3

II. TINJAUAN PUSTAKA

A. Bangunan Konstruksi Kayu

Kebutuhan kayu sebagai bahan baku untuk berbagai keperluan

terus meningkat. Demikian pula untuk keperluan bahan bangunan. Kayu-kayu

yang beredar di pasaran sebagian besar berasal dari hutan alam yang

dikelompokkan atas jenis-jenis komersial seperti mahoni (Swietenia

macrophylla), akasia (Acacia mangium willd), jati (Tectona grandis), dan kayu

campuran (borneo). Ketidak-seimbangan kecepatan antara pemanenan dan

penanaman p a d a h u t a n k a y u menyebabkan pasokan kayu dari hutan

kian menurun baik volume maupun mutunya yang mengakibatkan harga kayu

menjadi relatif mahal (Abdurachman dan Nurwati Hadjib, 2006).

Abdurachman (2006) mengatakan bahwa berbagai upaya telah dilakukan

dalam mengatasi keterbatasan jumlah pasokan kayu hutan antara lain dengan

mengalihkan perhatian kepada jenis-jenis kayu yang berasal dari hutan

rakyat atau hutan tanaman, terutama sebagai bahan baku industri

pengolahan kayu, baik yang berskala kecil maupun besar. Demikian

pula untuk keperluan bahan bangunan dan industri barang kerajinan. Oleh

sebab itu, kayu yang berasal dari hutan tanaman maupun hutan rakyat

yang potensinya cukup besar diharapkan dapat memenuhi kebutuhan kayu

untuk berbagai keperluan tersebut. Di sisi lain, kayu yang dihasilkan dari

hutan tanaman dan hutan rakyat pada umumnya merupakan jenis kayu

cepat tumbuh (fast growing), seperti kayu akasia (Acacia mangium willd),

sengon (Paraserianthes falcataria lnielsen) dan lain-lain. Jenis-jenis kayu

yang sering dijumpai di hutan rakyat sebagai bahan bangunan antara lain

kayu meranti, akasia, mindi, sengon, kihiang, kiputri, karet, pinus, kayu buah

seperti kecapi, nangka, kemang, kemiri, manggis dan lain-lain yang memiliki

diameter 30 –40 cm (Abdurachman dan Nurwati Hadjib, 2006). Ciri kualitas

kayu gergajian umumnya memuat persyaratan mutu, hasil yang

dipersyaratkan, kadar air, ukuran maksimum dan minimum yang digunakan

(Lampiran 2). Jenis-jenis kayu tersebut relatif bermutu rendah karena selain

berumur muda, juga mengandung banyak cacat seperti mata kayu, miring

4

serat, cacat bentuk dan sebagainya. Sehingga untuk dapat memenuhi

persyaratan bahan konstruksi bangunan diperlukan teknologi yang

tepat sesuai dengan tujuan penggunaannya.

Abdurachman (2006) menyatakan bahwa sebagai bahan konstruksi

bangunan, kayu harus memenuhi syarat seperti memiliki kemampuan menahan

bermacam-macam beban yang bekerja dengan aman dalam jangka waktu

yang direncanakan, mempunyai ketahanan dan keawetan yang memadai

melebihi umur pakainya, serta mempunyai ukuran penampang dan panjang

yang sesuai dengan pemakainnya dalam konstruksi.

Jenis kayu yang berasal dari hutan rakyat ialah jenis kayu yang

diusahakan atau dibudidayakan oleh rakyat dengan lokasi atau tempat tumbuh

tidak teratur atau tidak terpola, biasanya ditanam pada areal dekat hutan

alam/hutan tanaman atau tanah-tanah negara yang belum dimanfaatkan (Hak

Guna Garap, HGG) dalam (Abdurachman dan Nurwati Hadjib, 2006).

Luas hutan rakyat di Indonesia adalah 1.568.415,63 ha dengan

potensi 39.416.557 m3 dan jumlah pohon siap tebang 78.485.993 atau

potensi produksi 19.621.480 m3 (dengan assumsi volume 0,25 m3/pohon).

Hutan rakyat yang terkonsentrasi di Pulau Jawa, potensinya sekitar

23.578.787 m3 dari jenis akasia, bambu, jati, mahoni, pinus, sengon,

sonokeling dan tisuk. Jumlah pohon siap tebang diperkirakan 77.214.541

pohon (19.303.480 m3). (Ditjen BPK, 2005) dalam (Abdurachman dan

Nurwati Hadjib, 2006).

A.1 Bahan konstruksi

Abdurachman (2006) mengatakan bahwa bahan konstruksi adalah

bahan yang dipergunakan untuk mendukung beban dalam arti

memerlukan analisa atau perhitungan yang cukup cermat, dan untuk

kayu mencakup bahan-bahan untuk kuda-kuda, jembatan, tiang pancang

dan sebagainya.

Wirjomartono (1977) dalam (Abdurachman dan Nurwati Hadjib,

2006) menyatakan bahwa penggunaan kuda-kuda kayu dapat

menghemat biaya sekitar 40-50% untuk daya dukungya dibandingkan jika

5

menggunakan baja. Diperkirakan sekitar 80% konsumsi kayu

diperuntukkan pada bangunan rumah dan gedung, sedangkan yang 20%

untuk perancah, jembatan, dermaga dan lain-lain. Penggunaan kayu untuk

pembangunan jembatan dan tiang pancang tidak lebih dari 5%.

Menurut Abdurachman (2006) sampai abad ke-20 sebagian besar dari

hampir semua bangunan perumahan dan struktur bangunan komersial

dibangun dari kayu. Karena masih berlimpahnya sumber kayu menyebabkan

hampir semua struktur bangunan perumahan, jembatan, bangunan

komersial ringan, pabrik dan tiang menggunakan kayu solid. Sekarang

bangunan tersebut lebih banyak menggunakan bahan kayu struktural yang

lebih modern.

Hasil penelitian Karnasudirdja (1989) dalam (Abdurachman dan

Nurwati Hadjib, 2006) menghasilkan bahwa glulam (bahan lapis dari balok

kayu) yang dibuat dari meranti merah dan jati dengan perbandingan

meranti merah : jati = 2,5 cm:1cm, menghasilkan nilai kekuatan yang

tidak berbeda nyata dengan kekuatan yang dihasilkan dari glulam sejenis

dengan porsi jati lebih tinggi. Hasil penelitian ini telah dapat

digunakan oleh PT PAL untuk mengganti lambung jati menjadi lamina jati-

meranti.

A.2 Bagian konstruksi bangunan

Abdurachman (2006) mengatakan bahwa dalam suatu konstruksi

bangunan setidaknya terdiri dari beberpa elemen bangunan, yaitu :

1. Tanah

Pondasi harus memiliki kontur yang rata sesuai dengan daya dukung

tanah yang diperlukan, , struktur yang kuat dan stabil serta mampu menahan

beban bangunan.

2. Lantai

Kayu untuk lantai lebih disukai hardwood (kayu daun lebar) dan

dengan kekerasan yang tinggi. Beberapa industri mensyaratkan kayu untuk

lantai dipilih kayu yang bercorak indah, kelas kuat I-II dan kelas awet I-II.

3. Dinding

Dinding bagian luar selain digunakan papan kayu yang memiliki daya

6

nilai kekuatan dan keawetan yang tinggi, saat ini lebih umum digunakan

kayu lapis eksterior, papan partikel eksterior. Sedangkan untuk dinding

di bagian dalam ruangan (interior) tidak diperlukan persyaratan yang

tinggi. Pembuatan dinding, selain diperlukan kayu yang bercorak indah,

juga kayu yang stabil dan awet, untuk berbagai keperluan dipersyaratkan

mampu meredam suara (isolator). Kayu gergajian yang telah dicoba dibuat

untuk partisi dinding antara lain kayu karet, mindi, kelapa dan mangium.

Partisi dinding yang dibuat dari kayu karet yang diawetkan dengan

boron menunjukkan penampilan yang mirip dengan ramin. Sedangkan

yang dibuat dari kayu mangium menunjukkan menampilan seperti jati.

A.3 Dimensi beberapa jenis kayu di pasaran

Ukuran kayu rakyat dalam bentuk kayu gergajian bervariasi untuk

setiap jenis kayu tertentu seperti kayu mahoni yang biasanya dipakai

sebagai bahan mebel, kayu buah sebagai bahan kayu pertukangan dan

konstruksi (Abdurachman dan Nurwati Hadjib, 2006). Spesifikasi ukuran

balok untuk rangka dinding, kusen pintu kayu, kusen jendela kayu, daun

pintu kayu dan daun jendela kayu untuk bangunan rumah dan gedung seperti

pada Lampiran 2.

B. Bangunan pre-Pabrikasi Tahan Gempa

Pada dasarnya yang dimaksud dengan bangunan tahan gempa bukan

berarti bangunan tersebut itu tidak akan mengalami kerusakan bila terjadi

gempa. Bangunan tahan gempa memiliki kaidah sebagai berikut

(Puslitbangkim, 2004) dalam ( Lina Karlina dan Naresworo, 2006):

1. Bila terjadi gempa ringan bangunan tidak akan mengalami kerusakan

baik pada elemen struktur (kolom, balok, atap, dinding, dan pondasi)

maupun pada elemen non-struktur (genteng dan kaca).

2. Bila terjadi gempa berkekuatan sedang, bangunan bisa mengalami

kerusakan hanya pada elemen non-struktur. Sedangkan elemen

strukturnya tidak boleh rusak.

3. Bila terjadi gempa berkekuatan besar, bangunan bisa mengalami

kerusakan, baik pada elemen struktur maupun elemen non-strukturnya.

7

Namun kedua elemen tersebut tidak boleh membahayakan penghuni

yang ada di dalam bangunan. Penghuni harus bisa mempunyai waktu

untuk menyelamatkan diri sebelum bangunan runtuh.

4. Departemen Pemukiman dan Prasaran Wilayah dalam Lina Karlina

(2006) menyatakan bahwa untuk memenuhi kinerja bangunan yang

diharapkan, maka harus dipenuhi persyaratan bangunan tahan gempa

sebagai berikut:

a. Bangunan harus terletak di atas tanah yang stabil.

b. Denah bangunan rumah sebaiknya sederhana dan simetris.

c. Kualitas material dan campuran beton serta spesi/mortar harus

memadai.

d. Sloof diangkur ke pondasi.

e. Adanya balok ring yang diikat kaku dengan kolom.

f. Setiap luasan dinding 10 m2 harus dipasang kolom praktis.

g. Dinding pasangan bata/batako dipasang angkur setiap jarak vertical

30 cm yang dijangkarkan ke kolom.

h. Seluruh kerangka bangunan harus terikat secara kokoh dan kaku.

i. Rangka kuda-kuda, pada titik sambungan kayu diberi baut dan plat

pengikat.

j. Usahakan atap terbuat dari material yang ringan

k. Pelaksanaan konstruksi harus baik

Lina Karlina dan Naresworo (2006) menyatakan bahwa stuktur bangunan

berkayu memiliki stabilitas dan integritas struktur yang sangat tinggi. Kayu

memiliki kekuatan dibanding berat yang jauh lebih tinggi dai pada baja dan

beton sehingga bangunan kayu umumnya lebih ringan. Sambungan-sambungan

komponen bangunan kayu bersifat kompak dan tidak mudah lepas. Kerusakan

pada salah satu komponen bangunan kayu dapat diatasi karena kayu dapat

mengambil posisi keseimbangan baru. Sifat-sifat demikian menyebabkan

bangunan kayu lebih tahan terhadap gempa.

8

Ada beberapa sifat yang umum terdapat pada semua jenis kayu yaitu :

1. Kayu tersusun dari sel-sel yang memiliki tipe bermacam-macam dan

susunan dinding selnya terdiri dari senyawa kimia berupa selulosa dan

hemi selulosa (karbohidrat) serta lignin (non karbohidrat).

2. Semua kayu bersifat anisotropik, yaitu memperlihatkan sifat-sifat yang

berlainan jika diuji menurut tiga arah utamanya (longitudinal, radial dan

tangensial).

3. Kayu merupakan bahan yang bersifat higroskopis, yaitu dapat menyerap

atau melepaskan kadar air (kelembaban) sebagai akibat perubahan

kelembaban dan suhu udara disekelilingnya.

Elemen bangunan terdiri atas elemen vertikal dan horizontal. Agar

bangunan dapat bekerja dengan baik, elemen yang paling penting adalah

sambungan. Secara umum bangunan rangka kayu tahan gempa harus

memenuhi persyaratan berikut:

1. Rangka dinding harus dilengkapi batang-batang diagonal.

2. Balok pondasi diikat ke pondasi dengan baut jangkar.

3. Hubungan dan sambungan antar elemen harus kuat.

4. Terdapat pengaku untuk meningkatkan kekakuan bangunan karena

bangunan kayu cenderung lebih fleksibel dibanding bangunan beton.

5. Atap diusahakan seringan mungkin.

6. Hubungan papan dengan rangka harus kuat.

7. Gunakan sambungan bibir miring berkait pada balok nok dan

gording.

8. Sambungan dilakukan sejarak 1/6 bentang dari tumpuan.

C. Kenyamanan Termal

Professor Fanger (1970); Morris G. Davis (2004) dari Technical

University of Denmark beranggapan bahwa thermal comfort didefinisikan

sebagai istilah keadaan fisik tubuh yang lebih baik daripada keadaan fisik

lingkungan, apa yang benar-benar kita rasakan adalah suhu kulit dan bukan

suhu udara. ASHRAE (American Society of Heating, Refrigerating and Air

Conditioning Engineers ) mensyaratkan tingkat kenyamanan dipengaruhi oleh:

suhu udara ruangan, kelembaban ruangan, dan kecepatan udara dalam ruangan

9

dengan batasan kenyamanan berada pada suhu efektif (effective themperature)

23oC – 27oC, kecepatan angin 0,1 - 1,5 m/s , kelembaban relatif (RH) antara

50-60%. Untuk kenyamanan termal dibutuhkan:

1. Thermal balance, yaitu nilai heat loss = nilai heat gain. Keseimbangan

Termal pada setiap individu berbeda-beda, misalnya saat berkeringat,

seseorang mungkin nyaman saat terjadi keringat dan dalam tubuhnya

terjadi keseimbangan termal, namun tak sedikit pun orang yang merasa

tidak nyaman saat tubuhnya berkeringat.

2. Mean skin themperature, harus berada pada level yang tepat untuk

kenyamanan (suhu kulit untuk kenyamanan berkurang dengan

bertambahnya aktivitas).

3. Sweating, kenyamanan adalah fungsi dari nilai sweating yang disukai,

yang mana juga merupakan fungsi aktivitas dan laju metabolisme.

Terdapat beberapa standar yang menentukan kenyamanan thermal.

Dalam Standar ISO 7730 tahun 2000 disebutkan bahwa standar

kenyamanan termal adalah sebagai berikut:

1. Kenyamanan termal didefinisikan sebagai keadaaan pikiran yang

mengekspresikan kepuasan termal terhadap lingkungan termal.

2. Standar menunjukan cara untuk memperkirakan sensasi termal pada

tubuh manusia terhadap derajat ketidakpuasan termal (thermal

dissatisfaction) manusia.

3. Kondisi lingkungan yang bisa diterima untuk kenyamanan.

4. Modifikasi lingkungan indoor dengan tujuan untuk mencapai

kenyamanan termal, atau lingkungan indoor agar idak terjadi terjadi

penyimpangan kenyamanan.

Menurut Tri Harso (2001) dalam ilmu arsitektur dikenal paling sedikit

empat macam kenyamanan: kenyamanan ruang, kenyamanan penglihatan,

kenyamanan pendengaran, dan kenyamanan termal. Dalam kenyamanan

termal, manusia merasakan sensasi panas atau dingin sebagai wujud respon

dari sensor perasa pada kulit terhadap stimuli suhu di sekitarnya. Sensor perasa

berperan menyampaikan rangsangan rasa kepada otak, dimana otak akan

memberikan perintah kepada bagian-bagian tubuh tertentu agar melakukan

10

antisipasi guna mempertahankan suhu tubuh agar tetap berada pada sekitar

37oC sehingga organ tubuh dapat menjalankan fungsinya dengan baik.

Anggraeni (1998) menyatakan bahwa batas kenyamanan pada daerah

khatulistiwa berkisar antara suhu 22,5ºC sampai 29,5ºC dengan kelembaban

udara relatif berkisar antara 30-80%.

Penelitian Farida Idealistina (1991); Anggraeni (1998) menyatakan

bahwa suhu nyaman diperlukan manusia untuk mengoptimalkan produktifitas

kerja. Dalam menyatakan suatu kondisi termal tertentu, ISO 7730-94,

menggunakan indeks yang diperkenalkan oleh Fanger yakni PMV (Predicted

Mean Vote, prediksi sensasi termal rata-rata) dan PPD (Predicted Percentage

Dissatisfied, prediksi prosentase ketidaknyamanan). Nilai atau besaran PMV

dinyatakan dengan angka antara -3 (cold, dingin sekali) hingga +3 (hot, panas

sekali). Skala sensasi termal yang digunakan merujuk pada skala yang

direkomendasikan oleh ISO 7730-94. Suhu nyaman atau netral dicapai apabila

nilai PMV = 0, dimana pada kondisi ini nilai PPD mencapai 5% atau

persentase responden yang nyaman mencapai 95%. Pada kondisi termal apapun

prosentase responden yang tidak nyaman (PPD) tidak akan mungkin mencapai

0%, atau prosentase responden yang nyaman tidak mungkin mencapai 100%.

Sementara itu rentang suhu nyaman dicapai apabila nilai PMV berada antara –

0,5 hingga +0,5, dimana pada kondisi ini nilai PPD mencapai 10%, atau

prosentase responden yang nyaman mencapai 90%.

C.1 Suhu dalam bangunan (o C)

Suhu merupakan salah satu faktor lingkungan yang berpengaruh

terhadap proses fisik dan kimiawi yang selanjutnya akan mengendalikan

proses metabolisme tubuh manusia. Suhu berpengaruh terhadap kecepatan

proses respirasi dan proses metabolik (Tiwari, 1998).

Kategori suhu udara ada dua macam: suhu udara biasa (air suhu) dan

suhu radiasi rata-rata (mean radiant themperature = MRT). MRT merupakan

radiasi rata-rata dari permukaan-permukaan bidang yang mengelilingi

seseorang. MRT sangat penting karena menimbulkan rasa panas bagi

seseorang hingga 66%. Kenyamanan termal sulit tercapai bila suhu udara dan

MRT berbeda hingga 5o C atau lebih (Heinz Frick et.all, 2007).

11

Pada konstruksi bangunan, radiasi matahari gelombang pendek dapat

masuk kedalam bangunan melalui penutup transparan dan diubah menjadi

radiasi panas gelombang panjang. Radiasi panas ini tidak dapat keluar dari

bangunan dan terperangkap didalamnya sehingga timbul efek rumah kaca

yang menyebabkan suhu udara di dalamnya meningkat. Faktor-faktor yang

mempengaruhi besarnya suhu dalam bangunan adalah tingkat intensitas

radiasi matahari, besar kecilnya panas yang hilang melalui atap dan dinding.

C.2 Kelembaban udara pada bangunan (RH)

Relatif humidity (RH), kelembaban relatif merupakan persentase

kandungan air di udara pada suhu tertentu. Persentase yang menunjukan

besaran kelembaban udara didapat dari perbandingan antara keadaan

kenyataan uap air dan jumlah maksimum uap air yang dikandung oleh udara

pada kondisi ruang dan suhu yang sama (Tiwari, 1998).

Kelembaban udara menjadi penting saat suhu udara mendekati atau

melampaui ambang batas daerah kenyamanan termal dan kelembaban udara

mencapai lebih dari 80% atau kurang dari 30% (Heinz Frick et.al, 2007).

Beberapa faktor yang mempengaruhi kelembaban udara yaitu besar

kecilnya suhu, kondisi iklim, efek angin, dan intensitas cahaya matahari.

Apabila kondisi cuaca mendung maka suhu menjadi rendah, intensitas cahaya

berkurang sehingga kelembaban menjadi tinggi (Tiwari, 1998).

C.3 Kecepatan udara pada bangunan

Pergerakan udara adalah aspek yang penting untuk kenyamanan

termal, terlebih didaerah panas, seperti hanya didaerah tropis. Pergerakan

angin terjadi karena adanya perbedaan tekanan udara di dalam dan di luar

bangunan, angin menyebabkan adanya zona tekanan tinggi dan rendah

disekeliling bangunan sehingga menyebabkan terjadinya aliran udara (Tiwari,

1998).

Pergerakan udara atau angin yang menyapu permukaan kulit sehingga

mempercepat pelepaan panas secara konveksi. Bila permukaan kulit basah,

maka penguapan yang terjadi mengakibatkan terjadinya pelepasan panas yang

lebih besar. Pada suhu udara 25oC, kecepatan 0,5 m/detik membuat tubuh

12

terasa 2oC lebih dingin. Kecepatan angin 1 m/detik membuat tubuh terasa 3oC

lebih dingin (Heinz Frick et.al, 2007).

C.4 Intensitas cahaya matahari

Menurut Tiwari (1998) intensitas matahari yang cukup akan

berpengaruh tehadap distribusi suhu dalam bangunan, yang kemudian akan

mempengaruhi metabolisme dan aktivitas manusia dalam bangunan tersebut.

Cahaya dengan masa penyinaran dari pagi hingga sore dikalikan dengan

intensitas yang tinggi merupakan jumlah energi yang dapat diterima oleh

suatu bangunan. Pada pagi hari, belum banyak cahaya yang diterima, begitu

pula pada sore hari karena matahari meredup sehingga intensitas cahaya

berkurang. Kondisi cuaca yang mendung selama beberapa hari akan

mengurangi intensitas cahaya matahari.

Intensitas cahaya matahari erat kaitannya dengan besarnya radiasi

matahari, menurut Tiwari (1998) dalam kondisi sebenarnya terdapat beberapa

jenis nilai radiasi matahari, yaitu:

1. Extraterrestrial radiation (Ion)

Extraterrestrial radiation (Ion) merupakan radiasi yang terjadi di luar

daerah atmosfer. Perubahan jarak bumi ke matahari akan mempengaruhi

besarnya radiasi ekstraterensial. Menurut Tiwari (1998) pada bulan Juni

bearnya radiasi berkisar 1322 W/m2. Radiasi tesebut dapat dihitung dengan

menggunakan rumu sebagai berikut:

……….…………………………………1

Keterangan : Isc = Rata-rata energi radiasi matahari (1353 W/m2)

(Energi dan Listrik Pertanian,105)

n = Hari ke-n dalam satu tahun

2. Terrestrial radiation (In)

Terrestrial radiation (In) merupakan radiasi yang masuk ke dalam

atmosfer (daerah terestrial). Radiasi yang terjadi pada daerah terestrial adalah

radiasi langsung, radiasi tidak langsung, dan radiasi total. Radiasi ini

dipengaruhi oleh turbidity factor dari atmofer dan ketinggian lokasi.

13

Tiwari (1998) menyatakan bahwa turbidity factor merupakan ketetapan

yang mempengaruhi besarnya radiasi yang jatuh pada suatu wilayah yang

dikategorikan sebagai wilayah pegunungan, dataran rendah dan perkotaan,

dimana besarnya angka ini setiap bulannya mengalami perubahan (Tabel 4).

Perhitungan nilai Terrestrial radiation (In) menggunakan rumus sebagai

berikut :

………………………………………2

Keterangan :

TR = Turbidity faktor

α = Ketinggian permukaan

Tabel 1. Nilai Turbidity faktor dalam berbagai wilayah untuk setiap bulannya dalam satu tahun

Bulan ke- Jenis daerah

Perkotaan Dataran Pegunungan 1 3,10 2,20 1,80 2 3,20 2,20 1,90 3 3,50 2,50 2,10 4 3,90 2,90 2,20 5 4,10 3,20 2,40 6 4,20 3,40 2,70 7 4,30 3,50 2,70 8 4,20 3,30 2,70 9 3,90 2,90 2,50 10 3,60 2,00 2,10 11 3,30 2,30 1,90 12 3,10 2,20 1,80 Tm 3,70 2,76 2,15

Sumber : Bansal et.all, 1990 dalam Tiwari, 1998

3. Direct radiation (Ibi)

Direct radiation (Ibi) merupakan radiasi yang langsung jatuh ke

permukaan bumi pada daerah terestrial. Radiasi tersebut dapat dihitung

dengan menggunakan rumus sebagai berikut:

………………....………………………………………......3

……………………......4

…………...…………………......5

…………………………………………………………......6

14

…………………...…………...……………7

………………………………………………………8

…………………………………………...9

Keterangan :

θi = Sudut dating matahari ( o )

αs = Sudut altitude matahari ( o )

β = Sudut inklinasi (β = 30o)

αw = Sudut tegak/vertical ( o )

γs = sudut azimuth Matahari ( o )

Ф = Besar latitud

ω = Sudut jam matahari ( o )

δ = Sudut deklinasi ( o )

4. Diffuse radiation (Idh)

Diffuse radiation (Idh) merupakan radiasi yang tidak langsung jatuh ke

permukaan bumi pada daerah terestrial sehingga terjadi pembauran. Radiasi

tidak langung terjadi pada permukaan mendatar dan pemukaan miring.

Radiasi tersebut dapat dihitung dengan menggunakan rumus sebagai berikut:

…………..……………………...……………..10

…………...……...11

Keterangan :

Idh = Radiasi tidak langsung yang terjadi pada pemukaan mendatar

(W/m2)

Idi = Radiasi tidak langsung yang terjadi pada permukaan miring (W/m2)

5. Reflektivitas radiation (Ir)

Reflektivitas radiation (Ir) adalah radiasi yang jatuh ke permukaan bumi

dan dipantukan kembali ke atmosfer. Radasi tersebut dapat dihitung dengan

menggunakan rumus sebagai berukut :

15

………………………………………………………...…...12

……………………………………………………..……..13

……………………………..…………………....14

Keterangan :

Ibh = Radiasi pantulan pada tipe permukaan (W/m2)

ρg = Konstanta refleksi (Tabel 5)

Ith = Radiasi pantulan pada permukaan mendatar (W/m2)

Ir = Total radiasi pantuan (W/m2)

β = Sudut inlinasi

Tabel 2. Nilai konstansta refleksi dengan berbagai jenis permukaan Jenis permukaan Konstanta refleksi Permukaan nomal bumi 0,21 – 0,45 Permukaan air 0,16 Permukaan es dan salju 0,16 – 0,78

Sumber : Bansal et.all, 1990 dalam Tiwari, 1998)

6. Total Radiation (Iti)

Total Radiation (Iti) adalah radiasi total yang diterima oleh permukaan

bumi. Radiasi tersebut dapat dihitung dengan menggunakan rumus sebagai

berikut:

………………………………...……………………..15

D. Proses Pindah Panas pada Bangunan

Panas yang masuk kedalam bangunan berasal dari lingkungan dan akan

dikeluarkan kembali ke lingkungan. Perpindahan panas yang terjadi dalam

bangunan ini terjadi karena adanya perbedaan tekanan didalam dan di luar

bangunan. Hal yang dengan demikian akan membuat terjadi pergerakan fluida

antara didalam dan diluar bangunan untuk menyeimbangkan energi.

Soegijanto (1999) menyatakan bahwa bangunan akan mendapatkan

perolehan panas dan mengeluarkan atau kehilangan panas ke lingkungan

sekitarnya, perolehan dan pengeluaran panas dapat terjadi melalui peristiwa

perpindahan panas. Proses pindah panas yang terjadi pada bangunan tersebut

terjadi melalui beberapa jenis pidah panas, yaitu pindah panas radiasi, pindah

panas konduksi dan pindah panas konveksi.

16

D.1 Pindah panas radiasi

Radiasi adalah proses transfer energi melaluii gelombang

elektromagnet. Radiasi tidak merambat pada suatu material dan terjadi pada

ruang hampa. Radiasi merupakan bagian dari energi yang dapat dinilai

berdasarkan besarnya suhu. Saat energi radiasi mengelilingi setiap bagian

atau seluruh partikel maka akan terjadi perpindahan panas. Besarnya energi

radiasi bergantung pada suhu permukaan dari partikel tersebut.

Tiwari (1998) menyatakan bahwa persamaan besarnya perpindahan

panas karena radiasi digambarkan oleh persamaan berikut :

………………………………………………………………….16

Keterangan:

ε = Emisivitas permukaan

σ = Konstanta Boltsman-Stefan,5.67x10-8 W/m2K4

T = Suhu permukaan luar,°K

Q = Pindah panas Konduksi ( Joule )

D.2 Pindah panas konveksi

Konveksi adalah transfer panas dari satu bagian fluida ke beberapa

bagian lain dengan suhu rendah dari pencampuran partikel fluida. Pergerakan

fluida dapat terjadi karena adanya paksaan ataupun secara alami. Apabila

pergerakan fluida disebabkan karena adanya perbedaan tekanan maka kondisi

tersebut dapat disebut konveksi paksa (Tiwari, 1998).

Davies, Moris (2004) pada proses percepatan sentrifugal gravitasi perlu

digantikan posisinya sesuai dengan posisi fluida, gaya pergerakan akibat

viskositas ini dapat diabaikan. Pada dua plat dengan perbedaan perubahan

suhu yang kecil dimana salah satu plat diberikan pendinginan maka akan

menyebabkan terhambatnya pergerakan dari viskositas fluida udara pada

posisi tersebut, sehingga kondisi ini disebut Rayleigh number.

……..……………………………………………………….……17

Keterangan :

Q = Pindah panas Konduksi ( Joule )

h = Koefisien pindah panas

A = Luas permukaan, m2

4TQ σε= TAhQ ∆=

4TQ σε=

17

∆T = Perbedaan suhu permukaan, °K

Untuk konduktivitas panas konveksi (h) pada permukaan vertikal (v)

dapat diketahui dengan menggunakan persamaan dibawah.

.…..………………………...…………18

.……………………..……………………………...……19

………………………………..…………………………………....20

Nilai konduktivitas panas konveksi pada permukaan vertikal (i) dengan

membentuk sudut θ dapat diketahui dengan menggunakan persamaan

dibawah.

……..……….………..………………21

….………..……...…………...…………22

...……….………………..…..…23

.……...…………………………………….…………………...….24

Nilai konduktivitas panas konveksi pada permukaan horizontal (h)

dapat diketahui dengan menggunakan persamaan dibawah.

…..……………………………...………………………..………25

……..………….……….………………………..26

...………………..….………………...….…………………...……27

D.3 Pindah panas konduksi

Konduksi adalah perpindahan panas yang merambat dari material satu

ke material yang lain atau merambat dari satu partikel ke partikel yang lain.

Pindah panas kondukksi biasanya terjadi pada daerah lantai dan lapisan

18

dinding. Persamaan besarnya perpindahan panas karena konduksi

digambarkan oleh persamaan berikut :

.…………………...……………………………….28

Keterangan :

Q = Pindah panas Konduksi ( Jaule )

T = Suhu (°C atau °K)

X = Jarak antar material,m

K = Thermal conductivity (W/m°C)

S = Ketebalan material, m

T1 = Suhu Udara (°C atau °K)

T2 = Suhu material (°C atau °K)

E. Simulasi Distribusi Termal Pada Bangunan

Simulasi adalah teknik penyusunan dari kondisi nyata (sistem) dan

kemudian melakukan percobaan pada model yang dibuat dari sistem. Simulasi

merupakan alat yang fleksibel dari model atau kuantitatif. Simulasi cocok

diterapkan untuk menganalisa interaksi masalah yang rumit dari sistem.

Simulasi berguna untuk mengetahui pengaruh atau akibat suatu keputusan

dalam jangka waktu tertentu (Avissar, et.al., 1982) didalam Marat (2006).

Dalam melakukan simulasi, terlebih dahulu harus dibuat model yang

akan dijadikan acuan untuk melakukan simulasi agar diperoleh nilai ekonomis,

efektif, mudah, resiko kecil. Kriteria umum agar model simulasi efektif adalah

: 1) model simulasi dapat memprediksi proses fisik dan fisiologi dalam sistem

dengan ketepatan yang masuk akal dan dapat dibuktikan dengan percobaan; 2)

model simulasi bersifat umum dan cukup fleksibel untuk diaplikasikan pada

system tertentu yang memiliki kondisi lingkungan yang beragam. Untuk

mengetahui kriteria tersebut, parameter lingkungan yang digunakan adalah

kondisi batas yang mudah diukur dan tidak dipengaruhi oleh keberadaan

sistem. Skala waktu, parameter, initial condition dapat dengan mudah diubah-

ubah, serta dapat dengan mudah menyelesaikan persamaan-persamaan yang

tidak linier dan dapat mengkaji sistem secara utuh (Avissar, et.al., 1982)

didalam Marat (2006).

)( 21 TTS

K

X

TKQ −=

∂∂−=

19

Simulasi dapat dilakukan dengan pembuatan model persamaan

matematika, program komputer, atau pembuatan model prototipe sehingga

system yang akan disimulasikan dapat terwakili oleh model yang

disimulasikan. Simulasi analisis distribusi suhu dan kelembaban udara (RH)

pada bangunan dapat dilakukan dengan persamaan matematika, dan program

komputer. Parameter yang harus diperhitungkan dalam simulasi analisis

distribusi suhu dan kelembaban udara (RH) pada bangunan antara lain suhu

lingkungan, suhu udara dalam bangunan, suhu tanah, radiasi matahari,

kecepatan angin, system dan besaran ventilasi, bahan-bahan bangunan

(konduktivitas panas, emisivitas, koefisien pindah panas, absorpsivitas).

Simulasi distribusi parameter iklim mikro seperti suhu, kelembaban, kecepatan

angin, sudut dating radiasi matahari telah banyak dilakukan pada bangunan

pertanian terutama greenhouse baik menggunakan persamaan-persamaan

matematika, program komputer maupun model atau prototipe.