Strategi Konservasi Energi: Pendekatan Geometri Skyscraper sebagai Respon Iklim Tropis Lembab

Transkripsi

1 Prosiding Seminar Nasional XII - FTI-ITS FTI-ITS 2005 Surabaya, Maret 2005 ISBN : Strategi Konservasi Energi: Pendekatan Geometri Skyscraper sebagai Respon Iklim Tropis Lembab FX Teddy Badai Samodra Program Studi Pascasarjana Arsitektur Lingkungan - ITS Kontak Person: Institut Teknologi Sepuluh Nopember Kampus ITS Sukolilo, Surabaya Telp: , fxteddybs@plasa.com Abstrak Bangunan sebagai kulit ketiga merupakan indikator kualitas arsitektur dalam mengakomodasi potensi fisik. Potensi fisik yang dimiliki adalah bentuk dan pola ilustrasi dan implementasi desain. Dalam konteks arsitektur berkelanjutan, bagaimana bentuk mendeskripsikan hal tersebut? Energi, iklim adalah issue proyeksi arsitektur, issue ini dieksposisikan sebagai patokan kualitas arsitektur masa datang. Patokan ini didasari oleh variabel bentuk geometri (shape) sebagai pengukurnya dan konservasi sebagai kunci utama. Skyscraper merupakan aplikasi dari solusi kebutuhan ruang pada dunia yang makin meng-kota. Ken Yeang (1994), menterjemahkan konsep ini sebagai bentuk penyelesaian bioclimatic dalam desain bangunan yang menawarkan respon terhadap iklim tropis lembab. Konsep arsitektur langsing (skyscraper) menjadi terobosan Kean Yeang untuk menjadi jembatan antara kebutuhan kualitas arsitektur (kenyamanan fisik dan psikis) dan kebutuhan ruang. Atas dasar inilah konsep geometri menjadi solusi konservasi energi dalam konsep respon terhadap iklim (terutama di daerah topis lembab untuk bangunan skyscraper). Namun pada prinsipnya, dalam konsep ini, kita perlu menelusuri apakah aspek geometri (orientasi, luasan perimeter) dapat memberikan kontribusi konservasi energi dengan adanya konsep arsitektur langsing, hal ini seperti dalam konsep selective mode (Dean Hawkes) yang melihat elemen geometri tersebut sebagai aspek yang krusial dan memiliki potensi merespon iklim. Geometri atau bentuk bangunan skyscraper menjadi aspek yang memiliki prospek untuk memberikan klarifikasi dalam pemecahan konsep konservasi energi. Berdasarkan latar belakang di atas, indikasi permasalahan diarahkan pada bagaimana geometri dapat merespon iklim tropis lembab pada bangunan skyscraper. Selain itu, bagaimana upaya merespon iklim dalam konsep bioclimatic dapat menjadi strategi konservasi energi. Dalam kontrol lingkungan, permasalahan konservasi energi akan bervariasi dan sangat subjektif. Aplikasi energi juga diposisikan pada kenyataan penggunaan yang berbeda sesuai musim pada kedua mode aplikasi. Dalam exclusive mode, puncak kebutuhan energi akan menjadi kecil dan tidak akan menjadi subjek dari variasi musim., sedang pada selective mode penggunaan energi untuk pemanasan dan pendinginan perlu mempertimbangkan kenyamanan lingkungan sebagai bagian yang substansial. Pembahasan pada analisa selective mode, kontrol lingkungan dilakukan dengan kombinasi cara manual dan otomatis serta mempertimbangkan variabel orientasi (Dean Hawks, 1996). Di sini, dijelaskan bentuk dan kebutuhan shading untuk energi untuk daerah tropis lembab termasuk rasio orientasi dan struktur (core) skyscraper yang 505 1

2 FX Teddy Badai Samodra mempengaruhi geometri (Kean Yeang, 1994). Ken Yeang mendeskripsikan konsep desain bioclimatic dalam beberapa aspek tentang geometri bangunan: Service cores, orientation, window openings, balconies, transitional spaces, relationship to the street, passive shading devices, insulation and heat stores. Secara garis besar metode pendekatan konservasi energi melibatkan tiga langkah utama untuk mencapai tujuan, yaitu prediksi respon iklim tropis lembab dalam bangunan, yang terdiri dari tahap identifikasi dan spesifikasi (evaluasi kondisi iklim setempat termasuk potensinya untuk pendinginan pasif), tahap simulasi (realisasi model simulasi kelakukan panas dan sistem optimasinya dalam perencanaan bangunan atau eksplorasi desain), tahap optimasi (evaluasi untuk mendapatkan optimasi aspek panas dalam bangunan pada strategi perencanaan arsitektur dan konsep merespon iklim tropis lembab skyscraper dalam mengkonservasi energi). Metodologi untuk menganalisa konsep diarahkan dengan membuat korelasi antara variabel geometri skyscraper dengan iklim tropis lembab dan energi. Geometri skyscraper dijabarkan dalam sub variabel orientasi, luas perimeter (atap, sistem konstruksi kulit bangunan), dan pertukaran udara. Elemenelemen tersebut merupakan variabel bebas yang mempengaruhi variabel terikat yaitu respom iklim tropis lembab dan energi. Kajian pembahasan ini diharapkan memberikan jawaban spesifik tentang konsep geometri pada skyscraper sebagai solusi kebutuhan ruang sekaligus strategi merespon iklim tropis lembab dan upaya mengkonservasi energi. Kata kunci: bioclimatic, geometri, konservasi energi, skyscraper, tropis lembab 1 PENDAHULUAN Dalam kontrol lingkungan, permasalahan konservasi energi akan bervariasi dan sangat subjektif. Aplikasi energi juga diposisikan pada kenyataan penggunaan yang berbeda sesuai musim pada setiap mode pendekatan. Dalam exclusive mode, puncak kebutuhan energi akan menjadi kecil dan tidak akan menjadi subjek dari variasi musim., sedang pada selective mode penggunaan energi untuk pemanasan dan pendinginan perlu mempertimbangkan kenyamanan lingkungan sebagai bagian yang substansial. Berdasarkan mode di atas pemasahan akan terdeteksi ketika kita melihat skyscraper mengimplementasikan metode pemecahan / respon iklim tropis lembab. Kita tahu luasan perimeter bangunan tipe ini sangat luas, radiasi yang masuk sangat besar. Skyscraper merupakan aplikasi dari solusi kebutuhan ruang pada dunia yang makin meng-kota. Bertentangan dengan konsep Dean Hawkes, Ken Yeang (1994) menterjemahkan konsep ini sebagai bentuk penyelesaian bioclimatic dalam desain bangunan yang menawarkan respon terhadap iklim tropis lembab. Geometri/bentuk bangunan skyscraper menjadi aspek yang memiliki prospek untuk memberikan klarifikasi dalam pemecahan konsep konservasi energi. Konsep arsitektur langsing (skyscraper) menjadi terobosan Kean Yeang untuk menjadi jembatan antara kebutuhan kualitas arsitektur (kenyamanan fisik dan psikis) dan kebutuhan ruang dalam dunia yang makin meng-kota. Atas dasar inilah konsep geometri menjadi suatu kontradiksi solusi konservasi energi dalam konsep respon terhadap iklim (terutama di daerah topis lembab untuk bangunan skyscraper). Namun pada prinsipnya, pada konsep ini kita perlu menelusuri apakah aspek geometri (orientasi, luasan perimeter) dapat memberikan konstribusi konservasi energi dengan adanya konsep arsitektur langsing, hal ini seperti dalam konsep selective mode (Dean Hawkes) yang melihat elemen geometri tersebut sebagai aspek yang krusial dan memiliki potensi merespon iklim

3 Strategi Konservasi Energi: Pendekatan Geometri Skyscraper sebagai Respon Iklim Tropis Lembab 2 LANDASAN TEORI 2.1 Pendekatan Kontrol Lingkungan Strategi konservasi energi dengan pendekatan geometri dapat ditinjau dalam mode exclusive dan selective. Pola-pola pendekatan mode ini menurut Dean Hawkes sebagai bentuk seleksi bagi bangunan sesuai kondisi lingkungan dan iklim yang ada pada tempat tersebut. Tabel 1. Mode pendekatan energi exclusive mode Lingkungan secara otomatis mengkontrol dan didominasi oleh aspek artifisial Shape merupakan komposisi yang compact, sebagai upaya meminimalisasi interaksi lingkungan dalam Orientasi relatif tidak penting Jendela/bukaan secara umum ukurannya terbatas Energi bersumber pada generated energi dan jumlahnya yang digunakan relatif konstan pada satu tahun. selective mode Lingkungan dikontrol oleh kombinasi cara manual dan otomatis dan merupakan variabel campuran dari cara alami dan buatan. Shape merupakan komposisi yang menyebar sebagai upaya memaksimalkan penggunaan ambient energi. Orientasi merupakan faktor yang krusial Jendela/bukaan akan luas pada fasade selatan dan terbatas di belahan utara. Kontrol terhadap matahari diperlukan untuk menghindari efek pemanasan pada musim panas. Energi merupakan kombinasi ambient dan generated energy. Penggunaannya mengalami puncak pada musim dingin dan free running pada musim panas. 2.2 Kebutuhan Energi Kebutuhan energi berdasarkan bentuk geometri dan orientasi menurut Dean hawkes memiliki koefisien pelepasan panas sebagai berikut: Tabel 2: Kebutuhan energi pada bentuk bangunan No. Bentuk Koefisien heat loss (W/ 0 C/m 2 ) 1. Square plan Rectangle 4: Triangle 0.63 Kebutuhan energi diindikasikan oleh beberapa variabel : 1. proteksi dinding 2. indoor temperatur 3. shading Perbedaan zona iklim memberikan efek pada penempatan orientasi bangunan. Konfigurasi bangunan pada dasarnya mengakomodasi distribusi massa untuk menerima solar shading yang maksimum atau respek terhadap solar gain. Pada letak lintang yang rendah (dekat katulistiwa), permukaan diupayakan untuk memiliki perbandingan yang kecil dengan minimalisasi eksposure pada arah barat dan tiimur. Pada letak lintang yang tinggi, bentuk mengarah pada komposisi silindris (1 : 1 ratio), permukaan memiliki kemampuan untuk menggunakan solar gain sebesarnya. Menurut Ken Yeang (1994), pada masing-masing zona iklim di atas, orientasi memiliki penekanan directional pada posisi lintang untuk merespon solar gain. Tabel 3: Orientasi bangunan dalam konservasi energi Zone Orientasi utama bangunan Directional emphasis Cold Pada axis facing south South Temperate Pada axis 18 0 north of east South-South-East Arid Pada axis 25 0 norht of east South-East Tropical Pada axis 5 0 north of east North-South 505 3

4 FX Teddy Badai Samodra Bentuk intepretasi iklim tidak hanya mempertimbangkan kondisi global area iklim, namun pada perkembangan desain, ekspos permukaan memiliki kontribusi dalam merespon iklim. Variabel yang menentukan adalah: basic floor surface (bentuk dasar yang mendeskripsikan permukaan) floor size (ukuran luasan lantai) wall surface (luas permukaan dinding) Untuk daerah tropis lembab, kebutuhan pembayangan ditentukan pada masing-masing fasade, khusunya yang memiliki perimeter terhadap orientasi matahari. 3 METODE PENDEKATAN Secara garis besar metode pendekatan ini melibatkan tiga langkah utama untuk mencapai tujuan, yaitu prediksi respon iklim tropis lembab 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 dan konsep merespon iklim tropis lembab skyscraper dalam mengkonservasi energi. STUDI KASUS OBJEK : MENARA BUDAYA MALAYSIA ARSITEK : KEAN YEANG IDENTIFIKASI INFORMASI SPESIFIKASI TYPE BANGUNAN OFFICE LOKASI KUALALUMPUR MONTH OBSERVATION BULAN TERPANAS ( Tabel 4. Spesifikasi variabel objek N0. OBJEK SIMULASI SPESIFIKASI 1. ORIENTASI: SOUTH WEST BARAT LUASAN BUKAAN KACA 80 % LUASAN DINDING 10% UTARA-SELATAN-BARAT LUASAN BUKAAN KACA 10% LUASAN DINDING 80% 505 4

5 Strategi Konservasi Energi: Pendekatan Geometri Skyscraper sebagai Respon Iklim Tropis Lembab 2. ORIENTASI: SOUTH EAST (EKSISTING) LUASAN BUKAAN KACA 80 % LUASAN DINDING 10% UTARA-TIMUR-BARAT LUASAN BUKAAN KACA 10% LUASAN DINDING 80% IDENTIFIKASI BAHAN: DINDING, Brick single 120 mm, plastered both 15 mm WINDOW, wood frame, single, clear glass, 6mm FLOOR, concrete slab on ground, 4 edges exposed ROOF, flat, concrete slab, plastered, 150 mm, screed+asphalt 75 mm ANALISA OPTIMASI OBJEK 1. ANALISIS TEMPERATUR INDOOR Dari proses simulasi objek di atas, kita bisa membuat suatu komparasi temperatur indoor masingmasing objek terhadap To (outdoor) dan rentang kenyamanan (± 26 0 c) dalam grafik berikut: TEMPERATUR (DEG C) PROFIL TEMPERATUR 24 JAM Gambar 1. Grafik rasio temperatur objek To Ti Objek1 Ti Objek2 Ambang Atas Nyaman Ambang Bawah Nyaman HOURS 505 5

6 FX Teddy Badai Samodra Temperatur indoor yang dihasilkan oleh kedua objek menunjukkan fenomena overheating. Rentang kenyamanan yang dihasilkan oleh masing-masing objek diidentifikasi pk s/d pk dan pk s/d pk ANALISIS K-HOURS GRAFIK K-HOURS K-HOURS ,74 149,52 24,4 OBJEK 1 OBJEK 2 To Gambar 2. Grafik K-Hours pada objek studi Dari gambar grafis di atas, diindikasikan bahwa konsep desain Kean Yeang (objek 2-eksisting) ternyata lebih baik dari pada orientasi objek 1. hal ini terjadi karena: 1. Luasan perimeter pada global irradiance tertinggi sangat kecil 2. Pada bagian timur objek 2-eksisting, memiliki bukaan kaca lebih sedikit sedikit dibanding dengan objek Nilai transmisi kaca (bukaan) lebih tinggi daripada dinding, sehingga panas matahari dari luar akan masuk lebih tinggi pada perimeter dengan luasan kaca paling besar. Dari simulasi (eksplorasi desain ) di atas, kita dapat menelusuri desain yang dilakukan Kean Yeang pada Menara budaya, dalam suatu analisa konsep bioclimatic. Konsep desain dengan penempatan area service pada area untuk memasukkan cahaya dan angin secara alami selain memblokade heat gain yang berlebihan. Bentuk geometri merespon lingkungan (elips) 505 6

7 Strategi Konservasi Energi: Pendekatan Geometri Skyscraper sebagai Respon Iklim Tropis Lembab Bentuk bangunan menentukan penempatan jendela: o lighting o shading/blocking radiasi (a) Sebagai acuan untuk mengarah ke konservasi energi, orientasi mempertimbangkan sunpath geometry. Sebagai aplikasinya. bukaan pada bentuk bangunan tersebut diminimalisasi pada arah datangnya radiasi. (b) Bentuk ellips bangunan meredusi radiasi dan mengoptimalkan aliran angin Gambar 3a dan 3b. Konsep desain geometri skyscraper oleh Kean Yeang dalam merespon iklim 4 KESIMPULAN Dari proses optimasi dengan menganalisis rasio antar variabel simulasi dapat ditarik kesimpulan untuk menjawab permasalahan. Dalam kesimpulan ini ditetapkan adanya aspek arsitektur dalam sistem konstruksi bangunan pada pembentukan kinerja termal bangunan dan hasil optimasi (sebagai bentuk respon iklim tropis lembab dan konservasi energi) yang dikorelasikan dalam sistem rasio dari beberapa metode penilaian optimasi secara umum (generalisasi). 1. Dari analisis temperature indoor, ternyata kedua objek simulasi tidak mampu memberikan solusi reduksi termal yang ada pada temperature outdoor. Kedua objek menunjukkan fenomena overheating yang lebih panjang dari pada periode nyaman. Hanya 42% waktu 505 7

8 FX Teddy Badai Samodra dalam 24 jam yang memberikan peroide nyaman dan hal ini lebih singkat dari temperature outdoor (54%) 2. Dari rasio antar profil konstruksi kulit bangunan berdasarkan orientasi, nilai K-Hours pada orientasi objek 1 (eksisting), yaitu ke arah barat daya memberikan hasil lebih baik (paling kecil) dibanding orientasi yang lain. Di sini, prinsip penahan laju panas, total resistance dari konstruksi kulit ini cukup besar karena adanya dominasi dinding yang memiliki resistance termal lebih baik terhadap kaca. Dari studi referensial dan kasus, beberapa nilai strategis dalam konsep energi kaitannya dengan iklim dan variabel geometri (dengan sub variabel orientasi dan sistem konstruksi kulit bangunan) dapat kita observasi sebagai berikut: 1. Pembahasan arsitektur berkelanjutan diarahkan pada konsep arsitektur berkualitas dengan inidikasi utama pada konservasi energi. Geometri bangunan merupakan salah satu indikator respon iklim torpis lembab dalam konservasi energi. 2. Terdapat dua mode kontrol lingkungan: exclusive mode (tergantung pada generated energy) selective mode (penggunaan ambient energy- heat dan light). 3. Konservasi energi untuk daerah panas dikonsentrasikan dengan mengeliminasi solar heating, sedang daerah dingin dengan maksimalisasi input radiasi. 4. Dalam konsep geometri bangunan skyscraper, struktur dan core dapat berperan untuk insulasi panas untuk daerah tropis lembab. 5. Untuk bangunan skyscraper, fenomena yang berperan adalah orientasi. Ada dua aspek yang dipertimbangkan yakni lighting dan radiasi, pemasukan cahaya alami perlu memperhatikan solar heating. Pemanasan dapat dihapus dengan ventilasi alam (optimasi angin). DAFTAR PUSTAKA [1] Alexander, Christopher, The Timeless Way of Building. New York, 1979 [2] Frick, H. Eko Arsitektur kutipan dari Le Corbusier Ausblick auf eine Architektur. Bauwelt Fundamente 2. Braunschweig, Wiesbaden, 1982 [3] Gibral, Kahlil, Sang Nabi. Edisi ke-12. Jakarta, 1995 [4] Hawkes, D., The Environmental Tradition. E & FN Sopon. London, 1996 [5] Markus,T.A, Morris, E.N. Building, Climate, and Energy. Pitman Published Limited. London, 1998 [6] Olgyay, Design with Climate. Van Nostrand Reinhod. New York, 1992 [7] Szokolay,S.V. Environmental Science Handbook. The Constuction Press. Lancaster, England, 1980 [8] Szokolay,S.V., Thermal Design of Buildings. RAIA Education Division. Australia, 1987 [9] Maret 2004 [10] Maret 2004 [11] Yeang, K., Bioclimatic Skyscraper. Ellipsis,