OPTIMASI KINERJA TERMAL BANGUNAN RUMAH TINGGAL PEDESAAN

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