PENDAHULUAN
Jendela sebagai sarana utama untuk mengaliri udara dari dan ke dalam bangunan harus dipilih secara teliti terutama karakteristiknya untuk kebutuhan pengendalian udara. Akan tetapi, jendela hanyalah salah satu bagian dari suatu sistem pengendalian udara yang digunakan untuk mengaliri ruangan danbahkan untuk mendinginkannya; terutama untuk mencapai kenyamanan termis (Kindangen et al, 1997).
Jendela sebagai sarana utama untuk mengaliri udara dari dan ke dalam bangunan harus dipilih secara teliti terutama karakteristiknya untuk kebutuhan pengendalian udara. Akan tetapi, jendela hanyalah salah satu bagian dari suatu sistem pengendalian udara yang digunakan untuk mengaliri ruangan danbahkan untuk mendinginkannya; terutama untuk mencapai kenyamanan termis (Kindangen et al, 1997).
Lokasi dan tipe jendela menentukan pola udara yang masuk ke suatu ruangan dalam bangunan. Ukuran outlet juga menentukan kecepatannya (Evans, 1979, Kindangen and Krauss, 1996). Jendela dalam bangunan diharapkan dapat menjawab beberapa masalah dan kesempatan untuk kenyamanan penghuni. Jendela memungkinkan kita suatu pemandangan keluar (dan ke dalam), memungkinkan sinar matahari masuk ke ruangan atau untuk menghindarinya, menghalangi hujan dan debu, mengurangi transmisi panas, memungkinkan infiltrasi udara dan ventilasi. Dari segi fungsinya, jendela haruslah ringan dalam pemeliharaan, mudah digunakan dan diatas segalanya haruslah ekonomis. Disamping itu yang juga penting adalah untuk memenuhi kebutuhan pabrikan dalam desain dan produksi terutama dalam hal pemahaman akan ventilasi melalui jendela.
TIPE JENDELA
Ada banyak variasi jendela yang sering digunakan secara luas dan ada di pasaran umum. Tipe jendela dapat diklasifikasikan ke dalam satu atau kombinasi dari beberapa tipe dasar terutama dalam hubungannya dengan pengaturan aliran udara. Jendela dapat dikelompokkan dalam empat kategori:
Tipe yang lain seperti tipe geser dan lipat dapat dipandang sama seperti kasus di atas; tipe putar vertikal diharapkan akan memberikan hasil yang sama dibandingkan dengan putar horizontal dalam potongan longitudinal model.
SIMULASI NUMERIK
Dari hasil penelitian sebelumnya (Kindangen and Krauss, 1996) disimpulkan bahwa hasil evaluasi pola aliran udara dengan menggunakan terowongan angin dan dengan simulasi numerik dalam hal ini menggunakan kode Komputasi Dinamika Fluida (Computational Fluid Dynamics), memberikan hasil yang sesuai. Berdasarkan studi ini memberikan jaminan untuk menggunakan simulasi numerik dalam evaluasi pola aliran udara sebagai pengganti metode yang lain yang sering digunakan seperti: pengukuran langsung dan percobaan dalam terowongan angin. Simulasi tujuh model berikut ini dibuat untuk mempelajari pengaruh dari tipe jendela terhadap pola aliran udara. Simulasi dikerjakan dalam dua dimensi. Bangunan dengan bukaan tanpa jendela diambil sebagai suatu model acuan (MR) yang memungkinkan kita untuk membandingkannya dengan tipe lainnya. Untuk setiap model, inklinasi dari daun jendela padadaerah masuk (inlet) dan keluar (outlet) dipertahankan sama besarnya. Simulasi numerik dengan metode volumebatas (finite-volume) seperti halnya dalam CFD sangat dipengaruhi oleh jumlah sel dalam grid. Pada umumnya semakin banyak jumlah sel semakin baik akurasi solusinya. Akurasi solusi dan biaya dalam hal perangkat keras computer yang diperlukan dan waktu-kalkulasi tergantung pada kehalusan grid. Bentuk sel yang optimal sering tidak seragam (non-uniform): lebih halus/kecil di bagian dimana variasi besar terjadi dari titik ke titik dan membesar di daerah dengan perubahan relatif kecil. Sehingga banyak usaha untuk membuat kode Komputasi Dinamika Fluida (CFD) yang sanggup membuat bentuk sel adaptif (Versteeg and Malalasekera, 1995). Dalam simulasi ini digunakan bentuk sel non-struktural. Dengan menggunakan suatu sistem koordinat “Body-Fitted” suatu resolusi yang detail dari model yang kompleks dan topografi di sekitarnya dapat dicapai (PreBFC, 1994, FLUENT, 1995). turbulen terjadi, distribusi selnya dibuat lebih banyak seperti ditunjukkan dalam Gambar 2 dan 3. Perangkat lunak CFD: FLUENT dengan model turbulen k-å Grup Renormalisasi (RNG) digunakan untuk memodelkan aliran turbulen dan untuk menganalisa pola aliran udara interior.
TIPE JENDELA
Ada banyak variasi jendela yang sering digunakan secara luas dan ada di pasaran umum. Tipe jendela dapat diklasifikasikan ke dalam satu atau kombinasi dari beberapa tipe dasar terutama dalam hubungannya dengan pengaturan aliran udara. Jendela dapat dikelompokkan dalam empat kategori:
- Tipe putar, putar horinsontal dan vertikal
- Tipe gantung, gantung-samping, atas atau bawah
- Tipe lipat
- Tipe sorong/geser, geser secara vertikal dan horisontal
Tipe yang lain seperti tipe geser dan lipat dapat dipandang sama seperti kasus di atas; tipe putar vertikal diharapkan akan memberikan hasil yang sama dibandingkan dengan putar horizontal dalam potongan longitudinal model.
Model Acuan
Model dengan Tipe Jendela Gantung-Atas
Model dengan Tipe Jendela Putar Horizontal
Gambar 1. Modelisasi tipe jendela
SIMULASI NUMERIK
Dari hasil penelitian sebelumnya (Kindangen and Krauss, 1996) disimpulkan bahwa hasil evaluasi pola aliran udara dengan menggunakan terowongan angin dan dengan simulasi numerik dalam hal ini menggunakan kode Komputasi Dinamika Fluida (Computational Fluid Dynamics), memberikan hasil yang sesuai. Berdasarkan studi ini memberikan jaminan untuk menggunakan simulasi numerik dalam evaluasi pola aliran udara sebagai pengganti metode yang lain yang sering digunakan seperti: pengukuran langsung dan percobaan dalam terowongan angin. Simulasi tujuh model berikut ini dibuat untuk mempelajari pengaruh dari tipe jendela terhadap pola aliran udara. Simulasi dikerjakan dalam dua dimensi. Bangunan dengan bukaan tanpa jendela diambil sebagai suatu model acuan (MR) yang memungkinkan kita untuk membandingkannya dengan tipe lainnya. Untuk setiap model, inklinasi dari daun jendela padadaerah masuk (inlet) dan keluar (outlet) dipertahankan sama besarnya. Simulasi numerik dengan metode volumebatas (finite-volume) seperti halnya dalam CFD sangat dipengaruhi oleh jumlah sel dalam grid. Pada umumnya semakin banyak jumlah sel semakin baik akurasi solusinya. Akurasi solusi dan biaya dalam hal perangkat keras computer yang diperlukan dan waktu-kalkulasi tergantung pada kehalusan grid. Bentuk sel yang optimal sering tidak seragam (non-uniform): lebih halus/kecil di bagian dimana variasi besar terjadi dari titik ke titik dan membesar di daerah dengan perubahan relatif kecil. Sehingga banyak usaha untuk membuat kode Komputasi Dinamika Fluida (CFD) yang sanggup membuat bentuk sel adaptif (Versteeg and Malalasekera, 1995). Dalam simulasi ini digunakan bentuk sel non-struktural. Dengan menggunakan suatu sistem koordinat “Body-Fitted” suatu resolusi yang detail dari model yang kompleks dan topografi di sekitarnya dapat dicapai (PreBFC, 1994, FLUENT, 1995). turbulen terjadi, distribusi selnya dibuat lebih banyak seperti ditunjukkan dalam Gambar 2 dan 3. Perangkat lunak CFD: FLUENT dengan model turbulen k-å Grup Renormalisasi (RNG) digunakan untuk memodelkan aliran turbulen dan untuk menganalisa pola aliran udara interior.
Gambar 2. Bentuk sel yang tidak terstruktur
Gambar 3. Ukuran sel yang lebih kecil dan halus
HASIL DAN DISKUSI
Gambar 4 sampai 6 menunjukkan vektor kecepatan udara sebagai hasil dari simulasi. Untuk pola aliran pada jendela gantung-atas dapat dicatat bahwa semakin besar inklinasi daun jendela semakin dekat daerah riak (wake region) mendekati ke bagian masuk (inlet). Inklinasi dari daun jendela di sisi depan dan belakang memegang peranan penting sebagai pengarah arah aliran. Dalam hal yang sama, jendela putar horisontal membagi inlet dalam dua bagian, sama halnya pada outlet. Pola aliran udara cenderung mengikuti garis pemisah ini. Tipe jendela putar dalam semua posisi memberikan rata-rata kecepatan udara interior yang lebih kecil dibandingkan dengan jendela gantung. Ini disebabkan oleh reduksi debit udara oleh daun jendela putar pada ketinggian dimana pengukuran diambil, 1,2 meter dari muka lantai.
Gambar 4. Hasil simulasi: Vektor kecepatan udara pada model acuan (MR)
(a)
(b)
(c)
Gambar 5. a,b,c Hasil simulasi: jendela gantung atas inklinasi 30, 45 dan 60° (M1,30, M1,45, dan M1.60)
Gambar 5. a,b,c Hasil simulasi: jendela gantung atas inklinasi 30, 45 dan 60° (M1,30, M1,45, dan M1.60)
(a)
(b)
(c)
Gambar 6. a,b,c. Hasil simulasi: jendela putar horisontal inklinasi bukaan 30, 45 dan 60° (M2.30, M2.45 dan M2.60)
Gambar 6. a,b,c. Hasil simulasi: jendela putar horisontal inklinasi bukaan 30, 45 dan 60° (M2.30, M2.45 dan M2.60)
Gambar 7. Kecepatan udara interior rata-rata sebagai prosentasi dari kecepatan rata-rata di zone bebas di luar bangunan. Perbandingan tipe jendela: M1 dan M2 terhadap model acuan (MR)
Gambar 7 menunjukkan rata-rata kecepatan udara dalam ruangan terhadap prosentasi dari rata-rata kecepatan udara di luar pada aliran udara bebas sebagai acuan, disini ditetapkan 5,84 m/det pada ketinggian 4 meter di atas tanah. Dalam perbandingannya dengan model acuan, kehadiran daun jendela pada beberapa bukaan pada umumnya mengurangi kontribusi kecepatan udara yang masuk ke ruangan. Perbandingan dengan model acuan, tipe jendela gantung-atas dengan inklinasi daun jendela berturut-turut 30°, 45° dan 60° (M1.30, M1.45 dan M1.60) mengalami pengurangan kecepatan udara rata-rata sebesar 37%, 26% dan Sedangkan untuk tipe jendela putar horisontal dengan inklinasi daun jendela 30°, 45° dan 60° (M2.30, M2.45 dan M2.60) dibandingkan dengan model acuan, dicatat terjadi pengurangan kecepatan udara rata-rata sebesar 41%, 33% dan 30%. Ini berarti, tipe jendela gantung-atas menghasilkan pengurangan kecepatan udara rata-rata lebih kecil dibandingkan dengan tipe jendela putar horisontal. Hal ini dapat dimaklumi karena tipe jendela putar horisontal membagi dua kepadatan aliran dan mengurangi momentum aliran sebagai paramater yang sangat penting dalam aliran udara yang melewati bukaan besar.
KESIMPULAN
Pengaruh dari tipe jendela terhadap pola aliran udara dengan model dua dimensi telah dievaluasi. Seperti diduga sebelumnya, daun jendela mengurangi besaran kecepatan udara dan mengarahkan pola alirannya sesuai dengan posisi atau inklinasi dari daun jendela. Direkomendasikan pekerjaan selanjutnya dalam hal ini yang diperlukan yang dialamatkan pada hal inklinasi daun jendela yang berbeda-beda pada inlet dan outlet.
0 comments:
Post a Comment