OPTIMASI ORIENTASI DAN BUKAAN BANGUNAN TERHADAP KENYAMANAN TERMAL

  

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)

  2

  3 Doddy Anwar¹, Eko Alvares Z , Hamdi Nur

  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

  Indonesia mempunyai iklim tropis

1.1 Latar Belakang

  dengan karakteristik kelembaban udara Kenyamanan termal sangat yang tinggi (dapat mencapai angka 80%), dibutuhkan tubuh agar manusia dapat suhu udara relatif tinggi (dapat mencapai beraktifitas dengan baik (di rumah, sekolah hingga 35ºC), serta radiasi matahari yang ataupun di kantor/tempat bekerja). menyengat serta mengganggu.Yang

  Szokolay dalam ‘Manual of Tropical menjadi persoalan adalah bagaimana

  Housing and Building’ menyebutkan

  menciptakan kenyamanan termal dalam kenyamanan tergantung pada variabel bangunan dalam kondisi iklim tropis panas iklim (matahari/radiasinya, suhu udara, lembab seperti di atas.Tulisan ini mengulas kelembaban udara, dan kecepatan angin) hal-hal yang berkaitan dengan dan beberapa faktor individual/subyektif kenyamanan termal dan konsep-konsep seperti pakaian, aklimatisasi, usia dan jenis untuk dapat menciptakan kenyamanan kelamin, tingkat kegemukan, tingkat termal di dalam bangunan pada daerah kesehatan, jenis makanan dan minuman 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

  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: 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

II. TINJAUAN PUSTAKA

  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 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.

  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

  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 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

2.4 Elemen Lansekap

  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).

III. METODA PENELITIAN

3.1 Cara Penelitian

  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 RENCANA AWAL RENCANA AKHIR

  Table Perbandingan Desain Awal dan 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 terendah 29,4º C yang tertinggi 31,2º C BENTUK MASSA 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 ORIENTASI

  MASSA MEMANJANG TIMUR-BARAT Massa berbentuk U 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 di depan ruang parkir

  ORIENTASI JENDELA EMPAT SISI BANGUNAN 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 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 Sebagai ilustrasi dapat dibandingkan dari

  5.1. Kesimpulan

  gambar rencana awal dan gambar hasil dari analisa Berdasarkan hasil simulasi dari beberapa alternatif posisi maupun bukaan bangunan maka dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut : 1. sekolah perlu

  Bangunan memperhatikan aspek kenyamanan termal dengan pertimbangan banyaknya penghuni dari bangunan ini. 2. merencanakan bangunan

  Dalam sekolah perlu diperhatikan cara

  Gambar Site Plan Awal

  menempatkan posisi orientasi massa bangunan terhadap jalur lintasan Dalam rencana awal orientasi bangunan matahari (sun path). Agar cahaya utama adalah arah selatan. 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. meningkatkan kenyamana

  Untuk termal bangunan sekolah, ruang kelas

  Gambar Site Plan Akhir

  yang tipikal berjajar sebaiknya disusun memanjang dengan bukaan kearah Pada site plan akhir bentuk massa berlawanan dengan jalur matahari. bangunan memanjang dari Tenggara ke

  Sedangkan analisa posisi dan orientasi Barat Laut. Semua bukaan pada sisi massa dapat dilakukan secara manual memanjang bangunan di beri shading menggunakan tabel sunpath ataupun device jenis egg-crate dengan ukuran dengan simulasi komputer.

  40x40cm

  5.2. 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

  Gambar Bentuk Shading Device Egg-Crate

  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 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

  for Building in Tropical Climate” ,

  406- 430.

  267,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.

  Indoor Climate, Energy and Buildings , vol. 11: 249-

  Hoppe, P. (1988), Comfort Requirement in

  Environment, Vol.36, 2001, pp. 859-869.

  “Characteristics of air flow from open windows“, Building and

  Heiselberg, P., Svidt, K. and Nielsen, P V.,

  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.

  ASHRAE Trans., Vol.92, Peat 2B, 1986, pp. 709-730. Gandemer,J., ”Guide sur la climatisation

  Predictive Index of Human Response to The Thermal Environment”

  Gagge,A.P, Fobelet,A.P., and Berglund,L.G, “A Standard

  Pendidikan Dasar dan Menengah, Manual Pembangunan Gedung Sekolah

  Building and Environment, Vol.28, No.3, 1993, pp. 271-285. Direktorat Jenderal Menejemen

  Environment,.33, 6, 1998, p.385– 396. De Wall, H;B. “New Recommendations

  device yang terbaik adalah egg-crate

  ”Effect of Balconies on Ventilation Inducing Aeromotive Force on Low- rise Buildings”, Building and

  Chand, P K., Bhargava, N.L.V., Krishak,

  INNOVA, “Thermal Comfort” , Denmark, 1996, 32 pp.

  Bruel&Kjaer

  Thermal ComfortStandarts into the 21st Century, Windsor, UK, Loughborough University, 2001, pp.60-77.

  Comfort & Natural Ventilation : A new adaptive comfort standard for ASHRAE Standard 55 ”, in : Moving

  Brager, G S, De Dear, R, “Climate,

  AmericanSociety of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers, Inc. 1992.

  conditions for human occupancy”,

  ASHRAE 55, “Thermal environmental

  8:Physiological Principles,Comfortand Health, ASHRAE, USA.

  Fundamental , Chapter

  Anonymous (1989), Handbook of

  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

  Iftikhar,A., Raja,J., Nicol Fergus,J. BANGUNAN, Jurnal Sistem Teknik McCartney Kathryn, Humphreys Industri Vol. 6, No. 3 Juli 2005 Michel,A., “Thermal comfort : use

  Zain, Ismail. (2011) Modul Training

  of control in naturally ventilated Ecotect , Gentra Studio. 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),