri,  pada  bagian  atap  utama  mempunyai sudut kemiringan 45°-60° [6]. Bentuk rumah bubungan tinggi ini juga dipengaruhi budaya sungai yang dominan di Kalimantan Selatan, dari abad 15 sampai abad 20[6].
Razak  (2019),  [7]  melakukan  penelitian  tentang  kenyamanan  termal  rumah bubungan  tinggi  secara  langsung  pada  1  hari  di  bulan  Oktober  2016,  dan  mendapatkan bahwa  rumah  bubungan  tinggi  tidak  termasuk  dalam  batas  kenyamanan  Webb,  karena mempunyai temperatur di atas 27,3°C. Ruang teras dan ruang tamu termasuk dalam skala psiko-fisik agak hangat, sedangkan ruangan lain masuk dalam kategori psiko-fisik hangat. Temperatur  efektif  seluruh  ruangan  dalam  rumah  bubungan  tinggi  lebih  tinggi  daripada temperatur udara lingkungan.
Untuk  membuat  temperatur  ruangan  yang  lebih  nyaman,  dapat  digunakan  metode mekanik, pasif/alami, atau gabungan antara keduanya. Pendinginan pasif untuk bangunan bisa  dilakukan  dengan  konsep  dinding  Trombe/Solar  Chimney  [7].  Dimana  suatu penyimpan  panas/tembok  dipanaskan  dengan  radiasi  matahari,  sehingga  menciptakan perbedaan temperatur dan tekanan di tempat yang lain. Dengan adanya perbedaan tekanan udara  maka    aliran  udara  akan  didapatkan.  Metode  ini  dapat  diverifikasi  dengan  analisis perpindahan panas, atau dengan mengamati aliran udara yang terjadi.
Pada  penelitian  [8]  dilakukan  gabungan  antara  penggunaan  kipas  angin  atas  dan bukaan  jendela,  dimana  dimensi  kipas  angin  dan  karakteristiknya  mempengaruhi kenyamanan termal, yang dianalisis dengan metode PMV.

## METODE PENELITIAN
Penelitian  ini  dilakukan  dengan  cara  simulasi  menggunakan  perangkat  lunak  CFD, dengan  berdasarkan  data  dari  survey  lapangan  rumah  bubungan  tinggi  yang  sebenarnya. Adapun tahapan penelitian ini secara garis besarnya ada 3, yaitu :
1. Studi  literatur,  meliputi  data  temperatur  dan  cuaca  tahunan  di  daerah  Kalimantan Selatan; data arsitektur rumah adat banjar bubungan tinggi, penelitian terdahulu yang berkaitan dengan simulasi CFD dan analisis/rekayasa termal bangunan
2. Survey  lapangan;  meliputi  pengukuran  dimensi  riil  rumah  adat  banjar  bubungan tinggi,  kondisi  lingkungan sekitar, dan pengujian  karakteristik termal material  kayu untuk bangunan
3. Simulasi CFD terdiri dari 3 tahapan, yaitu :
a. Pre-processing,  meliputi  pembuatan  model  3d,  penentuan  material,  masukan (input)  kondisi  kerja,  syarat-syarat  batas,  pengaturan  mesh.  Masukan  kondisi kerja yang diberikan berupa dimensi dan temperatur nyata dari bangunan, yang sebelumnya telah diukur melalui survey lapangan.
b. Processing, yaitu pelaksanaan proses simulasi dengan bantan software CFD.
c. Post-processing,  yaitu  hasil  visualisasi,  animasi,  dan  plot  grafik.  Hasil  yang diharapkan  dapat  ditampilkan  dari  tahapan  post-processing  adalah  distribusi temperatur  pada  seluruh  bagian  dalam  rumah,  sehingga  dapat  diketahui  titik- titik panas pada bangunan. Dari distribusi temperatur  yang didapat, kemudian dilakukan  rekayasa  termal  untuk  mendapatkan  kenyamanan  termal  bagi manusia.
Alat yang diperlukan untuk pelaksanaan penelitian ini adalah : laser distance meter, anemometer,  higrometer,  pyranometer,  komputer  dan  software  CFD.  Skema  penelitian ditampilkan  di  gambar  2.  Lokasi  penelitian  berada  di  Museum  Wasaka,  Banjarmasin, Kalimantan Selatan, dan laboratorium komputasi di Universitas Sari Mulia Banjarmasin.

## Gambar 2. Skema Penelitian

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Pada  pengukuran  dimensi  rumah  bubungan  tinggi  di  banjarmasin,  didapatkan  hasil sebagai  berikut  (gambar  3)  dalam  satuan  mm,  dimana  rumah  ini  menghadap  ke  arah tenggara (gambar 4).
Gambar 3. Dimensi Rumah Banjar Bubungan Tinggi
Gambar 4. Bidang Atap Rumah Banjar Bubungan Tinggi
Pada  tabel  1  ditampilkan  kemiringan  dan  arah  dari  masing-masing  atap  rumah bubungan tinggi. Sedangkan tabel 2 menunjukkan faktor geometri pada bidang atap rumah Banjar.
Tabel 1. Data kemiringan dan orientasi arah objek penelitian Bidang atap 1 2 3 4 5 6 Kemiringan atap (β) 30 80 30 80 16 16 Arah orientasi atap (γ) -40 timur -40 timur 40 barat 130 barat 130 barat -130 timur Tabel 2. Faktor geometri pada bidang atap rumah Banjar Bidang atap tanggal 1 2 3 4 5 6 21-Mar-21 0,84  0,13 0,84 0,2 0,96 0,96 21-Jun-21 0,67  -0,2 0,67 0,48 1,04 1,04 21-Sep-21 0,84  0,13 0,84 0,2 0,96 0,96 21-Des-21 1 0,45 1 -6,1 0,89 0,89
Berdasarkan  data  tabel  2,  maka  dapat  dilihat  bahwa  atap  nomor  2  dan  4  yang merpupakan  bubungan  tingi  dari  rumah  banjar  mempunyai  faktor  geometri  yang  kecil. Nilai  Rb  yang  kecil  dapat  diartikan  bahwa  atap  nomor  2  dan  4  yang  berposisi  tegak tersebut,  sangat  sedikit  menyerap  radiasi  matahari,  sehingga  atap  tersebut  mempunyai temperatur  yang  lebih  rendah  dibanding  dengan  atap  lain  yang  berposisi  lebih  datar  [9] [10].
Hasil perhitungan di tabel 2, menunjukkan bahwa pada bangunan rumah tradisional bubungan  tinggi,  selain  merupakan  bangunan  yang  mempunyai  filosofi  tinggi  (karena diperuntukkan untuk bangsawan Banjar), juga mengandung nilai kearifan lokal dalam hal karakteristik termalnya.
Untuk  melakukan  pemodelan  CFD,  maka  ditentukan  parameter-parameter  sebagai berikut :
 solver type : pressure based
 velocity formulation : absolute
 gravitational acceleration (Y) : -9,81 m/s 2
 roof, wall (convection), ground, jendela sebagai inlet dan outlet udara
 models : viscous-SST k omega
 model constants :
o alpha*_inf = 1
o Alpha_inf = 0,52
o Beta*_inf=0,09
o a1=0,21
 energy equation = ON
 fluid materials = air
 operating pressure=101325 Pascal
 roof temperature : 45
 materials : wood
 inlet velocity = 3 m/s
 Solution mehod
o gradient = least square cell based
o pressure = second order
o momentum = second order upwind
o turbulent kinetic energy = first order upwind
o specific dissipation rate = first order upwind
Berdasarkan  pemodelan  CFD,  didapatkan  profil  temperatur  pada  rumah  Banjar bubungan  tinggi  seperti  yang  ditampilkan  pada  gambar  5.  Pada  gambar  5  (lingkaran merah)  didapati  bahwa  temperatur  udara  di  bawah  atap  lebih  tinggi  daripada  temperatur udara ruangan. Hal  ini disebabkan adanya  gaya  apung (bouyancy force) dari udara panas yang akan berada di  posisi atas  [11]. Dari gambar 5  (lingkaran merah)  juga dapat  dilihat bahwa udara panas terkumpul pada bagian atap bubungan tinggi, dikarenakan atap nomor 1,  3,  5,  dan  6  akan  terpusat  berakhir  pada  atap  nomor  2  dan  4,  sehingga  atap  bubungan tinggi  ini  akan  berfungsi  sebagai  penyimpan  panas.  Pada  arsitektur  rumah  banjar,  pada bagian  atap  bubungan  tinggi  ditambahkan  plafon,  yang  dapat  mencegah  berkumpulnya udara  panas  di  bagian  bubungan  tinggi,  tetapi  berakibat  udara  panas  tersebut  akan menyebar  ke  seluruh  bagian  ruangan,  yang  tentu  saja  berakibat  menaikkan  temperatur ruangan.  Solusi  yang  ditawarkan  adalah  menghilangkan  plafon,  sehingga  udara mengumpul di bagian atap bubungan tinggi, kemudian melakukan rekayasa termal dengan cara  menambahkan  ventilasi  di  bagian  atap  bubungan  tinggi,  ataupun  memasang  blower
yang  dapat  mengeluarkan  panas  secara  mekanik.  Secara  alami,  udara  bisa  sedikit  demi sedikit  bersirkulasi  dari  bangunan  melalui  celah-celah  kayu  dinding  atau  atap  bangunan, dikarenakan  konstruksi  bangunan  terbuat  dari  kayu  dan  atap  dari  sirap  kayu,  sehingga masih ada celah udara untuk bisa lolos.
Gambar 5. Profil Temperatur Hasil Solusi CFD

## KESIMPULAN
Rumah  adat  Banjar  bubungan  tinggi,  dengan  atap  lancip  yang  tinggi,  mempunyai faktor geometri (Rb) yang kecil, sehingga lebih sedikit terpapar secara frontal dengan sinar matahari.  Berdasarkan  simulasi  CFD,  bentuk  atap  yang  tinggi  menjadi  tempat terkumpulnya udara panas dari seluruh bangunan, yang jika dibiarkan dalam waktu lama, juga akan mengurangi kenyamanan udara di ruangan, oleh karena itu disarankan rekayasa mekanik  dengan  menambah  blower  untuk  mengeluarkan  udara  panas  di  atap  tertinggi tersebut.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Ucapan terima kasih disampaikan kepada Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan atas  didanainya  penelitian  ini.  Ucapan  yang  sama  diperuntukkan  juga  kepada  sivitas akademika  Universitas  Sari  Mulia,  dan  dinas  pariwisata  Kalimantan  Selatan  (Museum Wasaka)  atas  bantuan  dan  dukungannya,  sehingga  penelitian  ini  dapat  dijalankan,  meski masih dalam suasana pandemi Covid-19.

## REFERENSI
[1] R.  Y.  Sandi,  I.  Garniwa,  T.  H.  Panjaitan,  and  D.  M.  Pratiwi,  “Building  energy efficiency  and  conservation  on  air  conditioning  loads  (Case  study:  residential  and building development information center in Makassar),” in IOP Conference Series: Earth and Environmental Science , 2019, vol. 399, no. 1, p. 12086.
[2] C.  Y.  Lee,  S.  Kaneko,  and  A.  Sharifi,  “Effects  of  building  types  and  materials  on household  electricity  consumption  in  Indonesia,” Sustain.  Cities  Soc. ,  vol.  54,  p. 101999, 2020.
[3] I. S. Muhammad, “Tanggapan terhadap Iklim sebagai Perwujudan Nilai Vernakular pada  Rumah  Bubungan  Tinggi,” LANTING  J.  Archit. ,  vol.  1,  no.  2,  pp.  68–137, 2012.

## [4] H.  Razak,  “IDENTIFIKASI  KONDISI  TERMAL  PADA  BANGUNAN TRADISIONAL STUDI KASUS RUMAH BUBUNGAN TINGGI DI MARTAPURA,” 2019.
[5] W.  Aqli,  “Anatomi  Bubungan  Tinggi  sebagai  rumah  tradisional  utama  dalam kelompok rumah Banjar,” NALARs , vol. 10, no. 1, 2011.
[6] A.  J.  Noor  and  N.  Fajriah,  “BASIC  GEOMETRY  SKILLS  AT  RUMAH BUBUNGAN TINGGI OF BANJARESE IN SOUTH KALIMANTAN.”
[7] M.  Rizali,  “ANALISIS  AWAL  PERPINDAHAN  PANAS  DINDING  TROMBE BERALUR,”  in PROSIDING  SEMINAR  NASIONAL  LINGKUNGAN  LAHAN BASAH , 2020, vol. 5, no. 3, pp. 126–133.
[8] M.  Alizadeh  and  S.  M.  Sadrameli,  “Numerical  modeling  and  optimization  of thermal comfort in building: central composite design and CFD simulation,” Energy Build. , vol. 164, pp. 187–202, 2018.
[9] W. S. Moustafa, I. R. Hegazy, and M. M. Eldabousy, “Roof geometry as a factor of thermal behavior:  simulation  based study of using vaults  and domes in  the Middle East zone,” Int. J. Low-Carbon Technol. , vol. 13, no. 3, pp. 204–211, 2018.
[10]  M.  P.  G.  Sirimanna  and  R.  A.  Attalage,  “A  model  for  analyzing  the  thermal performance of roof configurations with flat inclined surfaces,” Energy Build. , vol. 116, pp. 122–132, 2016.
[11]  A. N. Maulana, A. K. Samlawi, and M. Rijali, “ANALISIS PENGARUH  LEBAR CELAH  UDARA  PADA  CHANNEL  OUTLET  TERHADAP  KONDISI RUANGAN  DAN  DAYA  LISTRIK  DENGAN  MEMANFAATKAN  PANEL SURYA,” Sci. J. Mech. Eng. Kinemat. , vol. 3, no. 1, pp. 17–32, 2018.