Optimizing Passive Ventilation: Effects of Vertical Void Configuration and Building Density of Boarding Houses in Hot-Humid Climate Region

Hakim, Muhammad Naufal (2025) Optimizing Passive Ventilation: Effects of Vertical Void Configuration and Building Density of Boarding Houses in Hot-Humid Climate Region. Masters thesis, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

Text 6013231012-Master_Thesis.pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only Download (9MB) | Request a copy

Abstract

Vertical voids are widely recognized as an effective strategy to enhance natural ventilation, especially in hot, humid regions with high-density urban environments. Boarding houses, typically built in such dense settings, prioritize land efficiency, often at the cost of ventilation space—resulting in uncomfortable thermal conditions and poor indoor air quality (IAQ). This study explores how vertical void design and building spacing can be optimized to improve natural ventilation performance in boarding houses.
Key design parameters examined include void aspect ratio (W/H), void-to-building ratio (V/B), void size ratio (L/W), void position, opening orientation, and street aspect ratio (H/W). With building height, stairwell-type voids, and wind direction held constant, the study uses Surabaya's climate as a reference. A combination of field observations and Computational Fluid Dynamics (CFD) simulations (using Ansys Fluent) is employed to assess the influence of these parameters on physiological cooling and CO₂ concentration.
Findings reveal three dominant passive strategies in existing buildings: vertical voids (commonly stairwells), ground-level pilotis, and corridors facilitating horizontal airflow. Existing building shows that small, narrower voids with lower aspect ratios enhance upward airflow at night. In comparison, larger voids perform better during the day due to more substantial thermal buoyancy. CFD simulations show that higher building density (H/W) increases inlet wind velocity, and a lower void floor area-to-volume (A/V) ratio strengthens pressure differentials, promoting vertical airflow. Upward-tapered mid-corridor voids achieve the most significant increase in air change rate (ACH), reaching up to 21%. However, physiological cooling performance varies, with end-positioned voids offering more balanced airflow between windward and leeward zones. The study provides practical recommendations for designing effective, adequate passive ventilation for low-rise residential buildings with vertical voids.
==================================================================================================================================
Void vertikal dianggap sebagai salah satu metode terbaik untuk meningkatkan kinerja ventilasi alami di wilayah beriklim panas dan lembap dengan kepadatan tinggi. Rumah kos, yang umumnya dibangun di lingkungan padat tersebut, cenderung memaksimalkan efisiensi lahan dengan menyisakan ruang minimum untuk ventilasi, sehingga menyebabkan kondisi termal yang tidak nyaman dan kualitas udara dalam ruang (IAQ) yang rendah. Studi ini mengeksplorasi bagaimana desain void vertikal dan jarak antar bangunan dapat dioptimalkan untuk meningkatkan performa ventilasi alami pada rumah kos.
Parameter desain kos meliputi rasio aspek void (W/H), rasio volume void terhadap bangunan (V/B), rasio ukuran void (L/W), posisi void, orientasi bukaan, dan rasio jalan (H/W). Tinggi bangunan, tipe void (tangga), dan arah angin dianggap konstan. Riset ini menggunakan kondisi iklim Surabaya sebagai referensi, dan menggabungkan observasi lapangan serta simulasi Computational Fluid Dynamics (CFD) menggunakan Ansys Fluent untuk menilai pengaruh parameter desain terhadap pendinginan fisiologis dan konsentrasi CO₂.
Hasil studi menunjukkan tiga strategi pasif utama yang banyak diterapkan di bangunan eksisting, yaitu void vertikal (umumnya berupa tangga) dengan pilotis dan koridor sebagai jalur aliran horizontal. Bangunan eksisting menunjukkan bahwa void berukuran kecil dan sempit lebih efektif meningkatkan aliran udara ke atas di malam hari, sedangkan void berukuran besar lebih efektif di siang hari karena pengaruh buoyancy termal dan kecepatan angin yang lebih tinggi. Simulasi CFD menunjukkan bahwa kepadatan bangunan (H/W) yang lebih tinggi meningkatkan kecepatan angin pada bukaan bangunan, dan rasio area lantai terhadap volume void (A/V) yang rendah meningkatkan perbedaan tekanan, memperkuat aliran udara vertikal. Void di tengah koridor dengan peningkatan volume ke atas memberikan peningkatan ACH tertinggi, hingga 21%. Performa pendinginan fisiologis bervariasi, dengan void yang ditempatkan di ujung koridor memberikan distribusi aliran udara yang lebih seimbang antara sisi windward dan leeward. Studi ini memberikan rekomendasi praktis untuk merancang ventilasi pasif yang efektif pada bangunan hunian rendah dengan void vertikal.

Item Type:	Thesis (Masters)
Uncontrolled Keywords:	natural ventilation, vertical void, density, indoor air quality, boarding house, ventilasi alami, void vertikal void, kepadatan, indoor air quality, rumah kos
Subjects:	N Fine Arts > NA Architecture N Fine Arts > NA Architecture > NA2542.36 Sustainable architecture
Divisions:	Faculty of Civil, Planning, and Geo Engineering (CIVPLAN) > Architecture > 23101-(S2) Master Thesis
Depositing User:	Muhammad Naufal Hakim
Date Deposited:	04 Aug 2025 07:56
Last Modified:	04 Aug 2025 07:56
URI:	http://repository.its.ac.id/id/eprint/127165

Actions (login required)

View Item