OPTIMASI ORIENTASI DAN BUKAAN BANGUNAN TERHADAP KENYAMANAN TERMAL (STUDI KASUS : RENCANA BANGUNAN PENDIDIKAN DI PEKANBARU)
ARTIKEL
DODDY ANWAR 1110018322007
PROGRAM STUDI MAGISTER TEKNIK ARSITEKTUR PROGRAM PASCASARJANA UNIVERSITAS BUNG HATTA PADANG 2013
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:
[email protected] 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.
Indonesia mempunyai iklim tropis dengan karakteristik kelembaban udara yang tinggi (dapat mencapai angka 80%), suhu udara relatif tinggi (dapat mencapai hingga 35ºC), serta radiasi matahari yang menyengat serta mengganggu.Yang menjadi persoalan adalah bagaimana menciptakan kenyamanan termal dalam bangunan dalam kondisi iklim tropis panas lembab seperti di atas.Tulisan ini mengulas hal-hal yang berkaitan dengan kenyamanan termal dan konsep-konsep untuk dapat menciptakan kenyamanan termal di dalam bangunan pada daerah iklim tropis panas lembab.
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 Apabila posisi bangunan pada arah Timur dan Barat tidak dapat dihindari, maka
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 Analisa dilakukan pada lantai paling tinggi setiap bagian bangunan. Analisa bagian paling timur (A) dan paling barat (D) dilakukan di lantai 2 setinggi 1 m dari atas lantai. Sementara bagian sebelah kanan tangga (B) dan bagian sebelah kiri tangga (C) dilakukan di lantai 3 setinggi 1 m diatas lantai. Analisa setinggi 1 m dilakukan dengan asumsi suhu yang terasa pada saat posisi orang duduk.
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.
ASPEK
SUHU RUANGAN
BENTUK MASSA
RENCANA AWAL
RENCANA AKHIR
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 terendah 29,4º C yang tertinggi 31,2º C
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 MEMBUJUR TENGGARABARAT LAUT Massa berputar dan memanjang kerarah tenggara-timur laut dengan grid struktur berputar 45º. Main Entrance berada pada sisi Tenggara di depan ruang parkir
ORIENTASI MASSA
MEMANJANG TIMUR-BARAT Massa berbentuk U memanjang kearah timur-barat dengan grid stuktur sejajara jalan utama
ORIENTASI JENDELA
EMPAT SISI BANGUNAN Posisi jendela mengelilingi kulit 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 atas jendela dibuat jalusi
SHADING
PANEL AWNING 1 M Panel beton awning berada diatas kusen bouvenligh selebar 1m horizontal dan 70cm vertikal ke bawah
EGG CRATE 40CMX40CM Shading Eggcrate penuh menutupi bidang jendela. Jarak antara Eggcrate dan jendela 60cm
ORIENTASI BARAT DAYATIMUR LAUT Posisi jendela hanyaberada di sisi Timur Laut-Barat Daya bangunan.
Table Perbandingan Desain Awal dan Akhir
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
5.1.
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.
Gambar Bentuk Shading Device Egg-Crate
V. KESIMPULAN DAN SARAN
Kesimpulan
Saran Penelitian mengenai kenyamanan termal tidak terbatas pada orientasi massa dan bukaan bangunan saja. Akan tetapi masih banyak aspek lain yang dapat mempengaruhinya. Perlu dilakukan penelitian lanjutan untuk mencari faktor-faktor lain yang dapat memberikan kontribusi terhadap penurunan suhu agar tercapai kenyamanan optimal dalam bangunan.Sebaiknya penelitian difokuskan pada pengendalian pasif, sehingga penurunan suhu dapat dilakukan tanpa menggunakan sistem mekanis yang sarat mengkonsumsi energi.Sehingga perancangan bangunan sejalan dengan
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 Lowrise 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. Hoppe, P. (1988), Comfort Requirement in Indoor Climate, Energy and Buildings, vol. 11: 249267,ASHRAE, USA. Humphreys, MA and Nicol,JF, “ The validaty of ISO-PMV for predicting comfort votes in every-day thermal environments”, in : Moving Thermal Comfort Standarts into the 21st Century, Windsor, UK, Loughborough University, 2001, pp. 406- 430.
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 Ecotect, Gentra Studio.
