JETri, Volume 1, Nomor 2, Februari 2002, Halaman 13-24, ISSN 1412-0372
STUDI PEMANFAATAN CAHAYA ALAM SEBAGAI SUMBER PENCAHAYAAN RUANG KULIAH GEDUNG E KAMPUS “A” UNIVERSITAS TRISAKTI DALAM RANGKA PENGHEMATAN ENERGI LISTRIK Chairul G Irianto Dosen Jurusan Teknik Elektro–FTI, Universitas Trisakti Abstract This study is aimed to save electrical energy in buildings by making use of the sun light which passes through the windows. The proposed steps are to change the luminaires so the effective spread light is focused and altering light group switch to control the lamps with talking external light into consideration. Keywords: side illuminating, glazing, illuminating quality. 1. Pendahuluan Sebagai sumber cahaya, matahari merupakan sumber yang tak terhingga besar cahayanya, gratis, dan sekaligus merepotkan. Tak terhingga karena matahari memancarkan sinarnya ke sebagian belahan bumi sekali dalam sehari, dan meskipun dengan jumlah cahaya sedikit, sinarnya mampu memberikan cukup pencahayaan pada suatu ruangan. Gratis/free karena tidak perlu bayar untuk cahayanya, cukup dengan mendisain bangunan langsung bisa dimanfaatkan kelebihan sumber cahayanya. Merepotkan karena, saat diperlukan cahayanya, matahari tidak bersinar malam hari atau mendung yang tidak bisa diramalkan pada siang hari (solistice.crost, 2001: 1) seperti gambar 1 halaman berikut ini. Walaupun dengan kekurangan tadi, pencahayaan alam menjadi pilihan utama untuk dipertimbangkan ketika mendisain atau merenovasi sebuah bangunan. Manusia dalam perkembangan hidupnya juga tidak lepas dari sinar alam ini, contohnya seorang arsitek dalam mendisain bangunan selalu memaksimalkan kelebihan cahaya alam ini. Suatu bangunan yang mendapat pencahayaan alam menjadi lebih indah, fungsional, gampang peruntukannya, dan sehat, serta murah biaya operasinya karena hemat energi. Banyak contoh menunjukkan bahwa produktivitas dapat meningkat dengan memperbesar penggunaan cahaya alam pada bangunan-bangunan
JETri, Tahun Volume 1, Nomor 2, Februari 2002, Halaman 13-24, ISSN 1412-0372
komersil sekaligus juga dapat meningkatkan gairah dan semangat penghuninya.
Gambar 1. Sumber-sumber Pencahayaan Sedangkan prinsip umum pencahayaan adalah sebagai berikut: Cahaya yang berlebihan tidak akan lebih baik. Penglihatan tidak menjadi lebih baik hanya karena jumlah cahaya lebih besar tetapi kemampuan visual tergantung pula pada kuantitas dan kualitas cahaya. Lux atau foot candles bukan segalanya. Disain pencahayaan yang baik adalah bagaimana memadukan antara tingkat pencahayaan dan kualitas pencahayaan untuk suatu kegiatan pada tempat atau ruang tertentu dapat memberikan suasana nyaman dan menyenangkan. Gunakan cahaya hanya saat dibutuhkan, padamkan atau turunkan tingkat pencahayaan jika tidak terlalu dibutuhkan, energi saving.
14
Chairul G. Irianto, Studi Pemamfaatan Cahaya Alam Sebagai Sumber Pencahayaan Ruang Kuliah
Adapun perbandingan antara lampu Pijar – lampu TL – Matahari seperti pada tabel 1 berikut ini. Tabel 1 Perbandingan statistik vital antara lampu Pijar – lampu TL – Matahari
Efficacy
baik untuk watt kecil Sempurna (tidak 30 lumens per watt, memerlukan input Kecil(5-15 lumens watt lebih besar 70 energi) per watt) lumens per watt, termasuk rugi pada ballast)
Cost
Sangat murah untuk disain konvensional
Geometry
Didisain untuk hampir semua fixtures
Color
Sempurna
Lifetime
Rendah 750- 1500 Baik (sekitar 10.000 sempurna jam) jam) (10.000.000.000 tahun)
Dimmable
Ya
Sedang
Sempurna (gratis)
Lebih besar dari Pergeseran gerakan per lampu pijar; tidak tahunnya menimbulkan untuk semua fixture keterbatasan Sedang sampai baik sempurna
Menggunakan dimmable ballast
ya, memakai tirai/kisi
Oleh karena itu perlu strategi disain yang efektif dalam mengoptimalkan pemakaian cahaya alam yang meliputi; optimasi jumlah cahaya alam, menjaga kenyamanan visual, mencegah arah datang cahaya langsung matahari dari energi termal/solarnya, serta menjaga kesejukan.
15
JETri, Tahun Volume 1, Nomor 2, Februari 2002, Halaman 13-24, ISSN 1412-0372
2. Pencahayaan Samping Bangunan sebagai Sumber Pencahayaan Dalam Ruangan Cahaya alam yang memasuki bangunan melalui jendela di pagi yang cerah dapat digunakan sebagai cahaya langit yang efektif dalam menghemat energi sepanjang hari. Hampir semua jenis bangunan apakah itu rumah tinggal, sekolah, perkantoran, pabrik dan lain sebagainya memanfaatkan cahaya alam ini yang memasuki ruangan melalui jendela pada sisi sisi bangunan seperti gambar 3 berikut ini.
Gambar 3. Lintasan Matahari Sepanjang Hari. Jendela ini diibaratkan sebagai luminaire dapat diintegrasikan dengan sistem kelistrikan menjadi suatu sistem pencahayaan pada sebuah bangunan. Sistem pencahayaan ini kemudian dikenal sebagai sistem pencahayaan samping seperti gambar 4.a dan gambar 4b. Sistem pencahayaan samping perlu memperhatikan aspek jendela agar diperoleh keuntungan yang sebesar-besarnya. Kemampuan jendela dalam meneruskan cahaya kedalam ruangan harus tinggi, oleh karenanya hindari jendela yang berwarna gelap. Meskipun demikian, penetrasi pencahayaan samping yang dapat dimanfaatkan hanya sejarak dua setengah kali tinggi glazing. Glazing terbuat dari kaca atau plastik, bening dan tembus pandang seperti gambar 4.c berikut ini.
16
Chairul G. Irianto, Studi Pemamfaatan Cahaya Alam Sebagai Sumber Pencahayaan Ruang Kuliah
(a)
(b)
(c)
Gambar 4. (a) sinar masuk melalui jendela, (b) jendela sebagai luminaire, (c) cara glazing merespon sinar matahari Selain itu, penggunaan permukaan bidang yang dapat memantulan cahaya, seperti langit-langit berwarna putih akan memaksimalkan intensitas cahaya yang masuk ruangan. Pencahayaan samping juga dapat dioptimalkan dengan mengatur dan mengarahkan sinar langsung matahari dengan memodifikasi louvers, overhangs, dan cahaya itu sendiri. Namun, perlu diingat agar menghindari sinar matahari langsung karena didalam sinarnya mengandung energi panas yang dapat mengganggu kesejukan dan kenyamanan didalam ruangan. 3. Transmisi Solar/energi panas pada bangunan
Jendela adalah aspek arsitektural paling penting pada bangunan. Jendela memberikan berbagai kebutuhan dasar bagi suatu bangunan yaitu: estetika bangunan, pandangan sekeliling, jalan masuk cahaya, ventilasi alam, peredam suara, dan pintu darurat. Tetapi, kadang-kadang terlupakan salah satu aspek penting tersebut bahwa jendela ikut berperan dalam menghemat penggunaan energi suatu bangunan yaitu sebagai jalan masuk cahaya luar. Glazing, lapisan tembus pandang pada jendela kaca, memiliki tiga cara dalam merespon energi panas/solar yang terkandung dalam sinar matahari. Pertama, sinar yang jatuh ke jendela sebagian dipantulkan kembali. Kedua, sebagian lagi ditransmisikan ke dalam ruangan. Dan sisanya diserap oleh glazing yang akan menghangatkan dan meradiasikan panasnya ke dalam dan keluar ruangan. Oleh karenanya, pemakaian glazing jendela yang tepat dapat menghambat energi termal sinar
17
JETri, Tahun Volume 1, Nomor 2, Februari 2002, Halaman 13-24, ISSN 1412-0372
matahari tetapi tetap meneruskan cahaya luar sebagai sumber pencahayaan. 4. Pemanfaatan cahaya alam pada Ruang Kuliah Gedung E Banyak penelitian menunjukkan bahwa pencahayaan ruang kelas yang baik memberikan konstribusi dalam meningkatkan kinerja akademik siswa. Dengan demikian, pencahayaan yang baik adalah aset penting bagi siswa dan telah terbukti dapat mengurangi biaya penyelenggaraan pendidikan per siswa setiap tahunnya. Pencahayaan ruang kelas yang baik didisain sesuai antara kebutuhan dan jenis kegiatannya seperti menulis, membaca buku, dan membaca pada papan tulis. Tingkat pencahayaan yang direkomendasikan untuk setiap kegiatan pada ruang bagian dalam (interior) bangunan dapat dilihat pada tabel 2 berikut (N.V. Philips, 1981: 79). Tabel 2. Illuminasi yang direkomendasi untuk Pencahayaan Ruang Sekolah Interior Bangunan Ruang Kelas Ruang Prakarya(misal, menjahit) Laboratorium Papan Tulis Auditorium Selama presentasi OHP Penggunaan lainnya
Illuminansi(Lux) 300 – 500 500 – 1000 500 – 1000 300 – 500 (vertikal) 5 – 150 300 – 500
Seperti umumnya bangunan untuk kegiatan bisnis dan komersial, pencahayaan untuk kegiatan pendidikan dan pengajaran di Gedung E seperti ruang kuliah, laboratorium, ruang sidang, dan ruang sekretariat dilengkapi dengan luminaire dari jenis lampu flouresen atau TL. Setiap luminaire terdiri dari dua buah TLD 36 W/54. Semua luminairenya tertanam melintang didalam atapnya dan tersusun dalam matriks baris dan kolom. Ukuran matriks untuk ruang R 401 adalah 3 x 4 dan ruang R 402nya 3 x 6. Luminaire lampu-lampu tersebut dikelompokkan menjadi dua grup dalam perkolom. Setiap grup lampu tersebut dilayani oleh sebuah sakelar seri. Lihat gambar 5. pada halaman berikut ini.
18
Chairul G. Irianto, Studi Pemamfaatan Cahaya Alam Sebagai Sumber Pencahayaan Ruang Kuliah
Pintu
Dinding
Jendela U T Gambar 5. Denah Ruang 401 Dari hasil pengamatan yang dilakukan pada ruang perkuliahan 401 dan 402 lantai 4 dan ruang-ruang kuliah lainnya di Gedung E FTI-Usakti diperoleh dua temuan yang perlu diperhatikan. Pertama, pada umumnya belum sepenuhnya ruang kuliah memanfaatkan cahaya alam sebagai sumber pencahayaan. Kedua, cara penempatan dan pengelompokan luminaire belum mengikuti aturan yang semestinya. Kenyataan pertama ini terlihat pada waktu pagi, siang hingga sore hari yang cerah, disaat kuat cahaya maksimum sinar matahari masuk ke dalam ruangan melalui jendela, lampu-lampu tidak dipadamkan. Tentu saja akumulasi dari pencahayaan alam dari luar dan pencahayaan lampu selain memberikan tingkat pencahayaan yang berlebihan juga mengakibatkan pemborosan energi listrik. Dari hasil pengukuran dengan alat Lux-meter
19
JETri, Tahun Volume 1, Nomor 2, Februari 2002, Halaman 13-24, ISSN 1412-0372
dimulai dari pukul 10.00 pagi hingga lebih dari tiga jam dengan kondisi langit berawan putih diperoleh pembacaan lebih dari 400 Lux pada baris bangku dekat jendela, pada gambar 6 baris C pada halaman berikut ini. pintu
dinding
A12
B1
C
U u U
jendela
T Gambar 6 Usulan Disain Perubahan Keterangan gambar 6: A12 : Kelompok Luminaire baris A lampu deretan ke-1 dan deretan ke-2 on/nyala B1 : Kelompok Luminaire separuh baris B lampu hanya deretan ke-1 on/nyala C : Kelompok Luminaire baris C lampu deretan ke-1 dan deretan ke-2 off/padam
20
Chairul G. Irianto, Studi Pemamfaatan Cahaya Alam Sebagai Sumber Pencahayaan Ruang Kuliah
Berarti ini mencukupi batas pencahayaan untuk ruang kuliah, lihat tabel 2 pada halaman sebelumnya. Telah disebutkan juga bahwa kuantitas pencahayaan yang berlebihan tidak memberikan kualitas visual yang lebih baik pada penglihatan manusia. Kuantitas pencahayaan yang baik secara visual adalah yang cukup serta memperhatikan aspek kualitas pencahayaan seperti menimbulkan kesan dan suasana rasa sejuk, nyaman dan menyenangkan bagi penghuni ruang kuliah. Kenyataan berikutnya, penempatan luminaire yang melintang diatas meja mahasiswa belum sesuai dengan pola sebaran cahaya yang seharusnya. Selain itu juga dalam pengelompokan lampu-lampu berdasarkan perkolom dari sakelarnya. Lihat gambar 5 berikut seperti diatas.
5. Langkah-Langkah Perbaikan Dari pengamatan dan pengukuran yang dilakukan pada sampel dua ruangan 401 dan 402 yang mewakili ruang-ruang kuliah lainnya dimana bentuk dan ukurannya identik maka disarankan disain rencana perubahan untuk perbaikan. Pada umumnya, disain instalasi pencahayaan menempatkan bidang permukaan luminaires melintang terhadap atapnya seperti halnya yang terjadi pada semua ruangan kuliah yang ada di Gedung E dan gedung-gedung di Kampus Universitas Trisakti, lihat contoh gambar 5. Sedangkan penempatan yang dianjurkan ialah sebaiknya dipasang searah atap dimana lebih banyak bidang permukaan luminaires seharusnya terletak pada zone interior dan lebih sedikit bidang luminaires pada zone luar(dekat jendela) (N.V. Philips, 1981: 79), lihat gambar 6, diambil contoh gambar R401. Oleh sebab itu, peletakan luminaire untuk keperluan membaca dan menulis pada buku di meja siswa sebaiknya searah atap/langit langit guna mendapatkan sebaran cahaya merata ke bawah, lihat gambar 7 berikut.
21
JETri, Tahun Volume 1, Nomor 2, Februari 2002, Halaman 13-24, ISSN 1412-0372
Gambar 7. Sebaran Cahaya Dari Luminaire
Sedangkan untuk membaca pada papan tulis perlu penempatan luminaire yang dipasang melintang langit-langit didepan papan tulis untuk mendapat sebaran cahaya yang baik dan merata pada permukaan papan tulis, lihat kembali gambar 6. Langkah berikutnya adalah dengan mengelompokkan ulang lampulampu berdasarkan perbaris lampu sesuai dengan sakelarnya tidak lagi perkolom lampu seperti yang selama ini. Hal ini dilakukan karena selama periode hari terang (saat faktor pencahayaan tinggi) cukup lampu-lampu baris A dinyalakan untuk menambah intensitas pencahayaan alam untuk menerangi meja belajar pada baris dekat dinding ruang. Ketika tingkat pencahayaan turun(faktor pencahayaan rendah) sebagian kelompok baris B, yaitu B1, dinyalakan bersama baris C disini satu setengah baris dinyalakan. Hanya pada malam hari atau pada hari gelap(saat faktor pencahayaan sangat rendah) maka baris A, B dan C dinyalakan(tiga baris dinyalakan semua). Lihat gambar 7 sebelumnya dan gambar 8 berikut ini .
22
Chairul G. Irianto, Studi Pemamfaatan Cahaya Alam Sebagai Sumber Pencahayaan Ruang Kuliah
Gambar 8. Distribusi Pencahayaan Alam-Buatan Dalam Ruangan. Dari semua langkah-langkah tersebut diatas diharapkan penghemaatan energi dari lampu-lampu yang dipadamkan serta peletakan luminaire searah atap karena telah dicukupinya intensitas cahaya oleh cahaya alam yang masuk melalui jendela pada waktu pagi, siang dan sore yang cerah sepanjang waktu.
6. Kesimpulan Cahaya alam yang berasal dari langit adalah sumber energi cahaya yang luar biasa besar dan kaya. Dengan mendisain bangunan yang memanfaat sebesar-besarnya cahaya alam tersebut dapat diperoleh keuntungan yang besar dari segi pencahayaan dan penghematan energi. Keuntungan dari segi pencahayaan alam ini diperoleh dengan mendisain kembali letak penempatan luminaire dari semula melintang menjadi searah atap serta dengan pengelompokan lampu-lampu dari kolom ke baris agar sebaran pencahayaan lebih efektif. Selain itu, cahaya alam yang masuk melalui jendela dapat mengurangi penggunaan lampu-lampu didalam ruangan,
23
JETri, Tahun Volume 1, Nomor 2, Februari 2002, Halaman 13-24, ISSN 1412-0372
terutama kelompok lampu yang ada di baris dekat jendela, pada pagi, siang dan sore sehingga dapat menghemat energi listrik sepanjang hari yang cerah.
Daftar Pustaka 1. N.V. Philips. 1981. “Philips Lighting Manual”, …, Netherlands. 2. GOTWH. Introduction to Lighting, (http://solistice.crost.org/ Environment /gotwh/general/lighting) 26 Oktober 2001
24
