Karakteristik Efikasi Cahaya Global dan Difus Berdasarkan Jenis Kondisi Langit di Indonesia

Transkripsi

1 Ramli Rahim Karakteristik Efikasi Cahaya Global dan Difus Berdasarkan Jenis Kondisi Langit di Indonesia Ramli Rahim (1), Lily Pudjiastuti (2), Sri Nastiti Nugrahani Ekasiwi (3), IGusti Ngurah Antaryama (4), Baharuddin (5), Rosady Mulyadi (6) (1) Jurusan Arsitektur, Fakultas Teknik, Universitas Hasanuddin (2) Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik Industri, ITS Surabaya (3) Jurusan Arsitektur, Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan, ITS Surabaya (4) Jurusan Arsitektur, Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan, ITS Surabaya (5) Jurusan Arsitektur, Fakultas Teknik, Universitas Hasanuddin (6) Jurusan Arsitektur, Fakultas Teknik, Universitas Hasanuddin Abstrak Dalam upaya ikut berpartisipasi dalam IDMP dan mengumpulkan data di daerah tropik yang hingga saat ini sangat terbatas, sebuah stasiun pengukuran data iluminansi dan radiasi surya telah didirikan di Makassar dan beroperasi sejak Januari 1995 hingga tahun Selanjutnya pengukuran data cahaya langsung dan cahaya pantul dilanjutkan kembali mulai April Penelitian ini mengevaluasi data hasil pengukuran dan menghitung nilai dan karakteristik efikasi cahayaglobal dan difus berdasarkan fluktuasi harian, bulanan dan tahunan yang diklasifikasikan atas jenis kondisi langit. Nilai dan karakteristik efikasi cahayadiperlukan untuk menetapkan nilai luminansi ataupun radiasi, jika data hasil pengukuran yang tersedia sangat terbatas. Kedua data tersebut merupakan komponen yang sangat diperlukan dalam berbagai perhitungan dan aplikasi penggunaan cahaya sianghari dan pengaruh radiasi pada bangunan. Untuk kemudahan pertukaran data internasional, hasil analisis disajikan sesuai metode pengolahan data internasional (tabel dan grafik bulanan dan tahunan dalam interval waktu 30 menit dan interval ketinggian matahari 6 derajat). Kata-kunci : Efikasi cahaya, Luminansi dan radiasi surya, Pengukuran data, Perubahan iklim Pengantar Indonesia yang terletak pada garis katulistiwa dengan iklim tropis menerima energi dan cahaya siang hari yang sangat cukup, gratis dan tersedia sepanjang tahun. Namun kenyataannya, banyak hasil rancangan arsitektur (bangunan) yang masih tergantung pada penggunaan listrik pada siang hari khususnya untuk pencahayaan ruangan. Bangunan yang gagal menghemat dalam pemakaian energi, akan menjadi mahal secara operasional. Perbedaan tempat dan perubahan kondisi langit yang terjadi sepanjang tahun memberikan kesulitan untuk menetapkan acuan dalam berbagai perhitungan dasar penggunaan pencahayaan alami. Kesulitan tersebut menyebabkan banyak arsitek dan ahli bangunan di Indonesia mengambil jalan pintas dengan membuat asumsi sendiri atau menggunakan hasil penelitian yang berdasarkan data dan acuan ataupun perangkat lunak komputer dari negara lain yang letak geografis dan kondisinya berbeda dengan Indonesia. Analisis dengan asumsi yang berbedabeda atau pemakaian acuan dari negara lain, tentunya akan memberikan hasil yang tidak optimal dan memperkecil upaya pengembangan acuan baru yang lebih sesuai dengan kondisi Indonesia. Nilai manfaat pencahayaan (luminous efficacy) dapat diperoleh dari perbandingan antara nilai radiasi global dan luminansi global (Eeg/Evg), atau perbandingan antara nilai radiasi difus dan luminansi difus (Eed/Evd), (Koga, 1993).Nilai efikasi cahayaglobal (Kg) sangat diperlukan Prosiding Temu Ilmiah IPLBI 2013 E - 25

2 Karakteristik Efikasi Cahaya Global dan Difus Berdasarkan Jenis Kondisi Langit di Indonesia apabila data yang tersedia terbatas hanya Radiasi Global (Eeg) atau sebaliknya hanya tersedia Luminansi Global (Evg). Selanjutnya, nilai efikasi cahayadifus (Kd) sangat diperlukan apabila data yang tersedia terbatas hanya Radiasi Difus (Eed) atau sebaliknya hanya tersedia Luminansi Difus (Evd). Berdasarkan latar belakang dan urgensi penelitian, permasalahan dalam penelitiandapat dirumuskan sebagai berikut: 1. Bagaimana karakteristik efikasi cahaya global (Kg=Evg/Eeg) untuk masing-masing jenis kondisi langit? 2. Bagaimana karakteristik efikasi cahaya difus (Kd=Evd/Eed) untuk masing-masing jenis kondisi langit? Metodologi Penelitian Penelitian dilaksanakan di Laboratorium Sains dan Teknologi Bangunan, Jurusan Arsitektur Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin.Jenis penelitian adalah eksperimental menggunakan pengukuran data. Pengukuran dilakukan sepanjang hari dengan pengambilan data setiap 15 menit. Data diukur dengan Shunsine Sensor tipe BF3 yang diletakkan pada tiang di atas atap plat beton Jurusan Arsitektur dengan ketinggian 15 meter di atas permukaan tanah. Kedudukan tiang/menara beserta sensor diatur sedemikian rupa sehingga tetap dapat menerima sinar matahari sepanjang hari. Data hasil pengukuran diteruskan ke Data Logger GP1 yang ditempatkan di Laboratorium Sains dan Teknologi Bangunan. Data dalam data logger akan ditransfer ke penyimpanan data di komputer setiap mingu yang selanjutnya diolah dengan kontrol baku sesuai Pedoman IDMP. Pengawasan terhadap kinerja peralatan dilakukan tiga kali dalam sehari guna menjaga kualitas pengukuran. Kondisi pelaksanaan pengukuran termasuk pengamatan kondisi cuaca dicatat dalam buku harian pengukuran (log book) dan akan menjadi bahan pendukung dalam pelaksanaan pengolahan dan analisa data. Untuk keperluan pengolahan dan analisa, dilakukan evaluasi awal dimana semua data yang terekam dicetak dalam bentuk tabel harian untuk setiap komponen data pengukuran. Dari tabel tersebut didapatkan durasi pengukuran yang rinci untuk setiap menit, jam dan harian.obyek penelitian adalah pengolahan dan analisis hasil pengukuran Data tahun dan 2010 (Total data: ) dan 2010 (Total data: 6.971). Koleksi data hasil pengukuran meliputi: Luminansi Global dan Difus (Evg dan Evd), Radiasi Global dan Difus (Eeg dan Eed).Selanjutnya setiap hari pengukuran dilengkapi dengan masing-masing gambar fluktuasi data harian untuk luminansi global (Evg) dan difus (Evd). Dalam upaya memperoleh hasil pengukuran yang akurat sebelum data dievaluasi dan diolah, diperlukan pemeriksaan data melalui suatu tahapan meliputi: evaluasi awal (quantity control)dan proses kendali mutu (quality control) sesuai dengan pedoman dari IDMP-CIE. Evaluasi awal meliputi evaluasi pelaksanaan pengukuran untuk mengetahui kuantitas hasil pengukuran, meliputi: jumlah hari pengukuran, pengukuran yang sempurna, pengukuran yang kurang sempurna/gagal dan total data terekam untuk setiap komponen pengukuran. Tahapan selanjutnya adalah proses kendali mutu yang dimaksudkan untuk mengetahui kualitas hasil pengukuran dengan membandingkan nilai antar komponen. Tabel 1 menunjukkan jumlah hari pengukuran, data terekam dan hasil control baku data tahun Tahap I (1) 0 < Evg < 1.2 E.T.I. (2) 0 < Eeg < 1.2 E.T.R. (3) 0 < Evd < 0.8 E.T.I. (4) 0 < Eed < 0.8 E.T.R. Tahap II (1) Evd < Evg + 10% (2) Eed < Eeg + 10% dimana E.T.I. and E.T.R. masing-masing adalah extraterrestrial normal iluminansi dan radiasi. E.T.I. = klx; E.T.R. = 1367 W/m 2. E - 26 Prosiding Temu Ilmiah IPLBI 2013

3 Tabel 1. Jumlah Hari Pengukuran, Data Terekamdan Hasil Kontrol Baku Bulan Januari Februari Maret April Mei Juni Juli Agustus September Oktober Nopember Desember Jumlah Hari Ukur Jumlah Data Terekam Data Hasil Kontrol Baku (%) Total Sumber: Laboratorium Sains dan Teknologi Bangunan, Jurusan Arsitektur Fakultas Teknik Unhas Pengolahan data dilakukan sesuai metode pengolahan data dari IDMP sebagai berikut: Rata-rata bulanan dan tahunan, standar deviasi, jumlah data, maksimum dan minimum, dalam interval setiap 6 ketinggian matahari (pagi dan sore). Rata-rata bulanan/tahunan, standar deviasi, jumlah data, maksimum dan minimum, dalam interval setiap 30 menit (pagi dan sore). Analisis dan Interpretasi Efikasi cahayamerupakan penentuan koefisien perbandingan antara data luminansi dan radiasi. Tujuan utama atau kegunaan efikasi cahaya(k) adalah untuk mengitung dan memprediksi nilai radiasi (Ee) jika tidak tersedia di suatu tempat dengan menggunakan nilai luminansi yang ada (Ev). Sebaliknya hal tersebut dapat melakukan prediksi/penentuan nilai luminansi (Ev) jika tidak tersedia di suatu tempat berdasarkan nilai radiasi (Ee) yang ada di tempat tersebut. Penentuan nilai koefisien efikasi cahaya (K) dapat dilakukan masing-masing untuk nilai efikasi cahaya global (Kg) dan nilai efikasi cahaya difus (Kd). Nilai efikasi cahaya global (Kg) adalah perbandingan antara luminansi global (Evg) dan radiasi global (Eeg). Selan-jutnya nilai efikasi cahaya difus (Kd) adalah perbandingan antara luminansi difus (Evd) dan radiasi difus (Eed). Ramli Rahim 1. Karakteristik Efikasi Cahaya Global (Kg) Bulanan Tabel 2 dan gambar 1 memperlihatkan contoh hasil pengolahan nilai dan fluktuasi efikasi cahaya global (Kg) bulan Januari untuk tahun 1995 dalam interval ketinggian matahari 6. Tabel 2. Rata-rata Bulanan Efikasi CahayaGlobal (Kg)Bulan Januari 1995 dalam Interval 6 Ketinggian Matahari Ketinggian Nilai Standar Jumlah Nilai Nilai Matahari ( ) Ratarata Deviasi Data Maksimum Minimum Gambar 1. Fluktuasi Rata-rata Bulanan Efikasi CahayaGlobal (Kg)Bulan Januari 1995 dalam Interval 6 Ketinggian Matahari Prosiding Temu Ilmiah IPLBI 2013 E - 27

4 Karakteristik Efikasi Cahaya Global dan Difus Berdasarkan Jenis Kondisi Langit di Indonesia Gambar 2 memperlihatkan contoh hasil pengolahan nilai dan fluktuasi efikasi cahaya global (Kg) bulan Januari untuk tahun 1995 dalam interval waktu 30 menit. Gambar 2. Fluktuasi Rata-rata Bulanan Efikasi CahayaGlobal (Kg) Bulan Januari 1995 dalam Interval waktu 30 menit Tabel 3. Rata-rata Bulanan Efikasi CahayaDifus (Kd) Bulan Januari 1995 dalam interval waktu 30 menit Waktu Nilai Standar Jumlah Nilai Nilai Ratarata Deviasi Data Maksimum Minimum 05:31-06:00 06:01-06: :31-07: :01-07: :31-08: :01-08: :31-09: :01-09: :31-10: :01-10: :31-11: :01-11: :31-12: :01-12: :31-13: :01-13: :31-14: :01-14: :31-15: :01-15: :31-16: :01-16: :31-17: :01-17: :31-18: :01-18:30 2. Karakteristik Efikasi Cahaya Difus (Kd) Bulanan Gambar 3 dan tabel 3 memperlihatkan contoh hasil pengolahan nilai dan fluktuasi efikasi cahaya difus (Kd) bulan Januari untuk tahun 1995 dalam interval waktu 30 menit. Gambar 4. Fluktuasi Rata-rata Bulanan Efikasi Cahaya Difus (Kd) Bulan Januari 1995 dalam Interval 6 Ketinggian Matahari Gambar 3. Fluktuasi Rata-rata Bulanan Difus (Kd) Bulan Januari 1995 dalam dalam interval waktu 30 menit 3. Karakteristik Kumulatif Efikasi Cahaya Global (Kg) Tahunan Gambar 5 memperlihatkan hasil analisis nilai tahunan efikasi cahaya global pada tahun Nilai tertinggi terjadi pada tahun 1995 dan terendah terjadi pada tahun Gejala lain yang terlihat adalah terjadinya peningkatan E - 28 Prosiding Temu Ilmiah IPLBI 2013

5 nilai yang drastis pada saat matahari terbit dan terbenam dengan nilai sekitar 100. Hal ini diduga akibat dari radiasi pantul yang bergabung pada saat posisi matahari mendekati horizon. Selanjutnya pola fluktuasi terjadi peningkatan nilai yang drastis antara jan hingga rata-rata hingga 140 dengan nilai tertinggi hingga 160 dan terendah sebesar 120. Hal ini diduga disebabkan karena jarak matahari dengan bumi yang dekat serta akumulasi radiasi sejak pagi, yang selanjutnya menurun. Ramli Rahim Dengan hasil analisis tersebut, karakteristik nilai kumulatif untuk efikasi cahaya global (Kg) adalah y = x x dengan faktor korelasi Karakteristik Kumulatif Efikasi Cahaya Difus (Kd) Tahunan Gambar 6 memperlihatkan hasil analisis nilai tahunan efikasi cahayadifus pada tahun Sebagaimana pada efikasi cahaya global, secara umum nilai tertinggi terjadi pada tahun 1995 dan terendah terjadi pada tahun Pola fluktuasi yang terlihat adalah terjadinya peningkatan nilai yang konstan pada saat matahari terbit dengan nilai sekitar 40 hingga siang hari mencapai nilai maksimal sebesar 120. Selanjutnya terjadi penurunan nilai hingga angka 60 pada jam dan meningkat drastis hingga angka 140 pada saat menjelang matahari terbenam. Gambar 5. Fluktuasi Tahunan Efikasi Cahaya Global (Kg) dalam interval waktu 30 menit Pada tabel 4 diperlihatkan karakteristik nilai efikasi cahayaglobal dalam bentuk persamaan polynomial dan faktor korelasi masing-masing untuk tahun dan karakteristik nilai kumulatif rata-rata. Tabel 4. Karakteristik nilai efikasi cahaya global dalam bentuk persamaan polynomial dan faktor korelasi masing-masing untuk tahun dan karakteristik nilai kumulatif rata-rata dalam interval waktu 30 menit Tahun Polynomial R y = x x y = x x y = x x y = x x y = x x y = x x Rata-rata y = x x Gambar 6. Fluktuasi Tahunan Efikasi Cahaya Difus (Kd) dalam interval waktu 30 menit Pada tabel 5 diperlihatkan karakteristik nilai efikasi cahaya difus dalam bentuk persamaan polynomial dan faktor korelasi masing-masing untuk tahun dan karakteristik nilai kumulatif rata-rata. Prosiding Temu Ilmiah IPLBI 2013 E - 29

6 Karakteristik Efikasi Cahaya Global dan Difus Berdasarkan Jenis Kondisi Langit di Indonesia Tabel 5. Karakteristik nilai efikasi cahayadifus dalam bentuk persamaan polynomial dan faktor korelasi masing-masing untuk tahun dan karakteristik nilai kumulatif rata-rata dalam interval waktu 30 menit Tahun Polynomial R y = x x y = x x y = x x y = x x y = x x y = x x Rata-rata y = x x Dengan hasil analisis tersebut, karakteristik nilai kumulatif untuk efikasi cahaya difus (Kd) adalah y = x x dengan faktor korelasi Efikasi Cahaya berdasarkan Jenis Kondisi Langit Dalam kaitannya dengan kondisi langit (cerah, berawan dan mendung), nilai efikasi cahaya global dan nilai efikasi cahaya difus dapat ditentukan berdasarkan nilai luminansi global (Evg) dan radiasi global (Eeg) untuk setiap jenis kondisi langit. Begitu pula dengan nilai efikasi cahaya difus (Kd) dapat ditentukan berdasarkan nilai luminansi difus (Evd) dan radiasi difus (Eed) pada setiap jenis kondisi langit (cerah, berawan dan mendung). Efikasi Cahaya Global (Kg) berdasarkan Jenis Kondisi Langit Berdasarkan nilai Evg dan Eeg yang diklasifikasikan menurut jenis kondisi langit pada tahun yang diperoleh pada penelitian sebelumnya maka nilai kumulatif efikasi cahaya global (Kg) dapat ditetapkan sebagai hasil analisis sebagai berikut: Kg-cerah = Kg-berawan = Kg-mendung = Efikasi Cahaya Difus (Kd) berdasarkan Jenis Kondisi Langit Berdasarkan nilai Evd dan Eed yang diklasifikasikan menurut jenis kondisi langit pada tahun yang diperoleh pada penelitian sebelumnya maka nilai kumulatif efikasi cahaya difus (Kd) dapat ditetapkan sebagai hasil analisis E - 30 Prosiding Temu Ilmiah IPLBI 2013 sebagai berikut: Kd-cerah = Kd-berawan = Kd-mendung = Kesimpulan dan Saran Dari dukungan seri data yang lengkap dalam waktu yang panjang tersebut, penelitian ini menghasilkan analisis efikasi cahayaglobal dan difus berdasarkan fluktuasi harian, bulanan dan tahunan yang diklasifikasikan dalam tiga jenis kondisi langit (cerah, berawan dan mendung).hasil analisis disajikan dalam bentuk tabel dan grafik bulanan dan tahunan dalam interval waktu 30 menit dan interval ketinggian matahari 6 derajat. Selanjutnya akan menghasilkan nilai kumulatif untuk efikasi cahayaglobal dan difus: 1. Karakteristik nilai kumulatif untuk efikasi cahayaglobal (Kg) adalah: y = x x dengan faktor korelasi Karakteristik nilai kumulatif untuk efikasi cahayadifus (Kd) adalah: y = x x dengan faktor korelasi Nilai kumulatif efikasi cahayaglobal (Kg) berdasarkan kondisi langit adalah: Kg-cerah= , Kg-berawan= , dan Kg-mendung = Nilai kumulatif efikasi cahayadifus (Kd) berdasarkan kondisi langit adalah: Kd-cerah= , Kd-berawan= , dan Kd-mendung= Gejala perubahan iklim menunjukkan fluktuasi nilai yang berbeda dengan pola fluktuasi yang sama dari tahun ke tahun. Nilai tertinggi terjadi pada tahun 1995 dan terendah pada tahun Nilai rata-rata hampir sama terjadi pada tahun 1997, 1998, 1999, dan Ucapan Terima Kasih Penelitian ini disponsori oleh Hibah Penelitian EPI- UNET Dana BOPTN 2013 Lembaga Penelitian dan Pengabdian pada Masyarakat (LPPM), Institut Teknologi Sepuluh Nopember - ITS Surabaya. Daftar Pustaka Baharuddin. Et al. (2010). Daylight Availability in Hong Kong: Classification into Three Sky Conditions, Journal Architectural Science Review, ASRE (ISSN:

7 (print), (online) 53, 2010, pp Departemen Pekerjaan Umum. (1993). Standar Tata Cara Perencanaan Teknis Konservasi energi pada Bangunan Gedung (SK SNI T ). Bandung: Yayasan Lembaga Penelitian MasalahBangunan. Koga, Y. et al. (1993). Study on Luminous efficacy; the relation to cloud ratio, Lux Europa 1993, April 1993, pp Lippsmeier, G. (1994). Bangunan Tropis. Alih bahasa Syahmir Nasution. Erlangga. Jakarta. Rahim, MR. (1994). Stasiun Pengukuran Data Illuminansi dan Radiasi Matahari di Ujung Pandang, Makalah pada Simposium Nasional Fisika XV 1994, Surabaya, Desember Rahim,MR. (1995). International Daylight Measurement Programme, Makalah pada Workshop Nasional KPDA, UPT Hujan Buatan-BPPT Jakarta, Maret Rahim, R. et.al. (2004). Classification of Daylight and Radiation Data into Three Sky Conditions by Cloud Ratio and Sunshine Duration, Journal Energy and Buildings, Elsevier, Volume 36, 2004 pp Rahim, MR. dkk. (2005). Aplikasi Distribusi Luminansi Langit dan Tingkat Ketersediaan Luminansi Horizontal dalam Perancangan Pencahayaan Bangunan di Indonesia, RUT X Kementerian Riset dan Teknologi dan Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia ( ). Ramli Rahim Prosiding Temu Ilmiah IPLBI 2013 E - 31