Evaluasi Kenyamanan Thermal Mesjid Ar-Rauddah Kota Medan
10
BAB II
KAJIAN PUSTAKA
2.1
Pengertian Kenyamanan Thermal
Dalam buku karangan Ellsworth Huntington (1951) yang berjudul “principles
of human geography” menyebutkan bahwa kondisi iklim dan lingkungan yang tidak
sesuai bagi manusia akan berdampak kepada produktivitas dan kesehatannya. Tubuh
manusia akan memberikan tanggapan terhadap kondisi yang terjadi di lingkungannya,
salah satunya adalah kondisi thermal lingkungan. Tanggapan utama terhadap kondisi
thermal lingkungan adalah rasa panas dan dingin (thermal sensation) dan
ketidaknyamanan akibat kulit terasa basah (sensible perspiration).
Pengertian kenyamanan thermal sendiri menurut beberapa sumber antara lain:
1.
Kenyamanan thermal adalah suatu kondisi dimana tercipta keseimbangan
thermal yang tetap antara manusia dan lingkungannya (B. Givoni, 1998).
2.
Kenyamanan thermal adalah batas-batas dari kondisi iklim yang dianggap
nyaman dan dapat ditoleransi dalam bangunan yang berarti ketiadaan
sensasi (panas atau dingin) ketidaknyamanan thermal (B. Givoni, 1998).
3.
Kenyamanan thermal adalah kondisi seseorang merasa nyaman terhadap
lingkungannya (Fanger, 1970).
4.
Kenyamanan thermal adalah suatu pernyataan kepuasan yang bersifat
subyektif yang berbeda bagi setiap individu dan tergantung pada kondisi
lingkungan yang berlaku pada saat itu (Fuller Moore,1993).
10
11
Keempat definisi di atas mempunyai intisari yang sama dan saling terkait satu
dengan yang lain. Tubuh akan merasa nyaman apabila temperatur tubuh stabil, yang
dicapai dengan terjaganya keseimbangan antara temperatur tubuh dan lingkungannya,
kondisi iklim dalam ruang yang berada pada batas-batas kenyamanan.
Jadi kenyamanan thermal adalah suatu kondisi dimana temperatur tubuh stabil
pada batas yang nyaman yang berarti tubuh tidak merasakan gangguan yang
disebabkan oleh faktor thermal yang dimungkinkan oleh adanya keseimbangan
temperatur tubuh dan lingkungan dan faktor iklim yang berada pada zona nyaman
(comfort zone).
2.2
Faktor yang Mempengaruhi Kenyamanan Thermal
Menurut Houghton dan Yaglou (‘Determining Lines of Equal Comfort’,
Transactions of America Society of Heating and Ventilating Engineers Vol. 29, 1923)
kenyamanan thermal dipengaruhi oleh faktor radiasi panas, temperatur, kelembaban
udara dan gerakan udara yang disebut sebagai temperatur efektif (TE).
2.2.1
Temperatur udara
Faktor utama yang mempengaruhi temperatur udara adalah proses pemanasan
dan pendinginan permukaaan benda/bumi. Panas/dingin yang terjadi di udara adalah
akibat persinggungan udara dengan permukaan yang panas/dingin. Selanjutnya
lapisan udara tersebut akan memanaskan/mendinginkan lapisan di atasnya.
Temperatur udara lingkungan menentukan pertukaran panas yang terjadi
antara permukaan kulit tubuh dengan udara sekitarnya. Bila temperatur udara lebih
12
rendah dari temperatur tubuh maka tubuh akan melepaskan panas sedangkan bila
temperatur udara lebih tinggi makan tubuh akan menerima panas. Efek dari
temperatur udara langsung dapat dirasakan tubuh, penaikan/penurunan temperatur
selalu menyebabkan perubahan sensasi thermal.
2.2.2
Kelembaban Udara
Kelembaban udara adalah kandungan uap air di udara. Sumber dari uap air
tersebut antara lain adalah penguapan air laut, permukaan yang basah,
repirasi/pernafasan dari tumbuhan dan juga dari tubuh manusia. Tingkat kelembaban
udara akan berbeda apabila jumlah pengguna di suatu tempat yang sama berbeda.
Kelembaban udara juga
dipengaruhi angin. Semakin sering dan kuat angin,
kelembaban udara akan semakin menurun, karena angin membawa dan
mendistribusikan uap air yang ada di udara.
Kelembaban udara yang terlihat pada nilai relatif humidity (RH) menentukan
nilai evaporasi yang dimungkinkan oleh lingkungan dan adaptasi yang dilakukan
tubuh terhadap perubahan nilai evaporasi tersebut. Nilai RH 100% berarti udara
sudah dalam keadaan jenuh, tidak ada lagi uap air yang mampu ditampung oleh
udara.
Efek
kelembaban
udara
terhadap
kenyamanan
thermal
tergantung
kombinasinya dengan faktor-faktor lain yaitu temperatur, kecepatan angin, pakaian
dan tingkat metabolisme tubuh.
Berdasarkan
SNI 03-6572-2001, nilai RH yang dianjurkan untuk suatu
ruangan antara 40%-50%, dan untuk ruangan dengan pengguna yang padat masih
13
diperbolehkan pada rentang 55%-60%. J.W.Weller dan Youle juga
menyatakan
bahwa kelembaban udara yang dirasa nyaman yaitu pada tingkat relatif humidity
(RH) 40-60%. Nilai RH optimum tersebut didasarkan dari pemenelitian dimana jika
nilai RH tidak pada rentang tersebut maka dapat menyebabkan gangguan kesehatan
yang disebabkan oleh bakteri, virus, jamur dan lain sebagainya, seperti yang
ditunjukkan oleh Gambar 2.1.
Gambar 2.1 Zona Optimal Kelembaban
Sumber: Theodor D.Sterling and Associates,Ltd
2.2.3
Kecepatan angin
Angin terjadi karena perbedaan tekanan udara pada suatu area dengan area di
sekitarnya. Angin mengalir dari daerah bertekanan tinggi ke daerah bertekanan
rendah. Dalam proses pergerakannya angin membawa suhu udara dingin dan uap air.
Kecepatan angin dalam ruang dipengaruhi bentuk geometri dan lokasi bukaan pada
ruang tersebut terhadap arah datangnya angin.
14
Efek kecepatan angin terhadap kenyamanan thermal pada manusia bergantung
pada temperatur dan kelembaban udara. Pada temperatur 37°C penaikan kecepatan
angin sebenarnya dapat menaikkan thermal sensation yang disebabkan panas, tetapi
dapat menurunkan kadar kebasahan kulit. Kecepatan angin yang dapat menimbulkan
rasa segar berkisar antara 0,15-0,3 m/s (J.W.Weller dan Youle, 1981).
Berdasarkan SNI 03-6572-2001, tentang tata cara perancangan sistem
ventilasi dan pengkondisian udara pada bangunan gedung menyebutkan bahwa:
1.
Jumlah bukaan ventilasi tidak kurang dari 5% terhadap luas lantai
ruangan yang membutuhkan ventilasi.
2.
Untuk menghitung pergantian udara didalam bangunan dengan cara
menghitung luas lubang bukaan dan sistem ventilasi digunakan rumus
persamaan 2.1 (Terry S.Boatet, 1987):
Q = CV.A.V........................................................ (2.1)
dimana:
Q = laju aliran udara, m³/detik.
A = luas bebas dari bukaan inlet, m².
V = kecepatan angin, m/detik.
15
CV = effectiveness dari bukaan (CV dianggap sama dengan 0,5 ~ 0,6 untuk
angin yang tegak lurus dan 0,25 ~ 0,35 untuk angin yang diagonal).
2.2.4
Radiasi matahari
Radiasi matahari adalah pancaran energi yang berasal dari proses thermo-
nuklir yang terjadi di matahari. Energi radiasi matahari berbentuk sinar dan
gelombang elektromagnetik. Spektrum radiasi matahari sendiri terdiri dari dua jenis
yaitu, sinar bergelombang pendek diantaranya, sinar x, sinar gamma, sinar ultra
violet, dan sinar bergelombang panjang seperti sinar infra merah. Radiasi matahari
memancarkan sinar ultra violet (6%), cahaya tampak (48%) dan sinar infra merah
yang memberikan efek panas sangat besar (46%).
Radiasi matahari ini merupakan faktor utama pada perancangan dengan iklim
tropis karena radiasi matahari berlebih akan mempengaruhi pertambahan panas
bangunan. Pertambahan panas bangunan dapat terjadi dari berbagai sumber, akan
tetapi radiasi matahari yang masuk ke dalam bangunan melalui selubung bangunan
menjadi penyumbang yang terbesar. Sehingga untuk menghasilkan desain yang
optimal dalam mereduksi radiasi matahari ini, harus mengetahui parameter-parameter
desain yang mempengaruhinya. Untuk lebih jelasnya mengenai masuknya energi
radiasi matahari ke dalam bangunan dapat dilihat pada Gambar 2.2.
16
Gambar 2.2 Sumber Panas Bangunan
Sumber: http://mnre.gov.in/solar-energy/ch4.pdf
Kuantitas total panas matahari yang mengenai permukaan terdiri dari radiasi
langsung (direct radiation) yang tidak terbayangi dan radiasi tidak langsung (diffuse
radiation) yang berasal dari pembiasan langit serta pemantulan permukaan bangunan
dan tanah sekitar (Bradshaw, 2006) seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.3.
Gambar 2.3 Jenis Radiasi Matahari
Sumber: http://tboake.com/carbon-aia/strategies1a.html
Untuk kepentingan analisa besaran radiasi yang masuk ke dalam bangunan
pada bab selanjutnya, peneliti berpedoman ke pada SNI 03-6389-2000 tentang
17
konservasi energi selubung bangunan pada bangunan gedung yang menyebutkan
selubung bangunan harus memenuhi persyaratan-persyaratan sebagai berikut:
1. Perolehan panas radiasi matahari total untuk dinding dan atap tidak boleh
melebihi nilai perpindahan panas menyeluruh.
2. Untuk membatasi perolehan panas akibat radiasi matahari lewat selubung
bangunan, yaitu dinding dan atap, maka ditentukan nilai perpindahan
thermal menyeluruh untuk selubung bangunan tidak melebihi 45 watt/m².
3. Harga maksimum transmitasi thermal (U) untuk penutup atap tanpa lubang
cahaya misalnya atap ringan ( 6 inci (15 cm).
b. Beda temperatur ekuivalen atap (TDEK).
26
Beda temperatur ekuivalen atap juga dipengaruhi oleh beberapa faktor berikut
antara lain: tipe atap, massa atap, densitas konstruksi atap, dan intensitas
matahari dan lamanya penyinaran yang mengenai atap bangunan. Untuk
mempermudah perhitungan RTTV maka nilai TDEK untuk berbagai tipe
konstruksi atap dapat dilihat pada Tabel 2.7.
Tabel 2.7 Beda Temperatur Ekuivalen Untuk Berbagai Penutup Atap
Berat per satuan luas atap (kg/m2)
Beda temperatur Ekuivalen (TDEK),K
Di bawah 50 .....(1)
24
50 ~ 230 .........(2)
20
lebih dari 230.........(3)
16
Sumber: SNI 03-6389-2000
c. Faktor radiasi matahari atap (Sf)
Nilai faktor radiasi matahari untuk bidang horizontal yang dihitung antara jam
07.00 WIB sampai dengan 18.00 WIB adalah SF = 316 Watt/m².
D. Koefisien peneduh atap ( Sc)
Koefisien peneduh (SC) untuk skylight dari material cor beton.
e. Rttv atap tanpa skylight
Dalam hal ini untuk menghitung nilai RTTV hanya perlu mencantumkan nilai
U dimana nilai U harus kurang dari U maksimal. Untuk mempermudah
perhitungan RTTV atap tanpa skylight dapat dilihat pada Tabel 2.8.
27
Tabel 2.8 Nilai U Bahan pada perhitungan RTTV
Lengkungan
(kubah=dome)
Transmita
nsi (t)
Diffuseringan
(tembus
cahaya)
Penahan (curb)
Tinggi
Jernih
0.86
Ya
0.58
Jernih
0.86
Tidak ada
Jernih
0.86
Tidak ada
Bening, tembus
0.52
Tidak ada
Bening, tembus
cahaya
0.27
Tidak ada
0
230
460
0
460
Perbandingan
lebar
Terhadap tinggi
5
2.5
Koefisien
peneduh
(SC)
0.61
0.58
0.50
0.99
2.5
0.88
0
460
0
2.5
0.57
0.46
0.34
230
460
5
2.5
0.30
0.28
Sumber: SNI 03-6389-2000
2.3
Elemen Bangunan yang Mempengaruhi Kenyamanan Thermal
Kondisi thermal dalam ruang dipengaruhi oleh faktor eksternal dan intrenal
bangunan. Maka untuk mengontrol faktor-faktor iklim agar kondisi thermal ruang
berada dalam comfort zone, perlu diketahui elemen bangunan yang mempengaruhi
kenyamanan thermal. Elemen tersebut antara lain:
2.3.1. Material
Material bangunan menjadi media perantara antara` temperatur luar ruang dan
radiasi matahari dengan temperatur dalam ruang. Pemilihan material bangunan yang
akan digunakan dipengaruhi pertimbangan iklim. Faktor–faktor yang perlu
28
diperhatikan yaitu karateristik dan ketebalan material dan warna permukaan luar dari
material. Fakor karateristik material yang paling menentukan adalah nilai transmisi
panas atau u-value dan thermal resistance.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa radiasi matahari adalah penyumbang
jumlah panas terbesar yang masuk ke dalam bangunan. Besar radiasi matahari yang
ditransmisikan melalui selubung bangunan dipengaruhi oleh fasade bangunan yaitu
perbandingan luas kaca dan luas dinding bangunan keseluruhan (wall to wall ratio),
serta jenis dan tebal kaca yang digunakan. Seperti ilustrasi pada Gambar 2.4
menunjukkan proses masuknya radiasi matahari melalui dinding dan jendela
bangunan.
Gambar 2.4 Proses Masuknya Panas ke dalam Bangunan
Sumber: Menciptakanya Kenyamanan Thermal Bangunan, Basaria Talarosha, 2005
Selain itu untuk material dinding mempunyai waktu tunda pemindahan panas
ke dalam bangunan yang disebut dengan istilah time lag. Saat energi panas jatuh pada
permukaan dinding, partikel-partikel pada lapisan pertama akan menyerap sejumlah
29
panas sebelum panas diteruskan kepada lapisan berikutnya. Ini akan menyebabkan
efek penundaan (time lag), sehingga temperatur puncak dari lingkungan baru
dirasakan di dalam ruang beberapa waktu kemudian.
Menurut Egan, material bangunan dengan massa yang masif dan berat
mempunyai time lag yang besar. Sebagai akibatnya akan tercipta kondisi yang lebih
stabil. Beberapa contoh pengaruh tebal material terhadap time lag dapat dilihat pada
Tabel 2.9.
Bahan
Bata (umum)
Kayu
Tabel 2.9 Nilai Time Lag untuk Bata dan Kayu
Ketebalan (inci)
Nilai-U
4
0,61
8
0,41
12
0,31
0,5
0,69
1
0,47
2
0,3
Time Lag
2,5 jam
5,5 jam
8,5 jam
10 menit
25 menit
1 jam
Sumber: David Egan 1975
2.3.2 Shadding
Menurut (B.Givoni,1976) shadding berfungsi mengontrol sinar matahari yang
masuk pada bangunan. Pada dasarnya hanya ada dua tipe, yaitu:
1. Shadding vertikal yang disebut fin.
2. Shadding horizontal yang disebut overhang.
Overhang dan elemen horizontal lain paling evektif untuk bangunan yang
mempunyai hadapan Selatan-Utara. Sedangkan fin dan elemen vertikal lain paling
baik untuk bangunan dengan hadapan Timur-Barat. Untuk melihat berbagai jenis tipe
shadding dapat dilihat dapat dilihat pada Gambar 2.5.
30
(1)
Cantilever Overhang
(2)
Louver
Overhang
(Horizontal)
(3)
(4)
Panel (atau
Awning)
Horizontal
Louver Screen
(6)
(5)
Gambar 2.5 Jenis-jenis
Shadding Pada Bangunan
Egg
Crate(kombinasi
elemen
Sumber: David
Egan
1975 Dalam
Jurnal Menciptakanya
Kenyamanan
Vertical Louver
(bisa diputar Thermal
horozontal
dan
vertikal)
arahnya)
Bangunan, Basaria Talarosha, 2005
Penggunaan shadding pada bangunan seringkali dikombinasikan dengan
jendela karena shadding dapat mengurangi radiasi sinar matahari yang masuk melalui
jendela. Semakin banyak jumlah shadding yang dipakai pada jendela bangunan maka
semakin sedikit jumlah radiasi matahari yang masuk ke dalam bangunan.
2.3.3
Ventilasi
Ventilasi merupakan proses untuk mencatu udara segar ke dalam bangunan
gedung dalam jumlah yang sesuai kebutuhan (SNI 03-6572-2001). Aliran udara dari
lingkungan luar ke dalam bangunan akan masuk, jika bukaan berada pada titik yang
memiliki perbedaan tekanan udara. Ada beberapa jenis ventilasi antara lain:
1. Ventilasi silang (Horozontal) yaitu metode memanfaatkan angin untuk
memaksa udara luar yang dingin ke dalam gedung melalui saluran masuk
31
(pintu, jendela, ventilasi dll) dan untuk memaksa udara interior yang hangat
keluar dari gedung melalui outlet (pintu, jendela, ventilasi dll). Kemungkinan
lain udara luar dapat masuk melalui bukaan pada suatu sisi bangunan (inlet)
yang berada pada daerah bertekanan tinggi mengalir dalam bangunan, dan
keluar melalui outlet yang berlokasi di daerah yang bertekanan rendah keluar
dari bangunan. Menurut (B.Givoni,1976) perbedaan tekanan udara bisa
disebabkan oleh dua hal, yaitu:
1. Perbedaan temperatur dalam dengan luar ruang
2. Angin yang bertiup ke dalam bangunan
2. Ventilasi vertikal yaitu metode memanfaatkan aliran udara keluar bangunan
melalui saluran udara yang disebabkan oleh perbedaan berat jenis lapisan
udara luar dan dalam bangunan. Contohnya saja seperti pembuatan cerobong.
Semakin tinggi cerobong udara, maka semakin baik pula sirkulasi udara
dalam ruangan.
Fungsi ventilasi cukup penting dalam menciptakan ruang dalam bangunan
yang nyaman. Bahkan ada suatu pendapat bahwa pada musim panas kenyamanan
thermal sering diasosiasikan dengan banyaknya ventilasi dan tingginya frekuensi
angin yang diterima bangunan. Pendapat ini didasarkan dari hasil percobaan yang
dilakukan pada Universitas Essex di Inggris. Pada percobaan yang dilakukan pada
temperatur udara yang tinggi, guru-guru tetap merasa tidak nyaman bila ruangan
tidak mendapat banyak angin (Davies, 1971).
Ventilasi mempunyai tiga fungsi yaitu:
32
1.
Mempertahankan kualitas udara dalam bangunan dengan mengganti
udara dalam bangunan dengan udara segar dari luar bangunan
(health ventilation).
2.
Memberikan kenyamanan thermal dengan cara meningkatkan pelepasan
panas
(heat
loss)
dari
tubuh
dan
menghindari
terjadinya
ketidaknyamanan karena kulit yang basah ( thermal comfort ventilation).
3.
Mendinginkan struktur bangunan (structure cooling ventilation).
Pada daerah panas terutama pada kondisi panas dan lembab fungsi utama
ventilasi adalah untuk memberikan kenyaman thermal pada bangunan melalui
angin, yang akan memberikan pendinginan yang memadai. Fungsi ventilasi sebagai
kenyamanan thermal yang perlu diperhatikan adalah kecepatan angin pada ruangruang tempat dilakukannya aktivitas. Kecepatan angin pada ruang tergantung
bentuk geometri dari ruang dan lokasi dari bukaan.
Ventilasi bangunan tergantung dari:
1.
Orientasi dari bangunan terutama orientasi bukaan yang disesuaikan
dengan arah angin.
2.
Luas area bukaan pada tempat yang memiliki perbedaan tekanan udara.
3.
Tipe jendela dan detail dari bukaan.
4.
Interior yang dilalui angin dari inlet menuju outlet.
Penempatan ventilasi yang baik yaitu menyesuaikan dengan arah datangnya
angin. Hal ini dimaksudkan untuk memaksimalkan aliran udara masuk ke dalam
sebuah bangunan. Apabila ventilasi diletakkan pada dinding bangunan yang tidak
33
mendapatkan aliran udara/angin hal ini mengakibatkan fungsi ventilasi menjadi siasia. Untuk itu sebelum meletakkan ventilasi atau bukaan pada sebuah bangunan
hendaknya terlebih dahulu melakukan survey awal terkait letak atau posisi
bangunan terhadap kawasan sekitar untuk mengetahui arah datangnya angin pada
daerah tersebut.
Berbagai jenis dan model ventilasi banyak dijual di pasaran, hal ini juga
menjadi pertimbangan Arsitek untuk memilih jenis dan model ventilasi yang sesuai
dengan karateristik bangunan. Material yang digunakan terbuat dari kayu,
alumunium serta PVC. Selain itu jenis dan model ventilasi juga menyesuaikan
dengan fungsi ruangan tersebut, untuk ruangan kamar mandi jenis ventilasi yang
menjadi alternatif adalah jenis bouven, atau batu bata rooster.
BAB II
KAJIAN PUSTAKA
2.1
Pengertian Kenyamanan Thermal
Dalam buku karangan Ellsworth Huntington (1951) yang berjudul “principles
of human geography” menyebutkan bahwa kondisi iklim dan lingkungan yang tidak
sesuai bagi manusia akan berdampak kepada produktivitas dan kesehatannya. Tubuh
manusia akan memberikan tanggapan terhadap kondisi yang terjadi di lingkungannya,
salah satunya adalah kondisi thermal lingkungan. Tanggapan utama terhadap kondisi
thermal lingkungan adalah rasa panas dan dingin (thermal sensation) dan
ketidaknyamanan akibat kulit terasa basah (sensible perspiration).
Pengertian kenyamanan thermal sendiri menurut beberapa sumber antara lain:
1.
Kenyamanan thermal adalah suatu kondisi dimana tercipta keseimbangan
thermal yang tetap antara manusia dan lingkungannya (B. Givoni, 1998).
2.
Kenyamanan thermal adalah batas-batas dari kondisi iklim yang dianggap
nyaman dan dapat ditoleransi dalam bangunan yang berarti ketiadaan
sensasi (panas atau dingin) ketidaknyamanan thermal (B. Givoni, 1998).
3.
Kenyamanan thermal adalah kondisi seseorang merasa nyaman terhadap
lingkungannya (Fanger, 1970).
4.
Kenyamanan thermal adalah suatu pernyataan kepuasan yang bersifat
subyektif yang berbeda bagi setiap individu dan tergantung pada kondisi
lingkungan yang berlaku pada saat itu (Fuller Moore,1993).
10
11
Keempat definisi di atas mempunyai intisari yang sama dan saling terkait satu
dengan yang lain. Tubuh akan merasa nyaman apabila temperatur tubuh stabil, yang
dicapai dengan terjaganya keseimbangan antara temperatur tubuh dan lingkungannya,
kondisi iklim dalam ruang yang berada pada batas-batas kenyamanan.
Jadi kenyamanan thermal adalah suatu kondisi dimana temperatur tubuh stabil
pada batas yang nyaman yang berarti tubuh tidak merasakan gangguan yang
disebabkan oleh faktor thermal yang dimungkinkan oleh adanya keseimbangan
temperatur tubuh dan lingkungan dan faktor iklim yang berada pada zona nyaman
(comfort zone).
2.2
Faktor yang Mempengaruhi Kenyamanan Thermal
Menurut Houghton dan Yaglou (‘Determining Lines of Equal Comfort’,
Transactions of America Society of Heating and Ventilating Engineers Vol. 29, 1923)
kenyamanan thermal dipengaruhi oleh faktor radiasi panas, temperatur, kelembaban
udara dan gerakan udara yang disebut sebagai temperatur efektif (TE).
2.2.1
Temperatur udara
Faktor utama yang mempengaruhi temperatur udara adalah proses pemanasan
dan pendinginan permukaaan benda/bumi. Panas/dingin yang terjadi di udara adalah
akibat persinggungan udara dengan permukaan yang panas/dingin. Selanjutnya
lapisan udara tersebut akan memanaskan/mendinginkan lapisan di atasnya.
Temperatur udara lingkungan menentukan pertukaran panas yang terjadi
antara permukaan kulit tubuh dengan udara sekitarnya. Bila temperatur udara lebih
12
rendah dari temperatur tubuh maka tubuh akan melepaskan panas sedangkan bila
temperatur udara lebih tinggi makan tubuh akan menerima panas. Efek dari
temperatur udara langsung dapat dirasakan tubuh, penaikan/penurunan temperatur
selalu menyebabkan perubahan sensasi thermal.
2.2.2
Kelembaban Udara
Kelembaban udara adalah kandungan uap air di udara. Sumber dari uap air
tersebut antara lain adalah penguapan air laut, permukaan yang basah,
repirasi/pernafasan dari tumbuhan dan juga dari tubuh manusia. Tingkat kelembaban
udara akan berbeda apabila jumlah pengguna di suatu tempat yang sama berbeda.
Kelembaban udara juga
dipengaruhi angin. Semakin sering dan kuat angin,
kelembaban udara akan semakin menurun, karena angin membawa dan
mendistribusikan uap air yang ada di udara.
Kelembaban udara yang terlihat pada nilai relatif humidity (RH) menentukan
nilai evaporasi yang dimungkinkan oleh lingkungan dan adaptasi yang dilakukan
tubuh terhadap perubahan nilai evaporasi tersebut. Nilai RH 100% berarti udara
sudah dalam keadaan jenuh, tidak ada lagi uap air yang mampu ditampung oleh
udara.
Efek
kelembaban
udara
terhadap
kenyamanan
thermal
tergantung
kombinasinya dengan faktor-faktor lain yaitu temperatur, kecepatan angin, pakaian
dan tingkat metabolisme tubuh.
Berdasarkan
SNI 03-6572-2001, nilai RH yang dianjurkan untuk suatu
ruangan antara 40%-50%, dan untuk ruangan dengan pengguna yang padat masih
13
diperbolehkan pada rentang 55%-60%. J.W.Weller dan Youle juga
menyatakan
bahwa kelembaban udara yang dirasa nyaman yaitu pada tingkat relatif humidity
(RH) 40-60%. Nilai RH optimum tersebut didasarkan dari pemenelitian dimana jika
nilai RH tidak pada rentang tersebut maka dapat menyebabkan gangguan kesehatan
yang disebabkan oleh bakteri, virus, jamur dan lain sebagainya, seperti yang
ditunjukkan oleh Gambar 2.1.
Gambar 2.1 Zona Optimal Kelembaban
Sumber: Theodor D.Sterling and Associates,Ltd
2.2.3
Kecepatan angin
Angin terjadi karena perbedaan tekanan udara pada suatu area dengan area di
sekitarnya. Angin mengalir dari daerah bertekanan tinggi ke daerah bertekanan
rendah. Dalam proses pergerakannya angin membawa suhu udara dingin dan uap air.
Kecepatan angin dalam ruang dipengaruhi bentuk geometri dan lokasi bukaan pada
ruang tersebut terhadap arah datangnya angin.
14
Efek kecepatan angin terhadap kenyamanan thermal pada manusia bergantung
pada temperatur dan kelembaban udara. Pada temperatur 37°C penaikan kecepatan
angin sebenarnya dapat menaikkan thermal sensation yang disebabkan panas, tetapi
dapat menurunkan kadar kebasahan kulit. Kecepatan angin yang dapat menimbulkan
rasa segar berkisar antara 0,15-0,3 m/s (J.W.Weller dan Youle, 1981).
Berdasarkan SNI 03-6572-2001, tentang tata cara perancangan sistem
ventilasi dan pengkondisian udara pada bangunan gedung menyebutkan bahwa:
1.
Jumlah bukaan ventilasi tidak kurang dari 5% terhadap luas lantai
ruangan yang membutuhkan ventilasi.
2.
Untuk menghitung pergantian udara didalam bangunan dengan cara
menghitung luas lubang bukaan dan sistem ventilasi digunakan rumus
persamaan 2.1 (Terry S.Boatet, 1987):
Q = CV.A.V........................................................ (2.1)
dimana:
Q = laju aliran udara, m³/detik.
A = luas bebas dari bukaan inlet, m².
V = kecepatan angin, m/detik.
15
CV = effectiveness dari bukaan (CV dianggap sama dengan 0,5 ~ 0,6 untuk
angin yang tegak lurus dan 0,25 ~ 0,35 untuk angin yang diagonal).
2.2.4
Radiasi matahari
Radiasi matahari adalah pancaran energi yang berasal dari proses thermo-
nuklir yang terjadi di matahari. Energi radiasi matahari berbentuk sinar dan
gelombang elektromagnetik. Spektrum radiasi matahari sendiri terdiri dari dua jenis
yaitu, sinar bergelombang pendek diantaranya, sinar x, sinar gamma, sinar ultra
violet, dan sinar bergelombang panjang seperti sinar infra merah. Radiasi matahari
memancarkan sinar ultra violet (6%), cahaya tampak (48%) dan sinar infra merah
yang memberikan efek panas sangat besar (46%).
Radiasi matahari ini merupakan faktor utama pada perancangan dengan iklim
tropis karena radiasi matahari berlebih akan mempengaruhi pertambahan panas
bangunan. Pertambahan panas bangunan dapat terjadi dari berbagai sumber, akan
tetapi radiasi matahari yang masuk ke dalam bangunan melalui selubung bangunan
menjadi penyumbang yang terbesar. Sehingga untuk menghasilkan desain yang
optimal dalam mereduksi radiasi matahari ini, harus mengetahui parameter-parameter
desain yang mempengaruhinya. Untuk lebih jelasnya mengenai masuknya energi
radiasi matahari ke dalam bangunan dapat dilihat pada Gambar 2.2.
16
Gambar 2.2 Sumber Panas Bangunan
Sumber: http://mnre.gov.in/solar-energy/ch4.pdf
Kuantitas total panas matahari yang mengenai permukaan terdiri dari radiasi
langsung (direct radiation) yang tidak terbayangi dan radiasi tidak langsung (diffuse
radiation) yang berasal dari pembiasan langit serta pemantulan permukaan bangunan
dan tanah sekitar (Bradshaw, 2006) seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.3.
Gambar 2.3 Jenis Radiasi Matahari
Sumber: http://tboake.com/carbon-aia/strategies1a.html
Untuk kepentingan analisa besaran radiasi yang masuk ke dalam bangunan
pada bab selanjutnya, peneliti berpedoman ke pada SNI 03-6389-2000 tentang
17
konservasi energi selubung bangunan pada bangunan gedung yang menyebutkan
selubung bangunan harus memenuhi persyaratan-persyaratan sebagai berikut:
1. Perolehan panas radiasi matahari total untuk dinding dan atap tidak boleh
melebihi nilai perpindahan panas menyeluruh.
2. Untuk membatasi perolehan panas akibat radiasi matahari lewat selubung
bangunan, yaitu dinding dan atap, maka ditentukan nilai perpindahan
thermal menyeluruh untuk selubung bangunan tidak melebihi 45 watt/m².
3. Harga maksimum transmitasi thermal (U) untuk penutup atap tanpa lubang
cahaya misalnya atap ringan ( 6 inci (15 cm).
b. Beda temperatur ekuivalen atap (TDEK).
26
Beda temperatur ekuivalen atap juga dipengaruhi oleh beberapa faktor berikut
antara lain: tipe atap, massa atap, densitas konstruksi atap, dan intensitas
matahari dan lamanya penyinaran yang mengenai atap bangunan. Untuk
mempermudah perhitungan RTTV maka nilai TDEK untuk berbagai tipe
konstruksi atap dapat dilihat pada Tabel 2.7.
Tabel 2.7 Beda Temperatur Ekuivalen Untuk Berbagai Penutup Atap
Berat per satuan luas atap (kg/m2)
Beda temperatur Ekuivalen (TDEK),K
Di bawah 50 .....(1)
24
50 ~ 230 .........(2)
20
lebih dari 230.........(3)
16
Sumber: SNI 03-6389-2000
c. Faktor radiasi matahari atap (Sf)
Nilai faktor radiasi matahari untuk bidang horizontal yang dihitung antara jam
07.00 WIB sampai dengan 18.00 WIB adalah SF = 316 Watt/m².
D. Koefisien peneduh atap ( Sc)
Koefisien peneduh (SC) untuk skylight dari material cor beton.
e. Rttv atap tanpa skylight
Dalam hal ini untuk menghitung nilai RTTV hanya perlu mencantumkan nilai
U dimana nilai U harus kurang dari U maksimal. Untuk mempermudah
perhitungan RTTV atap tanpa skylight dapat dilihat pada Tabel 2.8.
27
Tabel 2.8 Nilai U Bahan pada perhitungan RTTV
Lengkungan
(kubah=dome)
Transmita
nsi (t)
Diffuseringan
(tembus
cahaya)
Penahan (curb)
Tinggi
Jernih
0.86
Ya
0.58
Jernih
0.86
Tidak ada
Jernih
0.86
Tidak ada
Bening, tembus
0.52
Tidak ada
Bening, tembus
cahaya
0.27
Tidak ada
0
230
460
0
460
Perbandingan
lebar
Terhadap tinggi
5
2.5
Koefisien
peneduh
(SC)
0.61
0.58
0.50
0.99
2.5
0.88
0
460
0
2.5
0.57
0.46
0.34
230
460
5
2.5
0.30
0.28
Sumber: SNI 03-6389-2000
2.3
Elemen Bangunan yang Mempengaruhi Kenyamanan Thermal
Kondisi thermal dalam ruang dipengaruhi oleh faktor eksternal dan intrenal
bangunan. Maka untuk mengontrol faktor-faktor iklim agar kondisi thermal ruang
berada dalam comfort zone, perlu diketahui elemen bangunan yang mempengaruhi
kenyamanan thermal. Elemen tersebut antara lain:
2.3.1. Material
Material bangunan menjadi media perantara antara` temperatur luar ruang dan
radiasi matahari dengan temperatur dalam ruang. Pemilihan material bangunan yang
akan digunakan dipengaruhi pertimbangan iklim. Faktor–faktor yang perlu
28
diperhatikan yaitu karateristik dan ketebalan material dan warna permukaan luar dari
material. Fakor karateristik material yang paling menentukan adalah nilai transmisi
panas atau u-value dan thermal resistance.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa radiasi matahari adalah penyumbang
jumlah panas terbesar yang masuk ke dalam bangunan. Besar radiasi matahari yang
ditransmisikan melalui selubung bangunan dipengaruhi oleh fasade bangunan yaitu
perbandingan luas kaca dan luas dinding bangunan keseluruhan (wall to wall ratio),
serta jenis dan tebal kaca yang digunakan. Seperti ilustrasi pada Gambar 2.4
menunjukkan proses masuknya radiasi matahari melalui dinding dan jendela
bangunan.
Gambar 2.4 Proses Masuknya Panas ke dalam Bangunan
Sumber: Menciptakanya Kenyamanan Thermal Bangunan, Basaria Talarosha, 2005
Selain itu untuk material dinding mempunyai waktu tunda pemindahan panas
ke dalam bangunan yang disebut dengan istilah time lag. Saat energi panas jatuh pada
permukaan dinding, partikel-partikel pada lapisan pertama akan menyerap sejumlah
29
panas sebelum panas diteruskan kepada lapisan berikutnya. Ini akan menyebabkan
efek penundaan (time lag), sehingga temperatur puncak dari lingkungan baru
dirasakan di dalam ruang beberapa waktu kemudian.
Menurut Egan, material bangunan dengan massa yang masif dan berat
mempunyai time lag yang besar. Sebagai akibatnya akan tercipta kondisi yang lebih
stabil. Beberapa contoh pengaruh tebal material terhadap time lag dapat dilihat pada
Tabel 2.9.
Bahan
Bata (umum)
Kayu
Tabel 2.9 Nilai Time Lag untuk Bata dan Kayu
Ketebalan (inci)
Nilai-U
4
0,61
8
0,41
12
0,31
0,5
0,69
1
0,47
2
0,3
Time Lag
2,5 jam
5,5 jam
8,5 jam
10 menit
25 menit
1 jam
Sumber: David Egan 1975
2.3.2 Shadding
Menurut (B.Givoni,1976) shadding berfungsi mengontrol sinar matahari yang
masuk pada bangunan. Pada dasarnya hanya ada dua tipe, yaitu:
1. Shadding vertikal yang disebut fin.
2. Shadding horizontal yang disebut overhang.
Overhang dan elemen horizontal lain paling evektif untuk bangunan yang
mempunyai hadapan Selatan-Utara. Sedangkan fin dan elemen vertikal lain paling
baik untuk bangunan dengan hadapan Timur-Barat. Untuk melihat berbagai jenis tipe
shadding dapat dilihat dapat dilihat pada Gambar 2.5.
30
(1)
Cantilever Overhang
(2)
Louver
Overhang
(Horizontal)
(3)
(4)
Panel (atau
Awning)
Horizontal
Louver Screen
(6)
(5)
Gambar 2.5 Jenis-jenis
Shadding Pada Bangunan
Egg
Crate(kombinasi
elemen
Sumber: David
Egan
1975 Dalam
Jurnal Menciptakanya
Kenyamanan
Vertical Louver
(bisa diputar Thermal
horozontal
dan
vertikal)
arahnya)
Bangunan, Basaria Talarosha, 2005
Penggunaan shadding pada bangunan seringkali dikombinasikan dengan
jendela karena shadding dapat mengurangi radiasi sinar matahari yang masuk melalui
jendela. Semakin banyak jumlah shadding yang dipakai pada jendela bangunan maka
semakin sedikit jumlah radiasi matahari yang masuk ke dalam bangunan.
2.3.3
Ventilasi
Ventilasi merupakan proses untuk mencatu udara segar ke dalam bangunan
gedung dalam jumlah yang sesuai kebutuhan (SNI 03-6572-2001). Aliran udara dari
lingkungan luar ke dalam bangunan akan masuk, jika bukaan berada pada titik yang
memiliki perbedaan tekanan udara. Ada beberapa jenis ventilasi antara lain:
1. Ventilasi silang (Horozontal) yaitu metode memanfaatkan angin untuk
memaksa udara luar yang dingin ke dalam gedung melalui saluran masuk
31
(pintu, jendela, ventilasi dll) dan untuk memaksa udara interior yang hangat
keluar dari gedung melalui outlet (pintu, jendela, ventilasi dll). Kemungkinan
lain udara luar dapat masuk melalui bukaan pada suatu sisi bangunan (inlet)
yang berada pada daerah bertekanan tinggi mengalir dalam bangunan, dan
keluar melalui outlet yang berlokasi di daerah yang bertekanan rendah keluar
dari bangunan. Menurut (B.Givoni,1976) perbedaan tekanan udara bisa
disebabkan oleh dua hal, yaitu:
1. Perbedaan temperatur dalam dengan luar ruang
2. Angin yang bertiup ke dalam bangunan
2. Ventilasi vertikal yaitu metode memanfaatkan aliran udara keluar bangunan
melalui saluran udara yang disebabkan oleh perbedaan berat jenis lapisan
udara luar dan dalam bangunan. Contohnya saja seperti pembuatan cerobong.
Semakin tinggi cerobong udara, maka semakin baik pula sirkulasi udara
dalam ruangan.
Fungsi ventilasi cukup penting dalam menciptakan ruang dalam bangunan
yang nyaman. Bahkan ada suatu pendapat bahwa pada musim panas kenyamanan
thermal sering diasosiasikan dengan banyaknya ventilasi dan tingginya frekuensi
angin yang diterima bangunan. Pendapat ini didasarkan dari hasil percobaan yang
dilakukan pada Universitas Essex di Inggris. Pada percobaan yang dilakukan pada
temperatur udara yang tinggi, guru-guru tetap merasa tidak nyaman bila ruangan
tidak mendapat banyak angin (Davies, 1971).
Ventilasi mempunyai tiga fungsi yaitu:
32
1.
Mempertahankan kualitas udara dalam bangunan dengan mengganti
udara dalam bangunan dengan udara segar dari luar bangunan
(health ventilation).
2.
Memberikan kenyamanan thermal dengan cara meningkatkan pelepasan
panas
(heat
loss)
dari
tubuh
dan
menghindari
terjadinya
ketidaknyamanan karena kulit yang basah ( thermal comfort ventilation).
3.
Mendinginkan struktur bangunan (structure cooling ventilation).
Pada daerah panas terutama pada kondisi panas dan lembab fungsi utama
ventilasi adalah untuk memberikan kenyaman thermal pada bangunan melalui
angin, yang akan memberikan pendinginan yang memadai. Fungsi ventilasi sebagai
kenyamanan thermal yang perlu diperhatikan adalah kecepatan angin pada ruangruang tempat dilakukannya aktivitas. Kecepatan angin pada ruang tergantung
bentuk geometri dari ruang dan lokasi dari bukaan.
Ventilasi bangunan tergantung dari:
1.
Orientasi dari bangunan terutama orientasi bukaan yang disesuaikan
dengan arah angin.
2.
Luas area bukaan pada tempat yang memiliki perbedaan tekanan udara.
3.
Tipe jendela dan detail dari bukaan.
4.
Interior yang dilalui angin dari inlet menuju outlet.
Penempatan ventilasi yang baik yaitu menyesuaikan dengan arah datangnya
angin. Hal ini dimaksudkan untuk memaksimalkan aliran udara masuk ke dalam
sebuah bangunan. Apabila ventilasi diletakkan pada dinding bangunan yang tidak
33
mendapatkan aliran udara/angin hal ini mengakibatkan fungsi ventilasi menjadi siasia. Untuk itu sebelum meletakkan ventilasi atau bukaan pada sebuah bangunan
hendaknya terlebih dahulu melakukan survey awal terkait letak atau posisi
bangunan terhadap kawasan sekitar untuk mengetahui arah datangnya angin pada
daerah tersebut.
Berbagai jenis dan model ventilasi banyak dijual di pasaran, hal ini juga
menjadi pertimbangan Arsitek untuk memilih jenis dan model ventilasi yang sesuai
dengan karateristik bangunan. Material yang digunakan terbuat dari kayu,
alumunium serta PVC. Selain itu jenis dan model ventilasi juga menyesuaikan
dengan fungsi ruangan tersebut, untuk ruangan kamar mandi jenis ventilasi yang
menjadi alternatif adalah jenis bouven, atau batu bata rooster.