Tema rancangan - Institut Teknologi Sepuluh Nopember

PROSIDING, Seminar Nasional: Peran Teknologi dalam Transformasi Budaya Manusia
OPTIMASI KINERJA TERMAL
BANGUNAN RUMAH TINGGAL PEDESAAN
FX Teddy Badai Samodra
Arsitektur Lingkungan
Institut Teknologi Sepuluh Nopember
Kampus ITS – Sukolilo, Surabaya 60111
E-mail: [email protected]
ABSTRAK
Fenomena iklim tropis lembab merupakan hal yang sulit diselesaikan secara
arsitektural untuk mendapatkan kondisi dalam bangunan yang memenuhi syarat
hunian. Kontribusi panas akibat pengubahan bentukan permukaan kulit bumi tidak
terjadi apabila rancangan lingkungan terbangun memperhatikan tolok ukur pemakai
lingkungan dan atau bangunan, yaitu manusia. Kenyamanan dapat dalam bentuk
apapun yang berhubungan dengan kaidah manusia, namun kenyamanan fisik
merupakan ukuran yang universal. Penelitian ini bertujuan memaparkan simulasi untuk
membuktikan pengaruh aspek panas pada rancang arsitektur. Dalam kinerja termal
bangunan, hunian pedesaan atau kampung Jawa bisa diungguli oleh hunian kolonial.
Dengan optimasi pada elemen atap, sistem konstruksi kulit bangunan, dan orientasi,
probabilitas desain arsitektur pedesaan yang lebih nyaman dari tipologi lain dapat
dicapai. Arsitektur pedesaan memiliki identitas yang menjadi batasan simulasi untuk
mencapai optimasi kinerja termal. Dengan studi lapangan dan running software
Archipak dapat diketahui pengaruh rancangan arsitektur pada pembentukan kinerja
termal bangunan dan pencapaian kondisi optimumnya, elemen termal bangunan yang
paling berpengaruh, dan karakter bangunan rumah tinggal yang sesuai untuk
pedesaan tanpa menghilangkan identitasnya.
Kata kunci: arsitektur pedesaan, identitas pedesaan, kinerja termal, optimasi.
PENDAHULUAN
Melalui beberapa pengalaman sebagai bentuk thermal design, pencapaian
kenyamanan dipengaruhi oleh situasi dan kondisi alam dan teknologi. Secara garis
besar, kontribusi ilmiah optimasi terhadap objek arsitektural adalah memberikan kajian
dan telaah aspek panas dalam bangunan pada tahap awal rancang arsitektur dengan
menyediakan alat simulasi yang sifatnya siap pakai. Sistem simulasi ini dipakai untuk
pembuktian kebenaran pengaruh aspek panas pada rancang arsitektur. Hal ini
dilakukan dengan proses optimasi hasil kajian panas bangunan yang secara spesifik
disebut sebagai kinerja termal atau thermal performance.
Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan oleh Mas Santosa (1993), adanya
fenomena yang mengindikasikan bahwa dalam kinerja termal bangunan, hunian
tradisional / kampung Jawa ternyata masih bisa diungguli oleh hunian kolonial.
• Hunian tipikal tradisional Jawa, mempunyai atap genting Jawa, dengan heat
transmittance yang besar (U-value) = 5.302 W/m²K dan time lag yang pendek
(Tlg) = 0.38 jam. Dinding papan 2 cm dengan heat transmitte yang besar (Uvalue) = 3.013 W/m²K dan time lag yang pendek (Tlg) = 0.39 jam, serta bukaan
untuk penghawaaan sejumlah 14 % dari jumlah luasan kulit luar bangunan.
• Dalam hunian kolonial, atap cetakan dengan U-value = 2.520 W/m²K dan time
lag (Tlg) = 0.77 jam dan dinding U value rendah 1561 W/m²K dan time lag
yang panjang (Tlg) = 7.33 jam.
Universitas Teknologi “Yogyakarta”, 04 Desember 2004
70
PROSIDING, Seminar Nasional: Peran Teknologi dalam Transformasi Budaya Manusia
Fenomena ini memberikan suatu deskripsi adanya kemungkinan masyarakat
tradisional kurang memperhatikan aspek environmental sebagai dasar desain,. Hal
yang berbeda dalan hunian kolonial, teknologi hunian ini tidak ada pada nilai lokal.
Dengan konstruksi berat seperti dinding satu batu lebih mampu menghasilkan
penahanan panas dan pergantian udara yang baik untuk menghalau akumulasi panas
dalam ruang. Namun, pada dasarnya bangunan tradisional akan memilki potensi untuk
dimodifikasi lebih baik dibanding tipe kiolonial, arsitektur tradisional memiliki struktur
dan konstruksi ringan, dengan dinding bambu dan atap sirap atau genteng serta
proteksi radiasi dengan sosoran. Material tersebut merupakan bahan pelepas panas
bukan peyimpan panas.
Potensi arsitektur pedesaan untuk dikaji ke arah perfomansi dalam konteks
termal bangunan diharapkan tidak menghilangkan image pedesaan yang sudah ada.
Dari kondisi ini kajian optimasi diarahkan untuk mengetahui pengaruh rancangan
arsitektur dan sistem konstruksi bangunan pada pembentukan kinerja termal bangunan
dan pencapaian kondisi optimumnya, elemen termal bangunan yang paling
memberikan pengaruh, dan, karakter bangunan rumah tinggal yang paling sesuai
untuk pedesaan tanpa harus menghilangkan identitas pedesaan.
KELAKUAN PANAS BANGUNAN
Pada daerah yang mempunyai variasi kecil pada suhu udara kering dan
kelembaban relatif, baik dalam satu hari maupun dalam satu tahun (tropis lembab),
maka faktor utama yang mempengaruhi thermal performance adalah:
1. Kapasitas penyimpanan panas sistem struktur
2. Kemampuan menahan panas kulit luar bangunan
3. Aliran radiasi matahari, langsung dan sebaran
4. Jumlah pergantian udara
5. Aliran panas dari dalam bangunan
Pada permasalahan lingkungan seperti pada keadaan di atas akan melibatkan
banyak variabel yang mempunyai tujuan ganda dalam skala prioritas. Sub variabel
atau komponen dari masing-masing variabel mempunyai keterkaitan yang kompleks.
Dalam hal ini perencana akan berperan sebagai penentu (decision maker), artinya
hasil akhir bisa lebih dari satu, dan perencana akan menentukan satu keputusan yang
sesuai untuk suatu keadaan spesifik. Keadaan seperti ini memerlukan suatu proses
optimasi yang mampu mendukung semua tujuan. Proses optimasi pada dasarnya akan
efisien apabila ditunjang oleh sistem simulasi dengan menggunakan fasilitas komputer,
karena pekerjaaan optimasi akan memerlukan pekerjaan yang berulang (iterasi) dalam
jumlah yang tidak dapat diduga. Untuk itu diperlukan suatu software yang berdasar
pada teori optimisasi sesuai dengan filosofi permasalahan yang ada.
Prediksi thermal performance bangunan umumnya dilakukan melalui dua
metoda yaitu secara empiris dan secara teoritis. Pada proses modeling untuk tujuan
perancangan arsitektur diperlukan suatu alat prediksi yang efektif, sesuai dengan
aktivitas perancangan, dan untuk ini metoda teoritis yang umumnya dipakai. Tujuan
utama dari sistem prediksi ini adalah:
1. Menetapkan kapasitas pendinginan/pemanasan
2. Memprediksi respon panas dalam bangunan dalam satuan waktu
3. Mengevaluasi performance sistem struktur bangunan terhadap panas
Teori prediksi termal performance bangunan pada umumnya mengikuti tiga metoda,
yaitu:
1. Response factor method
2. Thermal network analysis, finite difference method
3. Harmonic analysis
Universitas Teknologi “Yogyakarta”, 04 Desember 2004
71
PROSIDING, Seminar Nasional: Peran Teknologi dalam Transformasi Budaya Manusia
KARAKTER TIPOLOGI BANGUNAN HUNIAN/RUMAH TINGGAL
NO.
TIPOLOGI
1.
TRADISIONAL
PENUTUP ATAP
Genting Jawa
2,
KOLONIAL
Genting cetakan
3.
MODERN
Genting cetak
modern
KARAKTER
DINDING
BUKAAN
Papan 2 cm
Luasan = 14% dari
jumlah kulit luar
bangunan
Dinding 1 bata
Luasan = 14% dari
jumlah kulit luar
bangunan
Dinding ½ bata Luasan = 14% dari
jumlah kulit luar
bangunan
Tabel 1: Karakter Tipologi Rumah Tinggal
 Aspek thermal comfort yang dikaji dalam penelitian ini adalah aspek fisik.
Berdasarkan peneltian sebelumnya (Santosa, Mas.Sistem Informasi Aspek
Panas dalam Rancang Arsitektur Lemlit ITS. Surabaya: 1993) indikator themal
comfort adalah temperature dengan range 26,54ºc sampai 29.44ºc.
 Dari data eksisting dilakukan kombinasi/simulasi dengan 4 orientasi (utara,
timur, selatan, dan barat) untuk menetukan orientasi terbaik (optimal) yang
dicapai pada masing-masing tipologi dengan kombinasi air change.
No.
Apsek
keterangan
1.
Orientasi
Zona timur merupakan zona ternyaman hal ini
didukung oleh eksistensi angin timur yang mampu
membentuk jumlah pergantian udara yang cukup
untuk menghapus panas
2.
Periode underheating dan
Hunian kolonial mempunyai periode nyaman paling
zona nyaman.
panjang dibanding tipologi lain
Tabel 2: Hasil Kajian Rumah Tinggal
Arsitektur tradisional memiliki struktur dan konstruksi ringan, dengan dinding
bambu dan atap sirap atau genteng serta proteksi radiasi dengan sosoran, material
tersebut merupakan bahan pelepas panas bukan peyimpan panas. Karakater dinding
ventilasi ini akan menyimpan ¼ panas dibanding dinding masif pada bangunan
kolonial, di mana perbedaaan suhu siang dan malam sekitar 8 ºc.
IDENTITAS (IMAGE) ARSITEKTUR PEDESAAN
Dalam penelitian yang dilakukan oleh Josef Prijotomo (1979), arsitektur
pedesaan/kampung memiliki karakter sebagai identitas. image ini menjadi bentuk
batasan atau range kerja bagi simulasi elemen untuk mencapai optimasi kinerja termal.
Potensi arsitektur pedesaaan untuk dikaji ke arah perfomansi dalam konteks termal
bangunan diharapkan tidak menghilangkan image pedesaan yang sudah ada.
Universitas Teknologi “Yogyakarta”, 04 Desember 2004
72
PROSIDING, Seminar Nasional: Peran Teknologi dalam Transformasi Budaya Manusia
No.
1.
Aspek khas
Bentuk
2.
Dimensi
3.
Material
keterangan
Bentuk atap memiliki bentuk kampung pokok, seperti brunjung
dalam Joglo dan adanya bentuk emper (R. Ismunandar K .
Arsitektur Rumah Tradisonal Jawa..Daahra Prize. Semarang: 1997)
Ukuran pada umumnya tidak bertipe besar, sesuai jumlah anggota
keluarga.
Berasal dari bahan yang dapat dijangkau lingkungan sekitar.
(S. Gunadi, J. Prijotromo.dkk. Perkembangan Arsitektur Pedesaan.
FTA - ITS. Surabaya : 1979)
Tabel 3: Identitas Pedesaan
EKSPLORASI DESAIN
Dalam mempertahankan image arsitektur pedesaan beberapa batasan material
akan menjadi bentuk pilihan atau spesifikasi variabel bebas dengan pertimbangan
potensi untuk pencapaian optimasi Spesifikasi material merupakan bentuk
penyederhanaan permutasi/simulasi variabel dengan tetap mempertahankan peluang
untuk pencapaian optimasi kinerja termal bangunan rumah tinggal pedesaan. Secara
garis besar penelitian ini melibatkan tiga langkah utama untuk mencapai tujuan, yaitu
prediksi suhu lingkungan dalam bangunan, yang terdiri dari :
1. Tahap identifikasi dan spesifikasi, evaluasi kondisi iklim setempat termasuk
potensinya untuk pendinginan pasif.
2. Tahap simulasi, realisasi model simulasi kelakukan panas dan sistem
optimasinya dalam perencanaan bangunan. (eksplorasi desain)
3. Tahap optimasi, evaluasi untuk mendapatkan optimasi aspek panas dalam
bangunan pada strategi perencanaan arsitektur.
Pola kombinasi antar variabel:
NO.
SIMULASI
KOMBINASI
1.
1
A1-B1-C1
2.
2
A1-B1-C2
3.
3
A1-B1-C3
4.
4
A1-B1-C4
5.
5
A1-B2-C1
6.
6
A1-B2-C2
7.
7
A1-B2-C3
8.
8
A1-B2-C4
9.
9
A2-B1-C1
10.
10
A2-B1-C2
11.
11
A2-B1-C3
12.
12
A2-B1-C4
13.
13
A2-B2-C1
14.
14
A2-B2-C2
15.
15
A2-B2-C3
16.
16
A2-B2-C4
Universitas Teknologi “Yogyakarta”, 04 Desember 2004
73
PROSIDING, Seminar Nasional: Peran Teknologi dalam Transformasi Budaya Manusia
Keterangan kombinasi:
ATAP (A)
SILMULASI VARIABEL
BEBAS
genteng
DINDING (B)
Sirap
tradisional
(A1)
papan
ORIENTASI (C)
Bambu
Utara
Timur
Selatan
Barat
(B2)
(C1)
(C2)
(C3)
(C4)
kayu
(A2)
(B1)
genteng
ATAP
(A)
tradisional
(A1)
Sirap
(A2)
papan kayu
DINDING
(B)
(B1)
Bambu
(B2)
Utara
(C1)
Timur
ORIENTASI
(C)
(C2)
Selatan
(C3)
Barat
(C4)
Tabel 4: Pola Simulasi Antar Variabel
OPTIMASI KINERJA TERMAL
Dari Run Aiolos versi 1.0, terdeteksi untuk observasi bulan terpanas (oktober)
di latitude 7.2 LS (Surabaya), orientasi Timur dan Barat memiliki ACH (air change)
paling tinggi. Di sini, orientasi Timur dan Barat memiliki peluang penghapusan panas
untuk arsitektur pedesaan dibanding orientasi lain.
Dari output ACH , eksplorasi untuk menentukan optimasi kinerja termal dapat
dipaparkan dengan operasi Archipak versi 4.0. Penentuan optimasi ini ditunjukkan oleh
histogram K-Hours dari simulasi 1 sampi 16 dari gambar 1. Di sini nilai minimal KHours memberikan comfortable value untuk kinerja termal paling optimal (simulasi 16).
Universitas Teknologi “Yogyakarta”, 04 Desember 2004
74
PROSIDING, Seminar Nasional: Peran Teknologi dalam Transformasi Budaya Manusia
110
100
90
80
70
K-HOURS
60
50
40
30
20
10
0
-10
To
k-Hours UH
-2,2
k-Hours OH
52,2
Ti -1
Ti -2
Ti -3
Ti -4
Ti -5
Ti -6
101,6
96,9
101,6
96,7
96,3
92,2
Ti -7
Ti -8
Ti -9
Ti -10
Ti -11
Ti -12
Ti -13
Ti -14
Ti -15
Ti -16
96,3
91,9
71,8
69,5
71,8
69,4
69,8
67,7
69,8
67,5
KATEGORI SIMULASI
Gambar 1: Grafik K-Hours Simulasi
DINDING BAMBU, U-VALUE = 0.84 DAN TLAG = 0,2 JAM
ATAP SIRAP, U VALUE = 5,77
Gambar 2: Material Optimasi
Universitas Teknologi “Yogyakarta”, 04 Desember 2004
75
PROSIDING, Seminar Nasional: Peran Teknologi dalam Transformasi Budaya Manusia
ORIENTASI TIMUR - BARAT
ORIENTASI UTARA - SELATAN
Gambar 3: Orientasi Objek Aristektur Pedesaan
KESIMPULAN
Dari kontribusi simulasi dengan Aiolos dan Archipak, dapat ditentukan
bahwa orientasi Timur-Barat memberikan zona paling nyaman dibanding
orientasi lain dengan konsekuensi nilai pertukaran udara yang paling optimal.
Dalam kondisi ini, dengan arah bukaan ke Timur atau Barat, seperti dalam studi
sebelumnya dapat mengeliminasi radiasi yang didominasi oleh posisi matahari
di bagian utara lokasi 7.2 LS. Dalam konteks distribusi termal arsitektur
pedesaan, mengindikasikan karakter material yang dapat mendukung proses
optimasi adalah dinding bambu (bamboo) dan atap sirap (wood shingles).
DAFTAR PUSTAKA
Frick, Heinz. 1997. Pola Struktural dan Teknik Bangunan di Indonesia (Jawa).
Kanisius
Karyono,T.H. ,dkk. 2002. International Symposium: Building Research and the
Sustainability ofthe Built Environment in the Tropics. Tarumanegara University
Leppsmeier, G. 1997. Bangunan Tropis. Erlangga
Mangunwijaya Y.B. 1994. Pengantar Fisika Bangunan. Djambatan
R. Ismunandar K . 1997. Arsitektur Rumah Tradisonal Jawa..Daahra Prize.
Rullan N dan Dwi Hariadi. 1988. Study Faktor Kenyamaman dan Kenikmatan
Bangunan Kolonial di Surabaya. Pusat Penilitian ITS
S. Gunadi, J. Prijotromo.dkk. Perkembangan Arsitektur Pedesaan. 1979. FTA - ITS.
Surabaya
Santosa, Mas..1993. Sistem Informasi Aspek Panas dalam Rancang Arsitektur Lemlit
ITS
Santosa, Mas. 2003. Totalitas Arsitektur Tropis. Orasi Pengukuhan Guru Besar ITS
Santosa, Mas. 2000. Proceedings SENVAR 2000. Lab of Science and Technology
Architecture ITS
Sumalyo, Yulianto. 1995. Arsitektur Kolonial Belanda di Indonesia. Gajah Mada
University Press
Szokolay,S.V. 1980. Environmental Science Handbook. The Constuction Press
Universitas Teknologi “Yogyakarta”, 04 Desember 2004
76
PROSIDING, Seminar Nasional: Peran Teknologi dalam Transformasi Budaya Manusia
Tabel 5: Data Temperature Tiap Simulasi Hasil Run Archipak 4.0
(Grafik Simulasi Optimal Maksimal dan Minimal)
Universitas Teknologi “Yogyakarta”, 04 Desember 2004
77