TEMU ILMIAH IPLBI 2013
Analisis Gejala Perubahan Iklim Berbasis Karakteristik Data Radiasi Matahari di Makassar Ramli Rahim(1),Baharuddin Koddeng(2),Triyatni Martosenjoyo(3),Husni Kuruseng(4), Samsuddin Amin(5) (1) (2) (3) (4) (5)
Laboratorium Laboratorium Laboratorium Laboratorium Laboratorium
Sains Sains Sains Sains Sains
dan dan dan dan dan
Teknologi Teknologi Teknologi Teknologi Teknologi
Bangunan, Bangunan, Bangunan, Bangunan, Bangunan,
Jurusan Arsitektur, Jurusan Arsitektur, Jurusan Arsitektur, Jurusan Arsitektur, Jurusan Arsitektur,
Fakultas Fakultas Fakultas Fakultas Fakultas
Teknik, Teknik, Teknik, Teknik, Teknik,
Universitas Hasanuddin Universitas Hasanuddin Universitas Hasanuddin Universitas Hasanuddin Universitas Hasanuddin
Abstrak Dalam proses perencanaan dan perancangan bangunan disyaratkan memperhatikan kondisi iklim setempat yang terdiri dari faktor-faktor yang akan berpengaruh terhadap : i) kenyamanan bangunan, ii) keselamatan bangunan, dan iii) ketahanan bangunan. Selanjutnya dalam penggunaannya, bangunan harus mampu memberikan kenyamanan (baik psikis maupun fisik) kepada penghuninya dan bahwa bangunan perlu hemat terhadap pemakaian energi. Salah satu kenyamanan adalah kenyamanan termal dalam ruangan yang dipengaruhi oleh komponen : luminansi langit, radiasi langsung dan radiasi pantul/difus. Penelitian ini mengevaluasi data hasil pengukuran dan menghitung nilai dan karakteristik radiasi global dan difus berdasarkan fluktuasi harian, bulanan dan tahunan yang diklasifikasikan atas jenis kondisi langit. Kedua data tersebut merupakan komponen yang sangat diperlukan dalam berbagai perhitungan dan aplikasi penggunaan cahaya sianghari dan pengaruh radiasi pada bangunan. Untuk kemudahan pertukaran data internasional, hasil analisis disajikan sesuai metode pengolahan data internasional (tabel dan grafik bulanan dan tahunan dalam interval waktu 30 menit dan interval ketinggian matahari 6 derajat). Kata-kunci : Radiasi matahari, Radiasi global dan difus, Pengukuran data, Perubahan iklim
Pengantar Indonesia yang terletak pada garis katulistiwa dengan iklim tropis menerima energi dan cahaya siang hari yang sangat cukup, gratis dan tersedia sepanjang tahun. Namun kenyataannya, banyak hasil rancangan arsitektur (bangunan) yang masih tergantung pada penggunaan listrik pada siang hari khususnya untuk pencahayaan ruangan. Bangunan yang gagal menghemat dalam pemakaian energi, akan menjadi mahal secara operasional. Perbedaan tempat dan perubahan kondisi langit yang terjadi sepanjang tahun memberikan kesulitan untuk menetapkan acuan dalam berbagai perhitungan dasar penggunaan pencahayaan alami. Kesulitan tersebut menyebabkan banyak arsitek dan ahli bangunan di Indonesia meng-
ambil jalan pintas dengan membuat asumsi sendiri atau menggunakan hasil penelitian yang berdasarkan data dan acuan ataupun perangkat lunak komputer dari negara lain yang letak geografis dan kondisinya berbeda dengan Indonesia. Analisis dengan asumsi yang berbedabeda atau pemakaian acuan dari negara lain, tentunya akan memberikan hasil yang tidak optimal dan memperkecil upaya pengembangan acuan baru yang lebih sesuai dengan kondisi Indonesia. Penelitian ini mengevaluasi data hasil pengukuran dan menghitung nilai dan karakteristik radiasi global dan difus berdasarkan fluktuasi harian, bulanan dan tahunan yang diklasifikasikan atas jenis kondisi langit. Kedua data tersebut merupakan komponen yang sangat diperluProsiding Temu Ilmiah IPLBI 2013 | E - 33
Analisis Gejala Perubahan Iklim Berbasis Karakteristik Data Radiasi Matahari di Makassar
kan dalam berbagai perhitungan dan aplikasi pengaruh radiasi pada bangunan. Berdasarkan latar belakang dan urgensi penelitian, permasalahan dalam penelitian dapat dirumuskan sebagai berikut: 1. Bagaimana karakteristik Radiasi Global (Eeg) untuk masing-masing jenis kondisi langit? 2. Bagaimana karakteristik Radiasi Difus (Eed) untuk masing-masing jenis kondisi langit? Metode Penelitian Obyek penelitian adalah pengolahan dan analisis hasil pengukuran Data tahun 1995-2000 dan 2010 (Total data: 1.390.527) dan 2010 (Total data: 6.971). Koleksi data hasil pengukuran meliputi: Luminansi Global dan Difus (Evg dan Evd), Radiasi Global dan Difus (Eeg dan Eed). Selanjutnya setiap hari pengukuran dilengkapi dengan masing-masing gambar fluktuasi data harian untuk radiasi global (Eeg) dan difus (Eed). Dalam upaya memperoleh hasil pengukuran yang akurat sebelum data dievaluasi dan diolah, diperlukan pemeriksaan data melalui suatu tahapan meliputi: evaluasi awal (quantity control) dan proses kendali mutu (quality control) sesuai dengan pedoman dari IDMP-CIE. Evaluasi awal meliputi evaluasi pelaksanaan pengukuran untuk mengetahui kuantitas hasil pengukuran, meliputi: jumlah hari pengukuran, pengukuran yang sempurna, pengukuran yang kurang sempurna/gagal dan total data terekam untuk setiap komponen pengukuran. Tahapan selanjutnya adalah proses kendali mutu yang dimaksudkan untuk mengetahui kualitas hasil pengukuran dengan membandingkan nilai antar komponen. Tabel 1 menunjukkan hasil kontrol baku data tahun 1995-2000. Tahap I
Tahap II
(1) (2) (3) (4) (1)
0 < Evg < 1.2 E.T.I. 0 < Eeg < 1.2 E.T.R. 0 < Evd < 0.8 E.T.I. 0 < Eed < 0.8 E.T.R. Evd < Evg + 10%
E - 34 | Prosiding Temu Ilmiah IPLBI 2013
(2) Eed < Eeg + 10% dimana E.T.I. and E.T.R. masing-masing adalah extraterrestrial normal iluminansi dan radiasi. E.T.I. = 127.5 klx; E.T.R. = 1367 W/m2. Tabel 1. Jumlah Hari Pengukuran, Data Terekam dan Hasil Kontrol Baku 1995-2000 Bulan Januari Februari Maret April Mei Juni Juli Agustus September Oktober Nopember Desember Total
Jumlah Hari Ukur 180 162 182 175 184 164 181 183 172 173 158 162 2.076
Jumlah Data Terekam 111.026 113.260 116.145 112.318 118.342 110.876 127.328 129.852 123.466 125.619 107.425 74.870 1.390.527
Data Hasil Kontrol Baku 90.400 100.740 105.507 102.578 118.342 110.876 127.328 129.852 113.425 113.658 96.880 82.637 1.292.223
(%) 83.42 88.95 90.84 91.33 100.00 100.00 100.00 100.00 91.87 90.48 90.18 87.11 92.93
Sumber: Laboratorium Sains dan Teknologi Bangunan, Jurusan Arsitektur Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin
Pengolahan data dilakukan sesuai metode pengolahan data dari IDMP sebagai berikut: 1. Rata-rata bulanan dan tahunan, standar deviasi, jumlah data, maksimum dan minimum, dalam interval setiap 6° ketinggian matahari (pagi dan sore). 2. Rata-rata bulanan/tahunan, standar deviasi, jumlah data, maksimum dan minimum, dalam interval setiap 30 menit (pagi dan sore). Analisis dan Interpretasi Pengolahan data radiasi global dilakukan sesuai pedoman IDMP dengan format: rata-rata bulanan, standar deviasi, jumlah data, maksimum dan minimum, masing-masing dalam interval: 1.
Setiap 6° ketinggian matahari (pagi dan sore),
2.
Setiap 30 menit.
1.
Radiasi Matahari Global Bulanan
Dengan metode yang sama, pengolahan data luminansi difus dilakukan sesuai pedoman IDMP. Tabel 2 dan gambar 1 memperlihatkan contoh hasil pengolahan data radiasi global dalam
Ramli Rahim
interval 6° ketinggian matahari pada bulan Maret 1995. Tabel 2. Contoh hasil pengolahan data radiasi global dalam interval ketinggian matahari 6° Januari 1995 (W/m2) Ketinggian Matahari (°)
Nilai Rata-rata
Standar Deviasi
Jumlah Data
Nilai Maksimum
Nilai Minimum
0- 6 6 - 12 12 - 18 18 - 24 24 - 30 30 - 36 36 - 42 42 - 48 48 - 54 54 - 60 60 - 66 66 - 72 72 - 78 78 - 84 84 - 90 90 - 84 84 - 78 78 - 72 72 - 66 66 - 60 60 - 54 54 - 48 48 - 42 42 - 36 36 - 30 30 - 24 24 - 18 18 - 12 12 - 6 6-0
33 69 139 207 269 332 380 423 467 499 513 521 542
9 25 28 30 33 45 61 69 74 88 103 180 222
223 374 386 453 523 578 623 669 709 756 814 906 940
99 174 305 356 454 929 1141 1239 1187 1263 1340 1316 1391
24 36 68 125 188 212 228 312 338 442 448 454 454
545 542 517 481 447 401 342 278 211 145 81 50 37
95 90 82 80 77 67 53 46 40 33 23 20 18
934 904 812 743 705 668 623 598 563 512 487 367 242
1463 1350 1314 1128 1081 871 701 561 425 295 181 117 92
122 462 422 362 226 220 182 165 112 104 42 22 2
Tabel 3. Contoh hasil pengolahan data radiasi difus dalam interval waktu 30 menit Februari 1995 (W/m2) Interval Waktu
Nilai
Jumlah Data
Nilai
Rata-rata
Standar Deviasi
Nilai
30 menit
Maksimum
Minimum
13 30 133 203 289 315 346 384 432 449 446 469 496 467 441 436 430 415 330 201 169 148 120 41 14
6 17 51 72 91 92 96 109 143 134 119 116 120 111 111 99 76 69 58 91 83 65 48 31 7
584 622 618 623 621 628 627 610 612 612 628 630 630 627 629 612 623 628 622 630 625 628 628 627 377
43 82 254 399 469 558 531 832 875 960 684 700 761 736 770 617 627 606 456 352 330 244 200 131 45
2 11 2 20 16 15 2 149 152 194 223 223 25 247 258 218 231 145 26 10 10 9 12 6 3
05:31-06:00 06:01-06:30 06:31-07:00 07:01-07:30 07:31-08:00 08:01-08:30 08:31-09:00 09:01-09:30 09:31-10:00 10:01-10:30 10:31-11:00 11:01-11:30 11:31-12:00 12:01-12:30 12:31-13:00 13:01-13:30 13:31-14:00 14:01-14:30 14:31-15:00 15:01-15:30 15:31-16:00 16:01-16:30 16:31-17:00 17:01-17:30 17:31-18:00 18:01-18:30
Gambar 2. Contoh hasil pengolahan data radiasi difus dalam interval waktu 30 menit pada bulan Februari 1995 (W/m2)
3.
Gambar 1. Contoh hasil pengolahan data radiasi global dalam interval 6° ketinggian matahari pada bulan Maret 1995 (W/m2)
2.
Radiasi Matahari Difus Bulanan
Tabel 3 dan gambar 2 memperlihatkan contoh hasil pengolahan data radiasi difus dalam interval waktu 30 menit pada bulan Februari 1995.
Karakteristik Global Radiasi Matahari
Proses penentuan karakteristik nilai radiasi matahari dilakukan melalui analisis data bulanan setiap komponen global radiasi berdasarkan pengolahan data masing-masing dalam interval ketinggian matahari 6° dan dalam interval waktu 30 menit. Tabel 4 dan 5 memperlihatkan persamaan dan standar deviasi radiasi matahari global dalam interval ketinggian matahari 6° dan interval waktu 30 menit tahun 1995.
Prosiding Temu Ilmiah IPLBI 2013 | E - 35
Analisis Gejala Perubahan Iklim Berbasis Karakteristik Data Radiasi Matahari di Makassar Tabel 4. Eeg Interval Ketinggian Matahari 6° 1995 Bulan Januari Februari Maret April Mei Juni Juli Agustus September Oktober Nopember Desember
Persamaan Polynomial y = -2.727x2 + 83.05x y = -3.429x2 + 104.4x y = -3.667x2 + 111.7x y = -4.269x2 + 130.0x y = -3.968x2 + 119.8x y = -4.282x2 + 130.3x y = -3.782x2 + 115.1x y = -3.513x2 + 106.9x y = -3.427x2 + 104.4x y = -3.376x2 + 102.8x y = -3.398x2 + 103.4x y = -3.510x2 + 106.8x -
71.08 91.03 97.36 112.1 86.45 109.3 99.64 91.55 90.99 89.62 89.26 91.47
Standar Deviasi R² = 0.985 R² = 0.988 R² = 0.988 R² = 0.986 R² = 0.981 R² = 0.981 R² = 0.983 R² = 0.985 R² = 0.988 R² = 0.988 R² = 0.986 R² = 0.985
Tabel 5. Eeg Interval Waktu 30 Menit 1995 Bulan Januari Februari Maret April Mei Juni Juli Agustus September Oktober Nopember Desember
4.
Persamaan Polynomial y = -4.148x2 + 105.6x y = -5.367x2 + 148.3x y = -5.704x2 + 157.9x y = -5.676x2 + 150.4x y = -5.021x2 + 133.0x y = -5.360x2 + 144.6x y = -4.811x2 + 131.2x y = -4.865x2 + 133.4x y = -5.067x2 + 134.3x y = -4.974x2 + 128.3x y = -4.750x2 + 121.1x y = -4.198x2 + 114.1x -
140.7 313.4 344.9 164.5 128.1 188.5 157.8 254.5 202.3 148.2 138.9 70.04
Standar Deviasi R² = 0.916 R² = 0.954 R² = 0.974 R² = 0.954 R² = 0.971 R² = 0.969 R² = 0.980 R² = 0.976 R² = 0.980 R² = 0.977 R² = 0.944 R² = 0.963
Karakteristik Difus Radiasi Matahari
Proses penentuan karakteristik nilai radiasi matahari dilakukan melalui analisis data bulanan setiap komponen difus radiasi berdasarkan pengolahan data masing-masing dalam interval ketinggian matahari 6° dan dalam interval waktu 30 menit. Tabel 6 dan 7 memperlihatkan persamaan dan standar deviasi radiasi matahari difus dalam interval ketinggian matahari 6° dan interval waktu 30 menit tahun 1995. Tabel 6. Eed Interval Ketinggian Matahari 6° 1995 Bulan Januari Februari Maret April Mei Juni Juli Agustus September Oktober Nopember Desember
Persamaan Polynomial y = -1.659x2 + 51.18x - 25.04 y = -1.869x2 + 58.00x + 18.13 y = -1.377x2 + 42.57x + 24.36 y = -1.369x2 + 42.48x + 15.12 y = -1.572x2 + 48.75x + 24.64 y = -1.227x2 + 38.05x + 24.80 y = -1.232x2 + 38.21x + 19.31 y = -0.912x2 + 28.31x + 12.13 y = -0.897x2 + 27.85x + 8.221 y = -1.167x2 + 36.21x + 10.68 y = -1.192x2 + 37.00x + 13.17 y = -1.697x2 + 52.64x + 22.56
Standar Deviasi R² = 0.981 R² = 0.963 R² = 0.958 R² = 0.961 R² = 0.953 R² = 0.951 R² = 0.953 R² = 0.958 R² = 0.962 R² = 0.962 R² = 0.961 R² = 0.958
Tabel 7. Eed Interval Waktu 30 Menit 1995 Bulan Januari Februari Maret April Mei
Persamaan Polynomial y = -2.334x2 + 57.88x - 11.17 y = -3.417x2 + 93.95x - 179.2 y = -2.669x2 + 73.62x - 117.5 y = -2.049x2 + 54.60x + 0.299 y = -2.301x2 + 61.12x - 17.30
E - 36 | Prosiding Temu Ilmiah IPLBI 2013
Standar Deviasi R² = 0.964 R² = 0.964 R² = 0.970 R² = 0.940 R² = 0.944
Juni Juli Agustus September Oktober Nopember Desember
5.
y y y y y y y
= = = = = = =
-1.761x2 -1.818x2 -1.462x2 -1.385x2 -1.839x2 -2.092x2 -2.532x2
+ + + + + + +
49.94x 50.35x 40.82x 37.12x 48.09x 54.06x 67.26x
-
21.29 23.51 57.64 10.68 26.07 35.35 24.30
R² R² R² R² R² R² R²
= = = = = = =
0.944 0.975 0.950 0.955 0.959 0.968 0.977
Karakteristik Radiasi Matahari menurut Jenis Kondisi Langit
Berdasarkan pemisahan data menurut jenis kondisi langit pada penelitian sebelumnya, dapat dirumuskan karakteristik radiasi matahari untuk kondisi langit cerah, berawan, dan mendung: Eeg-cerah
: y = -5.676x2 + 150.4x - 164.5
Eeg-berawan : y = -4.148x2 + 105.6x - 140.7 Eeg-mendung : y = -4.750x2 + 121.1x - 138.9 Eed-cerah
: y = -2.049x2 + 54.60x + 0.299
Eed-berawan : y = -2.334x2 + 57.88x - 11.17 Eed-mendung : y = -1.385x2 + 37.12x - 10.68 Kesimpulan dan Saran Dari dukungan seri data yang lengkap dalam waktu yang panjang tersebut, penelitian ini menghasilkan analisis radiasi matahari global dan difus berdasarkan fluktuasi harian, bulanan dan tahunan. Hasil analisis disajikan dalam bentuk tabel dan grafik bulanan dan tahunan dalam interval waktu 30 menit dan interval ketinggian matahari 6 derajat. Selanjutnya analisis data harian, bulanan dan tahunan menghasilkan nilai kumulatif untuk radiasi matahari global dan difus berdasarkan jenis kondisi langit (cerah, berawan, dan mendung). Hasil pengolahan data dalam bentuk table dan grafik mmemberikan gambaran awal gejala perubahan iklim menunjukkan fluktuasi nilai yang berbeda setiap tahun dengan pola/bentuk fluktuasi yang sama dari tahun ke tahun. Nilai tertinggi terjadi pada tahun 1995 dan terendah pada tahun 1996. Nilai rata-rata hampir sama terjadi pada tahun 1997, 1998, 1999, dan 2000. Penelitian ini akan dilanjutkan dengan data hasil pengukuran yang telah dilaksanakan sejak ta-
Ramli Rahim
hun 2012 hingga sekarang sehingga analisis perubahan iklim bisa lebih akurat dan rinci serta memberi kemungkinan prediksi iklim di masa mendatang. Ucapan Terima Kasih Penghargaan yang tinggi disertai ucapan terima kasih kepada Lembaga Penelitian dan Pengabdian pada Masyarakat (LPPM), Universitas Hasanuddin yang telah mensponsori penelitian ini dengan Dana Hibah Penelitian Kompetensi Laporatorium BOPTN 2013. Terima kasih disampaikan kepada anggota tim penelitia yang telah terlibat secara aktif dalam pelaksanaan penelitian ini. Daftar Pustaka Baharuddin. et al. (2010). Daylight Availability in Hong Kong: Classification into Three Sky Conditions, Journal Architectural Science Review, ASRE (ISSN: 0003-8628 (print), 1758-9622 (online) www. earthscan.co.uk/journals/asre). Volume 53, 2010, pp. 396-407. Departemen Pekerjaan Umum. (1993). Standar Tata
Cara Perencanaan Teknis Konservasi energi pada Bangunan Gedung (SK SNI T-14- 1993-03). Bandung: Yayasan Lembaga Penelitian Masalah Bangunan. Koga, Y. et al. (1993). Study on Luminous efficacy; the relation to cloud ratio, Lux Europa 1993, April 1993, pp. 799-803. Lippsmeier, G. (1994). Bangunan Tropis. Alih bahasa Syahmir Nasution. Erlangga. Jakarta. Rahim, MR. (1994). Stasiun Pengukuran Data Illuminansi dan Radiasi Matahari di Ujung Pandang, Makalah pada Simposium Nasional Fisika XV 1994, Surabaya, 11-13 Desember 1994. Rahim, MR. (1995). International Daylight Measurement Programme, Makalah pada Workshop Nasional KPDA, UPT Hujan Buatan-BPPT Jakarta, Maret 1995. Rahim, R. et.al. (2004). Classification of Daylight and Radiation Data into Three Sky Conditions by Cloud Ratio and Sunshine Duration, Journal Energy and Buildings, Elsevier, Volume 36, 2004 pp. 660-666. Rahim, MR. dkk. (2005). Aplikasi Distribusi Luminansi
Langit dan Tingkat Ketersediaan Luminansi Horizontal dalam Perancangan Pencahayaan Bangunan di Indonesia, RUT X – Kementerian Riset dan Teknologi dan Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia (2003-2005). Prosiding Temu Ilmiah IPLBI 2013 | E - 37
