BAB II
TINJAUAN PUSTAKA DAN PENELITIAN TERKAIT
Menjelaskan dan menguraikan tinjauan pustaka setiap tema A. Penelaahan Kepustakaan
Setelah masalah dirumuskan, maka langkah selanjutnya adalah mencari teori-teori, konsep-konsep, generalisasi-generalisasi yang dapat dijadikan landasan teoritis bagi penelitian yangakan dilakukan itu. Landasan itu perlu ditegakkan agar penelitian itu mempunyai dasar yang kokoh dan bukan sekedar perbuatan coba-coba (trial and error). Untuk mendapatkan informasi mengenai berbagai hal yangdisebutkan diatas itu orang harus melakukan penelaahan kepustakaan. Memang, pada umumnya lebih dari lima puluh persen kegiatan dalam seluruh proses penelitian itu adalah membaca.
Karena itu sumber bacaan merupakan bagian penunjang penelitian yang esensial.
Secara garis besar, sumber bacaan itu dapat dibedakan menjadi dua kelompok yaitu (a) sumber acuan umum, dan (b) sumber acuan khusus. Teori- teori dan konsep-konsep pada umumnya dapat diketemukan dalam sumber acuan umum, yaitu kepustakaan yang berwujud buku-buku teks, ensiklopedia, monograph, dan sejenisnya. Generalisasi-generalisasi dapat ditarik dari laporan hasil-hasil penelitian terdahulu yang relevan bagi masalah yang sedangdigarap. Hasil-hasil penelitian terdahulu itu pada umumnya dapat diketemukan dalam sumber acuan khusus, yaitu kepustakaan yang berwujud jurnal, buletin penelitian, tesis, disertasi, dan lain-lain sumber bacaan yang memuat laporan hasil penelitian. Dalam pada itu perlu diingat bahwa dalam mencari sumber bacaan itu orang perlu pilih-pilih (selektif), artinya tidak semua yang diketemukan lalu ditelaah. Dua kriteria yang biasa digunakan untuk memilih sumber bacaan itu ialah (a) prinsip kemutakhiran (recency), dan (b) prinsip relevansi (relevance).
Kecuali untuk penelitian historis, perlu dihindarkan penggunaan sumber bacaan yang sudah “lama” dan dipilih sumber yanglebih mutakhir. Sumber yang telah “lama” mungkin memuat teori-teori atau konsep-konsep yang sudah tidak berlaku lagi, karena kebenarannya telah dibantah oleh teori yang lebih baru atau hasil penelitia yang lebih kemudian. Disamping sumber itu harus
mutakhir, juga harus relevan bagi masalah yang sedang digarap. Seleksi berdasarkan kriteria relevansi ini terutama jelas pada sumbe acuan khusus.
Jadi, hendaklah dipillih sumber-sumber yangberkaitan langsung dengan masalah yang sedang diteliti.
Dari teori-teori atau konsep-konsep umum dilakukan pemerincian atau analisis melalaui penalaran deduktif, sedangkan dari hasil-hasil penelitian dilakukan pemaduan atau sintesis dan generalisasi melalui penalaran induktif.
Proses dedukasi dan induksi itu dilakukan secara iteratif, dan dari deduksi an induksi yang berulang-ulang itu diharapkan dapat dirumuskan jawaban terhadap masalah yang telah dirumuskan, yang paling mungkin danpaling tinggi taraf kebenarannya. Jawaban inilah yangdijadikan hipotesis penelitian.
Seperti telah disebutkan di muka, sebagian besar kegiatan dan keseluruhan proses penelitian adalah membaca, dan membaca itu hampir seluruhnya terjadi pada langkah penelaahan kepustakaan ini. Orang harus membaca dan membaca, dan menelaah yang dibaca itu setuntas mungkin agar dia dapat menegakkan landasan yang kokoh bagi langkah-langkah berikutnya. Membaca merupakan keterampilan yang harus dikembangkan dan dipupuk. Untuk ini kegemaran membaca harus dibuat membudaya; membaca harus merupakan kegemaran, bahkan akhirnya harus merupakan kebutuhan.
Penyusunan landasan teoritis tidak akan produktif sebelum behannya cukup banyak. Karena itu perlu lebih dahullu dibaca banyak-banyak sumber- sumber bacaan, baru kemudian ditelaah, dibanding-bandingkan, lalu diambil kesimpulan-kesimpulan teoritis. Agar supaya hasil pembacaan itu dapat dimanfaatkan sebaik-baiknya, perlulah hal tersebut direkam (dicatat) dengan cara yang mudah pemanfaatannya. Informasi mana yang perlu dicatat, tidak ada aturan umumnya. Sementara orang menganggap informasi minimal, yaitu informasi yang berisi hal-hal seperti yang tertulis dalam katalog di perpustakaan, telah cukup, sementara orang-orang yang lain menganggap bahwa catatan itu perlu memuat inti-sari atau garis-garis besar isi bacaan.
Untuk Indonesia, kiranya pendapat yang kedua itulah yang lebih sesuai, karena pada umumnya sumber bacaab sangat terbatas, sehingga ada kemungkinan sumber yang pernah dibaca tidak lagi tersedia di perpustakaan sewaktu siperlukan kembali.
Tentang cara pencatatannya, pada umumnya mengikuti salahsatu dari dua sistem, yaitu (a) sistem kartu, dan (b) sistem lembaran atau sistem kuarto.
Sistem kartu menggunakan kertas gambar berukuran kartu pos atau berukuran lebih kecil dari kartu pos,sedangkan sistem lembaran (kuarto) menggunakan kertas (seringkali juga HVS) ukuran kuarto. Keuntungan sistem kartu ialah bahwa kartu-kartu itu mudah diatur, disimpan, dan dibawa kemana- mana. Kelemahannya, informasi yangdapat direkam pada setiap kartu sangat terbatas. Sebaliknya, pada sistem lemabaran (kuarto), masing-masing lembar dapat memuat informasi yang jauh lebih banyak, tetapi mengatur, menyimpan, dan membawanya lebih sukar. Namun, dengan tersedianya alat pelubang (perforator) dan map yang sesuai dengan ukuran kuarto di toko-toko alat tulis dewasa ini, kelemahan sistem lembaran (kuarto) itu dapat diatasi.
Dari informasi-informasi yang telah terkumpul sebagai hasil kegiatan membaca itulah peneliti melakukan penelaahan lebih lanjut terhadap masalah yang digarapnya. Dengan deduksi dia berusaha melakukan pemerincian atau pengkhususan, dengan induksi dia melakukan pemaduan dan pembuatan generalisasi-generalisasi, dan akhirnya meramu kesemua bahan itu ke dalam suatu sistem yang berupa kesimpulan-kesimpulan teoritis, yangakan menjadi landasan bagi penyusunan hipotesis penelitian. Di dalam kesimpulan- kesimpulan teoritis itu peneliti harus mengidentifikasi hal-hal atau faktor-faktor utama yangakan digarap dalampenelitiannya. Faktor-faktor inilah yang akan menjadi variabel-variabel yang akan digarap dalam penelitiannya. Peramuan ini penting, karena disitulah letak mutu sistem pemikiran teoritis si peneliti.
Penyatuan hasil-hasil bacaan secara kronologis dan kompilatif saja tidak cukup. Hasil-hasil itu harus diramu berdasarkan suatu garis pemikiran yang konsisten. Garis pemikiran inilah yang melandasi kesimpulan-kesimpulan teoritis yang menjadi dasar hipotesis penelitian.
B. Studi Pustaka Kenyamanan Termal 1. Iklim dan Bangunan
Iklim merupakan salah satu faktor yang mempengaruhi perancangan bangunan, sebuah bangunan seharusnya dapat mengurangi pengaruh iklim yang merugikan dan memanfaatkan pengaruh-nya yang menguntungkan bagi
pengguna bangunan, faktor iklim tersebut meliputi radiasi dan cahaya matahari, temperatur dan kelembaban udara, arah dan kecepatan angin serta kondisi langit, bagaimana pengaruh faktor-faktor tersebut terhadap bangunan perlu diteliti untuk mendapatkan kondisi lingkungan di dalam bangunan, khususnya kondisi termal yang diinginkan pengguna bangunan, pengendalian termal alami, di samping dilakukan penelitian pada bangunan yang sebenarnya, juga dilakukan dengan menggunakan model fisik ter-skala dan simulasi dengan model matematika, penelitian ini perlu ditunjang dengan penelitian untuk mengetahui karakteristik termal bahan bangunan (Soegijanto, 1999).
Daerah beriklim lembab (Indonesia) memiliki suhu pada malam hari yang tidak jauh berbeda dengan suhu pada siang hari, dengan demikian, konstruksi bangunan padat justru akan menghambat, bangunan sering kali terbuat dari konstruksi kayu ringan, plafon yang tinggi juga dapat membantu udara untuk berlapis, dengan demikian, penghuni akan berada pada lapisan udara yang di bawah, yaitu lapisan udara yang paling dingin, dan Bangunan-bangunan diletakkan sejauh mungkin, untuk mendapatkan akses udara dingin yang maksimal (Lippsmeier, 1980).
2. Ciri-ciri Iklim di Indonesia
Untuk dapat merancang bangunan yang tanggap terhadap iklim, perlu diketahui harga dan pola perubahan harian, bulanan bahkan tahunan, keterangan mengenai iklim tropis lembab dapat dinyatakan sebagai:
a. Temperatur udara
1) Maksimum rata-rata adalah antara 27°C - 32°C 2) Minimum rata-rata adalah antara 20°C - 23°C
3) Perubahan temperatur di harian sekitar 8°C, perubahan tahunan-nya juga kecil
b. Kelembaban udara rata-rata adalah 75% - 80%
c. Curah hujan selama setahun antara 1000mm – 5000mm
d. Kondisi langit pada umumnya berawan, dengan jumlah awan antara 60% - 90%
e. Luminance langit untuk langit yang seluruhnya tertutup awan tipis cukup tinggi, ialah dapat mencapai lebih dari 7000 candela / m2, sedangkan yang seluruhnya tertutup awan tebal sekitar 850 candela / m2
f. Radiasi matahari global harian rata-rata bulanan sekitar 400 Watt / m2, dengan perbedaan setiap bulanan-nya kecil
g. Kecepatan angin rata-rata sekitar 2 – 4m / detik (Soegijanto, 1999)
Kondisi termal yang akan terjadi di dalam bangunan akan ditentukan oleh kinerja termal dari bangunan dan kondisi iklim dimana bangunan berada, untuk temperatur di sekitar bangunan, dapat menjadi lebih tinggi atau lebih rendah tergantung dari keadaan lingkungan di sekitar bangunan apakah banyak pohon-pohon peneduh dan tanah tertutup rumput atau tanpa pohon-pohon dan permukaan tanpa rumput atau pekarangan (Soegijanto, 1999).
3. Kenyamanan Termal
Kenyamanan dan perasaan nyaman adalah penilaian komprehensif seseorang terhadap lingkungan-nya, oleh karena itu kenyamanan tidak dapat diwakili oleh satu angka tunggal, kita menilai kondisi lingkungan berdasarkan rangsangan yang masuk ke diri kita melalui indera kita yang oleh syaraf dibawa ke otak dan dinilai, dalam hal ini yang terlibat tidak hanya masalah fisik biologis, namun juga perasaan, suara, cahaya, bau, suhu dan lain-lain rangsangan ditangkap sekaligus, kemudian diolah oleh otak, kemudian otak akan memberikan penilaian relatif apakah kondisi itu nyaman atau tidak, kekurangan (tidak nyaman) di suatu faktor dapat ditutupi oleh faktor lain (Satwiko, 2009).
Faktor yang mempengaruhi kenyamanan termal terbagi menjadi dua yaitu faktor lingkungan dan faktor manusia, faktor lingkungan meliputi temperatur udara, kelembaban udara, kecepatan angin, dan temperatur Radiasi rata-rata atau Mean Radiant Temperature (MRT), sedangkan faktor manusia, meliputi aktivitas manusia dan pakaian yang dikenakan, semua faktor di atas mempengaruhi kenyamanan termal secara bersamaan, (Satwiko, 2009).
a. Temperatur Udara
Temperatur udara cukup mudah dan murah diukur dengan termometer ruangan yang tersedia di toko kelontong sekalipun, termometer murah, walau mungkin tidak terlalu akurat, dapat dipergunakan untuk keperluan sehari-hari, termometer jenis itu dinamakan Termometer Bola Kering (Dry Bulb Thermometer), Termometer Bola Basah (Wet Bulb Thermometer) adalah termometer yang dilengkapi dengan bahan basah/lembab (dari spoon atau kapas) di bola-nya, bila bahan basah dihembus angin (dengan cara memutar tersebut, atau memberikan kipas untuk memberi-nya aliran angin) maka akan terjadi penguapan, kecepatan menguap ini dipengaruhi oleh kelembaban udara (Satwiko, 2009).
Suhu udara akan menentukan kecepatan panas yang akan hilang, yang sebagian besar dengan cara konveksi (pengembunan), di atas 98.6°F (37°C), aliran udara akan berbalik dan badan akan mendapatkan panas dari udara, jangkauan kenyamanan untuk sebagian besar orang (80 persen) bisa mencapai hingga 68°F (20°C) di musim dingin, dan 78°F (25.6°C) pada musim panas, jangkauan dapat menjadi sebesar ini disebabkan oleh baju panas yang dipakai pada musim dingin (Lechner, 2007).
Temperatur udara berdasarkan pada tingkat kenyamanan termal untuk iklim tropis lembab, menurut badan Standardisasi Nasional Indonesia (SNI) pada tahun 1991 berada pada rentang:
Sejuk Nyaman : TE diantara 20,5°C - 22,8°C Nyaman optimal : TE diantara 22,8°C - 25,8°C Panas Nyaman : TE diantara 25,8°C – 27,1°C b. Kelembaban Udara
Kelembaban udara (kelembaban relatif udara) atau Relative Humidity (RH) adalah perbandingan antara kandungan uap air pada suatu saat dengan kandungan uap air pada titik jenuh dalam suhu saat itu, Kelembaban relatif udara (RH) dapat diukur langsung dengan hygrometer, alat tersebut cukup mudah didapat dan murah, biasanya menjadi satu dengan termometer dan namanya menjadi Thermo-Hygrometer (Satwiko, 2009).
Untuk memperkirakan kelembaban relatif udara tanpa Thermo- Hygrometer cukup sulit, apabila kita merasa kulit kita lengket, maka RH sudah di atas 80%, bila kulit terasa lengket sekali dan udara pengap, maka RH di atas 90%, bila kita merasa nyaman dan kulit kering wajar, RH sekitar 50 – 60%, turun di bawah 40% kita mulai merasakan kering yang tidak wajar, kulit mulai terasa sangat kering cenderung bersisik, bibir mulai kering dan mata pedas, bila kelembaban dikurangi terus, maka akan terjadi gejala elektrostatis berupa loncatan listrik statis dari satu objek ke objek lain, walau tidak berbahaya (Satwiko, 2009).
c. Kecepatan Angin
Angin adalah udara yang bergerak, gaya penggerak angin (wind driving force) adalah gaya yang menyebabkan udara bergerak, udara bergerak karena adanya gaya yang diakibatkan oleh perbedaan tekanan (ΔP) dan perbedaan suhu (ΔT), gaya apung (buoyancy, stack effect) adalah gaya gerak udara ke atas akibat perbedaan suhu, lapisan batas (boundary layer) adalah lapisan udara antara permukaan bumi dan ketinggian tertentu ketika kecepatan angin tidak lagi terpengaruh oleh kondisi permukaan bumi, atmosfer adalah lapisan udara yang melingkupi bumi (Satwiko, 2009).
Untuk mengukur kecepatan angin dapat dilakukan dengan anemometer, namun, kecuali kita memang berprofesi sebagai pengukur kecepatan angin, alat tersebut sering tidak tersedia, sebagai ganti, Tabel Skala Gaya Angin Beaufort dapat digunakan untuk memperkirakan kecepatan angin, yang dilakukan dengan mudah dilihat lewat gerak asap, di lapangan terbang, arah angin dapat dengan mudah dilihat dari kaos angin (wind sock), zaman dulu sering ada hiasan ayam jantan di atas atap yang akan berputar menunjukkan arah angin (Satwiko, 2009).
Temperatur efektif didefinisikan sebagai temperatur dari udara jenuh dalam keadaan diam atau mendekati diam ( 0,1m / detik), yang dalam hal tidak ada radiasi panas akan memberikan perasaan kenyamanan termal yang sama dengan kondisi udara yang dimaksud, jadi konsep temperatur efektif adalah berdasarkan anggapan bahwa kombinasi-kombinasi tertentu dari
temperatur udara, kelembaban udara, dan kecepatan angin dapat menimbulkan kondisi termal yang sama (Soegijanto, 1999).
Tabel 1. Kecepatan Angin pada Kenyamanan Termal Kecepatan angin
bergerak (m/detik)
Pengaruh atas kenyamanan Efek penyegaran
˂ 0.25 Tidak dapat dirasakan 0°C
0.25 – 0.5 Paling nyaman 0.5 – 0.7°C
0.5 – 1 Masih nyaman, tetapi gerakan
udara dapat dirasakan 1 – 1.2°C
1 – 1.5 Kecepatan maksimal 1.7 – 2.2°C
1.5 – 2 Kurang nyaman, berangin 2.0 – 3.3°C
˃ 2 Kesehatan penghuni terpengaruh
oleh kecepatan angin yang tinggi 2.3 – 4.2°C Sumber: Frick, 2006. Arsitektur Ekologis, Seri Eko-Arsitektur 2
Tabel 2. Skala Angin Beaufort Gaya Efek yang dapat dilihat
Kecepatan angin m / detik (km / jam) 0 Tidak ada angin, asap membumbung tegak lurus,
permukaan air danau tenang ˂0,5 (˂3,6)
1 Pergerakan udara lemah, asap sedikit condong 1,7 (6,1) 2 Hembusan angin sepoi-sepoi biasa, daun gemericik 3,3 (11,9) 3 Angin lemah, ranting-ranting bergerak, riak kecil di air 5,2 (18,7) 4 Angin sedang, cabang kecil bergerak 7,4 (26,6) 5 Angin kuat, cabang besar bergerak, suara keras, ombak
berbuih putih 9,8 (35,5)
6 Angin sangat keras, daun-daun terlepas, berjalan agak
sulit 12,4 (44,6)
7 Angin puyuh, batang pohon kecil melengkung, ranting
patah 15,2 (54,7)
8 Angin puyuh kuat, cabang pohon mungkin patah,
cabang yang lebih besar melengkung 18,2 (65,5) 9 Angin puyuh sangat kuat, pohon kecil tercabut, genting
beterbangan, bangunan rusak 21,4 (77)
10 Topan, bangunan berat rusak, pohon tumbang atau
tercabut 25,1 (90,4)
11 Topan badai, bangunan hancur, seluruh hutan tercabut,
manusia dan hewan dapat terbawa 29 (104,4)
12 Topan badai seperti di atas, tetapi lebih hebat lagi ˃29 (˃104,4) Sumber: Koenigsberger, 1973 dalam Satwiko, 2009. Fisika Bangunan
d. Temperatur Radiasi Rata-rata (MRT)
Radiasi adalah proses panas mengalir dari benda yang bersuhu tinggi ke benda yang bersuhu rendah bila benda-benda itu terpisah di dalam ruang, bahkan bila terdapat ruang hampa di antara benda-benda tersebut, istilah radiasi pada umumnya dipergunakan untuk segala jenis yang menyangkut tentang gelombang elektromagnetik, tetapi di ilmu perpindahan panas kita hanya perlu memperhatikan hal yang diakibatkan oleh suhu dan yang dapat mengangkut energi melalui medium yang tembus cahaya atau melalui ruang, energi yang berpindah dengan cara ini diistilahkan panas radiasi (Kreith, 1994).
Semua benda memancarkan panas radiasi secara terus-menerus, intensitas pancaran tergantung pada suhu dan sifat permukaan, energi radiasi bergerak dengan kecepatan cahaya (3 x 108 m/s) dan gejala-gejala nya menyerupai radiasi cahaya, memang menurut teori elektromagnetik, radiasi cahaya dan radiasi termal hanya berbeda dalam panjang gelombang masing- masing (Kreith, 1994).
Jumlah energi yang meninggalkan suatu permukaan sebagai panas radiasi tergantung pada suhu mutlak dan sifat permukaan tersebut, radiator sempurna atau benda hitam memancarkan energi radiasi dari permukaannya dengan laju qr (Kreith, 1994).
qr = A1T14 Btu/hr……….……….(1)
Jika A1 luas permukaan dalam ft (kaki) persegi, T1 suhu permukaan dalam derajat Rankin (°R) dan konstanta dimensional dengan nilai 0.1714 x 10-8 Btu/h ft2 R4, dalam satuan SI laju aliran panas qr mempunyai satuan watt, jika luas permukaan A1 dalam m2, suhu mutlak dalam derajat Kelvin (°K), dan 5.67 x 10-8 watt/m2 K4, besaran dinamakan konstanta Stefan-Boltzmann berdasarkan nama dua orang ilmuwan Austria, J. Stefan, yang dalam tahun 1879 menemukan persamaan, secara eksperimental dan L. Boltzmann, yang dalam tahun 1884 menurunkan nya secara teoretik (Kreith, 1994).
Peninjauan terhadap persamaan, menunjukkan bahwa permukaan benda hitam dimanapun di atas suhu nol mutlak meradiasi kan energi dengan laju yang sebanding dengan suhu mutlak pangkat empat, walaupun laju pancaran
(rate of emission) tidak tergantung pada kondisi sekitar, perpindahan bersih (netto) panas radiasi memerlukan adanya perbedaan suhu permukaan antara dua benda diantara mana pertukaran panas berlangsung, jika benda hitam tersebut beradiasi ke sebuah penutup yang sepenuhnya mengurung nya dan yang permukaan nya juga hitam, yaitu menyerap semua energi radiasi yang datang pada nya, maka laju bersih perpindahan panas radiasi dinyatakan oleh (Kreith, 1994).
qr = A1 (T14
-T24)………...……….(2)
Dimana T2 adalah suhu permukaan penutup dalam derajat Fahrenheit mutlak, radiasi matahari yang jatuh pada suatu benda dipantulkan kembali dan sebagian diserap, panas yang diserap sebagian terhimpun dalam bahan atau bagaikan dalam gudang dan sebagian diteruskan ke luar, ke sisi yang dingin daftar berikut ini memperlihatkan berapa % dari kalor matahari yang diteruskan dari pihak sebelah lain (Kreith, 1994).
Pada umumnya memang benar bahwa daerah yang paling panas adalah daerah yang paling banyak menerima radiasi matahari, yaitu daerah Khatulistiwa, tetapi pengurangan temperatur dari Khatulistiwa ke kutub tidak seragam, karena pengaruh beberapa faktor yaitu Derajat lintang, musim, atmosfer, daratan dan air, panas tertinggi dicapai kira-kira dua jam setelah tengah hari, karena pada saat itu radiasi matahari langsung bergabung dengan temperatur udara yang sudah tinggi, karena itu pertambahan panas terbesar terdapat pada fasade barat daya atau barat laut (tergantung pada musim dan garis lintang) dan fasade barat, sebagai patokan dapat dianggap bahwa temperatur tertinggi sekitar 1-2 jam setelah posisi matahari tertinggi, (Lippsmeier, 1980).
Pertukaran panas pada lapisan bidang permukaan luar gedung dapat dipengaruhi oleh faktor pantulan dan penyerapan sinar panas, karena panas diserap oleh bagian dinding luar, maka akan menghangatkan juga permukaan dinding dalam beberapa waktu menurut daya serap panas dan tebal nya dinding, perbedaan waktu yang diinginkan akan berbeda tergantung pada orientasi dinding, sebaiknya dipilih perbedaan waktu sedemikian rupa sehingga
radiasi panas jatuh pada malam hari supaya panasnya dapat dialirkan ke luar rumah dengan mudah, karena panas diserap oleh bagian dinding luar, maka akan menghangatkan juga permukaan dinding dalam beberapa waktu menurut daya serap panas dan tebal-nya dinding, waktu antara suhu tertinggi di bagian penutup dinding luar (To) dan suhu tertinggi di bagian dinding dalam (Ti) dinamakan perbedaan waktu (η), perbedaan waktu tersebut sangat mempengaruhi iklim mikro dan suhu di dalam ruangan, menurut jenis bahan dan tebal-nya dinding dapat ditentukan perbedaan waktu tersebut (Frick, 2006).
Tabel 3. Penyerapan dan Pemantulan Bahan
Bahan dan keadaan permukaan Penyerapan Pemantulan Lingkungan alam
Rumput Tanah, ladang Pasir perak
80%
70-85%
70-90%
20%
30-15%
30-10%
Dinding kayu Warna muda Warna tua
40-60%
85%
60-40%
15%
Dinding batu
Marmer
Batu-bata merah Beton exposed
40-50%
60-75%
60-70%
60-50%
40-25%
40-30%
Lapisan atap
Semen berserat Genting flam Genting beton Seng gelombang Seng aluminium
60-80%
60-75%
60-70%
65-90%
10-60%
40-20%
40-25%
50-30%
35-10%
90-40%
Lapisan cat
Kapur putih Kuning Merah muda Hijau muda Aspal hitam
10-20%
50%
65-75%
50-60%
85-95%
90-80%
50%
35-25%
50-40%
15-5%
Sumber: Frick, 2006. Arsitektur Ekologis, Seri Eko-Arsitektur 2 Tabel 4. Bahan Bangunan dan Perbedaan Waktu Pertukaran Suhu
Bahan bangunan Tebal dinding Perbedaan waktu (η)
Dinding batu alam
20 cm 30 cm 40 cm
5.5 jam 8.0 jam 10.5 jam Dinding beton
10 cm 15 cm 20 cm
2.5 jam 3.8 jam 5.1 jam Dinding batu bata
10 cm 20 cm 30 cm
2.3 jam 5.5 jam 8.5 jam
Dinding kayu 2.5 cm
5 cm
0.5 jam 1.3 jam Sumber: Frick, 2006. Arsitektur Ekologis, Seri Eko-Arsitektur 2
e. Aktivitas Manusia
Untuk mempertahankan keseimbangan termal, badan kita harus kehilangan panas yang sama dengan laju yang dipengaruhi oleh panas metabolisme, produksi panas ini sebagian merupakan fungsi suhu luar, namun sebagian besar merupakan fungsi kegiatan, seseorang yang sedang sangat aktif akan menghasilkan panas dengan laju enam kali lebih besar daripada seseorang yang sedang berbaring/bersandar (Lechner, 2007).
Tubuh hangat oleh pembakaran makanan, hanya 20% dari energi yang kita peroleh dari makanan dijadikan gerak, sedang yang 80% dijadikan panas untuk mempertahankan agar kita tetap hidup, tubuh memerlukan mekanisme pembuangan agar tidak kelebihan panas, ketika manusia bergerak lebih aktif, dia memancarkan lebih banyak panas, dalam keadaan berbaring tenang dikatakan mempunyai nilai met 0,8 sebaliknya ketika berolahraga lari 15 km / jam, nilai met menjadi 9,5 (Satwiko, 2009).
Tabel 5. Aktivitas dan Kecepatan Metabolisme
No Aktivitas Met Watt/m2
1 Berbaring 0,8 46
2 Duduk tenang 1,0 58
3 Tukang jam 1,1 65
4 Berdiri santai 1,2 70
5 Aktivitas biasa (kantor, rumah tangga, sekolah, laboratorium)
1,2 70
6 Menyetir mobil 1,4 80
7 Pekerja grafis, tukang jilid 1,5 85
8 Berdiri, aktivitas ringan (belanja, laboratorium, industri ringan)
1,6 93
9 Guru, mengajar di depan kelas 1,6 95
10 Kerja rumah tangga (mencukur, mencuci, berpakaian) 1,7 100
11 Berjalan di daratan, 2 km / jam 1,9 110
12 Berdiri, aktivitas sedang (penjaga toko, rumah tangga)
2,0 116
13 Industri bangunan, memasang bata (bata 15,3 kg) 2,2 125
14 Berdiri mencuci piring 2,5 145
15 Kerja rumah tangga, mengumpulkan daun di halaman 2,9 170 16 Kerja rumah tangga, mencuci dengan tangan dan
menyeterika
2,9 170
17 Besi dan baca, menuang dan mencetak 3,0 175 18 Industri bangunan, membentuk cetakan 3,1 180
19 Berjalan di dataran, 5 km / jam 3,4 200
20 Kehutanan, memotong dengan gergaji satu tangan 3,5 205
21 Pertanian, membajak dengan kuda 4,0 235 22 Industri bangunan, mengisi pencampur semen
dengan spesi dan batu
4,7 275
23 Olahraga, meluncur di atas es, 18 km / jam 6,2 360 24 Pertanian, menggali dengan cangkul (24 angkatan /
menit)
6,5 380
25 Olahraga, ski di dataran 8 km / jam 7,0 405 26 Kehutanan, bekerja dengan kampak (2 kg, 33 ayunan
/ menit)
8,6 500
27 Olahraga, lari 15 km / jam 9,5 550
Sumber: www.innova.dk dalam Satwiko, 2009. Fisika Bangunan f. Pakaian
Selain keringat, nafas, dan kulit, darah juga berperan aktif dalam proses perpindahan panas, pada saat kepanasan, darah akan mendekati kulit untuk membuang panas, karena itu kulit orang yang putih akan kelihatan merah apabila terkena panas matahari, sebaliknya dalam keadaan dingin, misalnya kita berendam air dingin, kita akan memucat, rupanya darah menjauh dari kulit agar tidak lebih banyak panas yang hilang, kulit merasakan panas atau dingin berdasarkan kecepatan panas yang melalui-nya, jika kita menyentuh benda yang lebih dingin dari kulit kita maka akan terjadi perpindahan panas dari kulit ke benda tadi, namun apabila benda tadi bersifat isolator panas, seperti kayu atau Styrofoam, perpindahan panas dari kulit kita tidak lancar (atau bahkan tidak terjadi) akibatnya, kita merasakan benda tadi tidak dingin, sebaliknya apabila kita menyentuh benda logam yang bersuhu sama dengan kayu tadi, kita merasakan-nya lebih dingin karena terjadi perpindahan panas dari kulit ke logam tadi (Satwiko, 2009).
Pakaian mempengaruhi proses perpindahan panas, pada iklim dingin kita memakai pakaian tebal dan rapat agar panas tubuh kita tidak terbang ke udara, dalam keadaan kedinginan, tubuh akan bereaksi dengan cara menggigil ini merupakan upaya tubuh untuk memperoleh panas secara mekanis (kontraksi otot), sebaliknya di iklim panas, kita memakai pakaian yang tipis, ringan, agar panas tubuh tidak tertimbun dan segera bisa dibuang ke udara di sekitar kita, (Satwiko, 2009).
Tabel 6. Pakaian dan Clothing Value
No Deskripsi Clo Resistant,
M2degC/W
1 Pakaian dalam, celana
Celana dalam, pendek sekali Celana dalam pendek
Celana dalam Celana kaki ½ wool Celana kaki panjang
0,02 0,03 0,04 0,06 0,10
0,003 0,005 0,006 0,009 0,016
2 Pakaian dalam, baju
Bra
Baju tanpa lengan Oblong
Baju lengan panjang Half-slip, nylon
0,01 0,06 0,09 0,12 0,14
0,002 0,009 0,014 0,019 0,022
3 Baju
Tube top Lengan pendek
Blus ringan, lengan panjang Baju ringan, lengan panjang Baju normal, lengan panjang Baju flanel, lengan panjang Lengan panjang, blus kerah tinggi
0,06 0,09 0,15 0,20 0,25 0,30 0,34
0,009 0,029 0,023 0,031 0,039 0,047 0,053
4 Celana
Celana pendek
Celana pendek se-lutut Celana panjang ringan Celana panjang normal Celana panjang flanel Celana Terusan
0,06 0,11 0,20 0,25 0,28 0,28
0,009 0,017 0,031 0,039 0,043 0,043 5 Baju bengkel
terusan
Harian, dengan sabuk Kerja
0,49 0,50
0,076 0,078 6 Baju bengkel Terdiri atas beberapa komponen
Berisi fiber-pelt
1,03 1,13
0,160 0,175
7 Sweater
Tanpa lengan Sweater tipis
Lengan panjang, berkerah (tipis) Sweater
Sweater tebal
Lengan panjang, berkerah (tebal)
0,12 0,20 0,26 0,28 0,35 0,37
0,019 0,031 0,040 0,043 0,054 0,057 Sumber: www.innova.dk dalam Satwiko 2009. Fisika Bangunan
Untuk memperoleh nilai Clo gabungan dapat dilakukan dengan menjumlahkan komponen pakaian
Beberapa faktor lain yang sering dikaitkan dengan kenyamanan termal misalnya:
1. Ras, sebenarnya tidak ditemukan bukti bahwa ras mempengaruhi penilaian akan kenyamanan, manusia mempunyai kemampuan adaptasi terhadap iklim (aklimitasi) dengan baik, normalnya orang dapat menyesuaikan diri dalam waktu dua minggu
2. Jenis kelamin, perempuan pada umumnya menyukai lingkungan yang 1°C lebih hangat daripada laki-laki
3. Usia, orang berusia lanjut lebih suka di lingkungan yang lebih hangat dan tidak berangin, hal ini disebabkan kemampuan metabolisme tubuh orang berusia lanjut cenderung menurun (Satwiko, 2009)
4. Perolehan dan Pelepasan Panas pada Bangunan
Bangunan akan mendapat perolehan panas dan mengeluarkan atau kehilangan panas ke lingkungan sekitarnya, perolehan dan pengeluaran panas dapat terjadi melalui peristiwa perpindahan panas sebagai berikut:
a. Perpindahan panas konduksi Qk, melalui dinding dan atap bangunan dengan masuk (+Qk) dan keluar (-Qk) bangunan, termasuk juga kondisi panas dari dan masuk ke dalam lantai
b. Perpindahan panas konveksi Qv yang terjadi karena aliran udara yang keluar (-Qv) atau masuk (+Qv) melalui bukaan ventilasi
c. Perpindahan panas radiasi gelombang pendek Qr1 dari radiasi matahari yang terdiri dari radiasi matahari langsung dan refleksi-nya serta radiasi matahari difusi (Qr1 selalu positif)
d. Perpindahan panas radiasi gelombang panjang Qr2 yang dipancarkan (-Qr2) oleh permukaan bangunan, maupun yang diterima-nya (+Qr2) dari lingkungan di sekitar bangunan
e. Perpindahan panas karena penguapan Qp, yang terjadi karena proses penguapan dari air yang membasahi permukaan dinding luar dan atap (-Qp) f. Panas yang ditimbulkan oleh sumber-sumber panas di dalam ruangan
seperti penghuni dan peralatan-peralatan yang dapat menghasilkan panas (+Qd)
Jika semua perpindahan panas tersebut dijumlahkan, akan didapat persamaan sebagai (Soegijanto, 1999):
± Qk ± Qv + Qr1 ± Qr2 - Qp +Qd………... (3) Dimana jumlah ini akan selalu berubah selama satu hari, jika jumlah tersebut positif, maka bangunan akan memperoleh panas, jika negatif bangunan akan kehilangan panas (Soegijanto, 1999)
Gambar 1. Perolehan dan Pengurangan Panas pada Bangunan
Sumber: Soegijanto, 1999. Bangunan di Indonesia dengan Iklim Tropis Lembab Ditinjau dari Aspek Fisika Bangunan
5. Penyejukan
Manusia merupakan mesin biologis yang membakar makanan sebagai bahan bakar dan mendapatkan panas sebagai hasil samping dari penghasilan panas tersebut, proses yang dipengaruhi oleh metabolisme ini mirip dengan apa yang terjadi di dalam kendaraan bermotor, dimana bensin merupakan bahan bakarnya dan panas juga merupakan hasil samping-nya yang cukup signifikan, kedua tipe mesin harus mampu menghilangkan panas yang lebih untuk menghindari kondisi panas berlebihan, setiap mekanisme aliran udara memiliki tugas mempertahankan suhu optimum, sebagian panas yang hilang terjadi saat dihirup-nya udara lembab dan hangat ke dalam paru-paru, namun sebagian besar panas badan kita akan hilang melalui kulit, kulit mempertahankan aliran panas dengan mengendalikan jumlah darah yang mengaliri-nya (Lechner, 2007).
Rambut juga merupakan alat penting lainnya yang mengendalikan kecepatan hilang-nya panas, meskipun kita tidak memiliki banyak bulu, tetapi kita memiliki otot yang mampu membuat bulu kita berdiri tegak hingga mendapatkan ekstra Insulasi terhadap suhu, saat bulu roma kita tegak akibat dingin, kita dapat melihat sisa mekanisme yang terdahulu, setelah beberapa hari mengalami ekspos, badan kita akan mampu menyesuaikan diri terhadap suhu yang sangat tinggi maupun rendah, mengubah jumlah darah merupakan
mekanisme yang sangat penting, dengan lebih banyak darah lagi dihasilkan dalam kondisi yang lebih hangat, hilang-nya panas secara besar-besaran disebut hypothermia, sedangkan kelebihan panas dinamakan hyperthermia, untuk mempertahankan keseimbangan termal, badan kita harus kehilangan panas yang sama dengan laju yang dipengaruhi oleh panas metabolisme (Lechner, 2007).
a. Penyejukan Evaporasi
Penyejukan evaporasi (evaporative cooling) adalah penyejukan dengan memanfaatkan mekanisme pengurangan panas akibat penguapan air (atau zat lain), untuk menguap, air membutuhkan panas, yang akan mengambil dari lingkungan sekitarnya, dengan demikian suhu lingkungan akan turun, air dalam bentuk kabut (spray) lebih mudah menangkap panas dari udara lingkungan sekitar, namun apabila lingkungan lembab (seperti di Indonesia yang beriklim tropis lembab) udara tidak lagi „haus‟ uap air sehingga penguapan tidak berlangsung dengan cepat. Keringat kita, misalnya, cenderung menempel di kulit dan menyebabkan perasaan lengket yang tidak nyaman, sebaliknya, di iklim kering, penyejukan evaporasi akan sukses karena udara kering dan masih haus uap air, jadi musuh utama kenyamanan termal di iklim tropis lembab adalah kelembaban udara yang tinggi (Satwiko, 2009).
b. Penyejukan Radiasi
Penyejukan Radiasi adalah penyejukan dengan memanfaatkan mekanisme radiasi, pada daerah beriklim kering langit jernih (jarang berawan) maka pada malam hari permukaan bumi yang hangat dapat melepaskan panasnya secara radiasi ke langit yang dingin, sedangkan di daerah iklim tropis lembab, langit hampir selalu berawan, sehingga benda-benda hangat sulit melepaskan panasnya (Satwiko, 2009).
c. Penyejukan Fisiologis
Penyejukan fisiologis adalah sensasi sejuk yang dirasakan manusia karena hembusan angin yang mengenai kulitnya, tubuh membuang kelebihan panasnya melalui kontak dengan benda lain yang lebih dingin, uap nafas dan
penguapan keringat, keringat di permukaan kulit akan cepat menguap apabila dihembus oleh angin, sambil membawa panas dari kulit, dan memberi tempat bagi keringat selanjutnya, semakin cepat proses tadi maka semakin cepat panas dibuang sehingga tubuh menjadi sejuk, kipas tangan dan kipas angin listrik dipergunakan untuk memperlancar proses penguapan keringat sehingga menimbulkan sensasi sejuk, (luas kulit orang dengan berat badan 70 kg sekitar 1,7m2) (Satwiko, 2009).
d. Penyejukan Konvektif
Penyejukan konvektif adalah penyejukan dengan memanfaatkan aliran angin, bila benda hangat dilewati angin yang lebih sejuk maka akan terjadi perpindahan panas dari benda tersebut ke udara, bila proses ini berlangsung terus-menerus maka akan menyebabkan benda tersebut menjadi sejuk karena panasnya (kalor-nya) diangkut oleh angin, hal ini menjelaskan mengapa kita menipu bubur panas agar panasnya berkurang (Satwiko, 2009).
6. Pengendalian Kondisi Termal pada Bangunan
Dari penelitian pada bangunan yang sebenarnya serta simulasi dengan model fisik dan matematika, dapat diketahui variabel-variabel yang mempengaruhi kondisi termal yang akan terjadi di dalam bangunan, berdasarkan hal tersebut dapat dilakukan pengendalian kondisi termal di dalam bangunan, khususnya pengendalian yang menggunakan bagian dari bangunan itu sendiri, yaitu yang disebut pengendalian struktur atau pengendalian pasif, beberapa cara pengendalian struktur adalah penggunaan insulasi termal resistif, insulasi termal kapasitif dan pengendalian radiasi matahari (Soegijanto, 1999).
a. Insulasi Termal Resistif
Suatu konstruksi yang mempunyai U (transmitans termal) yang rendah akan mengurangi perpindahan panas konduksi melalui konstruksi tersebut, besarnya panas konduksi akan sebanding, kecuali dengan harga U juga dengan beda temperatur antara udara luar dengan udara di dalam ruangan, dengan beda temperatur yang kecil, maka aliran panas akan kecil, tetapi dengan adanya radiasi matahari yang diterima pada suatu permukaan
selubung bangunan terutama atap, maka beda temperatur sol-air (penggabungan antara radiasi matahari dengan temperatur udara sekeliling) dengan temperatur udara di dalam ruangan dapat menjadi besar, sehingga aliran panas yang masuk ke ruangan akan menjadi besar pula, insulasi termal resistif akan paling efektif pada kondisi mantap, atau paling tidak arah dari aliran panas adalah tetap pada suatu periode yang cukup lama, misalnya pada siang hari, temperatur sol-air dari atap selalu lebih besar daripada temperatur udara di dalam ruangan, oleh karena itu insulasi termal pada atap adalah sangat efektif (Soegijanto, 1999).
b. Insulasi Termal Kapasitif
Pada kondisi tidak mantap, kapasitas termal lebih berpengaruh terhadap aliran panas dibandingkan dengan insulasi termal resistif, sehingga pengaruh dari kapasitas termal disebut juga insulasi termal kapasitif, keterlambatan temperatur maksimum (φ) dan faktor pengurangan (μ) atau efek penimbunan panas, yang sangat dipengaruhi oleh kapasitas termal (Soegijanto, 1999).
c. Pemilihan Orientasi Bangunan
Telah diketahui oleh para perencana bangunan bahwa orientasi bangunan yang paling sedikit menerima radiasi matahari adalah jika bangunan membujur timur-barat, jika orientasi ini tidak mungkin dilakukan, diperlukan cara lain ialah dengan pemilihan orientasi dan luas jendela, serta penggunaan kaca khusus dan alat peneduh, urutan permukaan yang menerima radiasi matahari dimulai dari yang paling besar adalah (Soegijanto, 1999):
1) Permukaan horizontal atau mendekati horizontal, misalnya atap datar dan atap miring
2) Permukaan barat atau timur
3) Permukaan utara untuk lokasi di selatan Khatulistiwa dan permukaan selatan untuk lokasi di selatan Khatulistiwa
Perlu diperhatikan bahwa urutan tersebut hanya berlaku untuk kondisi langit tanpa awan, pada keadaan yang sebenarnya urutan tersebut sangat dipengaruhi oleh cuaca
d. Pengendalian Radiasi Matahari
Radiasi matahari akan diterima oleh permukaan selubung bangunan, baik yang tembus cahaya maupun yang tidak (opaque), dimana besarnya tsa
(temperatur sol-air) dipengaruhi oleh faktor-faktor yang berada dalam kendali perancang bangunan, faktor-faktor tersebut adalah bahan dan warna dari permukaan selubung bangunan serta radiasi matahari yang diterima oleh permukaan tersebut, untuk permukaan yang tembus cahaya, radiasi matahari yang diteruskan permukaan ini, misalnya jendela kaca, akan memberikan perolehan panas yang lebih besar, pengurangan perolehan panas dari radiasi matahari melalui jendela yang dapat dilakukan oleh perencana bangunan adalah (Soegijanto, 1999):
1) Pemilihan orientasi bangunan dan orientasi jendela, serta ukuran jendela 2) Penggunaan kaca khusus
3) Penggunaan alat peneduh matahari
Sedangkan penggunaan tirai di dalam ruangan (internal blind) adalah tidak efektif, karena radiasi matahari sudah terlanjur masuk ke dalam ruangan, radiasi yang diserap-nya, sebagian akan dipindahkan ke udara dengan cara konveksi dan sebagian lagi akan diradiasi-kan dalam bentuk radiasi gelombang panjang, radiasi ini tidak menembus kaca dan akan dipantulkan ke dalam ruangan sehingga akan ikut memanaskan ruangan (efek rumah kaca), penggunaan yang lebih sesuai adalah untuk mengurangi silau dari cahaya matahari langsung, cahaya langit dan cahaya yang direfleksikan (Soegijanto, 1999).
7. Studi Kenyamanan Termal Masjid Istiqlal
Banyak masjid di Indonesia, baik itu masjid kecil maupun besar menggunakan ventilasi alami untuk mengatur kondisi termal di dalam masjid, studi memilih Masjid Istiqlal di Jakarta sebagai studi kasus, meskipun Jakarta mempunyai iklim yang panas tetapi masjid menggunakan ventilasi alami untuk mendapatkan kenyamanan termal di dalam bangunan, Masjid Istiqlal mempunyai langit-langit yang tinggi dan bukaan yang besar pada tiga sisi pada tiga sisi dinding kecuali mihrab, bentuk ruangan untuk sholat adalah persegi atau semi persegi dan dikelilingi oleh koridor yang terbuka, pengunjung atau
penghuni akan penuh selama waktu sholat Jum‟at, ceiling yang tinggi, bukaan yang besar dan massa bangunan yang besar dapat digunakan untuk menciptakan kenyamanan termal, studi akan diselenggarakan pada waktu sholat Jum‟at mengukur temperatur udara, kelembaban udara, dan kecepatan angin kemudian akan disimulasikan menggunakan software Energy Plus, kemudian perolehan data akan dianalisa menggunakan kriteria kenyamanan oleh FangerPMV, PierceTSENS, KsuTSV (Soegijanto, 2010).
Temperatur Efektif (TE) adalah temperatur udara dalam keadaan hampir atau diam tanpa panas dari sinar radiasi untuk memberikan kenyamanan termal yang seimbang dengan kondisi udara yang sesungguhnya, oleh karena itu kenyamanan termal dapat dinyatakan kombinasi dari temperatur udara (DBT dan WBT), kelembaban dan kecepatan angin, dalam penelitian ini, temperatur efektif dengan singkat ditetapkan sesuai dengan nomogram TE, skala kenyamanan termal di Indonesia pada temperatur efektif dinyatakan sebagai (Soegijanto, 2010):
Nyaman dingin : TE diantara 20,5°C - 22,8°C Nyaman optimal : TE diantara 22,8°C - 25,8°C Nyaman hangat : TE diantara 25,8°C – 27,1°C
Masjid Istiqlal dibangun seluas 95.000m2 yang meliputi bangunan masjid, taman, area parkir, air mancur dan dikelilingi oleh sungai, bangunan masjid terdiri dari ruang utama, entrance hall, teras, menara dan lantai dasar, ruangan utama terdiri dari 75 x 75m2 area untuk sholat dengan kapasitas 16.000 orang, di sebelah kanan, kiri, dan belakang terdiri dari lima tingkat balkon dengan lebar 10m dengan kapasitas 61.000 (Soegijanto, 2010).
Bangunan memiliki 12 pilar yang mendukung kubah besar di ruang utama, pilar silinder ini memiliki diameter 2,5 meter terbuat dari semen yang dibungkus dengan stainless steel, diameter dari kubah setengah bola adalah 45 meter dan struktur kubah merupakan bidang dengan banyak sisi yang dibungkus dan diperkuat oleh semen, sisi dalam kubah dibungkus oleh plafon stainless steel, sementara itu sisi luarnya ditutupi dengan ubin keramik putih, tinggi bangunan 47,3 meter di atas area lantai utama, langit-langit-nya terbuat dari semen, tinggi langit-langit di balkon adalah 3,8 meter di atas lantai, di
setiap sisi balkon adalah 26 pilar persegi dengan dua meter area yang seimbang, oleh karena itu bukaan pada lantai utama adalah 2 x 3,8 m2, sedangkan balkon pada lantai dua hingga lima, sun shading digunakan untuk menutupi seluruh ruangan (Soegijanto, 2010).
Temperatur udara (DBT), kecepatan udara (V) dan kelembaban relatif (RH) yang diukur pada saat kondisi penghuni atau pengunjung penuh dan kosong, pengukuran lantai pertama diukur sebelum waktu sholat pada pukul 11:00 WIB, sedangkan pengukuran lantai dua diukur setelah waktu sholat selesai pada pukul 12:30 WIB, pengukuran dilakukan di dalam dan di luar ruangan utama pada ketinggian 1,5m, 13 titik pengukuran pada ruang utama, dengan delapan titik dan pada lantai dua untuk balkon yang terpilih untuk mewakili seluruh area sholat, dan empat titik pengukuran di luar ruang utama juga mewakili sisi bagian utara, timur, selatan dan barat, kalkulasi temperatur efektif di setiap titik pengukuran diisi di tabel, untuk ilustrasi, hasil simulasi dan profil temperatur dan skala kenyamanan termal ditunjukkan pada gambar (Soegijanto, 2010).
Gambar 2. Masjid Istiqlal Jakarta
Sumber: Soegijanto, 2010. Study on Thermal Comfort in Istiqlal Mosque
Gambar 3. Titik Pengukuran Lantai Utama
Sumber: Soegijanto, 2010. Study on Thermal Comfort in Istiqlal Mosque
Gambar 4. Titik Pengukuran Lantai Dua
Sumber: Soegijanto, 2010. Study on Thermal Comfort in Istiqlal Mosque
Gambar 5. Kalkulasi Pengukuran Temperatur Efektif diLantai Satu - Dua Sumber: Soegijanto, 2010. Study on Thermal Comfort in Istiqlal Mosque
Gambar 6. Kalkulasi Pengukuran Temperatur Efektif di Balkon Lantai Dua Sumber: Soegijanto, 2010. Study on Thermal Comfort in Istiqlal Mosque
Gambar 7. Hasil simulasi untuk zona central
Sumber: Soegijanto, 2010. Study on Thermal Comfort in Istiqlal Mosque
Gambar 8. Hasil simulasi untuk zona north
Sumber: Soegijanto, 2010. Study on Thermal Comfort in Istiqlal Mosque
Gambar 9. Hasil simulasi zona north-2
Sumber: Soegijanto, 2010. Study on Thermal Comfort in Istiqlal Mosque
Gambar 10. Hasil simulasi zona south-2
Sumber: Soegijanto, 2010. Study on Thermal Comfort in Istiqlal Mosque Area masjid kemudian dibagi menjadi zona, berdasarkan kondisi termal dari ruangan tersebut, lantai utama dibagi menjadi empat zona yaitu central, north, east dan south secara berturut-turut, cahaya matahari langsung tidak
masuk lantai utama pada zona central sedangkan zona north, east dan south menerima cahaya matahari langsung kondisi iklim external, lantai dua pada balkon dibagi menjadi tiga zona dengan nama north-2, east-2, dan south-2, berdasarkan perhitungan temperatur efektif (TE), semua zona mempunyai tingkat kenyamanan termal kondisi optimal (kisaran 22,8 – 25,8°C), pada umumnya, DBT dan RH di semua zona hampir seimbang dengan RH 52%, pada pengukuran pertama, kecepatan udara yang paling tinggi adalah 0,6 m/s pada north, sedangkan yang paling rendah berada di zona central dan zona east, pada pengukuran kedua, kecepatan angin lebih cepat daripada pengukuran pertama, kecepatan angin yang paling cepat berada pada zona north dengan 1,4 m/s dan yang terendah berada pada zona central dan zona east dengan kecepatan kurang lebih sekitar 0,5 m/s, hasil yang serupa juga ditemukan pada pengukuran balkon lantai dua (Soegijanto, 2010).
Hasil yang ditemukan dalam pengukuran selama waktu sholat Jum‟at, dengan jumlah penghuni atau pengunjung penuh pada balkon pada lantai dua tidak terlalu mempengaruhi kenyamanan termal di dalam masjid, dan itu masih berada dalam kisaran tingkat kenyamanan optimal, maka dari itu seharusnya terjadi peningkatan kecepatan angin di sore hari (meskipun peningkatan juga terjadi pada DBT) dan arah dari datangnya angin ke dalam masjid searah dengan arah orang sholat, output dari simulasi adalah temperatur udara luar bangunan (DBT), temperatur udara di setiap zona dalam bangunan (DBT), Mean Radiant Temperature (MRT) dan skala kenyamanan termal berdasarkan dari metode FangerPMV, PierceTSENS, dan KsuTSV (Soegijanto, 2010).
Yang ditemukan bahwa temperatur udara di setiap zona hampir sama, peningkatan temperatur dalam ruangan terjadi bersamaan dengan meningkat- nya jumlah pengunjung yang memasuki masjid, temperatur udara maksimum di dalam ruangan tercapai pukul 12:50 WIB, berhubungan dengan panas yang diberikan oleh pengunjung, setelah waktu sholat temperatur udara meningkat, temperatur udara tertinggi pada zona central, yang mana terisi penuh oleh pengunjung, prediksi kenyamanan termal di semua zona memberikan hasil yang serupa, pada saat kondisi pengunjung sedang kosong, semua zona berada pada tingkat „kenyamanan optimal‟ pada tiga metode kenyamanan termal, skala kenyamanan tertinggi terjadi pada pukul 12:50 WIB pada saat
temperatur maksimal udara di dalam ruangan, pada kondisi ini tiga metode tersebut menunjukkan skala „nyaman hangat‟ oleh karena itu kenyamanan termal di dalam masjid Istiqlal masih berada dalam zona kenyamanan selama waktu sholat Jum‟at (Soegijanto, 2010).
a. Hasil pengukuran yang di ambil sebelum waktu sholat Jum‟at menunjukkan bahwa rentang temperatur efektif dari 25,1°C sampai 25,5°C, ini menunjukkan bahwa kenyamanan termal di dalam Masjid Istiqlal masih berada dalam skala „kenyamanan optimal‟ yaitu 22,8°C sampai 25,8°C (TE), setelah waktu sholat Jum‟at, rentang temperatur dari 24,9°C sampai 25,7°C, yang mana masih berada di antara skala yang sama
b. Hasil simulasi menggunakan Energy Plus menunjukkan bahwa semua zona berada di antara zona nyaman, pada kondisi kosong, kondisi ruang utama berada pada skala „nyaman optimal‟ dan berpindah ke „nyaman hangat‟ sesuai dengan peningkatan jumlah pengunjung dan meningkat- nya temperatur udara
c. Skala Kenyamanan tertinggi „nyaman hangat‟ terjadi pada pukul 12:50 WIB, ini sesuai dengan tiga model kenyamanan termal (Soegijanto, 2010)
C. Studi Pustaka Pencahayaan Buatan 1. Cahaya
Cahaya merupakan suatu bentuk energi yang sangat penting yang dibutuhkan oleh seluruh makhluk hidup yang ada di bumi. Tanpa adanya cahaya kehidupan di bumi pun dipastikan tidak dapat berjalan secara sempurna. Semua makhluk hidup menggantungkan hidupnya baik secara langsung maupun tidak langsung terhadap keberadaan cahaya.
Tumbuh–tumbuhan memanfaatkan cahaya untuk proses fotosintesis yang dapat menghasilkan karbohidrat yang bisa dimanfaatkan untuk kehidupan manusia. Binatang juga memanfaatkan cahaya untuk memperoleh informasi tentang keberadaan lingkungannya. Bahkan ada juga binatang yang benar–benar bergantung pada cahaya seperti Arthopoda dan Chordata.
Tanpa dipungkiri, manusia juga sangat bergantung terhadap keberadaan cahaya. Tanpa cahaya kita tak akan bisa apa–apa, sebagai contohnya proses melihat meskipun mata kita normal tapi jika tidak ada cahaya maka kita tidak akan bisa melihat. Begitu pentingnya peranan cahaya bagi makhluk hidup (Muslimin, 2006).
a. Definisi Cahaya
Cahaya merupakan salah satu contoh gelombang elektromagnetik, yang gelombang yang tidak memerlukan medium sebagai media perambatannya. Misalnya, pada siang hari tampak terang karena cahaya matahari menerangi bumi. Walaupun matahari berada jauh dari bumi dan dipisahkan oleh ruang hampa di ruang angkasa, namun cahaya matahari mampu sampai di bumi. Di sekitar kita, ada banyak sekali benda yang memancarkan cahaya. Benda yang dapat memancarkan cahaya dinamakan sumber cahaya. Ada dua macam sumber cahaya, yaitu sumber cahaya alami dan sumber cahaya buatan. Sumber cahaya alami merupakan sumber cahaya yang menghasilkan cahaya secara alamiah dan setiap saat, contohnya matahari dan bintang (Gambar 11).
Gambar 11. Matahari dan Bintang Sumber (Name, Greenpeace Indonesia, 2013)
Sumber cahaya buatan merupakan sumber cahaya yang memancarkan cahaya karena dibuat oleh manusia, dan tidak tersedia setiap saat, contohnya lampu senter, lampu neon, dan lilin. Sebagaimana salah satu bentuk
gelombang, cahaya memiliki sifat-sifat gelombang, diantaranya cahaya merambat lurus, cahaya dapat dipantulkan dan dapat dibiaskan (Muslimin, 2006).
b. Teori Tentang Cahaya
Cahaya hanya merupakan satu bagian berbagai jenis gelombang elektromagnetis yang terbang ke angkasa. Gelombang tersebut memiliki panjang dan frekuensi tertentu, yang nilainya dapat dibedakan dari energi cahaya lainnya dalam spektrum elektromagnetisnya.
Cahaya dipancarkan dari suatu benda dengan fenomena sebagai berikut:
1) Pijar padat dan cair memancarkan radiasi yang dapat dilihat bila dipanaskan sampai suhu 1000K. Intensitas meningkat dan penampakan menjadi semakin putih jika suhu naik.
2) Muatan Listrik:Jika arus listrik dilewatkan melalui gas maka atom dan molekul memancarkan radiasi dimana spektrumnya merupakan karakteristik dari elemen yang ada.
3) Electro luminescence:Cahaya dihasilkan jika arus listrik dilewatkan melalui padatan tertentu seperti semikonduktor atau bahan yang mengandung fosfor.
4) Photoluminescence: Radiasi pada salah satu panjang gelombang diserap, biasanya oleh suatu padatan, dan dipancarkan kembali pada berbagai panjang gelombang. Bila radiasi yang dipancarkan kembali tersebut merupakan fenomena yang dapat terlihat maka radiasi tersebut disebut fluorescence atau phosphorescence.
Cahaya nampak, seperti yang dapat dilihat pada spektrum elektromagnetik, diberikan dalam Gambar berikut, menyatakan gelombang yang sempit diantara cahaya ultraviolet (UV) dan energi inframerah (panas).
Gelombang cahaya tersebut mampu merangsang retina mata, yang menghasilkan sensasi penglihatan yang disebut pandangan. Oleh karena itu, penglihatan memerlukan mata yang berfungsi dan cahaya yang nampak (Biro Effisiensi Energi, 2005).
Gambar 12. Radiasi yang Tampak Sumber (Biro Effisiensi Energi, 2005)
2. Pencahayaan Buatan
Cahaya buatan (artificial light) adalah segala bentuk cahaya yang bersumber dari alat yang diciptakan oleh manusia, seperti: lampu pijar, lilin, lampu minyak tanah, dan obor (Satwiko, 2008). Menurut (Mark & Benya, 2007) sumber cahaya buatan relatif dapat dikendalikan oleh manusia sesuai dengan waktu dan jumlah yang diinginkan. Sumber-sumber cahaya buatan manusia ini meliputi cahaya yang berasal dari pembakaran kayu, pembakaran minyak, pembakaran gas, lampu listrik, reaksi fotokimia, dan cahaya yang berasal dari berbagai macam reaksi, seperti ledakan.
Penggunaan lampu listrik memiliki keuntungan yang nyata dalam hubungannya dengan kemudahan, keamanan, kebersihan, dan penggunaan energi yang sedikit, sehingga paling banyak digunakan dibandingkan dengan sumber-sumber cahaya buatan manusia lainnya (Mark & Benya, 2007).
Bila penerangan alami tidak dapat memenuhi persyaratan bagi penerangan ruang (dalam bangunan), maka penerangan buatan sangat diperlukan, hal ini disebabkan oleh:
a. Ruangan yang luas
b. Lubang cahaya yang tidak efektif c. Cuaca diluar mendung/hujan
d. Waktu malam hari, dan sebagainya
Perancangan penerangan buatan sebaiknya dilakukan sejak awal perancangan bangunan, untuk itu perlu diperhatikan :
a. Apakah penerangan buatan digunakan tersendiri atau sebagai penunjang/
pelengkap penerangan alami.
b. Berapa intensitas penerangan yang diperlukan.
c. Distribusi dan variasi fluks cahaya yang diperlukan d. Arah cahaya yang diperlukan
e. Warna-warna cahaya yang digunakan dalam gedung dan efek warna yang diinginkan
f. Derajat kesilauan brightness dari keseluruhan lingkung an visual
Intensitas penerangan yang direkomendasikan tidak boleh kurang dari intensitas penerangan dalam tabel berikut yang diukur pada bidang kerja.
Tabel 7. Tingkat Pencahayaan Sumber (Sumardjati, 2008)
No. Macam Pekerjaan
Tingkat Pencahayaan
(Lux)
Contoh Penggunaan 1 Pencahayaan untuk daerah yang
tidak terus menerus diperlukan 20 Iluminasi minimum agar bisa membedakan barang barang.
50 Parkir dan daerah sirkulasi di dalam ruangan.
2 Pencahayaan untuk bekerja di dalam ruangan
100
Kamar tidur hotel, memeriksa dan menghitung stok barang secara kasar, merakit barang besar.
200 Membaca dan menulis yang tidak terus menerus.
2000 Pekerjaan secara rinci dan Presisi
3 Pencahayaan setempat untuk
pekerjaan teliti 350
Pencahayaan untuk perkantoran, pertokoan, gudang, menulis.
400 Ruang Gambar
750 Pembacaan untuk koreksi tulisan, merakit barang kecil.
1000 Gambar yang sangat teliti 2000 Pekerjaan secara rinci dan
Presisi
Secara rinci intensitas penerangan yang direkomendasikan untuk berbagai jenis bangunan/peruntukan dapat dilihat pada tabel berikut.
Tabel 8. Tingkat Pencahayaaan Minimum yang direkomendasikan dan Renderasi Warna
Sumber (Buatan, 2001)
Fungsi ruangan
Tingkat Pencahayaan
(lux)
Kelompok renderasi
warna
Keterangan Rumah Tinggal :
Teras 60 1 atau 2
Ruang tamu 120~250 1 atau 2
Ruang makan 120~250 1 atau 2
Ruang kerja 120~250 1
Kamar tidur 120~250 1 atau 2
Kamar mandi 250 1 atau 2
Dapur 250 1 atau 2
Garasi 60 3 atau 4
Perkantoran :
Ruang Direktur 350 1 atau 2
Ruang kerja 350 1 atau 2
Ruang komputer 350 1 atau 2
Ruang rapat 300 1 atau 2
Perkantoran : Ruang gambar
750 1 atau 2 Gunakan pencahayaan setempat pada meja gambar.
Gudang arsip 150 3 atau 4
Ruang arsip aktif 300 1 atau 2 Lembaga Pendidikan :
Ruang kelas 250 1 atau 2
Perpustakaan 300 1 atau 2
Lembaga Pendidikan :
Laboratorium 500 1
Ruang gambar
750 1 atau 2 Gunakan pencahayaan setempat pada meja gambar.
Kantin 200 1
Hotel dan Restauran : Lobby, koridor
100 1
Pencahayaan pada bidang vertikal sangat penting untuk menciptakan suasana/kesan ruang yang baik.
Ballroom/ruang sidang.
200 1
Sistem pencahayaan harus di rancang untuk menciptakan suasana yang sesuai. Sistem pengendalian “switching” dan
“dimming” dapat digunakan untuk memperoleh berbagai efek pencahayaan.
Ruang makan 250 1
Cafetaria 250 1
Kamar tidur
150 1 atau 2
Diperlukan lampu tambahan pada bagian kepala tempat tidur dan cermin
Dapur 300 1
Rumah Sakit/
Balai pengobatan:
Ruang rawat inap 250 1 atau 2
Ruang operasi, ruang
bersalin 300 1
Gunakan pencahayaan setempat pada tempat yang diperlukan.
Laboratorium 500 1 atau 2
Ruang rekreasi dan
rehabilitasi 250 1
Pertokoan/
Ruang pamer:
Ruang pamer dengan obyek berukuran besar (misalnya mobil)
500 1
Tingkat pencahayaan ini harus di- penuhi pada lantai. Untuk beberapa produk tingkat pencahayaan pada bidang vertikal juga penting.
Toko kue dan makanan 250 1
Toko buku dan alat
tulis/gambar 300 1
Toko perhiasan, arloji. 500 1
Pertokoan/
Ruang pamer:
Toko Barang kulit dan sepatu
500 1
Toko pakaian 500 1
Pasar Swalayan 500 1 atau 2 Pencahayaan pada bidang vertical pada rak barang.
Toko alat listrik (TV, Radio/tape, mesin cuci, dan lain-lain)
250 1 atau 2 Industri (Umum):
Ruang Parkir 50 3
Gudang 100 3
Pekerjaan kasar 100~200 2 atau 3
Pekerjaan sedang 200~500 1 atau 2
Pekerjaan halus 500~1000 1
Pekerjaan amat halus 1000~2000 1 Industri (Umum):
Pemeriksaan warna 750 1
Rumah ibadah:
Mesjid 200 1 atau 2
Untuk tempat-tempat yang mem butuhkan tingkat pencahayaan yang lebih tinggi dapat
digunakan pencahayaan setempat.
Gereja 200 1 atau 2 Idem
Vihara 200 1 atau 2 idem
Perancangan penerangan buatan secara kuantitas dapat dilakukan perhitungan dengan 2 metode yaitu:
a) Metode titik demi titik (point by point method)
Metode ini hanya berlaku untuk cahaya langsung, tidak memperhitungkan cahaya pantulan, dan sumber cahaya dianggap satu titik, serta mempunyai syarat sebagai berikut :
1) Dimensi sumber cahaya dibanding dengan jarak sumber cahaya ke bidang kerja tidak boleh lebih besar dari 1 dibanding 5.
Gambar 13. Sumber Cahaya di Bidang Kerja Sumber (Sumardjati, 2008)
………..(4) Keterangan :
la = lebar armatur
t = tinggi/jarak antara armatur ke bidang kerja 2) Berdasarkan diagram pola intensitas cahaya.
Panjang jari-jari dari 0 ke suatu titik dari grafik menyatakan intensitas cahaya kearah itu dalam suatu candela. Setiap gambar biasanya dilengkapi dengan data yang menunjukan nilai dalam lumen/cd. (misal 500 lumen/cd ; 1000 lumen/cd ; 2000 lumen/cd dan seterusnya). Diagram penyebaran intensitas cahaya ini ada yang berbentuk simetris dan tidak simetris. Untuk yang simetris biasanya hanya digambarkan setengahnya saja. Diagram yang menunjukan karakteristik-karakteristik lampu dan armature ini, dapat diperoleh pada buku katalog dari pabrik yang memproduksinya.
