Perbandingan Perhitungan OTTV dan RETV Gedung Residensial Apartement.

Transkripsi

1 Perbandingan Perhitungan OTTV dan RETV Gedung Residensial Apartement. Dian Fitria, Thesa Junus D. Green Building Engineers, Divisi Sustainability, PT Asdi Swasatya Abstrak Besar panas yang masuk ke dalam gedung melalui proses konduksi dan radiasi bergantung dari desain selubung bangunan tersebut. Di Indonesia, formula yang dapat memperhitungkan nilai perpindahan panas dari luar ke dalam gedung adalah OTTV atau Overal Thermal Transfer Value yang dibakukan dalam SNI 6389: 2011 tentang Konservasi Energi Selubung Bangunan pada Gedung. Sementara, Singapura memiliki formula tersendiri dalam menghitung perpindahan panas yang secara spesifik diperuntukkan untuk bangunan gedung fungsi residensial. Formula tersebut dikenal dengan RETV atau Residential Envelope Transmittance Value. Mengingat kondisi iklim Singapura tidak berbeda jauh dengan Indonesia, maka artikel ini mencoba membandingkan kedua formula tersebut terhadap sebuah gedung yang sama. Perhitungan OTTV dilakukan dengan dua cara melalui ΔT5 dan ΔT8 sehingga terdapat 3 perbandingan yaitu OTTVΔT5; OTTVΔT8; RETV. Masing-masing formula dihitung melalui variasi: 3 kondisi nilai Uf, 5 kondisi WWR dan 11 kondisi SC. Dari setiap variasi dapat dilihat perbandingan bobot beban panas dari konduksi masif (Qw); konduksi transparan (Qf1) dan radiasi transparan (Qf2).Sementara dari setiap variasi dapat dilihat optimalisasi antara WWR maksimum dan nilai SC optimum serta sebaliknya pada setiap kondisi Uf. Berdasarkan studi yang dilakukan, proporsi beban konduksi transparan pada perhitungan RETV lebih rendah dibanding beban konduksi transparan pada perhitungan OTTV. Hasil studi juga menunjukkan perhitungan OTTV ΔT 5 maupun OTTV ΔT 8 membutuhkan kriteria spesifikasi kaca dan rentang nilai WWR yang jauh lebih ketat dibanding pada perhitungan RETV. Latar Belakang OTTV dan RETV Kolaborasi antara desain pasif dan aktif sangat diperlukan untuk mewujudnya gedung yang ramah lingkungan terutama dalam kaitannya dengan efsiensi energi. Pada konteks daerah tropis seperti Indonesia, sistem pengondisian udara untuk sistem pendingin merupakan salah satu komponen yang cukup signifikan dalam konsumsi energi gedung. Sementara, beban pendinginan tidak hanya ditentukan oleh beban panas internal saja. Beban panas ekstenal yang berasal dari selubung bangunan dianggap memiliki peran yang signifikan dalam menentukan beban pendinginan. Dalam memperhitungkan beban panas dari selubung bangunan tentunya sangat erat kaitannya dengan orientasi gedung dan spesifikasi material yang digunakan. Hal ini menunjukan bahwa optimalisasi desain pasif pada fasad sangat dibutuhkan. Pada tahun 1975, OTTV atau Overal Thermal Transfer Value pertama kalinya diajukan oleh American Sociaty of Heating, Refrigeration and Air-conditioning Engineers (ASHRAE) yang dibakukan dalam ASHRAE Standard dan 90-80A. Pada tahun 1979, Singapura merupakan negara pertama yang mengadopsi formula OTTV tersebut dan menyusunnya dengan melakukan berbagai adaptasi kondisi iklim setempat. Sementara, Indonesia, Malaysia, Thailand dan Filipina menjadikan formulasi OTTV yang dilakukan Singapura sebagai acuan untuk menyusun standar energi gedung di negara masing-masing. Untuk Indonesia, standar terkait formula OTTV dibakukan dalam SNI 6389:2011 tentang Konservasi Energi Selubung Bangunan pada Bangunan Gedung. OTTV merupakan suatu nilai perpindahan panas dari luar ke dalam melalui selubung bangunan. Semakin rendah nilai OTTV dari suatu bangunan, berarti semakin rendah pula beban panas yang masuk ke dalam bangunan sehingga mengakibatkan rendahnya beban sistem pendinginan.

2 OTTV memiliki tiga komponen utama yang diperhitungkan yaitu: beban panas konduksi dari area fasad masif (Qw) yaitu dengan formula: [U w (1-WWR) TD ek ]; beban panas konduksi dari area fasad transparan (Qf1) yaitu dengan formula: (Uf *WWR *ΔT); dan beban panas radiasi dari area fasad transparan (Qf2) yaitu dengan formula (SC*WWR*SF). Sehingga formula OTTV adalah sebagai berikut (SNI 6389, 2011): OTTV = [U w (1-WWR) TD ek ] + (Uf *WWR *ΔT) + (SC*WWR*SF) Sementara, OTTV untuk setiap bidang dinding luar bangunan gedung dengan orientasi tertentu dengan lebih dari satu jenis material dinding, berikut persamaan yang digunakan: OTTV = [ {U w1 A 1 / A (1-WWR) TD ek + {U w2 A 2 / A (1-WWR) TDek} + + n {U wn A n / A (1-WWR) TDek}] + (U f WWR ΔT) + (SC WWR SF) Sehingga, OTTV untuk fasad seluruh bangunan, berikut persamaan yang digunakan. OTTV = [(A 01 OTTV 01 ) + (A 02 OTTV 02 ) +. + (A 0i OTTV 0i )] / A 01 + A 02 + A 0i Keterangan: : absortans radiasi matahari, tergantung pada material dan warna dinding eksterior U w : transmitans termal dinding tidak tembus cahaya (W/m2K) WWR : perbandingan luas jendela dengan luas seluruh dinding luar pada orienasi tersebut TD ek : beda temperature ekuivalen (K) ( 1Delta T5 untuk dinding dengan berat jenis 125) SF : faktor radiasi matahari (W/m2). Tergantung orientasi fasad. Lihat SNI 6389:2011 SC : koefisien peneduh dari sistem fenetrasi. Spesifikasi dari manufaktur U f : transmitans termal fenetrasi (W/m2K) ΔT : beda temperatur antara bagian luar dan bagian dalam (diambil 8K) A1 : area dinding dengan material 1 : A1+A2+A3 A oi : luas dinding pada bagian dinding luar i (m2), termasuk semua dinding masif dan jendela yang terdapat pada bagian tersebut OTTV i : nilai OTTV pada bagian dinding i (W/m2) Sejak tahun 1979 Singapore Building and Construction Authority (BCA) mengadopsi formula OTTV untuk perhitungan beban panas dari fasad gedung yang menggunakan sistem pengkondisian udara dan memiliki fungsi non residensial. Selanjutnya, pada tahun 2000 Singapore BCA dan National University of Singapore melakukan studi bersama untuk menyusun formula baru yang dianggap dapat lebih akurat menghitung kinerja transfer panas dari selubung bangunan. Formula baru tersebut diberi nama ETTV atau Envelope Thermal Transfer Value. Secara garis besar, komponen ETTV sama dengan komponen dalam formula OTTV yang juga memperhitungkan beban panas konduksi dari permukaan masif fasad serta beban panas konduksi dan radiasi dari permukaan transparan fasad. Perhitungan OTTV maupun ETTV tidak berlaku untuk gedung yang tidak dikondisikan seperti bangunan dengan fungsi residensial. Namun, pada tahun 2008, seiring dengan pesatnya pertumbuhan bangunan gedung residensial yang dikondisikan, maka diperlukan suatu formula tersendiri untuk menghitung beban panas eksternal untuk fungsi bangunan residensial. Formula tersebut dikenal dengan RETV atau Residential Envelope Transmittance Value. RETV tidak hanya memperhitungkan beban panas eksternal di siang hari saja seperti ETTV. Namun, RETV juga memperhitungkan beban panas eksternal pada malam hari mengingat karakteristik gedung yang aktivitas di dalamnya tetap berlangsung pada malam hari. Tabel 1. Perbandingan Persamaan RETV dengan ETTV Persamaan Konduksi Masif Konduksi Transparan Radiasi Transparan RETV (1-WWR) U w 1.3 WWR U f 58.6 WWR CF SC ETTV (1-WWR) U w 3.4 WWR U f 211 WWR CF SC

3 Sehingga hal ini membuat konstanta yang digunakan pada persamaan RETV relatif lebih kecil dibanding ETTV, dengan komposisi sebagai berikut: Konstanta komponen beban konduksi masif RETV adalah 0.28 dari ETTV. Konstanta komponen beban konduksi transparan RETV adalah 0.38 dari ETTV. Konstanta komponen beban radiasi transparan RETV adalah 0.28 dari ETTV. Selanjutnya, untuk menghitung RETV untuk fasad seluruh bangunan adalah sebagai berikut: RETV = [(A 01 RETV 01 ) + (A 02 RETV 02 ) +. + (A 0i RETV 0i )] / A 01 + A 02 + A 0i Keterangan: CF = faktor koreksi untuk beban matahari Pada awalnya SNI menetapkan nilai maksimal OTTV yaitu 45 W/m 2. Namun, pada tahun 2011 SNI merubah nilai maksimal OTTV menjadi 35 W/m 2. Sementara sejak tahun 2008 BCA menetapkan nilai maksimal RETV 25 W/m 2. Lingkup Studi Studi yang dilakukan oleh penulis adalah untuk memberikan gambaran seberapa ketat persyaratan OTTV maupun RETV terkait dengan nilai SC dan Uf yang harus dipenuhi pada WWR tertentu, pada gedung fungsi residensial. Fokus terletak pada nilai SC dan Uf kaca dikarenakan area transparan memiliki kontribusi yang cukup signifikan dibanding area masif dalam menentukan beban panas dari fasad. Artikel ini mengambil studi kasus dari sebuah gedung yang dipandang cukup dapat mewakili gedung dengan fungsi residensial. Selain berlantai banyak, gedung ini juga memiliki bentuk lantai tipikal seperti gedung-gedung bertingkat pada umumnya. Berikut adalah data gedung yang dimaksud: Lokasi : Menteng, Jakarta Pusat Fungsi Gedung : Apartemen GFA : 21,571 m 2 Orientasi : Utara Selatan Barat - Timur Lantai yang dihitung : 37 Lantai Floor to Floor : Lantai 20 : Area Evakuasi 4.2 meter Lantai 6-19 & : Unit Apartemen 4.2 dan 4.8 meter Lantai 5 : Fasilitas Umum, 5 meter Lantai 2 s.d. 4 : Podium Parkir 4 meter, 3.2 dan. 4.5 meter Lantai 1, Mezzanine : 4 meter Rata-rata keliling lantai : ± meter, dengan Rata-rata lebar sisi Utara : ± meter Rata-rata lebar sisi Selatan : ± meter Rata-rata lebar sisi Barat : ± meter Rata-rata lebar sisi Timur : ± meter Spesifikasi material masif: Tabel 2. Jenis Material Fasad yang Digunakan Jenis Material Spesifikasi Letak ACP Abu-Abu U w = 1.19 Semua sisi Alumunium Composite Panel + Udara + Beton + Plester Aci TD ek = 10ºC Dinding Bata. Alumunium Composite Panel + Bata + Plester Aci U w = 6.25 TD ek = 10ºC Barat dan Timur

4 Sedangkan parameter desain selubung bangunan yang akan direkayasa adalah spesifikasi material transparan atau kaca yaitu SC, Uf, dan WWR. Artikel ini membuat 165 variasi kombinasi sebagai berikut: Nilai SC : dengan selisih 0.02 Nilai Uf : 2.1, 3.1, dan 4.1 Nilai SC dan Nilai U menggunakan spesifikasi kaca yang memiliki kinerja tinggi untuk efisiensi energi. Nilai WWR : Terdapat 5 kondisi, yaitu: A: WWR Utara Selatan 60%, WWR Barat Timur: 20% B: WWR Utara Selatan 65%, WWR Barat Timur: 25% C: WWR Utara Selatan 70%, WWR Barat Timur: 30% D: WWR Utara Selatan 75%, WWR Barat Timur: 35% E: WWR Utara Selatan 80%, WWR Barat Timur: 40% Nilai ΔT : Delta T5 dan 8K Terdapat beberapa pendapat apakah nilai ini harus mengacu pada SNI yaitu Delta T5 atau mengacu pada standar perencanaan, yang umumnya 8K) Hasil Perhitungan dan Pembahasan Jika membandingkan per komponen, formula konduksi masif pada RETV tidak menggunakan variabel dan Tdek. Keduanya digantikan dengan konstanta angka 3.4. Begitu pula dengan formula konduksi transparan pada RETV yang tidak menggunakan variabel ΔT namun menggantinya dengan konstanta angka 1.3. Sementara formula radiasi transparan pada RETV tidak lagi memperhitungkan SF yang bergantung pada orientasi fasad. Pada komponen radiasi juga digunakan konstanta berupa angka 58.6 dan variabel CF yang nilainya bergantung pada arah orientasi gedung dan sudut kemiringan fasad dalam rentang kemiringan dari bidang horizontal. Perbedaan formula tersebut tentunya memberikan pengaruh terhadap pembobotan beban panas di setiap komponen perhitungannya. Berdasarkan hasil studi, terdapat perbedaan komposisi dalam berkontribusi terhadap besarnya panas yang berasal dari fasad. Berikut ini adalah grafik perbandingannya dalam bentuk persentase: Gambar 1. Perbandingan Bobot Beban Panas antara OTTV ΔT 5; OTTV ΔT 8 dan RETV pada kondisi Uf 3.1 dan SC 0.50 (atas: bobot beban konduksi masif; kiri bawah: bobot beban konduksi transparan; kanan bawah: bobot beban radiasi transparan)

5 Secara garis besar, terdapat perbedaan bobot beban panas dari ketiga komponen baik OTTV maupun RETV. Dari seluruh perhitungan yang dilakukan, bobot persentase beban panas yang ingin disajikan penulis adalah perbandingan antara OTTV ΔT 5 dengan RETV dan perbandingan OTTV ΔT 8 dengan RETV. Untuk perbandingan OTTV ΔT 5 dengan RETV menghasilkan: bobot beban panas konduksi masif OTTV ΔT 5 berkisar antara 0.96 s.d. 1,02 bobot beban panas konduksi masif RETV; bobot beban panas konduksi transparan OTTV ΔT 5 berkisar antara 1.42 s.d bobot beban panas konduksi transparan RETV; dan bobot beban panas radiasi transparan OTTV ΔT 5 berkisar antara 0.90 s.d bobot beban panas radiasi transparan RETV. Sementara, perbandingan OTTV ΔT 8 dengan RETV menghasilkan bahwa bobot beban panas konduksi masif OTTV ΔT 5 berkisar antara 0.83 s.d bobot beban panas konduksi masif RETV; bobot beban panas konduksi transparan OTTV ΔT 8 berkisar antara 1.96 s.d bobot beban panas konduksi transparan RETV; dan bobot beban panas radiasi transparan OTTV ΔT 8 berkisar antara 0.78 s.d bobot beban panas radiasi transparan RETV. Panas konduksi transparan dihasilkan oleh formula yang memperhitungkan perbedaan suhu antara di dalam dan di luar gedung. Grafik hasil perbandingan bobot konduksi transparan antara RETV dengan OTTV juga sejalan dengan dasar pemikiran dilahirkannya perhitungan RETV yang juga memperhitungkan beban panas eksternal malam hari. Pada grafik tersebut, bobot panas konduksi transparan menjadi paling rendah dibanding dengan dua perhitungan OTTV lainnya. Pembahasan selanjutnya adalah menganalisa hasil perhitungan 495 variasi kombinasi SC, Uf, dan WWR. Variasi perhitungan dilakukan dengan variabel yang sesuai dengan data gedung dan tentunya untuk pemenuhan nilai OTTV maksimum sebesar 35 watt/m 2 dan nilai RETV maksimum sebesar 25 watt/m 2. Tabel 3. Tabel 495 Variasi Perhitungan OTTV & RETV

6 Tiga warna berbeda menunjukkan perbedaan sebagai berikut: warna biru merupakan perhitungan OTTV dengan ΔT 5 yang hasilnya lebih dari 35 watt/m 2, warna merah merupakan perhitungan OTTV dengan ΔT 8 yang hasilnya lebih dari 35 watt/m 2 dan warna hijau merupakan perhitungan RETV yang hasilnya lebih dari 25 watt/m 2. Pada hasil perhitungan variasi ini, pembahasan akan dilakukan di setiap kondisi Uf 2.1; 3.1; dan 4.1. Berikut adalah tabel yang memperlihatkan kondisi tersebut Kondisi OTTV ΔT 5 OTTV ΔT 8 RETV SC Maks. WWR Opt. SC Maks. WWR Opt SC Maks WWR Opt. Uf WWR A WWR E Uf WWR A WWR E Uf WWR D Tabel 4. Optimalisasi Nilai WWR saat Nilai SC Maksimum Kondisi OTTV ΔT 5 OTTV ΔT 8 RETV SC Opt. WWR Maks. SC Opt. WWR Maks. SC Opt. WWR Maks. Uf WWR A WWR E Uf WWR A WWR E Uf WWR E Tabel 5. Optimalisasi Nilai SC saat Nilai WWR Maksimum Bangunan gedung yang distudi oleh penulis memiliki desain yang WWR pada bagian Utara dan Selatan masing-masing sebesar 70%, sementara WWR bagian Barat dan Timur masing-masing sebesar 30% (kondisi WWR C). Pemilihan batas nilai WWR dipilih dengan mengambil WWR Utara Selatan dan Barat Timur 60% dan 20% (Kondisi WWR A) untuk batas bawah serta 80% dan 40% (Kondisi WWR E) serta untuk batas atas. Kondisi WWR B dan WWR D memiliki rentang 5% di antara WWR A dengan WWR C dan WWR C dengan WWR E. Sementara, pemilihan batas nilai Uf (2.1; 3.1; dan 4.1) dan SC (0.40 s.d. 0.60) pada studi kasus ini didasarkan pada batas maksimum spesifikasi kaca tersebut dalam pemenuhan OTTV sebesar 35 watt/m 2 dan RETV sebesar 25 watt/m 2. Pada tabel 4 diperlihatkan bahwa nilai SC maksimum yang dibutuhkan untuk mencapai nilai OTTV ΔT 5 agar tidak melebihi 35 watt/m2 merupakan nilai SC batas bawah, yaitu 0.40 s.d, Sementara SC maksimum yang dibutuhkan untuk mencapai nilai RETV agar tidak melebihi 25 watt/m2 merupakan nilai SC batas atas, yaitu Untuk pencapaian nilai OTTV ΔT 8 agar tidak melebihi 35 watt/m2, rentang WWR dan SC yang ada tidak dapat memenuhi batas maksimum nilai OTTV berdasarkan SNI, yaitu 35 watt/m2. Pada tabel 5 diperlihatkan bahwa nilai WWR maksimum yang dibutuhkan untuk mencapai nilai OTTV ΔT 5 agar tidak melebihi 35 watt/m2 merupakan nilai WWR batas bawah, yaitu WWR Kondisi A. Sementara WWR maksimum yang dibutuhkan untuk mencapai nilai RETV agar tidak melebihi 25 watt/m2 merupakan nilai WWR batas atas, yaitu WWR Kondisi E. Untuk pencapaian nilai OTTV ΔT 8 agar tidak melebihi 35 watt/m2, rentang WWR dan SC yang ada tidak dapat memenuhi batas maksimum nilai OTTV berdasarkan SNI, yaitu 35 watt/m2. Kesimpulan Berdasarkan studi yang dilakukan, urutan peringkat beban dari yang terbesar hingga terkecil pada RETV dan OTTV adalah sebagai berikut: radiasi transparan, konduksi transparan dan konduksi masif. Pada perhitungan RETV dan OTTV ΔT 5, proporsi beban konduksi masif relatif sama. Sedangkan dan proporsi beban konduksi masif pada RETV terlihat lebih tinggi dibanding OTTV ΔT 8. Sementara proporsi beban konduksi transparan pada perhitungan RETV menjadi paling rendah dibanding beban konduksi transparan pada kedua perhitungan OTTV. Hal ini sejalan dengan dasar pemikiran lahirnya perhitungan RETV dengan konstanta pada komponen konduksi transparan yang

7 memperhitungkan perbedaan suhu antara di dalam dan di luar gedung baik pada siang maupun malam hari. Berbeda dengan komponen konduksi transparan OTTV yang hanya memperhitungkan beban panas eksternal siang hari (di saat puncak). Untuk optimalisasi antara nilai SC dan WWR antara perhitungan OTTV ΔT 5 maupun OTTV ΔT 8 dengan RETV terdapat perbedaan yang cukup signifikan. Hasil studi menunjukkan bahwa perhitungan OTTV ΔT 5 maupun OTTV ΔT 8 membutuhkan kriteria spesifikasi kaca dan rentang nilai WWR yang jauh lebih ketat dibanding pada perhitungan RETV. Penerapan standar OTTV akan sulit tercapai untuk bangunan residensial. Hal ini dikarenakan penerapannya memerlukan optimalisasi fasad yang cukup menantang. Pertama, yaitu dengan memperkecil WWR. Namun hal ini memiliki risiko ketidaknyamanan calon penghuni karena kecilnya bukaan transparan pada huniannya. Kedua, yaitu dengan menggunakan kaca yang memiliki kinerja tinggi atau high performance glass. Hal ini dapat menyebabkan besarnya investasi awal dinilai memberatkan pemilik gedung atau investor. Referensi Building and Construction Authority. (n.d.). Code on Envelope Thermal Performance for Buidings. Retrieved from Loekita, L., & Priatman, J. (2015). OTTV (SNI ) and ETTV (BCA 2008) Calculation for Various Building's Shapes, Orientation, Envelope Building Materials: Comparison and Analysis. Civil Engineering Dimension, SNI. (2011). SNI tentang Konservasi Energi Selubung Bangunan pada Bangunan Gedung. Jakarta: Badan Standarisasi Nasional. Vijayalaxmi, J. (2010). Concept of Thermal Transfer Value (OTTV) in Design of Building Envelope to Achieve Energy Efficiency. International Journal of Thermal & Environmental Engineering,