NATURAL VENTILATION THERMAL COMFORT DESIGN CONSULTATION

Canisius College Sport Hall

OUTLINE• Pendahuluan• Teori• Pengukuran Lapangan• Hipotesa dan Solusi Design• Kesimpulan

PENDAHULUAN

Function, Occupancy, TimeOccupancy Waktu Outdoor Temp

Latihan Olahraga: Basket, Bulu Tangkis, Senam 1 – 100 8.00 – 21.00 26 - 34

Latihan Kesenian: Paduan suara, alat musik, seni tari, drama, dll

1 – 100 8.00 – 21.00 26 - 34

Pertandingan Olahraga: Basket, Bulu Tangkis

50 – 200 8.00 – 21.00 26 - 34

Pertunjukan Seni: Paduan suara, Band, Alat musik tiup, drama

50 – 200 8.00 – 21.00 26 - 34

Acara Formal: Wisuda, misa, briefing, seminar 300 – 500 8.00 – 21.00 26 - 34

Latar Belakang Permasalahan• Siang hari matahari terang ruangan terisi sampai dengan 50

orang sekitar 80% yang puas dengan kenyamanan termal (ashrae 55-2004)

• Asumsi: Apabila ruangan terisi lebih dari 300 orang ruangan terasa panas lebih dari 50% yang mengeluhkan ketidak-nyamanan termal

• Aliran angin tidak boleh mengganggu kegiatan olah raga bulu tangkis

Tujuan• Menciptakan aliran udara di area tubuh

pengguna ruangan sehingga merasa lebih sejuk

Sasaran• Akseptansi kecepatan aliran udara yang tidak

menggangu aktifitas “Design with Climate, 1963” (0.51 m/s to 1.02 m/s)

• Perputaran udara 0.43m3/minute/person (ANSI/ASHRAE Standard 62-2001)

Standarisasi ASHRAE Standard 55-2004 • Ventilasi natural untuk kenyamanan termal mengacu ke ASHRAE Standard 55-2004 pada upper line 80% adaptive

comfort (garis merah)

Standarisasi Akseptansi Kecepatan udara• Air velocity mengacu ke “Design with Climate, 1963” (0,51 m/s to 1,02 m/s)

TEORI

Teori• Udara panas dalam ruangan yang menjadi lebih panas

karena konveksi panas tubuh manusia, panas konduksi bangunan, dan peralatan di bawa keluar dan digantikan udara luar yang lebih dingin

• Aliran udara dipermukaan kulit menyebabkan penguapan cairan dipermukaan kulit. Proses penguapan tersebut membuat tubuh merasa lebih sejuk.

Perputaran udara dalam ruangan• Udara bergerak melalui lubang (jendela dan bukaan lainnya) ketika ada perbedaan

tekanan di lubang udara– Tekanan udara yang lebih besar = aliran udara yang lebih tinggi – Luasan bukaan yang lebih besar = aliran udara yang lebih tinggi

Ventilasi Stack• Perbedaan tekanan ventilasi alami didorong oleh dua mekanisme

– Perbedaan densitas udara (efek stack)• Udara hangat kurang padat dari udara dingin (lebih apung)• Bekerja ketika udara dalam ruangan lebih hangat dari udara luar ruangan

The potential for flow due to pressure variation with height Adjusting the location of the neutral level by adjusting the size of the upper and lower openings

Ventilasi Cross• Aliran Udara diluar bangunan menghasilkan perbedaan tekanan sehingga

tercipta aliran angin melintas di dalam ruangan

Pressure differential due to the wind

PENGUKURAN LAPANGAN21 MEI 2014

Kecepatan Angin Pada Luar Bangunan (pk 10.00)

0,7

0,52,2

1,7

1,8

0,51,4

0,9

1,6

Kecepatan Angin Pada Luar Bangunan (pk 14.00)

0,76

1,050,61,270,75

0,36

0,68

0,1 1,43

1,30,6

0,6

Pengukuran Laju Udara Maksimum (m/s) pada Lubang Angin

1,25 m/s1,2 m/s

Pengukuran Laju Udara Maksimum (m/s) pada Lubang Angin

1,0 m/s2,3 m/s

1,8 m/s0,7 m/s

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Pengukuran Laju Udara (m/s) pada Lubang Angin BawahTitik Pukul 10 Pukul 14

1 1,1 0,65 (out)

2 1,4 0,65 (out)

3 1,33 1,37

4 1,08 1,4

5 1,46 0,21

6 0,9 1,64

7 0,83 1,01

8 1,3 1,8

9 0,72 0,9

10 0,58 0,72

Rata-rata 1,07 1,04

HIPOTESA DAN SOLUSI DESIGN

Simulasi Aliran Udara Existing Design

• Aliran udara terjadi diatas ketinggian 4,5m dari lantai

• Aliran udara bawah tidak mencapai daerah tribun penonton

• Potongan

Simulasi Aliran Udara Existing Design

• Pada ventilasi lubang atas udara berputar kembali ke inlet

• Pada ventilasi lubang bawah aliran udara tidak mencapai area tribun

Ventilasi Lubang Atas Ventilasi Lubang Bawah

Simulasi Aliran Udara Existing Design

• Aliran udara terjadi diatas ketinggian 4,5m dari lantai

• Aliran udara bawah tidak mencapai daerah tribun penonton

• Cross ventilation tidak bekerja

Simulasi Kondisi Existing• General airflow : http://youtu.be/Z94FFZnbMKA

• Airflow low plan simulation : http://youtu.be/tDUEMhEVI_4

• Airflow mid plan simulation : http://youtu.be/sZaKMHGSR3g

• Airflow section simulation : http://youtu.be/jLk1Jv_uEks

• Airflow 3d simulation : http://youtu.be/8Ez34rE-8o0

NOTES:• Diperlukan air flow louvre (modifikasi inlet bagian bawah agar terjadi aliran angin keseluruh ruangan)

Masalah Cross Ventilation

•Posisi ventilasi inlet dan outlet tidak memberikan aliran udara di area aktifitas pengguna ruangan.•Jendela pada area tiupan angin (pressure +) tertutup oleh kaca sehingga yang masuk hanyalah melalui lubang bawah dan lubang atas (posisi fan-exhaust).

Solusi Cross Ventilation• Lubang-lubang ventilasi ditempatkan pada dinding-dinding yang

saling berhadapan yang searah dengan aliran udara outdoo• Tinggi letak lubang ventilasi masuk sedemikian sehingga aliran udara

masuk mengenai daerah aktivitas (living zone) pada batas ketinggian 0.30 m-1.80m diatas lantai.

• Mengubah ketinggian ventilasi inlet lebih rendah dari ketinggian bukaan outlet

• Mengurangi Luas ventilasi inlet menjadi lebih kecil dari Luas ventilasi outlet• Pada saat penggunaan Air Condition ventilasi yang posisi dibawah 3 meter

dapat di tutup (operable windows)

Masalah Stack Ventilation

• Luas ventilasi outlet lebih kecil daripada luasan inlet. Sehingga udara yang masuk tidak dapat keluar seluruhnya

Solusi Stack Ventilation

Konseptual hipotesis permasalahan

Untuk mencapai stack effect yang berjalan seperti konsep gambar diatas maka seharusnya;• Luasan lubang outlet (C) > lubang

inlet (A+B) • Luasan pada bukaan pada A < B

Bukaan “B”

Bukaan “A”

Bukaan “C”

Bukaan “B1”

Rekomendasi Design• Memperkecil atau menutup ventilasi inlet-outlet untuk

menciptakan perbedaan tekanan udara sehingga tercipta aliran udara stack dan cross

• Mengubah ketinggian ventilasi inlet-outlet agar ada aliran udara pada area pengguna ruang

• Pembuatan light-shelf dan air pressure fin pada ventilasi inlet dinding timur untuk mendapatkan tekanan udara yang lebih besar agar dapat mengalir kedalam lebih jauh

Rekomendasi DesignSolusi minimum yang dapat dilakukan:• Bukaan pada A diperluas• Bukaan pada B ditutup / dihilangkan• Bukaan pada C tetap pada kondisi existing• Bukaan pada D diperkecil• Bukaan pada E dibuat hanya pada satu sisi• Bukaan lainnya dapat ditutup dengan kaca agar natural lighting dapat tercapai• Kaca dapat digantikan dengan acrilic yang dapat memblock/mereduce IR 75% dan UV

100%

Rekomendasi Design

Bukaan “B”

Bukaan “D”

Bukaan “E”

Bukaan “A”

Bukaan “C”

Light-shelf (1500mm)

Perhitungan Luas VentilasiExisting Design New Design

Luasan Ventilasi type A (500 mm dr lantai) 2,4 m2 (inlet-outlet) 7 m2 (inlet)

Luasan Ventilasi type B (2500 mm dr lantai) 14,4 m2 (inlet- outlet) (dihilangkan/ditutup)

Luasan Ventilasi type C (4500 mm dr lantai) 10,1 m2 (inlet) 10 m2 (inlet)

Luasan Ventilasi type D (6500 mm dr lantai) 208 m2 (inlet) 24 m2 (outlet)

Luasan Ventilasi type E (14500 mm dr lantai) 46 m2 (inlet-outlet) 46 m2 (outlet)

TOTAL Luasan Ventilasi 280,9 m2 88 m2

Jumlah aliran in/out udara (Qtotal) 114,36 m3/s 411.696 m3/h

54,6 m3/s196.560 m3/h

Volum bangunan 10.500 m3 10.500 m3

Jumlah perputaran udara/jam 39,2 cph 18,72 cph

Bukaan “D”

Bukaan “E”

Bukaan “A”

Bukaan “C”

Estimasi Aliran Udara Rekomendasi Design

Estimasi Aliran Udara Rekomendasi Design

Simulasi Aliran Udara Rekomendasi Design

Potongan

• Aliran udara terjadi pada ketinggian 30 cm dari lantai

• Aliran udara bawah dapat mencapai daerah tribun penonton

Simulasi Aliran Udara Rekomendasi Design

Ventilasi Lubang Atas Ventilasi Lubang Bawah

• Pada ventilasi lubang atas aliran udara dapat mencapai outlet yang berarti terjadinya cross-ventilation

• Pada ventilasi lubang bawah aliran udara mencapai area tribun

Simulasi Aliran Udara Rekomendasi Design

• Aliran udara terjadi diatas ketinggian 30cm dari lantai

• Aliran udara bawah mencapai daerah tribun penonton

• Stack effect & cross ventilation bekerja pada sistem re-design

Simulasi New Design• General airflow : http://www.youtube.com/watch?v=Z94FFZnbMKA&feature=youtu.be

• Airflow low plan simulation : http://www.youtube.com/watch?v=5DoIduSGA8Y

• Airflow mid plan simulation : http://www.youtube.com/watch?v=CWucwpH4TsI&feature=youtu.be

• Airflow section simulation : http://www.youtube.com/watch?v=1MTMEwozvwg

• Airflow 3d simulation : http://www.youtube.com/watch?v=hJYsXkO5a-s&feature=youtu.be

KESIMPULAN

Kesimpulan• Natural Cross & Stack Ventilation yang telah dire-design meningkatkan

kesejukan ruangan 1,67 dibanding kondisi existing. • Apabila ada aliran angin di luar gedung dengan kecepatan sekitar 1 m/2

maka tercapai aliran udara 0.4m/s – 0.6m/s pada area pengguna ruangan. Cukup untuk menyejukan akan tetapi tidak mengganggu permainan bulu tangkis.

• Perputaran udara yang terjadi di ruangan ini adalah 196.500 m3/h sedangkan kebutuhan perputaran udara untuk 500 orang hanya sebesar 12.750 m3/h. Jauh di atas kebutuhan.

Saran• Membuat operable louvre pada bagian ventilasi bukaan “A”

(lihat gambar) untuk mencegah kebocoran pendinginan AC apabila mengguna portable AC.

• Exhaust dipindahkan ke bukaan “E”.