OPTIMASI ORIENTASI DAN BUKAAN BANGUNAN
TERHADAP KENYAMANAN TERMAL
(STUDI KASUS : RENCANA BANGUNAN PENDIDIKAN DI PEKANBARU)
ARTIKEL
DODDY ANWAR
1110018322007PROGRAM STUDI MAGISTER TEKNIK ARSITEKTUR
PROGRAM PASCASARJANA
UNIVERSITAS BUNG HATTA
PADANG
BUILDING ORIENTATION AND OPENINGS OPTIMATION FOR THERMAL COMFORT
(case study : Education Building Planning in Pekanbaru)
Doddy Anwar¹, Eko Alvares Z2, Hamdi Nur3
¹Architecture Program, Postgraduate Of Bung Hatta University ² Lecturer at Postgraduate Program Of Bung Hatta University
3
Lecturer at Postgraduate Of Bung Hatta University Email: doddyan@gmail.com
ABSTRACT
Thermal comfortis neededso thatthe humanbodycan workproperly. Planninga school buildinginPekanbaruwill usegreenbuilding conceptstominimize the useof fossil energy. The studyfocusedon the selection ofoptimalbuilding orientationandopeningsin order to obtainthe lowest temperatureatschool so thatusage can beminimized. It requiredtheuseof thermalsimulationsoftwareAutodeskEcotectv. 2011.Base of the analysis ofthe temperatureeverypart of the buildinghas an averageof31.92ºC.The Waytolower the temperature ofspacebetween themis by adjusting theorientation of thebuilding masspositionofthe suncrossingstripes(sunpath). ). So thatdirect lightinto thebuildingcan be reducedbecause ofthis that causesthe room temperature tohigh.The position ofmasses orientationcan best bedone byanalyzingangle of the sunagainstthe building..Educational buildingconsisting ofclassroomstypicallylinedwith openingsshould be arrangedlengthwisedirectionagaintsthe sunpath.Other aspectsthat need to beobservedtoreduce theroom temperatureisby controllingsunlightenteringthrough openingsin theskinof the building.Foreducationbuilding,openingshouldbe madeupin order toavoidsaturationandstuffyatmospherein the room. Wideopeningsshouldbe anticipatedwiththeuseofshadingdevices, so nodirect sunlightenters the room. The besttypes ofshadingdevicesareegg-crate withthe samemeasureoflength, widthandheight.Because theangle of the sunatpeaktemperaturethat is15:00atan angle of 45ºto thehorizontal
Keywords :Thermal comfort, Orientation and Openings, Ecotect
I. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang
Kenyamanan termal sangat dibutuhkan tubuh agar manusia dapat beraktifitas dengan baik (di rumah, sekolah ataupun di kantor/tempat bekerja). Szokolay dalam ‘Manual of Tropical Housing and Building’ menyebutkan kenyamanan tergantung pada variabel iklim (matahari/radiasinya, suhu udara, kelembaban udara, dan kecepatan angin) dan beberapa faktor individual/subyektif seperti pakaian, aklimatisasi, usia dan jenis kelamin, tingkat kegemukan, tingkat kesehatan, jenis makanan dan minuman yang dikonsumsi, serta warna kulit.
Mengatur orientasi dari bangunan sehingga jendela- jendela menghadap ke arah utara-selatan (dengan cara antara lain meletakkan panjang bangunan membujur ke arah timur-barat) untuk mengurangi jumlah sinar matahari yang masuk ke ruang kelas. Apabila memungkinkan, bangunan dapat diorientasikan secara diagonal setidaknya 15 derajat dari garis lintang barat-timur.Teknik seperti ini dapat mengoptimalkan cahaya pagi yang masuk dan mengurangi panas matahari di siang hari tanpa mengurangi aksesibilitas penghawaan. Apabila panjang bangunan tidak dapat dibangun membujur ke arah timur-barat (karena alasan kondisi topografi, orientasi view, dsb), maka bagian bangunan yang terekspose panas matahari dapat diatasi dengan menggunakan bantuan pepohonan, kanopi, dsb
II. TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Penelitian Mengenai Kenyamanan Termal
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. Produktifitas kerja manusia meningkat pada kondisi suhu (termis) yang nyaman (Idealistina , 1991).
2.2Konsep Kenyamanan Thermal
Kenyamanan fisik terdiri dari:
1. kenyamanan ruang (spatial comfort)
2. kenyamanan penglihatan (visual comfort)
3. kenyamanan pendengaran (audial comfort)
4. kenyamanan thermal (thermal comfort).
Lippsmeier menyatakan pada temperatur 26°C TE umumnya manusia sudah mulai berkeringat serta daya tahan dan kemampuan kerja manusia mulai menurun) dengan pembagian suhu nyaman orang Indonesia menurut Yayasan LPMB PU, maka suhu yang kita butuhkan agar dapat beraktifitas dengan baik adalah suhu nyaman optimal (22,8°C - 25,8°C dengan kelembaban 70%). Angka ini berada di bawah kondisi suhu udara di Indonesia yang dapat mencapai angka 35°C dengan kelembaban 80%.
2.3 Orientasi Bangunan
2.3.1 Orientasi Terhadap Matahari
Orientasi bangunan terhadap matahari akan menentukan besarnya radiasi matahari yang diterima bangunan. Semakin luas bidang yang menerima radiasi matahari secara langsung, semakin besar juga panas yang diterima bangunan. Dengan demikian, bagian bidang bangunan yang terluas
2.3.2 Orientasi terhadap Angin (Ventilasi silang)
Kecepatan angin di daerah iklim tropis panas lembab umumnya rendah.Angin dibutuhkan untuk keperluan ventilasi (untuk kesehatan dan kenyamanan penghuni di dalam bangunan). Ventilasi adalah proses dimana udara ‘bersih’ (udara luar), masuk (dengan sengaja) ke dalam ruang dan sekaligus mendorong udara kotor di dalam ruang ke luar
2.4 Elemen ArsitekturPelindung Matahari
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. Untuk itu diperlukan pelindung matahari agar sinar tidak langsung memasuki ruangan.
2.4 Elemen Lansekap
Di samping elemen arsitektur, elemen lansekap seperti pohon dan vegetasi juga dapat digunakan sebagai pelindung terhadap radiasi matahari. Keberadaan pohon secara langsung/tidak langsung akan menurunkan suhu udara di
sekitarnya, karena radiasi matahari akan diserap oleh daun untuk proses
fotosintesa dan penguapan. Efek
bayangan oleh vegetasi akan menghalangi pemanasan permukaan bangunan dan tanah di bawahnya
III. METODA PENELITIAN 3.1 Cara Penelitian
Penelitian ini menggunakan metode Experimental Research, dengan fokus penelitian bertujuan untuk mengetahui kondisi skala tingkat kenyamanan termal ruang yang ada di bangunan Al-Fikri Islamic Green School (AIGS). Pengaruh dari besar dan tata letak bukaan serta orientasi bangunan terhadap lintasan matahari terhadap kenyamanan tiap ruangan
Dalam proses analisis model simulasi, dilakukan beberapa langkah analisis. Langkah pertama, menentukan menggambar ulang bangunan AIGS. Langkah kedua membuat model simulasi yang lebih detail termasuk jenis material, warna serta kerapatan dari material yang digunakan tersebut. Terakhir, langkah ketiga pelaksanaan pengujian dengan bantuan instrumen program software Ecotect v. 2011 .Hasil analisis Ecotect yang berupa temperatur udara rata-rata radiasi, selanjutnya dijadikan input untuk
mendapatkan skala tingkat kenyamanan termal (thermal comfort).
3.2... nalisa Data
Untuk menjalankan perhitungan dalam instrumen simulasi ECOTECT v. 2011, terlebih dahulu memasukkan data pendukung atau input data. Data tersebut berupa deskripsi obyek model bangunan SDIT Al-Fikri dalam bentuk gambar 3 dimensi (penzoningan), yang dibaca dalam model pengaturan zone (zone management). Data lainnya adalah data klimatis (iklim) setempat, dalam penelitian ini menggunakan data klimatis kota Pekanbaru. Data iklim (klimatis) yang berupa suhu udara, kelembaban udara, kecepatan angin, curah hujan dan hal-hal yang berhubungan dengan iklim, dimasukkan dalam kolom data iklim (weather tools).Data utama lainnya yang diperlukan dalam penelitian ini adalah data penggunaan material model simulasi, yang kemudian dimasukkan ke dalam data material (material properties).Setelah semua data terpenuhi, bentuk model simulasi yang tergambar dalam zone-zone, dapat dijalankan melalui program analisa (running program).
IV. PEMBAHASAN DAN TEMUAN PENELITIAN
Gambar Analisa Termal Fasade Arah Selatan Dari hasil analisa secara umum suhu setiap bagian bangunan memiliki rata sebesar 32,42º C. Pada bagian (A) dapat dilihat kondisi suhu berkisar antara 33,8º - 35 º C. Pada bagian (B) dan (C) suhu berkisar antara 31,4º - 32,5º C. Sementara bagian (D) suhu berkisar antara 32º - 33,8º C.
Selanjutnya analisa dilakukan dengan posisi dan komposisi bangunan alternatif untuk mencari suhu terendah dan selanjutnya menganalisa ukuran bukaan, serta alternative bentuk shading device yang diletakkan di depan setiap bangunan. Adapun hasil analisa dapat dilihat dari table berikut ini.
Table Perbandingan Desain Awal dan Akhir ASPEK
RENCANA AWAL RENCANA
AKHIR
SUHU RUANGAN
Rata-rata suhu ruangan 32,42º C
Suhu ruangan terendah 31,4º C yang tertinggi 33,8º C
Rata-rata suhu ruangan 29,83º C Suhu ruangan
BENTUK DASAR U Bentuk rencana berbentuk U terbuka kearah lapangang dan jalan utama
2 JAJAR 2 BARIS Bentuk dasar terbagi menjadi empat massa 2 jajar dan 2 baris masing-masing memanjang kearah tenggara-barat laut memanjang kearah timur-barat dengan grid stuktur sejajara jalan utama
MEMBUJUR TENGGARA-BARAT LAUT Massa berputar dan memanjang kerarah tenggara-timur laut dengan grid struktur berputar 45º. Main Entrance berada pada sisi Tenggara Posisi jendela mengelilingi kulit bangunan
ORIENTASI BARAT DAYA-TIMUR LAUT Posisi jendela hanyaberada di sisi Timur Laut-Barat Daya bangunan.
JENDELA
EMPAT DAUN + EMPAT
BOUVENLIGH Ruangan direncanakan menggunakan AC untuk itu bouvenligh didesain bisa dibuka dan ditutup
ENAM DAUN + EMPAT JALUSI Untuk
memaksimalkan ventilasi silang dengan penghawaan alami maka desain bouvenligh selebar 1m horizontal dan 70cm vertikal ke bawah
EGG CRATE
Sebagai ilustrasi dapat dibandingkan dari gambar rencana awal dan gambar hasil dari analisa
Gambar Site Plan Awal
Dalam rencana awal orientasi bangunan utama adalah arah selatan.
Gambar Site Plan Akhir
Pada site plan akhir bentuk massa bangunan memanjang dari Tenggara ke Barat Laut. Semua bukaan pada sisi memanjang bangunan di beri shading device jenis egg-crate dengan ukuran 40x40cm
Gambar Bentuk Shading Device Egg-Crate
V. KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. Kesimpulan
Berdasarkan hasil simulasi dari beberapa alternatif posisi maupun bukaan bangunan maka dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut :
1. Bangunan sekolah perlu memperhatikan aspek kenyamanan termal dengan pertimbangan banyaknya penghuni dari bangunan ini. 2. Dalam merencanakan bangunan sekolah perlu diperhatikan cara menempatkan posisi orientasi massa bangunan terhadap jalur lintasan matahari (sun path). Agar cahaya langsung yang masuk ke dalam bangunan dapat di kurangi karena ini yang menyebabkan suhu ruangan menjadi tinggi dan tidak nyaman. Posisi orientasi massa terbaik dapat dilakukan dengan cara melakukan analisa sudut matahari terhadap bangunan.
3. Untuk meningkatkan kenyamana termal bangunan sekolah, ruang kelas yang tipikal berjajar sebaiknya disusun memanjang dengan bukaan kearah berlawanan dengan jalur matahari. Sedangkan analisa posisi dan orientasi massa dapat dilakukan secara manual menggunakan tabel sunpath ataupun dengan simulasi komputer.
5.2. Saran
konsep bangunan hijau (green building) yang ramah lingkungan.
Aspek lain yang perlu diperhatikan untuk mengurangi suhu ruangan adalah dengan mengendalikan cahaya matahari yang masuk melalui bukaan di kulit bangunan. Makin kecil sinar matahari masuk ke dalam bangunan maka suhu ruangan akan lebih rendah. Untuk bangunan pendidikan sebaiknya bukaan dibuat maksimal agar dapat menghindari kejenuhan dan suasana pengap di dalam ruangan.Bukaan yang diperlebar sebaiknya diantisipasi dengan menggunakan shading device yang baik, sehingga sinar matahari langsung tidak masuk ke dalam ruangan.Jenis shading device yang terbaik adalah egg-crate dengan ukuran sama antara panjang, lebar dan tingginya. Ini disebabkan karena sudut matahari pada suhu puncak yaitu jam 15.00 berada pada sudut 45º terhadap horizontal.
DAFTAR PUSTAKA
Anonymous (1989), Handbook of Fundamental, Chapter 8:Physiological
Principles,Comfortand Health, ASHRAE, USA.
ASHRAE 55, “Thermal environmental conditions for human occupancy”, AmericanSociety of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers, Inc. 1992.
Brager, G S, De Dear, R, “Climate, Comfort & Natural Ventilation : A new adaptive comfort standard for ASHRAE Standard 55 ”, in : Moving Thermal ComfortStandarts into the 21st Century, Windsor, UK, Loughborough University, 2001, pp.60-77.
Bruel&Kjaer INNOVA, “Thermal Comfort”, Denmark, 1996, 32 pp. http://www.innova.dk
Chand, P K., Bhargava, N.L.V., Krishak, ”Effect of Balconies on Ventilation Inducing Aeromotive Force on Low-rise Buildings”, Building and Environment,.33, 6, 1998, p.385– 396.
De Wall, H;B. “New Recommendations for Building in Tropical Climate”, Building and Environment, Vol.28, No.3, 1993, pp. 271-285.
Direktorat Jenderal Menejemen Pendidikan Dasar dan Menengah, Manual Pembangunan Gedung Sekolah
Gagge,A.P, Fobelet,A.P., and Berglund,L.G, “A Standard Predictive Index of Human Response to The Thermal Environment” ASHRAE Trans., Vol.92, Peat 2B, 1986, pp. 709-730.
Gandemer,J., ”Guide sur la climatisation naturelle de l’habitat en climat tropical humide – Tome 1: Méthodologie de prise en compte des paramètres climatiques dans l’habitat et conseils pratiques”, CSTB, Nantes, 1992, pp. 64-68. Heiselberg, P., Svidt, K. and Nielsen, P V.,
“Characteristics of air flow from open windows“, Building and Environment, Vol.36, 2001, pp. 859-869.
Iftikhar,A., Raja,J., Nicol Fergus,J. McCartney Kathryn, Humphreys Michel,A., “Thermal comfort : use of control in naturally ventilated buildings”, Energy and Buildings, 33, 2001, pp.235-244.
ISO 7730, “Moderate thermal environments – Determination of the PMV and PPD indices and specification of the conditions for thermal comfort”, International Organization for Standardization, Geneva.
Karyono, T.H. (2001), Teori dan Acuan Kenyamanan Termis dalam Arsitektur, Catur Libra Optima,Jakarta.
Kwok,A.G., “Thermal Comfort in Tropical Schools”, ASHRAE Transactions, 1998, 104 (1)
Lippsmeir, G. (1994), Bangunan Tropis, Erlangga, Jakarta.
Mangunwijaya, Y.B. (1981), Pasal- Pasal Penghantar Fisika Bangunan, Gramedia. Jakarta.
Mayer,E, “Objective Criteria for Thermal Comfort”, Building and environment,
Vol.28, No.4, 1993, pp. 399-403. Olgay, V. (1963), Design with Climate:
Bioclimatic Approach to Arvhitectural Regionalism, Princenton University Press,Princenton.
Prianto,E, Houpert,S, Depecker,P, Peneau,JP, “Contribution of numerical simulation with SOLENE to find out the traditional Architecture Type of Cayenne – Guyana
Talarosha, Basaria (2005), MENCIPTAKAN KENYAMANAN
THERMAL DALAM
BANGUNAN, Jurnal Sistem Teknik Industri Vol. 6, No. 3 Juli 2005 Zain, Ismail. (2011) Modul Training
