Strategi Konservasi Energi: Pendekatan Geometri Skyscraper sebagai Respon Iklim Tropis Lembab

Strategi Konservasi Energi:

Pendekatan Geometri Skyscraper sebagai Respon Iklim

Tropis Lembab

FX Teddy Badai Samodra

Program Studi Pascasarjana

Arsitektur Lingkungan - ITS

Kontak Person:

Institut Teknologi Sepuluh Nopember

Kampus ITS – Sukolilo, Surabaya 60111

Telp: 08155145185, E-mail: fxteddybs@plasa.com

Abstrak

Bangunan sebagai kulit ketiga merupakan indikator kualitas arsitektur dalam mengakomodasi potensi fisik. Potensi fisik yang dimiliki adalah bentuk dan pola ilustrasi dan implementasi desain. Dalam konteks arsitektur berkelanjutan, bagaimana bentuk mendeskripsikan hal tersebut?

Energi, iklim adalah issue proyeksi arsitektur, issue ini dieksposisikan sebagai patokan kualitas arsitektur masa datang. Patokan ini didasari oleh variabel bentuk geometri (shape) sebagai pengukurnya dan konservasi sebagai kunci utama.

Skyscraper merupakan aplikasi dari solusi kebutuhan ruang pada dunia yang makin meng-kota. Ken Yeang (1994), menterjemahkan konsep ini sebagai bentuk penyelesaian bioclimatic dalam desain bangunan yang menawarkan respon terhadap iklim tropis lembab. Konsep arsitektur langsing (skyscraper) menjadi terobosan Kean Yeang untuk menjadi jembatan antara kebutuhan kualitas arsitektur (kenyamanan fisik dan psikis) dan kebutuhan ruang.

Atas dasar inilah konsep geometri menjadi solusi konservasi energi dalam konsep respon terhadap iklim (terutama di daerah topis lembab untuk bangunan skyscraper). Namun pada prinsipnya, dalam konsep ini, kita perlu menelusuri apakah aspek geometri (orientasi, luasan perimeter) dapat memberikan kontribusi konservasi energi dengan adanya konsep arsitektur langsing, hal ini seperti dalam konsep selective mode (Dean Hawkes) yang melihat elemen geometri tersebut sebagai aspek yang krusial dan memiliki potensi merespon iklim. Geometri atau bentuk bangunan skyscraper menjadi aspek yang memiliki prospek untuk memberikan klarifikasi dalam pemecahan konsep konservasi energi.

Berdasarkan latar belakang di atas, indikasi permasalahan diarahkan pada bagaimana geometri dapat merespon iklim tropis lembab pada bangunan skyscraper. Selain itu, bagaimana upaya merespon iklim dalam konsep bioclimatic dapat menjadi strategi konservasi energi.

Dalam kontrol lingkungan, permasalahan konservasi energi akan bervariasi dan sangat subjektif. Aplikasi energi juga diposisikan pada kenyataan penggunaan yang berbeda sesuai musim pada kedua mode aplikasi. Dalam exclusive mode, puncak kebutuhan energi akan menjadi kecil dan tidak akan menjadi subjek dari variasi musim., sedang pada selective mode penggunaan energi untuk pemanasan dan pendinginan perlu

mempengaruhi geometri (Kean Yeang, 1994). Ken Yeang mendeskripsikan konsep desain bioclimatic dalam beberapa aspek tentang geometri bangunan: Service cores, orientation, window openings, balconies, transitional spaces, relationship to the street, passive shading devices, insulation and heat stores.

Secara garis besar metode pendekatan konservasi energi melibatkan tiga langkah utama untuk mencapai tujuan, yaitu prediksi respon iklim tropis lembab dalam bangunan, yang terdiri dari tahap identifikasi dan spesifikasi (evaluasi kondisi iklim setempat termasuk potensinya untuk pendinginan pasif), tahap simulasi (realisasi model simulasi kelakukan panas dan sistem optimasinya dalam perencanaan bangunan atau eksplorasi desain), tahap optimasi (evaluasi untuk mendapatkan optimasi aspek panas dalam bangunan pada strategi perencanaan arsitektur dan konsep merespon iklim tropis lembab skyscraper dalam mengkonservasi energi). Metodologi untuk menganalisa konsep diarahkan dengan membuat korelasi antara variabel geometri skyscraper dengan iklim tropis lembab dan energi. Geometri skyscraper dijabarkan dalam sub variabel orientasi, luas perimeter (atap, sistem konstruksi kulit bangunan), dan pertukaran udara. Elemen-elemen tersebut merupakan variabel bebas yang mempengaruhi variabel terikat yaitu respom iklim tropis lembab dan energi. Kajian pembahasan ini diharapkan memberikan jawaban spesifik tentang konsep geometri pada skyscraper sebagai solusi kebutuhan ruang sekaligus strategi merespon iklim tropis lembab dan upaya mengkonservasi energi.

Kata kunci: bioclimatic, geometri, konservasi energi, skyscraper, tropis lembab 1 PENDAHULUAN

Dalam kontrol lingkungan, permasalahan konservasi energi akan bervariasi dan sangat subjektif. Aplikasi energi juga diposisikan pada kenyataan penggunaan yang berbeda sesuai musim pada setiap mode pendekatan. Dalam exclusive mode, puncak kebutuhan energi akan menjadi kecil dan tidak akan menjadi subjek dari variasi musim., sedang pada selective mode penggunaan energi untuk pemanasan dan pendinginan perlu mempertimbangkan kenyamanan lingkungan sebagai bagian yang substansial.

Berdasarkan mode di atas pemasahan akan terdeteksi ketika kita melihat skyscraper mengimplementasikan metode pemecahan / respon iklim tropis lembab. Kita tahu luasan perimeter bangunan tipe ini sangat luas, radiasi yang masuk sangat besar.

Skyscraper merupakan aplikasi dari solusi kebutuhan ruang pada dunia yang makin meng-kota.

Bertentangan dengan konsep Dean Hawkes, Ken Yeang (1994) menterjemahkan konsep ini sebagai bentuk penyelesaian bioclimatic dalam desain bangunan yang menawarkan respon terhadap iklim tropis lembab. Geometri/bentuk bangunan skyscraper menjadi aspek yang memiliki prospek untuk memberikan klarifikasi dalam pemecahan konsep konservasi energi.

Konsep arsitektur langsing (skyscraper) menjadi terobosan Kean Yeang untuk menjadi jembatan antara kebutuhan kualitas arsitektur (kenyamanan fisik dan psikis) dan kebutuhan ruang dalam dunia yang makin meng-kota.

Atas dasar inilah konsep geometri menjadi suatu kontradiksi solusi konservasi energi dalam konsep respon terhadap iklim (terutama di daerah topis lembab untuk bangunan skyscraper). Namun pada prinsipnya, pada konsep ini kita perlu menelusuri apakah aspek geometri (orientasi, luasan perimeter) dapat memberikan konstribusi konservasi energi dengan adanya konsep arsitektur langsing, hal ini seperti dalam konsep selective mode (Dean Hawkes) yang melihat elemen geometri tersebut sebagai aspek yang krusial dan memiliki potensi merespon iklim.

2 LANDASAN TEORI 2.1 Pendekatan Kontrol Lingkungan

Strategi konservasi energi dengan pendekatan geometri dapat ditinjau dalam mode exclusive dan

selective. Pola-pola pendekatan mode ini menurut Dean Hawkes sebagai bentuk seleksi bagi bangunan

sesuai kondisi lingkungan dan iklim yang ada pada tempat tersebut.

Tabel 1. Mode pendekatan energi

exclusive mode selective mode

Lingkungan secara otomatis mengkontrol dan didominasi oleh aspek artifisial

Lingkungan dikontrol oleh kombinasi cara manual dan otomatis dan merupakan variabel campuran dari cara alami dan buatan.

Shape merupakan komposisi yang compact, sebagai upaya meminimalisasi interaksi lingkungan dalam

Shape merupakan komposisi yang menyebar sebagai upaya memaksimalkan penggunaan ambient energi.

Orientasi relatif tidak penting Orientasi merupakan faktor yang krusial

Jendela/bukaan secara umum ukurannya terbatas Jendela/bukaan akan luas pada fasade selatan dan terbatas di belahan utara. Kontrol terhadap matahari diperlukan untuk menghindari efek pemanasan pada musim panas.

Energi bersumber pada generated energi dan jumlahnya yang digunakan relatif konstan pada satu tahun.

Energi merupakan kombinasi ambient dan generated energy. Penggunaannya mengalami puncak pada musim dingin dan free running pada musim panas.

2.2 Kebutuhan Energi

Kebutuhan energi berdasarkan bentuk geometrI dan orientasi menurut Dean hawkes memiliki koefisien pelepasan panas sebagai berikut:

Tabel 2: Kebutuhan energi pada bentuk bangunan

No. Bentuk Koefisien heat loss

(W/0C/m2)

1. Square plan 0.81

2. Rectangle 4:1 0.64

3. Triangle 0.63

Kebutuhan energi diindikasikan oleh beberapa variabel : 1. proteksi dinding

2. indoor temperatur 3. shading

Perbedaan zona iklim memberikan efek pada penempatan orientasi bangunan. Konfigurasi bangunan pada dasarnya mengakomodasi distribusi massa untuk menerima solar shading yang maksimum atau respek terhadap solar gain. Pada letak lintang yang rendah (dekat katulistiwa), permukaan diupayakan untuk memiliki perbandingan yang kecil dengan minimalisasi eksposure pada arah barat dan tiimur. Pada letak lintang yang tinggi, bentuk mengarah pada komposisi silindris (1 : 1 ratio), permukaan memiliki kemampuan untuk menggunakan solar gain sebesarnya. Menurut Ken Yeang (1994), pada masing-masing zona iklim di atas, orientasi memiliki penekanan directional pada posisi lintang untuk merespon solar gain.

Tabel 3: Orientasi bangunan dalam konservasi energi

Bentuk intepretasi iklim tidak hanya mempertimbangkan kondisi global area iklim, namun pada perkembangan desain, ekspos permukaan memiliki kontribusi dalam merespon iklim. Variabel yang menentukan adalah:

basic floor surface (bentuk dasar yang mendeskripsikan permukaan)
floor size (ukuran luasan lantai)

wall surface (luas permukaan dinding)

Untuk daerah tropis lembab, kebutuhan pembayangan ditentukan pada masing-masing fasade, khusunya yang memiliki perimeter terhadap orientasi matahari.

3 METODE PENDEKATAN

Secara garis besar metode pendekatan ini melibatkan tiga langkah utama untuk mencapai tujuan, yaitu prediksi respon iklim tropis lembab dalam bangunan, yang terdiri dari :

1. Tahap identifikasi dan spesifikasi, evaluasi kondisi iklim setempat termasuk potensinya untuk pendinginan pasif.

2. Tahap simulasi, realisasi model simulasi kelakukan panas dan sistem optimasinya dalam perencanaan bangunan (eksplorasi desain).

3. Tahap optimasi, evaluasi untuk mendapatkan optimasi aspek panas dalam bangunan pada strategi perencanaan arsitektur dan konsep merespon iklim tropis lembab skyscraper dalam mengkonservasi energi.

STUDI KASUS OBJEK : MENARA BUDAYA MALAYSIA

ARSITEK : KEAN YEANG

IDENTIFIKASI INFORMASI SPESIFIKASI TYPE BANGUNAN OFFICE

LOKASI KUALALUMPUR

MONTH OBSERVATION BULAN TERPANAS (www.skyscraper.com)

Tabel 4. Spesifikasi variabel objek

N0. OBJEK SIMULASI SPESIFIKASI

1.

ORIENTASI: SOUTH WEST BARAT

LUASAN BUKAAN KACA 80 % LUASAN DINDING 10% UTARA-SELATAN-BARAT LUASAN BUKAAN KACA 10% LUASAN DINDING 80%

2.

ORIENTASI: SOUTH EAST (EKSISTING) LUASAN BUKAAN KACA 80 % LUASAN DINDING 10%

UTARA-TIMUR-BARAT LUASAN BUKAAN KACA 10% LUASAN DINDING 80%

IDENTIFIKASI BAHAN:

DINDING, Brick single 120 mm, plastered both sides, @ 15 mm WINDOW, wood frame, single, clear glass, 6mm

FLOOR, concrete slab on ground, 4 edges exposed

ROOF, flat, concrete slab, plastered, 150 mm, screed+asphalt 75 mm

ANALISA OPTIMASI OBJEK

1. ANALISIS TEMPERATUR INDOOR

Dari proses simulasi objek di atas, kita bisa membuat suatu komparasi temperatur indoor masing-masing objek terhadap To (outdoor) dan rentang kenyamanan (± 260c) dalam grafik berikut:

PROFIL TEMPERATUR 24 JAM

20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 HOURS T E M P E R A T U R ( D E G C ) To Ti Objek1 Ti Objek2 Ambang Atas Nyaman Ambang Bawah Nyaman

Temperatur indoor yang dihasilkan oleh kedua objek menunjukkan fenomena overheating. Rentang kenyamanan yang dihasilkan oleh masing-masing objek diidentifikasi pk.01.00 s/d pk. 06.00 dan pk. 21.00 s/d pk 24.00

2. ANALISIS K-HOURS

Gambar 2. Grafik K-Hours pada objek studi

Dari gambar grafis di atas, diindikasikan bahwa konsep desain Kean Yeang (objek 2-eksisting) ternyata lebih baik dari pada orientasi objek 1. hal ini terjadi karena:

1. Luasan perimeter pada global irradiance tertinggi sangat kecil

2. Pada bagian timur objek 2-eksisting, memiliki bukaan kaca lebih sedikit sedikit dibanding dengan objek 1.

3. Nilai transmisi kaca (bukaan) lebih tinggi daripada dinding, sehingga panas matahari dari luar akan masuk lebih tinggi pada perimeter dengan luasan kaca paling besar.

Dari simulasi (eksplorasi desain ) di atas, kita dapat menelusuri desain yang dilakukan Kean Yeang pada Menara budaya, dalam suatu analisa konsep bioclimatic.

Konsep desain dengan penempatan area service pada area untuk memasukkan cahaya dan angin secara alami selain memblokade heat gain yang berlebihan. Bentuk geometri merespon lingkungan (elips)

GRAFIK K-HOURS 177,74 149,52 24,4 -30 -25 -20 -15 -10-5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130 135 140 145 150 155 160 165 170 175 180 185 190 K -H O U R S OBJEK 1 OBJEK 2 To

Bentuk bangunan menentukan penempatan jendela: o lighting

o shading/blocking radiasi

(a)

Sebagai acuan untuk mengarah ke konservasi energi, orientasi mempertimbangkan sunpath geometry. Sebagai aplikasinya. bukaan pada bentuk bangunan tersebut diminimalisasi pada arah datangnya radiasi.

(b)

Bentuk ellips bangunan meredusi radiasi dan mengoptimalkan aliran angin

Gambar 3a dan 3b. Konsep desain geometri skyscraper oleh Kean Yeang dalam merespon iklim

4 KESIMPULAN

Dari proses optimasi dengan menganalisis rasio antar variabel simulasi dapat ditarik kesimpulan untuk menjawab permasalahan. Dalam kesimpulan ini ditetapkan adanya aspek arsitektur dalam sistem konstruksi bangunan pada pembentukan kinerja termal bangunan dan hasil optimasi (sebagai bentuk respon iklim tropis lembab dan konservasi energi) yang dikorelasikan dalam sistem rasio dari

dalam 24 jam yang memberikan peroide nyaman dan hal ini lebih singkat dari temperature

outdoor (54%)

2. Dari rasio antar profil konstruksi kulit bangunan berdasarkan orientasi, nilai K-Hours pada orientasi objek 1 (eksisting), yaitu ke arah barat daya memberikan hasil lebih baik (paling kecil) dibanding orientasi yang lain. Di sini, prinsip penahan laju panas, total resistance dari konstruksi kulit ini cukup besar karena adanya dominasi dinding yang memiliki resistance termal lebih baik terhadap kaca.

Dari studi referensial dan kasus, beberapa nilai strategis dalam konsep energi kaitannya dengan iklim dan variabel geometri (dengan sub variabel orientasi dan sistem konstruksi kulit bangunan) dapat kita observasi sebagai berikut:

1. Pembahasan arsitektur berkelanjutan diarahkan pada konsep arsitektur berkualitas dengan inidikasi utama pada konservasi energi. Geometri bangunan merupakan salah satu indikator respon iklim torpis lembab dalam konservasi energi.

2. Terdapat dua mode kontrol lingkungan:

 exclusive mode (tergantung pada generated energy)

 selective mode (penggunaan ambient energy- heat dan light).

3. Konservasi energi untuk daerah panas dikonsentrasikan dengan mengeliminasi solar heating, sedang daerah dingin dengan maksimalisasi input radiasi.

4. Dalam konsep geometri bangunan skyscraper, struktur dan core dapat berperan untuk insulasi

panas untuk daerah tropis lembab.

5. Untuk bangunan skyscraper, fenomena yang berperan adalah orientasi. Ada dua aspek yang dipertimbangkan yakni lighting dan radiasi, pemasukan cahaya alami perlu memperhatikan

solar heating. Pemanasan dapat dihapus dengan ventilasi alam (optimasi angin). DAFTAR PUSTAKA

[1] Alexander, Christopher, The Timeless Way of Building. New York, 1979

[2] Frick, H. Eko Arsitektur kutipan dari Le Corbusier. 1922 – Ausblick auf eine Architektur. Bauwelt Fundamente 2. Braunschweig, Wiesbaden, 1982

[3] Gibral, Kahlil, Sang Nabi. Edisi ke-12. Jakarta, 1995

[4] Hawkes, D., The Environmental Tradition. E & FN Sopon. London, 1996

[5] Markus,T.A, Morris, E.N. Building, Climate, and Energy. Pitman Published Limited. London, 1998

[6] Olgyay, Design with Climate. Van Nostrand Reinhod. New York, 1992

[7] Szokolay,S.V. Environmental Science Handbook. The Constuction Press. Lancaster, England, 1980

[8] Szokolay,S.V., Thermal Design of Buildings. RAIA Education Division. Australia, 1987 [9] www.ellipsis.com, Maret 2004

[10] www.skyscraper.com, Maret 2004