BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA Menurut ASHRAE (American Society of Heating, Refrigerating and Airconditioning Engineers, 1989), kenyamanan termal merupakan perasaan dimana seseorang merasa nyaman dengan keadaan temperatur lingkungannya, yang dalam konteks sensasi digambarkan sebagai kondisi dimana seseorang tidak merasakan kepanasan maupun kedinginan pada lingkungan tertentu. Menurut Lee dan Chang (2000), pada umumnya orang menghabiskan waktunya (lebih dari 90%) di dalam ruangan, sehingga mereka membutuhkan udara yang nyaman dalam ruang tempat mereka beraktivitas, oleh karenanya kecepatan udara yang baik dalam ruangan sangat bermanfaat bagi mereka. 2.1 Kenyamanan Termal Ada 6 faktor yang mempengaruhi kenyamanan termal menurut ASHRAE (1989): 1. Temperatur udara Temperatur udara merupakan temperatur di sekeliling individu. Bisa dikatakan salah satu faktor utama dari kenyamanan termal. 2. Temperatur radiant Temperatur radiant adalah panas yang beradiasi dari objek yang mengeluarkan panas. Temperatur radiant lebih memberikan pengaruh yang lebih besar dibandingkan temperatur udara dalam bagaimana kita melepas atau menerima panas dari atau ke lingkungan. 4
3. Kecepatan angin Kecepatan angin merupakan faktor yang penting dalam kenyamanan termal. Udara yang tidak bergerak dalam ruangan tertutup akan menyebabkan pengguna ruangan merasa kaku ataupun berkeringat. 4. Kelembaban relatif Kelembaban relatif adalah perbandingan antara jumlah uap air pada udara dengan jumlah maksimum uap air yang udara bisa tampung pada temperatur tersebut. Lingkungan yang mempunyai kelembaban relatif tinggi mencegah penguapan keringat dari kulit. Di lingkungan yang panas, semakin sedikit keringat yang menguap karena kelembaban tinggi, sehingga kegerahan bagi individu yang berada dilingkungan tersebut. 5. Insulasi pakaian Kenyamanan termal sangat dipengaruhi oleh efek insulasi pakaian yang kita kenakan. Pakaian mengurangi pelepasan panas tubuh. Karena itu, pakaian diklasifikasikan berdasarkan pada nilai insulasinya. Satuan yang biasa digunakan untuk pengukuran insulasi pakaian adalah Clo. Batas nyaman untuk pakaian adalah n 0,5 Clo. Total nilai Clo bisa dihitung dengan menjumlahkan nilai Clo untuk setiap jenis pakaian. Nilai insulasi pakaian dapat dilihat pada Tabel 2.1. 5
Tabel 2.1. Nilai Insulasi Pakaian 6. Tingkat metabolisme Tingkat metabolisme merupakan panas yang dihasilkan di dalam tubuh sepanjang beraktivitas. Semakin banyak melakukan aktivitas fisik, semakin banyak panas yang dibuat. Semakin banyak panas yang dihasilkan tubuh, semakin banyak panas yang perlu dihilangkan agar tubuh tidak mengalami overheat. Metabolisme diukur dalam MET (1 MET = 58 W/m2 permukaan tubuh). Manusia dewasa normal memiliki permukaan kulit 1,7 m2, dan orang dalam kenyamanan termal dengan tingkat aktivitas 1 MET akan memiliki heat loss kira-kira 100 W. Dalam menilai tingkat metabolisme, penting untuk menggunakan rata-rata aktivitas manusia yang telah ditunjukkan dalam 1 jam terakhir. Nilai MET berbagai aktivitas dapat dilihat pada Tabel 2.2 6
Tabel 2.2 Nilai MET Berbagai Aktivitas Sejalan dengan teori Humphreys dan Nicol, Lipsmeier (1994) menunjukkan beberapa penelitian yang membuktikan batas kenyamanan (dalam Temperatur Efektif/TE) berbeda beda tergantung kepada lokasi geografis dan subyek manusia (suku bangsa) yang diteliti seperti pada tabel di bawah ini: Tabel 2.3 Batas kenyamanan George.Lippsmeier Sumber: Bangunan Tropis, Georg. Lippsmeier Menurut penelitian Lippsmeier, batas-batas kenyamanan manusia untuk daerah khatulistiwa adalah 19 C TE (batas bawah) 26 C TE (batas atas). Pada temperatur 26 C TE umumnya manusia sudah mulai berkeringat. Daya tahan dan kemampuan kerja manusia mulai menurun pada temperatur 26 C TE 30 C TE. 7
Kondisi lingkungan yang sukar mulai dirasakan pada suhu 33,5 C TE 35,5 C TE, dan pada suhu 35 C TE 36 C TE kondisi lingkungan tidak dapat ditolerir lagi. Produktifitas manusia cenderung menurun atau rendah pada kondisi udara yang tidak nyaman seperti halnya terlalu dingin atau terlalu panas. Produktifitas kerja manusia meningkat pada kondisi suhu (termis) yang nyaman (Idealistina, 1991). Gambar 2.1: Diagram Kenyamanan sebagai Fungsi dari Temperatur, Kelembaban dan Kecepatan Angin Sumber: Bangunan Tropis, Georg. Lippsmeier Berbagai penelitian kenyamanan suhu yang dilakukan di daerah iklim tropis basah, seperti halnya Mom dan Wiesebron di Bandung, Ellis, de Dear di Singapore, Busch di Bangkok, Ballabtyne di Port Moresby, kemudian Karyono di Jakarta, memperlihatkan rentang suhu antara 24 o C hingga 30 o C yang dianggap nyaman bagi manusia yang berdiam pada daerah iklim tersebut. 8
Menurut George Lippsmeier, terdapat beberapa teori sebagai berikut. 1. Teori ciri-ciri dan masalah bangunan pada iklim tropis Ciri-ciri iklim daerah tropis basah adalah presipitasi dan kelembaban tinggi dengan temperatur. Angin sedikit, radiasi matahari sedang sampai kuat. Pertukaran panas sedikit karena tingginya kelembaban. Masalah bangunan daerah iklim tropis basah adalah panas yang tidak menyenangkan. Penguapan sedikit karena gerakan udara lambat. Perlu perlindungan terhadap matahari, hujan dan angin. Hal penting yang harus diperhatikan pada daerah iklim tropis basah adalah bangunan terbuka dengan jarak yang nyaman untuk sirkulasi udara. Orientasi utara-selatan, dengan lebar bangunan untuk ventilasi silang, serta diberi penenduh disekitar bangunan. Bangunan ringan dengan daya serap panas yang rendah. 2. Teori temperatur udara Umumnya daerah yang paling panas adalah daerah khatulistiwa, karena paling banyak menerima radiasi matahari. Tetapi temperatur udara juga dipengaruhi oleh faktor derajat lintang (musim), atmosfer, serta daratan dan air. Temperatur terendah pada 1-2 jam sebelum matahari terbit dan temperatur tertinggi pada 1-2 jam setelah posisi matahari tertinggi, dengan 43% radiasi matahari dipantulkan kembali, 43% diserap oleh permukaan bumi, dan 14% diserap oleh atmosfer. Penyinaran langsung dari sebuah dinding bergantung pada orientasinya terhadap matahari, dimana pada iklim tropis fasade timur paling banyak terkena radiasi matahari, sehingga dapat disolusikan dengan beberapa bahan yang mampu 9
meyerap 50%-95% radiasi matahari.pengurangan radiasi panas dapat juga dilakukan dengan menggerakkan udara pada permukaan atap atau dinding. 3. Teori kelembaban udara Semakin tinggi udara, maka semakin kemampuan udara untuk menyerap air, berarti semakin tinggi kelembaban udaranya. Temperatur lembab menunjukkan kombinasi antar temperatur kering yang diukur secara normal dan kadar kelembaban udara, yang dapat dibaca dalam diagram psikometrik. Gambar 2.2: Diagram psikometrik 4. Teori gerakan udara Gerakan udara terjadi akibat pemanasan lapisan udara yang berbedabeda. Bangunan tinggi peredaran udara pada bagian atas, sehingga dibelakang bangunan tinggi terjadi perputaran angin yang berlawaman, sehingga dapat menghasilkan perputaran udara yang baik bagi bangunan rendah dibelakangnya. 10
Gambar 2.3 : Pembalikan arah angin oleh bangunan tinggi Pada bangunan tertutup dan sejajar dibutuhkan jarak sekitar tujuh kali tinggi bangunan untuk membuat kecepatan angin kembali ke permukaan. Gambar 2.4: Gerakan udara antara deretan bangunan Gerakan udara menimbulkan pelepasan panas oleh permukaan kulit, selama temperatur udara lebih rendah dari temperatur kulit. Arah angin menjadi salah satu faktor penentu orientasi bangunan untuk memperbaiki kondisi iklim interior bangunan. 5. Teori persyaratan kenyamanan Faktor-faktor yang mempengaruhi kenyamanan dalam ruangan tertutup adalah : Temperatur udara, Kelembaban udara, Temperatur radiasi rata-rata dari dinding dan atap, Kecepatan gerakan udara, Tingkat pencahayaan dan distribusi cahaya pada dinding pandangan. 11
Sementara itu, Standar Tata Cara Perencanaan Teknis Konservasi Energi pada Bangunan Gedung yang diterbitkan oleh Yayasan LPMB-PU(SNI 03-6572-2001) membagi temperatur udara nyaman untuk orang Indonesia atas tiga bagian yaitu: Tabel 2.4 Suhu Nyaman menurut Standar Tata Cara Perencanaan Teknis Konservasi Energi pada Bangunan Gedung Pada temperatur 26 C TE umumnya manusia sudah mulai berkeringat sedangkan temperatur rata-rata di Indonesia dapat mencapai 35 o C dengan kelembaban yang cukup tinggi hingga 85%(iklim tropis panas lembab). 2.2 Perpindahan Kalor/Panas Kalor dapat berpindah dengan 3 cara yaitu: Konduksi : Perpindahan panas dengan cara penjalaran di dalam suatu bahan atau antara permukaan dua bahan yang saling bersentuhan. Misal antara kaki kita tanpa sepatu dan permukaan lantai. Dinding yang tebal memerlukan waktu lama untuk penjalaran panas, karena itu dinding tebal sering dipakai di bangunan tropis Konveksi Perpindahan panas karena adanya aliran udara. Misal saat angin mengenai permukaan kulit kita, maka kita akan merasa sejuk karena panas kulit kita terbawa angin 12
Radiasi Perpindahan panas secara pancaran, misal panas dari alat elektronik, lampu, sinar matahari 2.3 Orientasi Menurut David Egan, orientasi bangunan yang paling optimum di semua daerah iklim adalah memanjang dari arah timur ke barat dan untuk daerah tropis lembab proporsi yang optimum antara lebar dan panjang adalah 1 :1,7 dan proporsi yang bagus adalah 1:3 (M. David Egan, Concept in Thermal Comfort) Untuk bangunan di daerah tropis, bidang Barat dan Timur menerima radiasi lebih besar daripada bidang Utara dan Selatan. Menurut Olgyay(1963), secara umum bangunan yang memanjang Timur dan Barat lebih menguntungkan daripada Utara dan Selatan karena bangunan yang memanjang Utara-Selatan akan menerima lebih banyak panas radiasi. Oleh karena itu, beban panas radiasi yang paling mempengaruhi kondisi termal di dalam ruangan. Sehingga orientasi bangunan sangat mempengaruhi kenyamanan termal ruang. 2.4 Hubungan Temperatur Dengan Kelembaban Udara Temperatur udara dinyatakan dengan : - Temperatur bola basah (Wet Bulb Temperatur) - Temperatur bola kering (Dry Bulb Temperatur) 13
Temperatur bola basah adalah temperatur udara yang berisi uap air sedangkan temperatur udara kering adalah temperatur udara tanpa uap air. Kedua temperatur ini dipakai untuk menentukan kondisi saturasi (jenuh) dari uap air serta temperatur pengembunan udara. Termometer bola basah adalah termometer yang dilengkapi dengan bahan basah berupa sepon yang diberi air. Cara menggunakannya dengan memutar termometer tersebut. Jika di udara kadar uap airnya sudah sama dengan kadar uap air jenuh maka tidak ada lagi uap air yang bisa menguap dan keringat tidak bisa terlepas dari kulit. Hubungan antara temperatur udara kering, temperatur udara basah dan kelembaban jenuh disusun dalam suatu diagram (karta) yang disebut dengan psikometrik Psikometrik ini digunakan untuk menentukan temperatur pengembunan yaitu temperatur pada saat kelembaban jenuh (saturasi) 100%. 2.5 Ventilasi Ventilasi merupakan bukaan yang menyediakan terjadinya aliran udara dan pertukaran udara. Ventilasi merupakan salah satu pengendali faktor kenyamanan termal dan kenyamanan udara. Kenyamanan udara berupa udara yang bersih, sehat dan tidak berbau Berdasarkan terbentuknya ventilasi dapat dibedakan menjadi : - Ventilasi alami yang tidak menggunakan alat 14
- Ventilasi buatan yang menggunakan alat bantu seperti kipas, AC. 2.6 Solusi-solusi Kenyamanan Termal. Gambar 2.5 : prinsip ventilasi Solusi-solusi agar ruangan menjadi nyaman dengan iklim tropis panas lembab antara lain: 1. Memakai AC Penggunaan AC adalah cara paling mudah namun membutuhkan biaya operasional yang tidak sedikit. 2. Menggunakan elemen-elemen arsitektur Apabila posisi bangunan pada arah Timur dan Barat tidak dapat dihindari, maka pandangan bebas melalui jendela pada sisi ini harus dihindari karena 15
radiasi panas yang langsung masuk ke dalam bangunan (melalui bukaan/kaca) akan memanaskan ruang dan menaikkan suhu/temperatur udara dalam ruang. Di samping itu efek silau yang muncul pada saat sudut matahari rendah juga sangat mengganggu. Gambar di bawah adalah elemen arsitektur yang sering digunakan sebagai pelindung terhadap radiasi matahari (solar shading devices). (1) Cantilever (Overhang) (2) Louver Overhang (Horizontal) (3) Panels (atau Awning) (4) Horizontal Louver Screen (5) Egg Crate (6) Vertical Louver (bisa diputar) (kombinasi elemen horizontal dan vertikal) (5) dan (6) Paling Efektif digunakan pada bidang bangunan yang menghadap Timur-Barat. Berfungsi juga sebagai Windbreak, penting untuk daerah yang mempunyai banyak angin. Gambar 2.6 Elemen Arsitektur sebagai Pelindung Radiasi Matahari (Sumber: Egan, Concept in Thermal Comfort, 1975) 16
Tabel 2.5 Shading Coeficient untuk Elemen Arsitektur Sumber: Concept in the Thermal Comfort, M. David Egan. 3. Menggunakan elemen lansekap a. Vegetasi Di samping elemen arsitektur, elemen lansekap seperti pohon dan vegetasi juga dapat digunakan sebagai pelindung terhadap radiasi matahari. Keberadaan pohon secara langsung/tidak langsung akan menurunkan suhu udara di sekitarnya, karena radiasi matahari akan diserap oleh daun untuk proses fotosintesa dan penguapan. Efek bayangan oleh vegetasi akan menghalangi pemanasan permukaan bangunan dan tanah di bawahnya. Pohon berjarak 1,5 m Pohon berjarak 3 m Pohon berjarak 9 m dari Bangunan dari Bangunan dari Bangunan 17
b. Unsur Air Gambar 2.7 Jarak Pohon terhadap Bangunan dan Pengaruhnya terhadap Ventilasi Alami Untuk memodifikasi udara luar yang terlalu panas masuk ke dalam bangunan dapat dilakukan dengan membuat air mancur di dalam bangunan. Keberadaan air akan menurunkan suhu udara di sekitarnya karena terjadi penyerapan panas pada proses penguapan air. Selain menurunkan suhu udara, proses penguapan akan menaikkan kelembaban. Untuk daerah iklim tropis basah seperti di Indonesia yang memiliki kelembaban yang tinggi maka peningkatan kelembaban harus dihindarkan. Oleh sebab itu penggunaan unsur air harus mempertimbangkan adanya gerakan udara (angin) sehingga tidak terjadi peningkatan kelembaban. 4. Material/Bahan Bangunan Panas masuk ke dalam bangunan melalui proses konduksi (lewat dinding, atap, jendela kaca) dan radiasi matahari yang ditransmisikan melalui jendela/kaca. Radiasi matahari memancarkan sinar ultra violet (6%), cahaya tampak (48%) dan sinar infra merah yang memberikan efek panas sangat besar (46%). Hasil 18
penelitian menunjukkan bahwa radiasi matahari adalah penyumbang jumlah panas terbesar yang masuk ke dalam bangunan. Besar radiasi matahari yang ditransmisikan melalui selubung bangunan dipengaruhi oleh fasade bangunan yaitu perbandingan luas kaca dan luas dinding bangunan keseluruhan (wall to wall ratio), serta jenis dan tebal kaca yang digunakan. Radiasi matahari yang jatuh pada selubung bangunan dipantulkan kembali dan sebagian diserap. Panas yang terserap akan dikumpulkan dan diteruskan ke bagian sisi yang dingin (sisi dalam bangunan). Masing-masing bahan bangunan mempunyai angka koefisien serapan kalor (%) seperti terlihat pada tabel berikut. Semakin besar serapan kalor, semakin besar panas yang diteruskan ke ruangan. Tabel 2.6 Radiasi Matahari dan Serapan Kalor Sumber: Pengantar Fisika Bangunan, Mangunwijaya, hal. 117 Warna juga berpengaruh terhadap angka serapan kalor. Warna-warna muda memiliki angka serapan kalor yang lebih sedikit dari pada warna tua. Warna putih memiliki angka serapan kalor paling sedikit (10%-15%), sebaliknya warna hitam dengan permukaan tekstur kasar dapat menyerap kalor sampai 95%. 19