PENGARUH ELEMEN PENEDUH TERHADAP PENERIMAAN KALOR PADA RUMAH SUSUN DI KOTA MALANG

Transkripsi

1 Pengaruh Elemen Peneduh pada Rumah Susun Putri Herlia Pramitasari Suryo Tri Harjanto PENGARUH ELEMEN PENEDUH TERHADAP PENERIMAAN KALOR PADA RUMAH SUSUN DI KOTA MALANG Putri Herlia Pramitasari Dosen Arsitektur Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan Suryo Tri Harjanto Dosen Arsitektur Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan ABSTRAKSI Strategi teknologi surya pasif melalui kontrol elemen peneduh (shading device) pada selubung bangunan rumah susun umum belum optimum menerapkan prinsip desain yang nyaman termal sebagai strategi untuk mewujudkan desain hunian vertikal hemat energi. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh elemen peneduh pada selubung bangunan rumah susun terhadap penerimaan kalor berupa radiasi matahari secara langsung dan konfigurasinya yang efektif mengurangi rambatan kalor menuju ruang dalam bangunan. Metode eksperimental diterapkan dengan teknik pengumpulan data berupa observasi lapangan dan analisis data melalui simulasi software Autodesk Ecotect Analysis Hasil penelitian didapatkan bahwa penurunan niai ratarata radiasi matahari langsung pada fasad berkaitan dengan kedalaman elemen peneduh yang dibutuhkan. Semakin tinggi posisi sudut datang matahari saat pagi dan sore hari, maka dibutuhkan kedalaman elemen peneduh lebih kecil. Sementara itu, fasad yang membutuhkan elemen peneduh adalah fasad yang terpapar radiasi matahari secara langsung terutama pada saat pagi dan sore hari berkaitan dengan aktivitas dalam ruang. Pada studi kasus rumah susun di Kota Malang ini, didapatkan bahwa fasad hasil rekomendasi, yaitu jenis elemen peneduh horizontal louvres screen dengan kedalaman meter mengalami penurunan radiasi matahari cukup signifikan, yaitu senilai Wh dengan orientasi fasad menghadap barat daya. Kata Kunci: rumah susun, elemen peneduh, kalor PENDAHULUAN Bagian ini menjelaskan permasalahan, latar-belakang permasalahan, studi literatur dan tujuan penelitian. Menjelaskan permasalahan umum dan latar-belakang permasalahan tersebut. Jumlah halaman harus berjumlah genap, minimal 10 (sepuluh) halaman dan maksimal 16 (enam belas) halaman. Jumlah anggota penulis maksimal 3 (tiga) anggota. Adapun jenis huruf, spasi, jarak paragraf, margin harus sesuai dengan template pada bab pendahuluan ini. 1

2 Spectra Nomor... Volume...Bulan tahu: hal-hal Arahan kebijakan pemerintah Kota Malang sesuai dengan pemanfaatan ruang berdasar RTRW Kota Malang tahun , dijelaskan bahwa pembangunan rumah susun sederhana vertikal akan menjadi prioritas utama pada beberapa tahun mendatang, khususnya untuk memenuhi kebutuhan hunian masyarakat kalangan menengah ke bawah. Kebijakan ini diberlakukan seiring dengan pesatnya peningkatan populasi penduduk di Kota Malang, namun tidak diimbangi dengan kebutuhan hunian yang layak di tengah keterbatasan lahan. Kebijakan persyaratan teknis untuk perencanaan dan pembangunan rumah susun berdasar Naskah Akademis dan Rancangan Peraturan Daerah tentang Rumah Susun Kota Malang Tahun 2013 juga dijelaskan bahwa diperlukan desain hunian yang hemat energi. Oleh karena itu, diperlukan strategi desain rumah susun sederhana vertikal yang efisien energi. Strategi desain tersebut salah satunya dapat diwujudkan melalui desain teknologi surya pasif (elemen peneduh) pada selubung bangunan. Hal ini tentu sangat berpengaruh terhadap kenyamanan termal dalam ruang dan tingkat operasional energi bangunan. Penelitian kali ini dilakukan untuk mengetahui pengaruh elemen peneduh terhadap penerimaan kalor berupa radiasi matahari langsung dan menentukan konfigurasi yang paling optimum untuk mengurangi rambatan kalor menuju ruang dalam dengan mengambil objek studi rumah susun sederhana vertikal di Kota Malang. TINJAUAN PUSTAKA Konservasi Energi Selubung Bangunan Pengertian konservasi energi menurut SNI tentang Konservasi Energi Selubung Bangunan pada Bangunan Gedung, yaitu upaya efisiensi energi untuk kebutuhan tertentu agar tidak terjadi pemborosan energi. Sementara pengertian selubung bangunan, yaitu elemen bangunan yang menyelubungi bangunan gedung, yaitu dinding dan atap tembus atau yang tidak tembus cahaya dimana sebagian besar energi termal berpindah melalui elemen tersebut. Langkah-langkah konservasi energi pada bangunan disebutkan oleh Szokolay (2004), salah satunya melalui pemberian elemen peneduh (shading). Hal ini juga dipertegas oleh Jones, D. L. dalam Yeang, K. (1999) bahwa solar control/shading merupakan strategi pasif sebagai upaya konservasi energi. Selubung bangunan di daerah beriklim tropis lembab mengalami banyak permasalahan terhadap radiasi matahari secara langsung, baik pada bangunan bertingkat rendah, medium, maupun bangunan tinggi (Ling, C. S., et al: 2007). Oleh karena itu, diperlukan strategi desain untuk mengurangi 2

3 Pengaruh Elemen Peneduh pada Rumah Susun Putri Herlia Pramitasari Suryo Tri Harjanto dan mencegah rambatan kalor berupa radiasi matahari langsung melalui selubung bangunan. Upaya tersebut salah satunya dapat dilakukan melalui pemberian elemen peneduh atau lapisan eksternal selubung bangunan untuk meningkatkan kenyamanan termal dalam ruang, mengingat perolehan radiasi matahari terbesar diterima oleh selubung bangunan (Littlefair, 2000 dalam Flor, F. J. S., et al, 2005). Elemen Peneduh Bangunan Lechner (2007) menjelaskan bahwa titik balik matahari tertinggi terjadi pada 21 Juni dan titik balik terendah terjadi pada 21 Desember. Posisi matahari terhadap bangunan akan membentuk sudut vertikal dan horizontal. Geometri shading akan terbentuk melalui dua sudut bayangan, yaitu sudut bayangan vertikal (vertical shadow angle/ VSA) dan sudut bayangan horizontal (horizontal shadow angle/ HSA). HSA merupakan sudut horizontal matahari terhadap orientasi dinding. HAS dan VSA ini digunakan sebagai dasar perhitungan ukuran elemen peneduh. Besaran radiasi matahari untuk bidang vertikal di Indonesia berdasar SNI , secara berurut mulai nilai tertinggi hingga terendah, yaitu orientasi Barat, Barat Laut, Barat Daya, Utara, Timur Laut, Timur, Tenggara, dan Selatan. Salah satu strategi shading (peneduh) oleh Ossen, D. R., et al. (2005) dapat dilakukan melalui penerapan external shading devices (horizontal, vertical, egg-crate). Egan (1975) dalam Talarosha (2005) menjabarkan beberapa jenis elemen peneduh, sebagaimana dapat dilihat pada tabel 2. No. Tipe Elemen Peneduh 1. Cantilever (overhang) 2. Louver overhang horizontal Tabel 2. Jenis Elemen Peneduh Efektivitas Penggunaan Bidang bangunan menghadap Utara- Selatan Bidang bangunan menghadap Utara- Selatan Model Shading Coefficient 0,25 0,20 3. Panels (awning) 4. Horizontal louvre screen Bidang bangunan menghadap Timur- Barat 0,15 0,6-0,1 3

4 Spectra Nomor... Volume...Bulan tahu: hal-hal Tipe Elemen No. Peneduh 5. Egg crate (kombinasi elemen horizontal dan vertikal) Efektivitas Penggunaan Bidang bangunan menghadap Timur- Barat Model Shading Coefficient 0,1 6. Vertical louvre (bisa diputar arahnya) Bidang bangunan menghadap Timur- Barat 0,3 (permanen) 0,15-0,10 (movable) Sumber: Egan (1975) dalam Talarosha (2005) Optimasi desain elemen peneduh pada selubung bangunan didasarkan atas penelitian lain dengan mengambil sub-topik penelitian serupa, sebagaimana dijelaskan dalam tabel berikut: No. Peneliti 1. Cheung, C.K., Fuller, R.J., dan Luther, M.B. (2005) 2. Knowles, R. L. (2003) 3. Ossen, D. R., Ahmad, M. H., dan Madros, N. H. (2005) 4. Zatibayani, P. N., Nugroho, A. M., dan Santosa, H. (2015) Tabel 1. Pemetaan Penelitian dengan Tema Efisiensi Energi Topik Penelitian Strategi kontrol energi Model efisiensi energi Sub-topik/ Fokus Penelitian Optimasi desain pasif selubung bangunan Teknologi surya pasif pada selubung bangunan Optimasi desain elemen peneduh horizontal pada selubung bangunan Optimasi desain elemen peneduh pada selubung bangunan Metode Penelitian Model digital Model fisik dan model digital Model digital (equest-3) Model digital (Ecotect Analysis 2011) Objek Penelitian Apartemen bertingkat tinggi di daerah beriklim tropis lembab - Bangunan perkantoran tipikal bertingkat tinggi di iklim tropis Gedung kuliah berlantai 9 Berdasar telaah penelitian di atas dan melihat prospek pembangunan hunian secara vertikal sesuai RTRW Kota Malang tahun , serta penerapan konsep desain rumah susun hemat energi sebagaimana tertuang dalam Naskah Akademis dan Rancangan Peraturan Daerah tentang Rumah Susun Kota Malang Tahun 2013, maka arah penelitian ini dapat dilihat pada Gambar 1. 4

5 Pengaruh Elemen Peneduh pada Rumah Susun Putri Herlia Pramitasari Suryo Tri Harjanto Gambar 1 Diagram pemetaan penelitian Penentuan objek studi rumah susun di Kota Malang didasarkan atas klasifikasi rumah susun sesuai Dokumen Naskah Akademis dan Rancangan Peraturan Daerah tentang Rumah Susun Kota Malang Tahun 2013, dimana dapat dilihat pada tabel 2. No. Klasifikasi Rumah Susun 1. Rumah susun umum 2. Rumah susun khusus 3. Rumah susun komersial Tabel 2. Klasifikasi Rumah Susun Area Perencanaan Kawasan Malang Tenggara (Buring) dan Malang Timur (Kecamatan Kedungkandang) Malang Utara, Malang Timur (Kecamatan Kedungkandang) Malang Tenggara (Kecamatan Sukun), Malang Barat, Malang Utara Arahan Pengembangan a. Rumah susun sederhana sewa b. Rumah susun sederhana milik Rumah susun pendidikan (asrama mahasiswa) Apartemen dan kondominium Sumber: Dokumen Naskah Akademis dan Rancangan Peraturan Daerah tentang Rumah Susun Kota Malang Tahun, 2013 Rumah susun umum, khususnya rumah susun sederhana sewa untuk kebutuhan hunian masyarakat berpendapatan rendah dipilih sebagai objek studi karena sesuai dengan arahan pengembangan kebijakan RTRW Kota Malang tahun , dimana terletak di kawasan Malang Tenggara (Buring) dan Malang Timur (Kecamatan Kedungkandang). METODE PENELITIAN Secara umum, penelitian ini menggunakan metode eksperimental dengan model digital. Metode pengumpulan data dilakukan melalui 5

6 Spectra Nomor... Volume...Bulan tahu: hal-hal pengumpulan data primer dan data sekunder. Data primer dilakukan melalui observasi lapangan pada objek rumah susun yang ditentukan, dan pengumpulan data sekunder diperoleh dari studi literatur berupa jurnal ilmiah, buku teks, SNI, peraturan pemerintah, dan dokumen salinan gambar kerja objek bangunan yang diteliti. Data mengenai kondisi iklim dasar, radiasi matahari diperoleh dari software Autodesk Ecotect Analysis Pada tahap observasi lapangan, diperoleh data mengenai orientasi bangunan, orientasi dinding, luas bangunan, jumlah lantai, rasio bukaan, kondisi eksisting selubung, termasuk jenis elemen peneduh eksisting. Data tersebut selanjutnya akan dianalisis untuk mengetahui permasalahan pada tiap-tiap objek bangunan. Setelah mendapatkan objek bangunan yang akan diteliti, selanjutnya objek akan dianalisis dengan menggunakan simulasi Ecotect, untuk mengetahui intensitas radiasi matahari pada permukaan bangunan. Variabel yang digunakan pada penelitian ini adalah: 1. Variabel tetap : luas permukaan selubung (m 2 ), ukuran jendela (m), posisi jendela, rentang waktu pengkondisian (tanggal dan jam), jenis pengkondisian pada Ecotect 2. Variabel bebas : radiasi matahari (Watt.hour/m 2 ), sudut datang matahari (VSA dan HSA) 3. Variabel terikat : ukuran peneduh (kedalaman dan panjang) (m) Analisis menggunakan Ecotect bertujuan untuk mengetahui intensitas radiasi matahari langsung pada tiap-tiap selubung pada tanggal 21 Maret, 21 Juni, 21 September, dan 21 Desember, pada rentang waktu yang telah ditentukan. Hasil simulasi pada selubung bangunan eksisting menghasilkan kontur radiasi matahari langsung dan nilai intensitas radiasi rata-rata per jam pada masing-masing selubung di tiap tanggal. Dari hasil analisis Ecotect juga didapat data HSA (horizontal shadow angle) dan VSA (vertical shadow angle) yang akan digunakan untuk menghitung ukuran peneduh. Ukuran peneduh dihitung pada masing-masing orientasi selubung di tiap tanggal untuk mendapatkan ukuran maksimum yang dapat menaungi bukaan. Jenis peneduh dipilih berdasarkan efektifitas peneduh dan nilai koefisien peneduh. Setelah mendapatkan hasil rekomendasi desain dan ukuran peneduh, kemudian dilakukan simulasi pada selubung dengan hasil rekomendasi peneduh. Simulasi tersebut bertujuan untuk mengetahui efektifitas rekomendasi peneduh dalam mengurangi intensitas radiasi matahari langsung pada selubung bangunan. 6

7 Pengaruh Elemen Peneduh pada Rumah Susun Putri Herlia Pramitasari Suryo Tri Harjanto HASIL DAN PEMBAHASAN Objek penelitian terletak pada Rusunawa Buring 1, Kecamatan Kedungkandang, Malang. Gambar 2 Lokasi penelitian Gambar 3 Fasad Rusunawa Buring 1, Malang Bentuk geometri bangunan berupa persegi panjang dengan orientasi tiap massa memanjang menghadap Timur-Barat dan Utara-Selatan dengan jumlah lantai bangunan sebanyak lima lantai. Berikut hasil simulasi fasad eksisting dapat dilihat pada diagram berikut. 7

8 Spectra Nomor... Volume...Bulan tahu: hal-hal Gambar 3 Fasad Rusunawa Buring 1, Malang Beberapa paragraf awal dan berikutnya menjelaskan tinjauan pustaka yang berisi perkembangan pengetahuan terkini (state of the art), keterkaitan penelitiannya dengan penelitian lain, studi literatur yang secara langsung terkait dengan permasalahan yang diangkat. Paragraf terakhir dari bagian Tinjauan Pustaka berisi deskripsi tujuan penelitian, dan detail permasalahan. Adapun jenis huruf, spasi, jarak paragraf, margin harus sesuai dengan template pada bab Tinjauan Pustaka ini. Dari gambar tata massa dapat dianalisis yaitu sebagai berikut: 1. Fungsi bangunan pada massa A fasad sisi Utara dan Selatan serta massa B fasad sisi Timur dan Barat adalah selasar atau koridor dan fungsi servis, sehingga diasumsikan tidak memerlukan elemen peneduh. 2. Pada massa A fasad sisi Barat dan massa B fasad sisi Utara, diasumsikan tidak memerlukan elemen peneduh karena cukup terlindungi dari radiasi matahari dari blok massa B. Berdasar hasil simulasi eksisting juga didapatkan bahwa fasad bagian belakang tiap massa bangunan menunjukkan perolehan radiasi matahari langsung terendah. 3. Massa B fasad sisi Selatan (mengarah Barat Daya) memerlukan elemen peneduh karena berdasar hasil simulasi eksisting menunjukkan hasil perolehan radiasi matahari tinggi ( Wh), sehingga berpotensi menimbulkan efek silau terutama saat sore hari dan meningkatkan temperatur udara di dalam ruangan, dimana posisi sudut datang matahari rendah. 8

9 Pengaruh Elemen Peneduh pada Rumah Susun Putri Herlia Pramitasari Suryo Tri Harjanto 4. Elemen peneduh juga akan diterapkan pada massa A fasad sisi Timur (mengarah Tenggara) karena terpapar radiasi matahari langsung, terutama saat pagi hari yang diasumsikan bahwa penghuni ruangan mulai beraktivitas di dalam ruangan. Dari hasil simulasi fasad eksisting menggunakan Ecotect dan analisis tersebut, tahap selanjutnya adalah menentukan nilai VSA di tiap sisi fasad yang akan diterapkan elemen peneduh, yaitu: Tabel 3. Nilai VSA Fasad Tanggal VSA ( ) A Timur 21/ / / / B Selatan 21/ / / / Nilai VSA tersebut, digunakan untuk menghitung ukuran elemen peneduh, hasilnya adalah sebagai berikut: Tabel 4. Ukuran Elemen Peneduh Massa Sisi Fasad Ukuran Shading J1 (m) Ukuran Shading J2 (m) Ukuran Shading J3 (m) Kedalaman Lebar Kedalaman Lebar Kedalaman Lebar A Timur B Selatan Dari referensi dan penelitian sebelumnya, diketahui bahwa jenis elemen peneduh yang paling efektif untuk mereduksi radiasi matahari terutama dari arah Timur dan Selatan adalah horizontal louvres screen. Kemiringan sirip horizontal louvres screen yang diterapkan adalah sebesar 30, karena sudut datang matahari (VSA) yang paling rendah adalah

10 Spectra Nomor... Volume...Bulan tahu: hal-hal Gambar 4 Horizontal Louvres Screen sebagai Elemen Peneduh Rekomendasi Horizontal louvres screen digunakan pada tiap jendela untuk mereduksi radiasi matahari pada fasad, yang selanjutnya disebut fasad rekomendasi. Fasad rekomendasi tersebut selanjutnya dianalisis penerimaan radiasi matahari pada Ecotect. Dari hasil analisis tersebut diketahui nilai rata-rata radiasi yang diterima fasad dapat dilihat pada diagram berikut. Gambar 5 Hasil Analisis Fasad Rekomendasi 10 Gambar 6 Penurunan NIlai Rata-rata Radiasi Matahari Langsung pada tiap Massa

11 Pengaruh Elemen Peneduh pada Rumah Susun Putri Herlia Pramitasari Suryo Tri Harjanto Dari diagram tersebut diketahui bahwa: 1. Pada massa A fasad sisi Timur (mengarah Tenggara), nilai rata-rata radiasi matahari mengalami penurunan tidak terlalu signifikan, berkisar Wh. Hal tersebut sesuai dengan kebutuhan kedalaman elemen peneduh yang kecil, yaitu berkisar meter. Hal ini bisa terjadi disebabkan posisi sudut datang matahari saat pagi dan sore hari lebih tinggi dibanding massa B fasad sisi Selatan (mengarah Barat Daya), sehingga kedalaman elemen peneduh lebih kecil. 2. Pada massa B fasad sisi Selatan (mengarah Barat Daya), nilai rata-rata radiasi matahari mengalami penurunan yang cukup signifikan, berkisar Wh. Hal tersebut sesuai dengan kebutuhan kedalaman elemen peneduh yang cukup besar, yaitu berkisar meter. Hal ini bisa terjadi disebabkan posisi sudut datang matahari saat pagi dan sore hari lebih rendah dibanding massa A fasad sisi Timur (mengarah Tenggara), sehingga kedalaman elemen peneduh lebih besar agar tidak menimbulkan efek silau dan kenaikan temperatur udara dalam ruang terutama saaat sore hari. 3. Penurunan nilai rata-rata radiasi matahari cukup signifikan berada di tanggal 21 Juni saat matahari berada di posisi paling tinggi terhadap bumi, 21 Maret dan 21 September saat posisi matahari tepat berada di garis khatulistiwa, sehingga ketika fasad diberi elemen peneduh, maka akan sangat terlindungi dari sudut radiasi matahari. KESIMPULAN Penelitian ini dapat disimpulkan sebagai berikut: 1. Fasad yang membutuhkan elemen peneduh adalah fasad yang terpapar radiasi matahari secara langsung terutama pada saat pagi dan sore hari, berkaitan dengan aktivitas di dalam ruangan. 2. Tata massa mempengaruhi penerimaan radiasi matahari pada fasad bangunan. Fasad yang menghadap Barat, tetapi terhalang oleh massa yang lain, akan menerima radiasi matahari langsung yang lebih rendah dibandingkan dengan yang tidak terhalang massa. 3. Penurunan nilai rata-rata radiasi matahari langsung pada fasad berkaitan dengan kedalaman elemen peneduh yang dibutuhkan. 4. Semakin tinggi posisi sudut datang matahari saat pagi dan sore hari, maka dibutuhkan kedalaman elemen peneduh lebih kecil, sementara semakin rendah posisi sudut datang matahari saat pagi dan sore hari, maka dibutuhkan kedalaman elemen peneduh yang lebih besar agar tidak berpotensi efek silau dan kenaikan temperatur udara dalam ruang. 5. Pada studi kasus ini, fasad hasil rekomendasi berupa penerapan jenis elemen peneduh horizontal louvres screen dengan kedalaman meter mengalami penurunan radiasi matahari cukup signifikan 11

12 Spectra Nomor... Volume...Bulan tahu: hal-hal adalah fasad sisi Selatan (mengarah Barat Daya) massa B, yaitu senilai Wh. DAFTAR PUSTAKA Cheung, C. K., Fuller, R. J., dan Luther, M.B. (2005) : Energy-Efficient Envelope Design for High-Rise Apartments, Energy and Buildings, 37, Dokumen Naskah Akademis dan Rancangan Peraturan Daerah Kota Malang Tahun Rumah Susun Kota Malang. Flor, F. J. S., et al. (2005) : Solar Radiation Calculation Methodology For Building Exterior Surfaces, Solar Energy, 79, Knowles, R. L. (2003) : The Solar Envelope: Its Meaning for Energy and Buildings, Energy and Buildings, 35, Lechner, Norbert Heating, Cooling, Lighting: Design Methods for Architects. Jakarta: PT Rajagrafindo Persada. Ling, C. S., Ahmad, M. H., dan Ossen, D. R. (2007) : The Effect og Geometric Shape and Building Orientation on Minimising Solar Insolation on High-Rise Buildings in Hot Humid Climate, Journal of Construction in Developing Countries, 12 (1), Ossen, D. R., Ahmad, M. D., dan Madros, N. H. (2005) : Optimum Overhang Geometry for Building Energy Saving in Tropical Climates, Journal of Asian Architecture and Building Engineering, 4 (2), Rencana Tata Ruang Wilayah (RTRW) Kota Malang Tahun SNI Konservasi Energi Selubung Bangunan pada Bangunan Gedung. Szokolay, S. V. (2004) : Introduction to Architectural Science the Basis of Sustainable Design, Architectural Press, Oxford, 17. Talarosha, Basaria Menciptakan Kenyamanan Termal dalam bangunan. Jurnal Sistem Teknik Industri. 6(3): Yeang, K The Green Skyscraper-The Basis for Designing Sustainable Intensive Buildings. Germany: Prestel Verlag. Zatibayani, P. N., Nugroho, A. M., Santosa, H. (2015) : Pengaruh Shading Devices terhadap Penerimaan Radiasi Matahari Langsung pada Selubung Gedung Fakultas Peternakan Universitas Brawijaya, Jurnal Mahasiswa Jurusan Teknik Arsitektur Universitas Brawijaya Malang, 3 (4),