PENDAHULUAN
valuasi atau penilaian kembali terhadap perancangan dan pembangunan tempat tinggal yang telah ada terhadap teori-teori kenyamanan, terutama yang berhubungan dengan pengaturan dan penyediaan pencahayaan dan penghawaan, sangat diperlukan untuk mendapatkan gambaran yang lebih jelas di lapangan. Bagaimana sebenarnya pengetahuan masyarakat di sekitar kita tentang pemanfaatan iklim pada bangunan tempat tinggal mereka. Dan bagaimana mereka menerapkannya.
Berabad-abad lamanya sejak sejarah mulai mencatat, manusia selalu belajar, meneliti, dan berusaha melindungi tempat kediamannya dari pengaruh-pengaruh buruk yang ditimbulkan oleh iklim terutama dalam hal pencahayaan dan penghawaan. Tetapi sebaliknya, manusia juga berusaha untuk mempelajari dan meneliti pengaruh-pengaruh yang baik dan menguntungkan untuk dapat dimanfaatkan dengan tepat.
Sejarah membuktikan, bahwa manusia telah beradaptasi dengan lingkungannya secara alami. Hal ini dapat kita lihat pada bentuk arsitektur pada beberapa tempat di belahan bumi:
- Orang-orang Eskimo, dengan rumah-rumahnya yang terbuat dari es, menempatkan iglonya sedemikian rupa sehingga pintunya berada searah dengan jalannya angin setempat (yang biasanya sangat dingin dan kencang).
- Orang-orang Indian di Amerika menempatkan pintu utama searah dengan angin
- Orang-orang Jepang membuat teritis atap yang lebar untuk melindungi ruangan-ruangan terhadap pengaruh buruk sinar matahari, angin, dan hujan. Teritis atap tersebut dibuat dengan ukuran yang tepat, sehingga pada musim hujan ruangan masih dapat dibuka selebar-lebarnya, sedangkan pada musim dingin sinar matahari masih dapat masuk dengan leluasa ke dalam ruangan.
- Negara India dengan mataharinya yang sangat terik dan hawa yang sifatnya panas kering, membutuhkan penonjolan-penonjolan teritis yang cukup lebar dalam usahanya untuk mencapai suasana dan iklim yang sejuk di dalam ruangan.
Iklim memegang peranan penting di dalam perancangan dan perencanaan bangunan, perencana diwajibkan mempergunakan pertimbangan-pertimbangan seperti: aspek-aspek penghawaan, kenyamanan, ventilasi, orientasi, penetrasi panas, dan refleksi sinar matahari untuk pencahayaan alami. Aspek-aspek tersebut selanjutnya akan mempengaruhi pemilihan bahan bangunan dipakai.
Aspek-aspek perencanaan bangunan seperti tersebut di atas, sangat ditentukan oleh jenis iklim yang berlaku. Indonesia, dengan iklim tropis lembab, perencanaan bangunan harus dapat menanggulangi hal-hal negatif yang ditimbulkan oleh jenis iklim ini, seperti rasa silau dan panas yang dirasakan oleh penghuni bangunan atau angin yang sangat kencang. Atau sebaliknya, bagaimana memasukkan cahaya pada ruang-ruang di dalam bangunan, dan mengalirkan udara segar ke tiap ruang yang ada pada bangunan tempat tinggal mereka.
IKLIM, UNSUR-UNSUR, DAN KOMPONEN PEMBENTUKNYA
Proses Terjadinya Iklim
Iklim adalah perubahan kondisi cuaca yang relatif tetap dan secara berkala karena pengaruh perputaran bumi (diteliti 10-20 tahun sekali), hasilnya berupa: tropis, sub tropis, dingin dan lain-lain. Sedangkan cuaca merupakan perubahan kondisi udara yang sifatnya setempat, dalam kurun waktu pendek, dan terjadi akibat bentang alam seperti pantai gunung dan padang rumput.
Iklim suatu lingkungan atau regional merupakan suatu keadaan atmosphere yang dipengaruhi oleh lima buah unsur penting berikut:
1. Suhu udara
2. Kelembaban
3.Angin
4.Curah hujan
5. Radiasi matahari
Unsur-unsur di atas tidak dapat dipisahkan satu sama lainnya. Saling tergantung dalam memberikan karakter dari iklim daerah tersebut.
Ada 3 pelaku yang perlu mendapat perhatian, yaitu:
1. Iklim
- Sinar matahari (MRT)
- Angin (v m/dt)
- Kelembaban (RH%)
- Curah hujan (mm/thn)
- Suhu udara (toC)
2. Modifier
- Pohon
- Dinding
- Screen
3. Manusia
Modifikasi terbatas: pakaian, makanan, aktivitas, kebiasaan
Iklim Makro dan iklim Mikro
Iklim mikro adalah faktor-faktor kondisi iklim setempat yang memberikan pengaruh langsung terhadap kenikmatan (fisik) dan kenyamanan (rasa) pemakai di sebuah ruang bangunan. Sedangkan iklim makro adalah kondisi iklim pada suatu daerah tertentu yang meliputi area yang lebih besar dan mempengaruhi iklim mikro. Iklim makro dipengaruhi oleh lintasan matahari, posisi dan model geografis, yang mengakibatkan pengaruh pada cahaya matahari dan pembayangan serta hal-hal lain pada kawasan tersebut, misalnya radiasi panas, pergerakan udara, curah hujan, kelembaban udara, dan temperatur udara.
Sistem lingkungan membentuk bangunan (buildings as a modifier, or climate modifier).
Modifier merupakan cara mengatasi iklim dengan mempergunakan teknologi tepat guna. Modifier adalah barang buatan yang mampu membuat iklim mikro yang nyaman bagi manusia
Cara mengelola/memanfaatkan iklim makro
- Membuka jendela pada utara–selatan
- Pohon perdu diletakkan di timur, sebab angin pada bulan Maret-September kering (tidak membawa uap air), sehingga tidak lembab. Jika menanam pohon di barat, sebaiknya dipertinggi agar tidak membawa uap air masuk ke ruangan
- Yang dibuka dinding timur, sehingga bila Desember, angin tidak masuk
- Kamar mandi sebaiknya ditaruh di sebelah barat saja agar cepat kering (tidak lembab)
- Angin yang baik adalah yang lewat depan/samping (posisi bangunan tidak membelakangi angin). Angin dari bawah dan atas tidak baik.
Iklim mikro dipengaruhi oleh faktor-faktor:
- Orientasi bangunan
- Ventilasi (lubang-lubang pembukaan di dalam ruang untuk masuknya penghawaan)
- Sun shading (penghalang cahaya matahari)
- Pengendalian kelembaban udara
- Penggunaan bahan-bahan bangunan
- Bentuk dan ukuran ruang
- Pengaturan vegetasi
Keseimbangan Energi
Hal-hal yang berpengaruh terhadap keseimbangan energi (thermal performance) adalah:
- Solar Heat Gains (sinar langsung, lingkungan, dll)
- Pemilihan bahan (BJ, kalor jenis, time lag, daya hantar)
- Warna
- Tekstur
- Dimensi (kantor, hotel, apartemen, pabrik)
- Teknologi pembayang dan bentuk perimeter (vertikal horisontal, kisi-kisi, dan lain-lain)
- Teknologi insulasi (reflective, resistive, capacitive)
- Thermal Insulating Properties (dinding, atap, lantai)
- Ventilation System
Teori Energi:
- Sifat: massa dan materi terkecil penyeimbang alam
- Bentuk, gejala: panas, suara, gelombang, cahaya
- Penyebaran: pancaran dan radiasi (tanpa media), dapat dihalangi, dipantulkan, diserap, dikumpulkan dan ditransmisikan oleh materi lain.
Pembagian Iklim
Hingga saat ini klasifikasi iklim banyak berdasarkan penggunaan dalam ilmu pertanian. Untuk aplikasi arsitektural, pembagian iklim lebih erat hubungannya dengan faktor kenyamanan atau comfort. Dalam hat ini iklim selanjutnya dapat dibagi menjadi empat bagian:
1. Iklim Dingin (Cold Climate)
Masalah utama dari iklim ini adalah kurangnya panas dari radiasi matahari Suhu udara rata-rata -15o C, dengan kelembaban relatif yang rata-rata tinggi selama musim dingin.
2. Iklim Moderat
Iklim ini ditandai dengan variasi panas yang berlebihan dan dingin yang berlebihan pula, namun tidak terlalu menyolok. Suhu udara rata-rata terendah pada musim dingin ialah -15o C dan suhu terpanas adalah sekitar 25o C.
3. Iklim Panas Kering
Iklim ini ditandai dengan panas yang berlebihan, udara kering, suhu udara rata-rata 25o C – 45o C terpanas dan 10o C terdingin disertai dengan kelembaban relatif yang sangat rendah.
4. Iklim Panas Lembab
Iklim ini ditandai dengan panas yang berlebihan disertai dengan kelembaban relatif yang tinggi pula. Suhu udara rata-rata di atas 20o C dengan kelembaban relatif sekitar 80-90 %.
Komponen-komponen Iklim
Komponen-komponen iklim terdiri atas:
1. Angin (Air Movement)
Adalah pergerakan udara atau udara yang bergerak. Gerakan mempunyai arah dan kecepatan (v) serta percepatan (a). Angin merupakan gerak akibat/penyeimbang di dalam kumpulan partikel-partikel udara. Apabila sebagian partikel-partikel tersebut mendapat/menerima energi sehingga geraknya semakin cepat – keregangan meningkat dan berat jenis berkurang yang menyebabkan pergolakan volume udara tersebut terhadap partikel yang lain.
2. Kelembaban
Adalah Jumlah kandungan uap air dalam satuan volume udara. Iklim laut ditandai dengan kelembaban tinggi sedangkan iklim kontinental ditandai dengan kelembaban rendah.
3. Curah Hujan
Adalah frekuensi dan banyaknya hujan yang terjadi di suatu daerah.
IKLIM DAN ARSITEKTUR
Iklim dan arsitektur adalah bagian dari sains bangunan dan sains arsitektur. Sains bangunan adalah ilmu yang mempelajari hubungan antara manusia dan lingkungannya. Bangunan dan shelter dalam hal ini berlaku sebagai perubah (modifier) lingkungan luar (outdoor environment) menjadi lingkungan dalam (indoor environment) yang mempunyai atau memenuhi syarat habitasi dan penghunian bagi manusia.
Faktor-faktor yang harus diperhatikan antara lain:
- iklim setempat
- lingkungan panas, suara dan penerangan
- manusia dan cara habitasinya
- sistem lay-out bangunan
- bentuk bangunan
- sistem konstruksi bangunan
- pemilihan material bangunan
Hubungan Iklim dengan Teori Evolusi dan Ekologi Arsitektur
Proses Terjadinya Bentuk
- Form Determinants
- Function
- Context
- Structure
- Form Resolution
- material dan cara penggunaan
- metoda dan konstruksi
- pertimbangan ekonomi dan sumber daya
- estetika
Teori Bentuk Secara Ekologi
Ekologi adalah ilmu yang mempelajari tempat tinggal makhluk hidup atau organisme. Antara Ekologi dan Arsitektur dan antara evolusi dan perancangan (desain) terdapat hubungan yang sangat erat. Berdasarkan hubungan yang konseptual ini maka timbullah prinsip perancangan secara pre skriptis dengan dasar-dasar teori bentuk secara deskriptif dalam alam ini.
Arsitektur dapat digambarkan sebagai bentuk dari strategi adaptasi manusia dengan alam, gambaran tersebut bersifat suatu kesatuan yang menyeluruh, keseimbangan yang dinamis dan penyempurnaan hal-hal yang relatif dan tidak jelas.
Dari prinsip-prinsip di atas maka terjadilah tiga prinsip utama dari penurunan bentuk, yaitu:
- kesatuan yang utuh antara manusia dan tempat atau lingkungan
- keseimbangan yang dinamis dari yang teratur dan tak teratur
- penyempurnaan energi dan informasi
Hubungan antara ekologi dan arsitektur jelas terlihat pada arti asli (secara linguistik) dari ekologi, yaitu ‘oikos’, kata asli dari ekologi dalam bahasa Greek yang berarti rumah dan rumah tangga (house dan household). Apabila ekologi diartikan sebagai sains dan organisme beserta tempat hidupnya (habitatnya), maka arsitektur dapat dipandang sebagai art dan sains dari organisme manusia dalam merealisir habitasinya pada lingkungan alam natural.
Bentuk dari organisme adalah hasil dari atau proses Interaksi antara bentuk genetik dengan lingkungannya. Dalam teori arsitektur secara ekologi, bentuk arsitektur adalah produk dari interaksi antara perubahan kebutuhan manusia atau fungsi dengan kontek ekologi manusia.
- Forms follow both function and environment
- Form, function and environment are interdependent
Dalam hubungan dengan teori ini, arsitektur modern mempunyai kegagalan, yaitu:
- Arsitektur modern menolak tradisi sebagai kemungkinan sumber-sumber kontiunitas untuk variasi di kemudian hari yang lebih kreatif.
- Arsitektur modern mengenyampingkan batas-batas kontek kultural
- Arsitektur modern terlalu memberikan nilai lebih hanya pada strategi adaptasi arsitektural yang spesifik saja.
Bentuk dan lingkungannya
Alam memberikan tekanan secara langsung kepada proses terjadinya bentuk semua yang berada di alam ini. Misalnya: bentuk ikan diodon atau landaka. Di daerah dingin bentuk ikan tersebut agak bulat dan padat, karena dengan bentuk ini dapat menyimpan panas lebih lama. Sebaliknya ikan ini di daerah panas berubah bentuknya, menjadi lebih melebar dan pipih, dengan bentuk ini panas yang diterima lebih cepat dilepas, karena adanya lingkungan panas yang berlebihan.
Seperti apa yang telah disebutkan oleh Oliver Lodge: “Ignoratu mootu, Ignoratur Natuna”, yang dapat berarti bahwa perubahan yang konstan sesuai dengan teori transformasi, yaitu apabila “genus” atau spesies yang sama dengan lingkungan yang berbeda akan memberikan pengaruh proporsi yang berbeda pula. Nampak pula dalam hal ini dalam bentuk-bentuk tanaman yang berbeda-beda pada iklim yang berbeda.
Demikian pula proses terjadinya “shape” bangunan, shape yang optimum adalah bentuk yang dapat menerima panas sesedikit mungkin di waktu musim panas, dan mampu menahan panas sebanyak mungkin pada waktu musim dingin.
Bentuk Tata Lingkungan
Iklim mempengaruhi bentuk tata lingkungan, hal ini dapat dilihat dari karakteristik tata lingkungan pada beberapa daerah sesuai dengan iklim yang berlaku di tempat tersebut:
- Untuk daerah beriklim tropis lembab atau panas lembab, jarak antara bangunan mempunyai pengaruh yang sangat besar. Luasan dinding bangunan dengan pembukaan untuk ventilasi sebanyak mungkin berhubungan dengan luar sangat menguntungkan. Hal ini disebabkan karena kenyamanan di daerah tropis lembab hanya dapat dicapai dengan bantuan aliran angin yang cukup pada tubuh manusia. Perancangan landscape harus memperhatikan prinsip kelancaran angin yang mengalir.
- Sebaiknya untuk di daerah panas kering, luasan dinding bangunan dikurangi sebanyak mungkin untuk tidak berhubungan langsung dengan ruang luar. Antara bangunan dihindari adanya ruang luar, satu sama lain kompak, sehingga sinar matahari sangat sedikit yang menimpa langsung bangunan. Bila harus ada ruang di antara bangunan pun diusahakan agar antara dinding bangunan yang satu dengan yang lain saling membayangi terhadap sinar matahari. Oleh sebab itu kecenderungannya bangunan lebih efisien kalau rendah dan masif.
Oleh sebab itu kepadatan bangunan di daerah tropis lembab kecenderungannya rendah. Kepadatan bangunan tinggi untuk daerah tropis kering. Untuk di daerah dingin, bentuk susunan bangunannya cenderung kompak, padat dan mempunyai luasan jendela yang luas agar dapat menerima panas matahari yang lebih banyak.
Analisa Iklim dalam Arsitektur
Untuk mengetahui lebih jauh tentang pengaruh iklim terhadap arsitektur, maka analisa dapat dilakukan, yang meliputi:
1. Analisa Lahan
Analis ini meliputi adaptasi terhadap lingkungan.
2. Analisa Orientasi
Dicari arah yang terbaik agar didapat lingkungan yang sesuai dengan yang disyaratkan.
3. Analisa Bentuk
Meliputi analisa dari rancangan bangunan dan komposisi kelompok bangunan. Design bangunan secara tunggal berpengaruh pada terbentuknya suatu lingkungan dalam bangunan tersebut yang merupakan suatu modifikasi lingkungan luar yang dibentuk oleh kelompok bangunan. Bentuk dari kelompok bangunan ini mempunyai pengaruh pada lingkungan luar yang terjadi. Kepadatan bangunan mempunyai pengaruh besar pada pembentukan iklim lingkungan luar.
4. Analisa Sistem Konstruksi
Sistem konstruksi berpengaruh pada proses modifikasi iklim atau lingkungan luar menjadi lingkungan dalam yang terhuni dengan baik. Dengan analisa-analisa di atas dapat diketahui gradasi pengaruh iklim pada setiap langkah perencanaan
Iklim dan Pengaruhnya terhadap Karakteristik Arsitektur
PENGARUH IKLIM TERHADAP MANUSIA
Fungsi utama dari arsitektur adalah harus mampu menciptakan lingkungan hidup yang lebih baik dengan cara menanggulangi tekanan iklim yang ada. “Stress” yang terjadi harus sesedikit mungkin. Suatu sistem guna mencapai kondisi keseimbangan antara iklim dan arsitektur sulit sekali untuk diketengahkan, sebab dalam hal ini banyak sekali cabang ilmu yang tersangkut.
Usaha untuk menyeimbangkan antara iklim dan arsitektur, dilakukan dengan memanfaatkan unsur-unsur iklim yang ada, seperti angin, suhu udara, dan lain-lain, sehingga akhirnya manusia dapat memperoleh kenyamanan yang diharapkan.
Kenyamanan dapat dikategorikan dalam tiga bentuk, yaitu:
1. Kenyamanan thermal
2. Kenyamanan visual
3. Kenyamanan Audial
Dalam hal ini terutama membahas masalah kenyamanan termal pada bangunan kecil (tempat tinggal).
Tingkat Perencanaan Lingkungan Binaan dalam Aspek Kenyamanan Thermal
Aspek kenyamanan thermal untuk perencanaan lingkungan binaan mencakup:
1. Eksterior bangunan 2. Interior
3. Selubung bangunan
Perencanaan terhadap masing-masing cakupan di atas berkaitan dengan bentuk bangunan, seperti: ketinggian lantai bangunan, bentuk massa dan dimensi bangunan.
Perencanaan untuk Bangunan Satu Lantai Eksterior Bangunan
Gubahan massa bangunan, merupakan hal penting yang harus diperhatikan dalam perencanaan. Gubahan massa sendiri dipengaruhi oleh:
- Bentuk bangunan
- Jarak bangunan
- Ketinggian bangunan
- Kondisi bangunan di sekitarnya
- Vegetasi (penutup tanah, perdu, pohon, dan lain-lain)
- Bentang alam (danau, sungai, tebing, bukit, dan jurang)
- Kondisi iklim mikro
- Perkerasan tanah.
Gubahan massa bangunan bertujuan untuk:
- Mengendalikan radiasi matahari
- Mengendalikan angin dan kelembaban.
Pada bangunan satu lantai, udara yang masuk adalah udara lembab yang menimbulkan dan meningkatkan kelembaban udara dalam ruangan. Penambahan vegetasi pada ruang luar harus diperhitungkan supaya pengaliran udara ke dalam bangunan dapat berfungsi.
Jarak vegetasi ke bangunan (s), tergantung dari tinggi (h). Pertimbangan terhadap vegetasi sama halnya ketika kita membicarakan pagar bangunan.
Pagar menghalangi aliran udara ke rumah
Ketinggian dan bentuk pagar jangan sampai menghalangi pengaliran udara ke bangunan.
Pagar sirip dapat mengalirkan aliran udara ke rumah
Rumah ditinggikan dari tanah, sehingga pagar tidak menghalangi pengaliran udara
Interior Bangunan
Pada siang hari terjadi proses pemanasan, dan pada malam hari terjadi pelepasan panas (pendinginan). Proses pendinginan secara berantai (melalui fase-fase) pada bangunan satu lantai tetap efektif, tapi tidak untuk bangunan berlantai banyak. Massa udara menghambat radiasi dan konduksi, digantikan dengan konveksi. Kondisi ini disebut dengan efek termos. Jadi, semakin banyak udara akan menguntungkan.
Untuk memahami secara baik bagaimana pengaruh lingkungan luar terhadap bangunan, dapat diketahui dengan memahami bagaimana perambatan panas yang terjadi pada bangunan.
Pada dasarnya perambatan panas terjadi secara bertingkat.
Perambatan panas tersebut berupa:
1. Konveksi
2. Radiasi
3. Konduksi (atap – dinding)
4. Evaporasi
Bentuk bangunan, seperti bentuk atap, dapat mempengaruhi perambatan panas pada bangunan. Bangunan dengan bentuk atap datar akan menghantarkan radiasi yang lebih besar daripada bangunan dengan bentuk atap miring. Hal ini disebabkan karena pada bangunan dengan atap datar, panas yang diradiasikan ke dalam bangunan jatuhnya tegak lurus dan langsung masuk ke fase 2.
Sedangkan pada bangunan dengan atap miring, panas yang masuk terlebih dahulu masuk ke dalam ruang atap, ditahan dulu oleh udara (mengalami konveksi), sehingga panas yang masuk ke fase 2 lebih kecil.
Selain bentuk bangunan, bentuk ruangan juga berpengaruh terhadap kenyamanan. Berikut ini. kita lihat perbandingan kenyamanan pada beberapa bentuk ruang dengan luas yang sama.
Bentuk lingkaran merupakan bentuk ruang yang memiliki kenyamanan yang paling tinggi, karena zona pori-porinya kecil dan jaraknya sama rata dari titik pusat geometri.Pada bentuk persegi panjang, orientasi mempengaruhi kenyamanan. Pada kotak A, zona pori-pori lebih besar dari kotak B, sehingga kotak B lebih nyaman.
Selubung Bangunan
Aspek interior, eksterior dan selubung bangunan dapat saling mempengaruhi dalam perencanaan bangunan. Untuk memperoleh kenyamanan, bangunan yang mempunyai ruang kecil-kecil akan mempunyai dinding yang tebalnya berbeda dengan bangunan yang mempunyai ruang-ruang yang besar.
Hal mi disebabkan karena bangunan dengan ruang-ruang yang kecil, dindingnya akan menyimpan panas yang lebih besar.
Sedangkan bangunan dengan ruang yang lebih besar, lebih lambat panas dan lambat dingin (time lag besar).
Untuk bangunan kecil, kenyamanan termal dapat dicapai dengan:
1. Dinding lebih tipis, volume dinding berkurang
2. Menggunakan material dinding dengan kapasitas panas (kemampuan menyimpan panas) kecil. Kapasitas panas berhubungan dengan massa jenis. Massa jenis A lebih besar dari massa jenis B, setara dengan kapasitas panasnya.
3. Menggunakan material dinding dengan konduktivitas panas (kemampuan menyalurkan panas) besar
Untuk pemilihan bahan, kriteria yang harus diperhatikan:
1. Bangunan kecil:
- Konduktivitas panas besar
- Kapasitas panas kecil
Pilihan bahan dapat berupa:
- Bambu atau kayu, karena bersifat insulasi, yaitu kapasitas panas kecil dan konduktivitas panas kecil
- Hindari bahan logam, karena bersifat konduktor, yaitu kapasitas panas besar dan konduktivitas panas juga besar.
2. Bangunan besar:
- Konduktivitas panas boleh besar
- Kapasitas panas boleh besar
Teori Kenyamanan Thermal
Teori kenyamanan:
OT : Operational Temperature, yaitu temperatur di luar bangunan, campuran antara panas sinar matahari dan suhu udara
ET : Effective Temperature, yaitu temperatur di dalam bangunan.
ET tidak dipengaruhi oleh sinar matahari, tapi oleh jumlah uap air yang terkandung di udara. ET akan efektif jika kelembaban terkontrol serendah mungkin sehingga suhu tubuh bisa turun karena penguapan lancar.
CET, merupakan koreksi terhadap ET, karena ET lebih banyak melibatkan faktor iklim, untuk bangunan bertingkat.
Pada basement ET = OT = CET
Manusia dan Kenyamanan Thermal
Agar manusia survive maka keseimbangan panas (thermal balance) harus terjaga baik, yang artinya heat loss (panas yang hilang) harus sama dengan heat production (panas yang dihasilkan) dari tubuh.
Thermal comfort dipengaruhi oleh dua faktor:
1. Faktor fisik (physical environment)
- suhu udara
- kelembaban relatif
- kecepatan angin
2. Faktor non fisik (non physical environment)
- jenis kelamin
- umur atau usia
- pakaian yang dipakai
- jenis aktivitas yang sedang dikerjakan
Di wilayah Indonesia sendiri, khususnya di daerah Jawa, nenek moyang kita sejak zaman purbakala selalu menghadapkan pintu utama rumahnya ke arah selatan atau utara. Orang Minangkabau memilih bentuk atap rumahnya yang tinggi serta curam. Hal ini dilakukan untuk mengisolir teriknya matahari yang berlebihan dan memudahkan pengaturan air hujan yang seringkali jatuh dalam jumlah besar. Rumah-rumah di Kalimantan, Sulawesi, Irian dan Priangan umumnya didirikan di atas tiang-tiang atau umpak. Hal ini baik untuk mengurangi dan menghilangkan kelembaban di dalam ruangan.
Pada dasarnya, ada tiga faktor terpenting yang menyangkut bahan-bahan pemikiran dalam melaksanakan suatu perencanaan bangunan, yaitu:
1. Manusia dengan kebutuhannya
2. Pengaruh iklim
3. Bahan bangunan
Faktor-faktor yang mempengaruhi kenyamanan ruang:
1. Pergerakan udara
2. Suhu udara
3. Kelembaban udara
4. Radiasi
Lingkungan Thermis
Faktor penting yang berpengaruh dalam perancangan lingkungan panas untuk bangunan ialah:
1. Batasan minimum dan maksimum dan kenyamanan thermis (thermal comfort) pemakai bangunan. Misalnya thermal comfort untuk orang Indonesia ialah antara 25,4 – 28,9 derajat Celcius.
2. Gambaran tentang iklim setempat, yaitu suhu udara, kecepatan angin, kelembaban relatif dan solar radiasi.
3. Prosedur perancangan serta kelakuan fisik dari material bangunan dan sistem konstruksi bangunan.
Faktor penting yang menentukan respon panas dari bangunan ialah:
1. Kemampuan menyimpan panas dari semua elemen bangunan
2. Kemampuan mengisolasi panas dari semua elemen bangunan
3. Radiasi matahari langsung dan tak langsung
4. Sistem penghawaan
5. Produksi panas dalam ruang, misalnya dari manusia, sistem penerangan.
Pengukuran Kenyamanan Thermal
Untuk mengetahui kenyamanan thermal, perlu adanya ukuran pasti terhadap kenyamanan thermal, yang menjadi patokan terhadap unsur-unsurnya di dalam perancangan arsitektur. Kenyamanan thermal merupakan aspek alam yang mempengaruhi manusia secara langsung dan dapat dikendalikan oleh arsitektur/lingkungan binaannya (primer/utama).
Alat-alat ukur yang dipakai untuk mengetahui ET (Effective Temperature)
- Tunggal (thermal comfort meter)
- Parsial
V : Anemometer
MRT : Bola hitam
T : Termometer udara
RH : Termometer/ hygrometer ( termometer sling)
Suhu Udara
Suhu udara diukur dengan termometer. Jenis-jenis termometer:
- termometer air raksa,
- termometer alkohol
- termometer elektronis (thermocouple)
Kelebihan dari termometer ini adalah sangat teliti, hingga 50 angka di belakang koma. Kegunaan thermocouple:
- Mengukur suhu udara
- Mengukur suhu permukaan
- Konduktivitas/Isolasi
- Time fag
- Kapasitas panas tidak langsung
Kecepatan Angin
Kecepatan angin adalah perpindahan udara tiap satu satuan waktu.
Satuannya: m/dt atau m/menit.
Kecepatan angin berbanding lurus dengan tekanan udara. Kecepatan angin diukur dengan anemometer. Ada 2 jenis anemometer, yaitu:
- mekanis – elektronis
Kecepatan angin memicu beda potensial pada anemometer. Alat ini bisa mengevaluasi pergerakan dan kecepatan angin, serta mengukur kontur kecepatan angin pada denah dan bagian yang kecepatan anginnya tinggi atau rendah.
Kelembaban Udara Relatif
Disebut relatif karena ditentukan oleh suhu udara, misalnya kelembaban pada suhu 20°C dengan kandungan air dalam mg/m3, berbeda dengan kelembaban pada 30°C dengan kandungan air dalam mg/m3. Kandungan air ini sangat tergantung pada suhu udara. Saat suhu udara naik, kandungan air juga naik.
Alat ukur:
Ñ Higrometer
Panjang pendeknya pengukuran dipengaruhi oleh kandungan air dalam udara (%) Contoh: 100%, merupakan udara jenuh.
Pada suhu tertentu, udara tidak mampu menerima air lagi (bila diberi air lagi, pasti mengembun). Daerah tropis, angka kelembabannya 70% – 90%. Pada saat hujan bisa mencapai 100%.
- Termometer sling – Termometer bola basah dan kering
Cara kerja higrometer:
- Penguapan air pada thermometer akan menurunkan suhu (perlu kalor untuk penguapan). Dengan berkurangnya kalor, suhu akan turun.
- Berdasarkan suhu, dapat diketahui berapa kelembabannya.
Untuk menentukan suhu kenyamanan thermal, diperlukan:
- DBT ( Dry Bulb Temperature )
- WBT ( Wet Bulb Temperature )
- Temperatur bola basah dan kering
Untuk mencari kelembaban dari DBT dan WBT digunakan tabel yang disebut psychometric chart. Saat radiasi masuk ada faktor GT (masuknya MRT, digunakan bola hitam /GT)
Gambar: Psychometric chat.
Sumber: Passive Cooling, Conference Miami 1981; EarthCooling Tubes, Case Studies of Three Midwest Installations, C.E. Francis, Prof, h. 173.
Nomogram Effective Temperature:
Untuk menentukan suhu kenyamanan thermal dapat digunakan Nomogram ET. Dengan menambah kecepatan angin, kelembaban bisa turun, suhu juga kemungkinan besar turun. Kelembaban udara rendah bisa menurunkan suhu dengan menambah kecepatan udara bergerak (angin). Pada saat GT tinggi (temperatur bola hitam tinggi), maka jalan yang bisa ditempuh adalah mengurangi radiasi misalnya dengan cara membentuk shading dan pepohonan (self shading).
Menurut CC. Webb temperatur nikmat adalah 26o C. dan menurut Bedfort temperatur nikmat dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut:
S = P + 0,25 (tl + ts) + 0,1 X – 0,1 (37,8 – tl) Ö V
Dimana:
S = angka kenikmatan
P = angka konstanta = 10,6 (untuk tropis lembab/pada musim panas)
tl = suhu udara (o C) (ditempat teduh)
ts = temperatur udara pada pancaran cahaya matahari (o C)
X = kelembaban absolut (g/kg)
V = kecepatan angin (m/detik)
Berdasarkan perhitungan tersebut dapat diketahui nilai S (angka kenikmatan) yang bila bernilai +3 berarti sangat panas, bila S = +2 berarti panas, S = +1 berarti panas nikmat, dan bila S = 0 berarti nikmat, dan bila S = -1 termasuk dingin, dan jika nilai S = -2 dikategorikan sangat dingin.
Siklus Kenyamanan Thermal dan Potensi Pendinginan Pasif (Passive Cooling)
Pengendalian suhu (ET) secara pasif / pendinginan pasif:
1. Suhu udara
Pagi hari tidak terlalu dingin. Malam hari tidak terlalu panas
2. RH (Termometer/ hygrometer)
Pagi hari tidak terlalu lembab, malam hari tidak terlalu lembab, siang tidak terlalu kering
3. V (kecepatan angin)
Meningkatkan kecepatan angin di pagi/sore hari dan menurunkan kecepatan angin di siang hari.
Grafik Sikius Kenyamanan Thermal dan Potensi Pendinginan Pasif:
Potensi pendinginan pasif:
- Pada siang hari :
- Suhu udara tidak tinggi (kita berkeringat)
- RH naik/tinggi
- Kecepatan angin tinggi
- Manfaat kecepatan angin tinggi adalah untuk :
- Mengurangi RH dalam bangunan sehingga suhu turun
- Membawa keluar udara panas
- Pada pagi hari
- V luar tinggi
- RH tinggi
- T luar rendah
Jendela harus ditutup agar kelembaban udara tidak masuk dan suhu dalam ruangan tidak keluar.
Pendinginan pasif dengan insulasi panas dapat dilakukan dengan cara;
1. Reflective (memantulkan)
2. Resistive (tahan panas)
- Atap merupakan bagian bangunan yang paling banyak menerima radiasi matahari
- Atap sebaiknya bersifat resistive terhadap radiasi matahari
- Atap juga sebaiknya bersifat reflektif terhadap pancaran radiasi panas (bukan cahaya)
3. Capacitive (menyimpan)
Mengatur udara yang masuk (pengendalian thermal) dengan memasukkan udara lewat pembukaan-pembukaan
Hal ini dapat dilakukan dengan:
- Menabung panas
- Menunda 15 jam, dari jam 3 sore (paling panas) sampai jam 6 pagi (paling dingin), dengan bahan yang mampu menunda panas selama 15jam,sehlngga pada pagi hari menjadi dingin
Radiasi matahari tertinggi pada pukul 12 siang, tetapi udara dan panas bumi perlu waktu untuk mengumpulkan panas sekitar 2-3 jam, sehingga bumi terpanas pada pukul 13.00-14.00 (menjadi panas sekali sebab radiasi matahari ditambah dengan udara panas).
Pengaruh Kenyamanan terhadap Prestasi Kerja
a. Pengaruh suhu udara yang terlalu tinggi.
-Bila suhu lingkungan jauh lebih tinggi di atas suhu tubuh, maka tubuh akan berkeringat, jika terus menerus akan menyebabkan rasa haus.
-Menurunkan kapasitas dan daya guna kerja serta perubahan denyut nadi (normal: 110/detik).
b. Pengaruh suhu terlalu rendah
-timbulnya rasa dingin (spontanitas)
-cara mengatasi:
§ proses metabolisme dari makanan
§ meningkatkan volume aliran darah untuk memperbanyak pembentukan kalor
§ kontraksi pada otot-otot akibat gerakan-gerakan menggil
c. Kelembaban
- Tidak punya efek langsung terhadap tubuh dan prestasi kerja
- Kelembaban rendah à terjadi penguapan pada selaput kendang, tenggorokan, mengeringkan kulit rambut.
- Sebaiknya kelembaban berada pada daerah selang 30% – 70%. Kelembaban baik adalah tidak lebih 60% dan tidak lebih rendah dari 20% dan perubahan tidak melebihi 20% per jam.
d. Gerakan udara
- Di dalam atau di luar ruangan tidak mempunyai pengaruh langsung terhadap tubuh.
-Pengaruh udara terbesar adalah pada proses penguapan keringat.
-Makin cepat aliran udara g makin cepat penguapan keringat, sehingga kulit akan terasa lebih dingin.
Faktor-faktor yang mempengaruhi kondisi udara luar
1. Radiasi matahari
- Daerah di sekitar garis khatulistiwa akan memperoleh radiasi matahari lebih besar dan sering sehingga suhu udara daerah tropis relatif lebih tinggi dibanding daerah lain.
2. Letak atau ketinggian daerah
- Daerah pantai suhu udara relatif lebih tinggi dibandingkan dengan daerah pegunungan.
3. Kepadatan kota
- Jika sangat padat oleh gedung, jalan, sedikit tanaman atau taman kota g suhu udara lebih tinggi dibanding kebalikannya.
Faktor-faktor yang mempengaruhi kondisi udara dalam
1. Ketebalan dinding
- Makin tebal dinding makin kecil pengaruh suhu udara luar terhadap suhu udara di dalam ruangan.
2. Bahan bangunan
- Berkaitan dengan konduktivitas thermis (k)
- Jika ‘k’ kecil g menghasilkan kalor konduksi yang kecil pula.
Harga konduktivitas thermis beberapa bahan:
|
Bahan
|
K (Btu/jam oF ft)
|
|
Udara Diam
Aluminium
Asbestos
Bata: – Kerapatan Rendah
- Kerapatan Tinggi
Beton
Gabus: – Bentuk Rata
- Bentuk Butiran
Besi
Kapuk
Rock wool
Pasir (tergantung campuran dan pengerasannya)
Kayu: – Maple
- Oak
- Pinnus
- Redwood
|
0,168
123,4
0,040
0,416
0,767
0,029
0,023
29,167
0,020
0,2
0,022
1,000
0,100
0,092
0,070
0,061
|
3. Jendela kaca
-Jenis kaca jendela (bahan, tebal)
-Luas jendela
-Warna kaca
4. Atap bangunan
- Pada daerah bangunan tropis pengaruh radiasi terbesar terletak pada atap bangunan.
- Jenis-jenis atap:
1. Atap dasar
- Terdapat pada gedung-gedung bertingkat tinggi terbuat dari beton atau sejenis, dan tergolong pada atap berat.
2. Atap miring
- Terdapat pada rumah tinggal biasa dengan bahan dari kayu, seng, asbestos, genting atau aluminium.
- Antara atap dan langit-langit terdapat ruang kosong (udara), digolongkan pada atap ringan.
Inti: atap datar menerima radiasi matahari lebih besar dibanding atap miring.
5. Warna
- Mempengaruhi suhu dalam ruangan yang disebabkan oleh penyerapan radiasi matahari.
- Koefisien penyerapan radiasi (L) makin besar (mendekati: 1) untuk warna hitam (gelap) dan sebaliknya.
Strategi Perencanaan Thermal
Ñ Ventilasi
Lubang yang dibuat pada dinding ruang dapat digunakan untuk ventilasi. Fungsi ventilasi antara lain:
§ Menjaga kualitas udara di dalam ruangan
§ Menghasilkan kenyamanan penghuninya
§ Mempermudah/memperbesar gerakan udara dalam ruangan.
§ Untuk memperlancar penyaluran kalor dari dalam ruangan ke luar bangunan.
Ventilasi pada hakekatnya dapat dibedakan:
§ Ventilasi alami
- tergantung dari faktor alam: kecepatan angin, tekanan kecepatan karena gerakan udara atau aliran angin bergerak
- penempatannya dapat diatur di bagian bawah dekat lantai atau di bagian atas dekat atau pada langit-langit.
§ Ventilasi buatan
Kegunaan ventilasi
§ Kesehatan
Suatu ruangan yang sehat ialah bila kebutuhan akan O2 dipenuhi dengan baik, kira-kira 1/5 dari laju metabolismenya.
§ Kenyamanan
Tujuan ventilasi
Menghembuskan udara dalam ruangan dan mengeluarkan udara yang sudah terpakai
Ñ Thermal Insulation
Tipe insulasi berbeda-beda, menurut karakter iklim dan beban panas pada bangunan. Tipe-tipe tersebut adalah :
1. Reflective : reflector solar radiation
2. Resistive : lapisan convective atau conductive
3.Capasitive : kesenjangan panas dan masa tunggu (waktu tunda)
Letak lapisan insulasi sangat penting artinya dalam proses perambatan panas. Letak lapisan insulasi seharusnya sedekat mungkin dengan lingkungan luar. Pemakaian lapisan insulasi pada dinding dan atap perlu diperhatikan. Bila dinding dan atap sudah cukup mampu menahan, maka lapisan insulasi tidak diperlukan lagi. Jika tetap dipasang insulasi, maka apabila ada kelebihan panas di dalam, justru kelebihan panasnya terhambat dilepas keluar, sehingga mengakibatkan suhu naik.
Ñ Pembayangan
Pembayang sinar matahari adalah satu-satunya cara yang efisien untuk mengurangi beban panas, walaupun rambatan panas juga dapat dikontrol dengan perancangan luas jendela.
Pembayang sinar matahari merupakan usaha pengkondisian thermal dengan menyeleksi sinar matahari yang masuk ke dalam bangunan dengan menggunakan sun shading (pembayang matahari). Hal-hal yang perlu diketahui sehubungan dengan pembayangan:
- Sinar langsung yang membawa panas harus dibayangi
- Sinar diffuse/tidak langsung/refleksi/terang langit (yang tidak menyilaukan) bila masuk ke dalam bangunan untuk kebutuhan penerangan alami.
- Kita perlu mempelajari SBV (Sudut Bayangan Vertikal) dan SBH (Susut Bayangan Horisontal)
Matahari terbit di timur, tenggelam di barat, hanya pada tanggal 21 September dan 21 Maret (panjang siang = panjang malam) atau Equinox
- Alat bantu lainnya, Solar Chart (diagram matahari, seperti bola dunia di tengah dan kita melihat dari atas.
a = AZIMUTH (SUDUT SAY HORIZONTAL
b = ALTITUDE fSUDUT BAY VERTIKALI
Hal-hal yang perlu diperhatikan dalam perancangan pembayang sinar matahari adalah:
a. Mampu mengontrol hantaran panas
b. Jumlah sinar yang masuk yang diperlukan untuk penerangan alam
c. Silau yang terjadi
d. Waktu penyinaran matahari:
- Waktu dimana matahari mencapai titik terjauh di sebelah selatan khatulistiwa 21 Desember
- Waktu dimana matahari mencapai titik terjauh di sebelah utara katulistiwa 21 ]uni
- Waktu matahari mencapai titik kulminasi
- Waktu matahari mulai memancarkan radiasinya yang dianggap sudah mulai panas 08.30 – 09.00 pagi
- Waktu matahari telah mengumpulkan radiasi terbanyak selama sehari (15.00)
Sudut pembayangannya sendiri berubah-rubah pada setiap saat, tergantung pada posisi matahari. Oleh sebab itu. Ada tiga macam pembayangan, yaitu:
a. Pembayangan vertikal
b. Pembayangan horisontal
c. Kombinasi pembayangan vertikal dan horisontal
Tipe yang terakhir adalah tipe yang paling efektif, karena sekaligus dapat menyelesaikan arah sinar vertikal dan horisontal. Secara diagramatis dapat dilihat pada contoh berikut:
Secara terinci, aspek-aspek penting yang harus diperhatikan dalam perancangan pembayang matahari adalah:
a. Pembayang akan lebih efisien apabila berada di sebelah luar daripada di sebelah dalam bangunan
b. Perbedaan efisiensi ini akan lebih nyata apabila pembayang tersebut berwarna gelap.
c. Pembayang luar akan lebih efisien apabila mempunyai warna gelap
d. Pembayang dalam bangunan akan efisien apabila menggunakan warna terang
e. Pemakaian pembayang dalam bangunan akan menyebabkan penambahan panas apabila menggunakan warna gelap
f. Pembayang matahari sebaiknya dari bahan yang mempunyai kapasitas termis yang rendah. Maksudnya agar cepat dingin setelah matahari terbenam, sehingga tidak memberikan rambatan panas ke dalam bangunan.
Sebaliknya apabila pembayang matahari mempunyai kapasitas panas yang tinggi, misalnya beton, panas yang tersimpan akan dilepaskan dan merambat ke dalam bangunan pada waktu malam hari. Akibatnya akan menaikkan suhu udara dalam ruangan.
g. Pembayang matahari tidak saja berfungsi menghalangi masuknya radiasi matahari ke dalam bangunan, namun juga jangan sampai berfungsi sebagai perangkap radiasi matahari. Apabila radiasi matahari yang terperangkap telah terkumpul cukup, maka selanjutnya panas sebagian akan merambat ke dalam bangunan.
h. Pembayang matahari tidak selalu berupa sirip vertikal atau horisontal, atau keduanya secara bersama-sama, tetapi ide self shading juga merupakan suatu potensi rancang arsitektur, sehingga bentuk bangunan lebih bisa memberikan arti
DAFTAR PUSTAKA
1. Fry, Maxwell and Drew, Jane (1964), Tropical Architecture in The Humid Zone, New York, Reinhold Publishing Corp.
2. F.L. Jeffrey; Climate and Architecture, New York, Reinhold Publishing Corp.
3. Martin, Evans (1980); Housing, Climate and Comfort, London, The Architecture Press.
4. Lippsmeller, George (1994); Bangunan Tropis (terjemahan), Jakarta, Penerbit Erlangga.
5. Olgay & Olgay (1980); Solar Control and Shading Devices
6. Setyo Soetiadji S, Ir, (1986); Anatomi Utilitas, Jakarta, Djambatan
7. Anderson, Bruce (1977); Solar Energy, Fundamentals in Building Design, Mc. Graw Hill Company
8. Boutet, Terry S; Controlling Air Movement, Mc. Graw Hill Book Corp., New York
9. International Passive and Hybrid Cooling Conference, Proceedings; Passive Cooling, University of Del ware
10. Melaragno, Michele (1982); Wind Architectural and Environmental Design, Van Nostrand, New York.
11. M. Faizal, ST, Resume Catatan Perkuliahan; Tugas Metode Perancangan II
12. Materi kuliah Teknik Arsitektur Untag Surabaya, Metode Perancangan II, Tahun Ajaran 1999/2000
13. Mas Santoso, Dr; Diktat Kuliah Building Science, ITS, Surabaya
More….
________________________________
