JRL Vol. 4 No.3 Hal 165-170 Jakarta, September 2008 ISSN : 2085-3866
PENCAHAYAAN RUANG ARSITEKTUR DENGAN FIBER
OPTIC SEBAGAI ALTERNATIF PENCAHAYAAN ALAMI DAN
PEMANFAATAN ENERGI TERBARUKAN
Suryo Anggoro
Pusat Teknologi Lingkungan Badan Pngkajian dan Penerapan Teknologi
Jl. MH. Thamrin No 8 Jakarta 10340 Abstract
Natural daylighting methods for building commonly used windows and facade openings to let sunlight inside the interior of building. Hence, light quality received sometimes inadequate and unoptimal which caused natural lighting being replaced by artifi cial (electric) lighting that lead into dependency of electrical lighting. Fiber optic has a capability of transmitting optical wave including sunlight which already collected throught concentrating sunlight collector. Through fi ber optic sunlight transmitted inside building with better intensity and improved quality than artifi cial produced light.
Key words: daylighting, fi ber optic
1. Pendahuluan
Hingga akhir abad ke-19, cahaya matahari merupakan sumber pencahayaan alami sepanjang hari yang digunakan untuk penerangan interior bangunan. Pencahayaan menjadi sangat penting dalam arsitektur karena kualitas spasial ruang dalam hanya dapat dirasakan dan terlihat secara jelas melalui bantuan pencahayaan. Selain itu pencahayaan merupakan kebutuhan fungsional untuk melaksanakan aktivitas di dalam ruang dan memiliki pengaruh pada estetika dan kesehatan.
Setelah ditemukannya pencahayaan buatan yang menggunakan sumber energi listrik secara efi sien dan murah di pertengahan abad ke-20, menyebabkan pencahayaan alami dari cahaya matahari menjadi tergantikan fungsinya sebagai sumber penerangan interior bangunan. Penerangan listrik merubah persepsi arsitektur tentang pencahayaan dalam ruangan sehingga mengarah pada ketergantungan terhadap
sumber penerangan listrik, seperti yang terjadi dewasa ini. Namun penggunaan penerangan listrik semakin mengarah pada non efi siensi dan pemborosan. Kecenderungan yang terjadi di hampir semua negara sekitar 25% dari energi listrik yang dihasilkan digunakan untuk penerangan (Soydan Y & T en Gin:2002). Ketika terjadi keterbatasan sumber energi, upaya penghematan energi menjadi sebuah keharusan, termasuk upaya efi siensi untuk penerangan bangunan.
Upaya-upaya efi siensi untuk penerangan bangunan telah dilakukan antara lain penggunaan lampu hemat energi atau pemanfaatan photovoltaic serta modifi kasi fasad, jendela dan bukaan dinding bangunan. Kecenderungan yang dilakukan dewasa ini adalah kembali menggunakan sumber cahaya matahari sebagai sumber penerangan. Walaupun sumber cahaya matahari sebagai sumber penerangan memiliki aspek akumulasi panas sebagai efek penyertanya (Fay:2002).
2. Teknologi Fiber Optic
Teknologi fi ber optic diperkenalkan pertama kali pada akhir abad 20 dan banyak dipergunakan dalam teknologi komunikasi karena kemampuannya sebagai penghantar sinyal digital dengan kecepatan sangat tinggi. Kemampuan transmisi fi ber optic hampir tanpa hambatan karena fi ber optic dibuat dengan konsep pantulan total secara internal atau total
internal refl ection (Hecht:1999).
Konsep total internal refl ection sebagai prinsip utama penghantar gelombang optic memungkinkan fi ber optic mampu menghantarkan gelombang cahaya dengan cepat dan efektif. Riset tentang fi ber optic sebagai penghantar cahaya telah dilakukan sejak tahun 1979 oleh peneliti Jepang (Mori, 1979) dengan projek Himawari dan kemudian dilanjutkan oleh beberapa penelitian diantaranya (Cariou, Dugas et al, 1982; Fraas, Pyle et al, 1983; Liang, Fraser Monteiro et al, 1998; Feuermann and Gordon, 1999; Zik, Karni et al, 1999; Jaramillo, del Rio et al, 2000; Andre and Schade, 2002; Ciamberlini, Francini et al, 2003).
Beberapa hasil riset dan penelitian yang telah dilakukan diatas membuktikan fi ber optic dapat digunakan sebagai media penghantar cahaya, khususnya cahaya matahari. Melalui media fi ber optic ini cahaya mampu disalurkan seperti halnya sebuah kabel mampu menghantarkan listrik.
Fiber optic yang digunakan untuk keperluan
telekomunikasi berbeda dengan fi ber optic yang akan digunakan sebagai penghantar cahaya. Perbedaan ini berupa bahan dan diameter fi ber
optic. Thirwell mendeskripsikan fi ber optic untuk
keperluan komunikasi menggunakan bahan dari serat kaca yang sangat kecil (8-62,5 μm) sementara
fi ber optic untuk penghantar cahaya menggunakan
bahan dari plastik fi ber dengan diameter yang berkisar antara 0,1-12mm (Thirwell:2007).
Fiber optic yang menggunakan bahan
plastik fi ber sebagai media penghantar cahaya juga memiliki banyak kelebihan dibanding
fi ber optic berbahan serat kaca. Menurut
Liang, fi ber optic dengan bahan plastik mampu mentransmisikan cahaya dengan kecepatan sangat tinggi, tanpa panas, tanpa sinar infra merah atau ultraviolet (Liang:1998).
3. Pencahayaan Alami Dengan Media
Fiber Optic
Sumber cahaya alami yang paling utama diperoleh dari sinar matahari. Sinar matahari merupakan sumber energi tak terbatas yang secara langsung memberikan kontribusi sebesar 4/5 dari total penyinaran permukaan bumi dan memiliki temperatur warna sebesar 6000o K.. Sekitar 1/5 dari sisa penyinaran permukaan bumi berasal dari langit yang merupakan pembiasan sinar matahari oleh atmosfer bumi (Soydan Y & T en Gin:2002).
Sinar matahari merupakan sumber energi terbarukan dan merupakan sumber cahaya utama penerangan secara alami untuk penerangan ruang arsitektur, terutama ruang dalam bangunan.
Sumber penerangan alami untuk ruang aritektur secara tradisional menggunakan jendela atau bukaan dinding untuk memasukkan sinar matahari ke dalam bangunan. Namun sinar matahari yang masuk melalui jendela dan bukaan dinding memiliki efek samping, seperti pembiasan sinar, silau dan efek radiasi panas yang berpengaruh pada kenaikan temperatur dalam bangunan dan aktivitas pengguna ruang.
Berbeda dengan konsep penerangan alami secara tradisional, fi ber optic mampu memasukkan cahaya matahari ke dalam bangunan dengan konsep penghantaran cahaya melalui media kabel fi ber optic, seperti halnya listrik dihantarkan melalui kabel. Efek samping terutama radiasi panas dapat dihindari, demikian pula silau dan pembiasan.
Sistem pencahayaan alami dengan media fi ber optic menggunakan prinsip penangkapan cahaya yang terfokus. Cahaya matahari ditangkap melalui bidang-bidang cermin yang memantulkan, mengarahkan sekaligus memusatkan ke satu titik, sehingga diperoleh sebuah titik cahaya yang terfokus dengan tingkat intensitas yang sangat tinggi. Biasanya bidang
untuk menangkap cahaya berbentuk piringan cekung atau parabola yang terbuat dari cermin (gbr.2).
Cahaya terkonsentrasi yang diperoleh dari tangkapan cermin parabola selanjutnya diarahkan pada penampang fi ber optic. Intensitas yang tinggi dari cahaya terkonsentrasi ini kemudian dihantarkan oleh kabel untuk digunakan sebagai penerangan di dalam bangunan.
Cahaya yang dihantarkan dan yang terpancar melal ui kabel fi ber optic memiliki kualitas yang sangat baik, setara dengan pencahayaan alami matahari. Berdasarkan hasil riset yang dilakukan oleh Lapsa, Ward dan Maxey kabel fi ber optic dapat menghantarkan cahaya dengan keluaran intensitas sebesar 50.000 lumen dan spektrum warna yang utuh (380nm-730nm) serta tanpa sinar ultraviolet (Lapsa:2006).
Intensitas cahaya sebesar 50.000 lumen mampu untuk memenuhi kebutuhan penerangan ruangan seluas 1000 ft2 atau sekitar 93 m2 . Dengan spektrum cahaya yang utuh, kualitas cahaya untuk penerangan di dalam bangunan menjadi optimal, terutama memiliki efek pada persepsi warna ruang dan warna benda objek Gambar 2. Cermin parabola untuk konsentrasi tangkapan cahaya
yang ada di dalam ruang.
Pencahayaan dengan media fi ber optic juga sangat berbeda dengan pencahayaan tradisional. Cahaya yang dipancarkan pada media fi ber optic berada terpisah dari sumbernya, karena sinar dari sumber cahaya dihantarkan oleh media kabel fi ber
optic dan dipancarkan pada keluaran di akhir kabel
optik. Cahaya yang dihantarkan oleh media fi ber
optic juga bebas dari sinar ultraviolet, karena itu
tidak ada kalor atau panas yang turut dihantarkan menyertai cahaya sehingga tidak memberikan pengaruh pada suhu ruangan yang diterangi. Hal ini memungkinkan penghematan energi untuk pendinginan ruang.
Prinsip penghantaran cahaya melalui media fi ber optic juga memberikan keamanan dan kemudahan yang jauh lebih baik daripada pencahayaan buatan dengan sumber listrik. Pencahayaan dengan media fi ber optic secara murni hanya menyalurkan cahaya energi matahari untuk diteruskan sebagai sumber penerangan. Tidak ada konversi energi, listrik dan proses kimiawi yang terjadi di dalam proses penghantaran cahaya ini. Oleh karena itu proses instalasi dan aplikasi menjadi sangat aman. Aplikasi penerangan dengan media fi ber optic untuk ruang arsitektur yang berfungsi sensitif yang rentan bahaya kebakaran atau ledakan seperti instalasi reaktor nuklir, laboratorium kimia menjadi lebih aman, dibandingkan dengan penerangan buatan dengan sumber listrik. Karena penerangan dengan sumber listrik mempunyai resiko hubungan arus pendek dan percikan api, sehingga harus memiliki perlakuan khusus pada ruang-ruang yang mempunyai fungsi sensitif.
4. Kualitas Cahaya Alami Untuk Penerangan Ruang Arsitektur
Cahaya matahari sebagai sumber cahaya alami memiliki spektrum utuh dengan tingkat besaran 100. Spektrum utuh ini menunjukkan tingkat kualitas cahaya yang diterima berdasarkan kemampuan distribusi pancaran, pancaran yang
dipantulkan oleh objek benda yang terkena cahaya dan fungsi tri-chromatic dari sistem penglihatan manusia (Thirwell:45-47, 2007).
Spektrum utuh yang dimiliki cahaya matahari memberikan kualitas persepsi visual balik yang sangat baik pada objek yang mendapat pencahayaan. Persepsi visual ini terutama berpengaruh sangat besar pada kemampuan penglihatan manusia dan persepsi warna benda (Rea,Deng&Wosley:2005), sehingga melalui pencahayaan alami setiap benda terlihat dan warna menjadi bisa dibedakan dengan mudah dan sangat jelas. Berbeda halnya dengan cahaya buatan yang berasal dari lampu, yang memiliki spektrum parsial dan warna temperatur yang bervariasi, sehingga sering menyebabkan kesulitan visualisasi dan identifi kasi warna objek benda.
Beberapa ruang arsitektur membutuhkan kualitas cahaya dengan spektrum utuh seperti museum, laboratorium seni grafi s dan laboratorium percetakan (Rea, Deng dan Wosley:2005). Tipe ruang arsitektural seperti ini menurut Boyce memiliki kebutuhan khusus berdasarkan faktor besar ukuran objek visual, cahaya kontras tinggi, perbedaan warna yang sangat beragam dan kualitas daya tangkap retina yang baik.
Kualitas cahaya di dalam ruang memiliki peran penting bagi sebuah ruang arsitektur. Sebuah ruang arsitektur ditentukan berdasarkan fungsinya dan untuk berfungsi secara efektif dan optimal ruang membutuhkan penerangan supaya kegiatan dapat berlangsung di dalamnya. Manusia sebagai pengguna ruang dipengaruhi secara psikologis dan fi siologis oleh berbagai spektrum cahaya yang dihasilkan oleh berbagai sumber cahaya (Edwards dan Torcellini:2002). Menurut penelitian yang telah dilakukan oleh Robbins, cahaya alami matahari memberikan dampak pada peningkatan mood, keseimbangan jiwa, menurunkan kelelahan dan mengurangi kelelahan mata. Mata manusia juga berfungsi secara maksimal pada kondisi cahaya dengan spektrum utuh yang bersumber dari cahaya
alami matahari (Robbins:1986).
Sebagian besar penerangan buatan yang bersumber dari lampu fl uorescent memiliki sinar yang terkonsentrasi pada spektrum cahaya kuning-hijau untuk mencapai tingkat lumen optimal per watt. Spektrum parsial yang digunakan oleh penerangan buatan ini mengakibatkan ketidakseimbangan dan memperpendek spektrum warna biru sehingga mengakibatkan penglihatan mata tidak berfungsi secara normal (Ott Boplight Systems:1997).
5. Kesimpulan
Pencahayaan alami dengan media fi ber
optic merupakan teknologi alternatif untuk
memanfaatkan cahaya matahari sebagai sumber energi terbarukan yang melimpah, terutama di daerah tropis. Dalam upaya penghematan energi, pencahayaan fi ber optic memiliki beberapa kelebihan dibandingkan dengan pencahayaan buatan. Pencahayaan dengan
fi ber optic memanfaatkan prinsip hantaran
cahaya sehingga cahaya matahari ditangkap dan diteruskan melalui kabel optic. Hal ini menyebabkan kualitas cahaya yang terpancar memiliki tingkat spektrum yang mendekati spektrum alami cahaya matahari. Proses instalasi dan aplikasi juga menjadi semakin mudah dan semakin aman untuk dipergunakan pada ruang-ruang arsitektur yang membutuhkan
tingkat pencahayaan dan yang rentan bahaya.
Daftar Pustaka
1. D Liang, 1998, Fibre-optic Solar Energy
Transmission and Concentration, Solar Energy Materials and Solar Cells, vol 54,
:323-331.
2. Earl,DD, JD Muhs., 2003, Modeling and
Evaluation of Chromatic Variations in a Hybrid Solar/Electric Lighting System,
International Solar Energy Conference, Island
3. Edwards, L. dan P. Torcellini, 2002, A
Literature Review of the Effects of Natural Light on Building Occupants, Technical
Report National Renewable Energy, Golden Co.
4. Fay, Charles, 2002, Daylighting and
Productivity: A Literature Review, The
Lighting Research Center, Rensselaer Polytechnic Institute, New York
5. Hecht, Jeff, 1999, City of Light: The Story
of Fiber Optics, Oxford University Press,
New York :2-11.
6. Lapsa, V., 2006, Hybrid Solar Lighting
Provides Energy Savings and Reduces Waste Heat, Oak Ridge National
Laboratory, Oak Ridge
7. Ott Boplight Systems, Inc., 1997, Ergo
Biolight Report, California
8. Rea, Mark, Lei Deng dan Robert Wosley, 2005, Full Spectrum Light Sources, Lighting Answers, ed.17
9. Robbins, Claude L., 1986, Daylighting
Design and Analysis, Van Nostrand
Reinhold Company, New York: 4-13. 10. Soydan Y & T en Gin, 2002, Lighting
Building Interiors Requiring Lighting at Day Times by Conveying Daylight, Journal
Departement of Mechanical Engineering Sakarya University, Esentepe, Turkey. 11. Thirwell, David, 2007, A Feasibility
Assessment of a Full Spectrum Hybrid Fiber Optic Lighting System for Buildings,
