Desain Selubung Bangunan Dan Kenyamanan Termal Di Indonesia
Bahana Adiputra Siregar
(14/372784/PTK/9878)
Mahasiswa, Program S2 Arsitektur, Fakultas Teknik, Universitas Gadjah Mada
Abstrak
Tulisan ini membahas mengenai bagaimana desain selubung bangunan mempengaruhi tingkat kenyamanan termal dalam bangunan pada iklim tropis lembab di Indonesia. Pembahasan mencakup prinsip-prinsip desain arsitektural terhadap selubung bangunan seperti sun shading, ventilasi dan bukaan, fasad ganda, dan material bangunan. Prinsip tersebut kemudian dikaitkan dengan pengaruhnya terhadap kenyamanan termal. Kesimpulan menyatakan bahwa pendekatan terhadap prinsip desain selubung bangunan dapat mempengaruhi tingkat kenyamanan termal secara signifikan. Dengan penerapan passive design yang baik maka dapat meminimalkan penggunaan active design yang menjadi isu dalam krisis energi di dunia.
Kata Kunci: geometrical space, acoustic quality, concert hall, gamelan
1. Latar Belakang
Upaya untuk mewujudkan kenyamanan termal dapat dilakukan dengan dua hal, yaitu dengan perancangan active design dan passive design. Perancangan passive design sebaiknya didahulukan karena akan mempengaruhi optimasi keseluruhan performa bangunan dan energi yang dibutuhkan dalam
active design setelahnya dapat diminimalisir.
Menurut Fanger (1970), kondisi kenyamanan termal dipengaruhi oleh faktor iklim dan faktor individu atau faktor personal. Faktor iklim yang mempengaruhi terdiri dari: suhu udara, suhu radiasi rata-rata, kelembaban udara relatif, dan kecepatan angin. Sedangkan faktor individu yang menentukan keadaan suhu nyaman adalah jenis aktivitas serta jenis pakaian yang digunakan.
Salah satu faktor yang mempengaruhi kenyamanan termal dalam sebuah bangunan adalah selubung bangunan (building envelope). Selubung bangunan berfungsi untuk meminimalisir efek dari iklim dari luar bangunan sehingga kondisi di dalam bangunan menjadi nyaman. Semakin besar perbedaan suasana di luar bangunan dengan di dalam bangunan, maka semakin banyak dan luas perlakuan teknis yang dibutuhkan.
Indonesia merupakan negara yang memiliki iklim tropis lembab dengan kelembaban mencapai 80% dan suhu udara dapat mencapai 35 derajat Celcius, serta radiasi matahari yang menyengat serta mengganggu (Rahim, 2012). Tulisan ini akan membahas mengenai prinsip-prinsip desain selubung bangunan yang dapat menciptakan kenyamanan termal di dalam bangunan di Indonesia.
2. Pembahasan
2.1. Kenyaman Termal Dalam Berbagai Teori
Teori Fanger, Standar Amerika (ANSI/ASHRAE
55-1992) dan Standar Internasional untuk
kenyamanan termis (ISO 7730:1994) juga menyatakan hal yang sama bahwa kenyamanan termis yang dapat dirasakan manusia merupakan fungsi dari faktor iklim serta dua faktor individu yaitu jenis aktifitas yang berkaitan dengan tingkat metabolisme tubuh serta jenis pakaian yang digunakan. Menurut teori ini, kenyamanan suhu tidak secara nyata dipengaruhi oleh perbedaan jenis kelamin, tingkat kegemukan, faktor usia, suku bangsa, tempat tinggal geografis, adaptasi, faktor kepadatan, faktor warna dan sebagainya.
Kenyamanan termal dapat didefinisikan sebagai suatu kondisi pikiran yang mengekspresikan kepuasan dengan lingkungan termal (Nugroho, 2006). Definisi yang lain menyebutkan sebagai lingkungan indoor dan faktor pribadi yang akan menghasilkan kondisi lingkungan termal yang dapat diterima sampai 80% atau lebih dari penghuni dalam sebuah ruang, namun tidak pernah tepat didefinisikan oleh standar, secara umum disepakati dalam komunitas riset kenyamanan termal yang diterima adalah identik dengan 'Kepuasan', dan kepuasan dikaitkan dengan sensasi panas 'sedikit hangat',' netral', dan 'Sedikit dingin'.
Gambar 1. Kenyamanan Termal Dalam Psychometric Chart
(sumber: http://web.membangunbersama.com/uploads/
Pemaknaan berdasarkan pada pendekatan
psikologis lebih banyak digunakan oleh para pakar pada bidang termal. ASHRAE (American Society of Heating Refrigating Air Conditioning Engineer) memberikan definisi kenyamanan thermal sebagai kondisi pikir yang meng ekspresikan tingkat kepuasan seseorang terhadap lingkungan termalnya. Dengan pemaknaan kenyamanan thermal sebagai kondisi pikir yang mengekspresikan tingkat kepuasan seseorang
terhadap lingkungan termalnya maka berarti
kenyamanan thermal akan melibatkan tiga aspek yang meliputi fisik, fisiologis dan psikologis, sehingga
pemaknaan kenyamanan termal berdasarkan
pendekatan psikologis adalah pemaknaan yang paling lengkap
2.2. Kenyamanan Termal Daerah Tropis Lembab
Menurut penelitian Lippsmeier, batas-batas
kenyamanan manusia untuk daerah khatulistiwa adalah 19°C TE (batas bawah) – 26°C TE (batas atas). Pada temperatur 26°C TE umumnya manusia sudah mulai berkeringat. Daya tahan dan kemampuan kerja manusia mulai menurun pada temperatur 26°C TE – 30°C TE. Kondisi lingkungan yang sukar mulai dirasakan pada suhu 33,5°C TE– 35,5 °C TE, dan pada suhu 35°C TE – 36°C TE kondisi lingkungan tidak dapat ditolerir lagi. Produktifitas manusia cenderung menurun atau rendah pada kondisi udara yang tidak nyaman seperti halnya terlalu dingin atau terlalu panas (Idealistina, 1991).
Wilayah yang mempunyai iklim tropis lembab
umumnya ditandai dengan suhu udara dan
kelembaban udara yang tinggi. Diantara wilayah dengan iklim tropis lembab tersebut adalah wilayah
negara-negara Asia Tenggara yang posisinya
berdekatan atau bahkan dilalui katulistiwa.
Negara-negara ini mempunyai iklim yang sama, namun pada daerah tertentu mempunyai kekhususan karena letak geografinya, (Pulau Penang – Malaysia, misalnya) memiliki iklim hujan tropis yang hangat dan cerah selama musim kering/panas, hujan deras terjadi selama musim barat dari bulan April sampai September (Roonak, Kamaruzzaman dan Jalil, 2009).
Gambar 2. Peta Iklim Dunia
(sumber: https://s-media-cache-ak0.pinimg.com/originals/
f2/a3/f2a3f95abe161f70889.jpg. Diakses: 24 November 2015).
Indonesia, Malaysia dan Singapura merupakan bagian negara yang beriklim tropis lembab, dengan posisi antara 1 sampai 11º Lintang Utara. Suhu rata-rata tahunan mencapai 26 - 27º C dan suhu siang hari tertinggi mencapai 34º C sedangkan kelembaban relatif antara 70 – 90 % (Sabarinah dan Ahmad, 2006). Sementara itu di Indonesia pada daerahdaerah tertentu (Surabaya-Indonesia misalnya) suhu udara maksimal dapat mencapai 36,4º C dengan kelembaban mencapai 85 % (Wijaya, 2007)
2.3. Selubung Bangunan
Selubung bangunan (building envelope) memiliki peran penting dalam menjawab masalah iklim dan penghematan energi, seperti radiasi matahari, hujan,
kecepatan angin, tingginya kelembaban serta
pemanfaatan potensi alam antara lain dengan memanfaatakan cahaya alami untuk penerangan ruang serta penghawaan alami baik melalui dinding maupun
atap, serta memilih material yang memiliki
perambatan panas relatif kecil Faktor panas yang berasal dari luar bangunan akan masuk kedalam ruang melalui selubung bangunan, baik melalui dinding maupun atap yang merupakan beban pendingin yang harus dinetralisir oleh sistem pendingin (AC) dengan menggunakan energi.
Untuk itu dalam rangka pemikiran penghematan energi, maka perolehan panas tersebut harus dibatasi. Perambatan panas (Heat Transfer) adalah proses perpindahan kalor dari benda yang lebih panas ke benda yang kurang panas. Terdapat tiga cara perambatan panas: (Sukawi, 2010)
Perambatan Panas konduktif : perpindahan panas
dari benda yang lebih panas ke benda yang kurang panas melalui kontak (sentuhan).
Perambatan panas konvektif : perpindahan panas
dari benda yang lebih panas ke benda yang kurang panas melalui aliran angin (atau zat alir lainnya)
Perambatan panas radiatif: perpindahan panas dari
benda yang lebih panas ke benda yang kurang panas dengna cara pancaran.
Gambar 3. Ilustrasi Perambatan Panas Dalam Bangunan
(sumber: https://www.e-education.psu.edu/egee102/files/
2.3. Elemen Selubung Bangunan 2.3.1. Sun Shading
Apabila posisi bangunan pada arah Timur dan Barat tidak dapat dihindari, maka pandangan bebas melalui jendela pada sisi ini harus dihindari karena radiasi panas yang langsung masuk ke dalam bangunan (melalui bukaan/kaca) akan memanaskan ruang dan menaikkan suhu/temperatur udara dalam ruang. Di samping itu efek silau yang muncul pada saat sudut matahari rendah juga sangat mengganggu. Gambar di bawah adalah elemen arsitektur yang sering digunakan sebagai pelindung terhadap radiasi matahari (solar shading devices).
Gambar 4. Elemen Sun Shading dalam Selubung Bangunan
(sumber: Egan, 1975 dalam Talarosha, 2005). Efektifitas pelindung matahari dinilai dengan angka shading coefficient (S.C) yang menunjukkan besar energi matahari yang ditransmisikan ke dalam bangunan. Secara teori angka yang ditunjukkan berada
pada angka 1,0 (seluruh energi matahari
ditransmisikan, misalnya: penggunaan kaca jendela tanpa pelindung) sampai 0 (tidak ada energi matahari yang ditranmisikan). Di samping jenis pelindung yang digunakan (lihat Gambar 3 dan Tabel 3), material serta warna yang digunakan (Tabel 4), juga berperan dalam menentukan angka shading coefficient (S.C). Egan menunjukkan angka shading coefficient berdasarkan jenis pelindung sebagai berikut: (Talarosha, 2005)
Gambar 5. Shading Coefficient untuk Elemen Sun Shading
dalam Selubung Bangunan
(sumber: Egan, 1975).
2.3.2. Ventilasi
Ventilasi alami terjadi karena adanya perbedaan tekanan di luar suatu bangunan gedung yang disebabkan oleh angin dan adanya perbedaan temperatur, sehingga terdapat gas-gas panas yang naik di dalam saluran ventilasi (SNI 03-6572-2001).
Ventilasi alami yang disediakan harus terdiri atas bukaan permanen, jendela, pintu, atau sarana lain yang dapat dibuka, dengan : (SNI 03-6572-2001)
1. Jumlah bukaan ventilasi tidak kurang dari 5%
terhadap luas lantai ruangan yang membutuhkan ventilasi,
2. Arah yang menghadap ke :
a. Halaman berdinding dengan ukuran yang
sesuai atau daerah yang terbuka ke atas,
b. Teras terbuka pelataran parkir,
c. Ruang yang bersebelahan
Gambar 6. Ventilasi Alami Dalam Rumah Trdisional
(sumber: http://image.slidesharecdn.com/tropicalarchitecture
-architecture.1396573444.jgp. Diakses 25 November 2015). Berkaitan dengan ventilasi silang, dari berbagai percobaan tentang ventilasi / pengaliran udara, disimpulkan bahwa : (SNI 03-6572-2001)
1. Tak ada arus karena tidak ada jalan keluar.
2. Lubang keluar sama luasnya dengan lubang masuk.
Arus ventilasi yang paling baik adalah daerah kedudukan manusia dalam ruangan.
3. Lubang masuk yang lebih tinggi dengan lubang
masuk.
4. Lubang ventilasi yang luas, aliran udara lebih baik.
5. Penambahan lubang keluar memperbaiki kondisi
udara.
Gambar 7. Ilustrasi Cross Ventilation Dalam Bangunan
(sumber: sustainabilityworkshop.autodesk.com. diakses 25
November 2015).
2.3.3. Fasad Ganda
Fasad selubung ganda adalah suatu sistem konstruksi fasade bangunan yang terdiri atas dua selubung (selubung luar dan dalam). Diantara kedua selubung tersebut terdapat rongga yang berisi udara dan dapat ditambahkan elemen peneduh berupa horizontal-blind. Di bagian atas dan bawah dari konstruksi fasad tersebut terdapat bukaan (inlet and out-let) sebagai wadah pertukaran udara dari luar ke dalam selubung dan sebaliknya. Dengan konstruksi selubung seperti ini, akan terjadi proses pertukaran udara di dalam selubung yang akan mengalirkan panas dari dalam selubung sehingga menyebabkan beban panas permukaan selubung bagian dalam akan berkurang (Mulyadi, 2012).
Gambar 8. Penggunaan Fasad Ganda Dalam Bangunan Kantor
(sumber: http://en.low-e.com.cn/imageRepository/
-210638a704bf.jpg. Diakses 25 November 2015). Penerapan teknologi fasad selubung ganda pada bangunan perkantoran bertingkat dalam beberapa penelitian terdahulu telah terbukti menghasilkan
efektivitas dalam penghawaan alami dengan
menggunakan dua kombinasi mekanisme tekanan angin dan perbedaan temperatur (stack effect). Pada saat tekanan angin berada pada kondisi tenang di iklim tropis lembab, dimana kondisi ini sangat sering terjadi, mekanisme stack effect diduga akan mampu berperan dalam mengkondisikan penghawaan ke dalam bangunan.
Gambar 9. Ilustrasi Stack Effect Dalam Fasad Ganda
(sumber: https://817fa722b9ce856fbc47cc.googledrive.com
/host/0B2z. Diakses 25 November 2015).
2.4. Material Selubung Bangunan
Panas masuk ke dalam bangunan melalui proses konduksi (lewat dinding, atap, jendela kaca) dan radiasi matahari yang ditransmisikan melalui jendela/kaca. Radiasi matahari memancarkan sinar ultra violet (6%), cahaya tampak (48%) dan sinar infra merah yang memberikan efek panas sangat besar (46%). Hasil penelitian menunjukkan bahwa radiasi matahari adalah penyumbang jumlah panas terbesar yang masuk ke
dalam bangunan. Besar radiasi matahari yang
ditransmisikan melalui selubung bangunan dipengaruhi oleh fasade bangunan yaitu perbandingan luas kaca dan luas dinding bangunan keseluruhan (window to wall
ratio), serta jenis dan tebal kaca yang digunakan
(Talarosha, 2005).
Gambar 10. Window to Wall Ratio Dalam Bangunan
(sumber: http://image.slidesharecdn.com/first-green-
Radiasi matahari yang jatuh pada selubung bangunan dipantulkan kembali dan sebagian diserap. Panas yang terserap akan dikumpulkan dan diteruskan ke bagian sisi yang dingin (sisi dalam bangunan). Masing-masing bahan bangunan mempunyai angka koefisien serapan kalor (%).
Gambar 11. Tabel Nilai Absorbtansi Radiasi Matahari Untuk
Dinding Luar Dan Atap Tak Tembus Cahaya
(sumber: SNI 03-6389-2000).
Warna juga berpengaruh terhadap angka serapan kalor. Warna-warna muda memiliki angka serapan kalor yang lebih sedikit dari pada warna tua. Warna putih memiliki angka serapan kalor paling sedikit (10%-15%), sebaliknya warna hitam dengan permukaan tekstur kasar dapat menyerap kalor sampai 95%.
Gambar 12. Tabel Nilai Absorbtansi Radiasi Matahari Untuk
Cat Permukaan Dinding Luar
(sumber: SNI 03-6389-2000).
3. Kesimpulan
Prinsip-prinsip pasive design terhadap selubung
bangunan berpengaruh besar terhadap tingkat
kenyamanan di dalam bangunan. Bukan tidak mungkin untuk membuat sebuah rancangan yang
memenuhi persyaratan kenyamanan termal dengan menekankan pada desain selubung bangunan. Tujuan yang ingin dicapai dalam desain yang berkelanjutan adalah untuk meminimalisasi penggunaan active
design yang memakan banyak energi sehingga
menjawab isu krisis energi yang marak belakangan ini.
Referensi
1) SNI 03-6389-2000. Konservasi nergi Selubung Bangunan Pada Bangunan Gedung.
2) SNI 03-6572-2001. Tata Cara Perancangan Sistem Ventilasi Dan Pengkondisian Udara.
3) ISO 7730: 1994. Moderate Thermal Environment.
4) Talarosha, B., (2005). Menciptakan Kenyamanan Thermal Dalam Bangunan. Jurnal Sistem Teknik Industri Volume 6, No. 3 Juli 2005.
5) Simonella, A., et. al., (2010). How to Design a Building Envelope to Provide Thermal Comfort and Efficiency Considering Climate Change. Proceedings of Conference : Adapting to Change: New Di Daerah Beriklim Tropis Lembab. Indonesian Green Technology Journal 2012.
9) Fanger, O., (1982). Thermal Comfort, Analysis and Aplications in Environmental Enginering, Robert E. Krieger Publishing Company, Malabar.
10) ASHRAE, (1992). Thermal Environmental Conditions for Human Occupancy. Standard 55-1992. American Society of Heating, Refrigerating, and Air-Conditioning Engineers, Atlanta, USA. 11) Ariestadi, D., et. al., (2014). Kriteria Kinerja Energi Untuk
Kenyamanan Termal Pada Bangunan Fasilitas Pendidikan Tinggi Di Indonesia. Jurnal RUAS, Volume 12 No 1, Juni 2014.
12) Szokolay, S., (1987). Thermal Design of Buildings, Canberra, RAIA Education Division
13) Toisi, N., et. al., (2009). Pengaruh Luas Bukaan Ventilasi Terhadap Penghawaan Alami dan Kenyamanan Thermal Pada Rumah Tinggal Hasil Modifikasi Dari Rumah Tradisional Minahasa. Unsrat.
14) Mulyadi, R., (2014). Efektifitas Fasad Selubung Ganda Dalam Mengurangi Beban Panas Pada Dinding Luar Bangunan. Temu Ilmiah IPLBI.
15) Cahyani, S., (2014). Pengaruh Posisi Dan Orientasi Bukaan Untuk Efektivitas Penghawaan Alami Pada Ruang Kantor Bertingkat Menengah Dengan Fasad Selubung Ganda. Paper and Presentation of Architecture, ITS.
16) Madina, R., (2013). Pengaruh Desain Fasade Bangunan Terhadap Kondisi Pencahayaan Alami dan Kenyaman Termal, Studi Kasus: Campus Center Barat ITB. Temu Ilmiah IPLBI 2013.
17) Karyono, Tri Harso. (2001). Teori dan Acuan Kenyamanan Termal dalam Arsitektur. Jakarta: PT. Catur Libra Optima.
18) Prakoso, N., (2014). Kajian Penerapan Material pada Selubung Bangunan yang Mempengaruhi Kenyamanan Termal dan Visual. Jurnal Online Institut Teknologi Nasional.
19) Yeang, K., (1995). Designing with Nature. McGraw-Hill. NYC. 20) Prianto, E., (2012). Strategi Desain Fasad Rumah TInggal Hemat
Energi. Riptek Vol. 6, No.1, tahun 2012.
21) Sukawi (2010). Kaitan Desain Selubung Bangunan terhadap Pemakaian Energi dalam Bangunan. Seminar Nasional Universitas Wahid Hasyim Semarang.
