JURNAL ILMIAH-GEMA TEKNIK UNS

KINERJA TERMAL BANGUNAN PADA LINGKUNGAN BERKEPADATAN TINGGI

DENGAN VARIABEL ATAP, DINDING, VENTILASI DAN PLAFON

Studi kasus di  Kepadatan Tinggi di Surabaya, Malang, and Sumenep

Oleh:

B. Heru Santoso[1]

Mas Santosa[2]

Abstract

High density is a common characteristic of urban settlement in Indonesia, the higher the population in an urban area, the higher the building density. The phenomenon of such settlement will impact to the quality of living especially in fulfilling the standard of thermal comfort requirement and the quality of air movement. Because of air movement problem both indoor and outdoor in high density settlement, high humidity and the intense solar penetration, the heat gain on building is predicted be able to increase both externally and internally. It influences to the thermal comfort mainly inside the building. The research question is how far the thermal behavior of an urban settlement at high density environment influences to the thermal comfort. The research aim is to know thermally appropriate elements of building for each study region based on climatic condition.

The used research method is by studying the data collected in the field on some different characteristics of climatic condition to generate typology and building variants. Then they are simulated with a computational program as analyzing software. The research takes place in Malang, Sumenep, and Surabaya as case study.

The research result is that commonly the buildings in a high density have a poor thermal behavior. The design of building characterized by using material for roof and wall, single or cross   ventilation and ceiling or no ceiling can not provide an adequate thermal comfort. Therefore, based on the simulation method, this research recommends that A2 Model (RL-WL-V1-P0) is suitable for Surabaya (Lowland), A6 (RL-WH-V1-C1) is suitable for Malang (Upland) and A4 Model (RH-WH-V1-P1) is suitable for Sumenep (Coastal area).

Keywords: Thermal Behavior, A High Density Environment    

Abstrak

                Kepadatan tinggi adalah sebuah karakteristik umum dari permukiman perkotaan di Indonesia, semakin tinggi populasi di suatu area kota semakin tinggi kepadatan bangunannya. Fenomena hunian semacam ini akan berakibat pada kualitas kehidupan terutama dalam memenuhi standar dari tuntutan akan kenyamanan termal dan kualitas pergerakan udara. Karena problem pergerakan udara baik di dalam dan di luar bangunan, ditambah kelembaban udara yang tinggi dan penetrasi matahari yang hebat, pemasukan panas pada bangunan diperkirakan dapat meningkat baik secara internal maupun eksternal. Hal ini berpengaruh pada kenyamanan termal utamanya dalam bangunan. Permasalahan penelitian adalah sejauh mana kinerja termal dari bangunan-bangunan pada suatu lingkungan berkepadatan tinggi. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui elemen bangunan yang sesuai secara thermal untuk masing-masing daerah studi berdasarkan kondisi iklimnya.

                Metoda penelitian adalah dengan mengkaji data yang dikumpulkan di lapangan pada beberapa kondisi iklim dan elemen-elemen bangunan  dari lingkungan yang berbeda dan selanjutnya disimulasikan dengan program sebagai software analisis.  Penelitian ini mengambil tempat di Surabaya, Malang dan Sumenep.

                Hasil penelitian ini menyatakan bahwa pada umumnya bangunan-bangunan di kepadatan tinggi di lokasi penelitian mempunyai kinerja termal yang kurang baik . Desain bangunan yang dicirikan dengan penggunaan material atap dan dinding, penggunaan ventilasi tunggal atau silang dan penggunaan plafon atau tanpa plafon belum dapat menyediakan kenyamanan termal yang memadai. Oleh karena itu dari hasil simulasi computer, penelitian ini merekommendasikan bahwa model A2 ( AL-DL-V1-P0)  sesuai untuk Surabaya (Dataran Rendah), Model A6 (AL-DH-V1-P1) sesuai untuk Malang (Dataran Tinggi) dan Model A4 (AH-DH-V1-P1) sesuai untuk  Sumenep (Daerah Pantai).

Kata-kata kunci : kinerja termal, lingkungan berkepadatan tinggi

Pendahuluan

Fenomena Kepadatan Bangunan

            Perkembangan penduduk yang cepat  terutama di kota-kota besar berpengaruh pada banyak aspek yang mana salah satu nya adalah perkembangan bangunan terutama kebutuhan akan bangunan rumah tinggal. Kondisi pertumbuhan jumlah bangunan sudah menjadi gejala yang umum di setiap tempat terutama di kota-kota besar seperti: Jakarta, Surabaya, Medan, Semarang and so on. Bhkan di kota-kota yang lebih kecil seperti : Solo, Malang, Yogyakarta maupun kota-kota lainnya, kebutuhan akan rumah tinggal juga meningkat secara cepat. Oleh karena itu gejala kepadatan yang tinggi sebagai dampak dari perkembangan manusia dan bangunan menjadi issue penting bagi setiap daerah berkaitan dengan kinerja termal bangunan.

            Didasarkan pada studi karakteristik bangunan di kepadatan yang tinggi yang dilakukan di beberapa daerah seperti: Surabaya, Malang, dan Sumenep , dapat dilihat bahwa pada umumnya tidak terdapat perbedaan yang siknifikan di antara daerah-daerah tersebut. Ini berarti bahwa masing-masing daerah dengan dengan kondisi iklim yang berbeda tidak mempunyai perbedaan yang spesifik pada kondisi bangunannya sebagaimana kondisii bangunan di masa lalu. Di masa lalu setiap daerah mempunyai karakter bangunan yang sungguh berbeda berdasarkan kondisi iklim mikronya. Hal ini dapat dilihat dari bentuk atap, material yang digunakan, layout tata ruang, pola ruang terbuka, vegetasi, ketinggian bangunan , tipe dan bentuk bukaan, keseragaman orientasi bangunan dll.

            Saat ini sebagai akibat globalisasi dan modernisasi, karakteristik bangunan terutama di area studi yang mewakili daerah pantai, dataran tinggi dan rendah, mempunyai karakter bangunan yang hampir sama. Kesamaan karakteristik bangunan  pada 3 kondisi iklim yang berbeda meliputi gejala kepadatan bangunan, penggunaan material bangunan; bentuk dan tipe bukaan; terbatasnya ruang bukaan, tidak seragamnya orientasi bangunan; konfigurasi bangunan dll.

Standar Kepadatan Bangunan

            Kepadatan adalah sebuah istillah yang bersifat multipersepsi (Forsyt, 2003) untuk dimengerti. Namun demikian, Rapoport, 1977 mengatakan bahwa karakteristik kepadatan tinggi adalah ruang-ruang yang ketat, bangunan yang besar dan tinggi, jumlah populasi, dll.

            Sementara Santosa Mas (2000) mendifinisikan kepadatan bangunan yang tinggi dengan menggambarkan sebuah kondisi kampung di Indonesia. Menurut Santosa, sebuah kampung adalah sebuah bentuk hunian kota dengan jumlah populasi berkepadatan tinggi. Gaya kehidupan social budaya tradisional tetap ada dalam  kampung. Secara fisik bentuk kampung didominasi bangunan dengan kepadatan yang tinggi, pola sirkulasi jalan yang sempit dan beberapa ruang terbuka yang tersebar di beberapa tempay (Mas Santosa, 2000).

            Dari pernyataan di atas dapat dilihat bahwa istilah kepadatan bangunan agak berbeda. Rapoport mengacu pada kondisi kepadatan di Negara-negara barat , sementara Santosa mengacu pada kondisi kepadatan di Negara sedang berkembang. Kesamaan dari kedua pernyataan tersebut adalah bahwa kepadatan dicirikan dengan jumlah populasi yang tinggi, ruang-ruang yang ketat dan bangunan-bangunan yang mendominasi suatu daerah hunian..

            Sudiarso, 2003 secara tegas menyatakan bahwa parameter kepadatan secara kuantitatif mengacu pada jumlah populasi per hektar. Kepadatan juga diukur dari jumlah bangunan per hektar atau Kondisi Koefisien Dasar Bangunan (KDB) per hektar. Kepadatan bangunan dikatakan padat jika jumlah bangunan mencapai  80 – 100 buildings per hektar atau lebih dari 100 bangunan per hektar untuk daerah sangat padat. Dengan kata lain, Koefisien Dasar Bangunan mencapai 50 – 70 % untuk padat dan lebih dari 70 % untuk hunian sangat padat (lihat tabel  1). Di bagian lain,  Sudiarso juga mengindikasikan bahwa kepadatan berimplikasi pad kekumuhan suatu lingkungan.

Table 1 : Kategori kumuh dan sangat kumuh

Sumber : Sudiarso Budiyono, 2003

Kondisi Kepadatan dan Ventilasi

            Kepadatan bangunan adalah merupakan satu dari factor-faktor prinsip yang mempengaruhi kondisi iklim mikro dan menentukan kondisi ventilasi maupun kondisi suhu udara. Gejala pemanasan kota utamanya agak dipengaruhi oleh kepadatan kota daripada ukuran dari kota itu sendiri, semakin padat bangunan semakin buruk kondisi ventilasi. Di sisi lain kepadatan yang tinggi juga memberi keuntungan dalam mereduksi pancaran sinar matahari dari bangunan selama periode musim panas. Pengaruh kepadatan kota pada kondisi ventilasi juga bergantung pada kondisi angina, susunan ruang dan ketinggian bangunan (Santamouris, 1997: 100)

            Terkait pada kondisi iklim di daerah tropis panas lembab, perkembangan bangunan yang tinggi akan mempengaruhi proses pemanasan bangunan. Pemanasan bangunan tentunya sangat dipengaruhi oleh penggunaan elemen atap sebagai penerima panas terbesar, elemen dinding, ventilasi dan penggunaan material plafon. Semua elemen bangunan mempengaruhi pencapaian kenyamanan termal bangunan. Oleh karena itu pemilihan material bangunan yang sesuai dan sistim ventilasi dengan suatu daerah dengan kondisi iklim yang spesifik menjadi sangat penting.

Data Iklim dan Karakteristik Bangunan di area studi

Data Iklim

            Penelitian ini dilakukan di 3 daerah iklim yang berbeda yaitu: Surabaya mewakil daerah dataran rendah, Malang mewakili daerah dataran tinggi dan Sumenep mewakili daerah pantai. Kondisi iklim di Surabaya menunjukkan bahwa bulan terdingin terjadi pada bulan Juli. Suhu udara rata-rata mencapai 27,9 oC dengan suhu udara maksimum 33,9 o dan suhu udara minimum mencapai 20,4 oC. Kelembaban udara rata-rata adalah 73,4 % dengan kelembaban udara maksimum 93,2 % dan kelembaban udara minimum 43,8 5. Tingkat Radiasi horizontal total mencapai 5550 Wh/m2 dengan tingkat curah hujan 17,06 mm. Di Surabaya, bulan terpanas terjadi pada bulan Nopember. Suhu udara rata-rata mencapai 30,4 oC dengan suhu udara maksimum mencapai 36,9 oC dan suhu udara minimum mencapai 22,9 oC. Kelembaban udara rata-rata pada bulan terpanas di Surabaya adalah 71,04 % with dengan kelembaban udara tertinggi mencapai 96,2 % dan terendah mencapai 41,4 %. Secara detail kondisi iklim pada masing-masing daerah terlihat pada tabel 2, tabel 3 dan gambar 1.

Table 2: Data iklim pada area studi pada bulan terdingin

Source: BMG Station : Perak, Karangploso, Kalianget

Table 3: Data iklim pada area studi pada bulan terpanas

Source: BMG Station : Perak, Karangploso, Kalianget

Karakteristik Bangunan

            Dari studi sebelumnya, dapat diketahui bahwa secara umum daerah studi dibedakan dalam 2 bagian yaitu daerah perkotaan dan pedesaan. Di daerah perkotaan hampir tidak ada perbedaan yang siknifikan berkaitan dengan karakteristik bangunannya. Kebanyakan bangunan menggunakan material berat dan ringan (heavyeight and lightweight material) baik pada atap dan dinding, plafond, tipe dan bentuk bukaan yang bervariasi, dan penggunaan ventilasi baik secara tunggal maupun silang. Tidak ada keseragaman dalam orientasi bangunan. Dari sisi kepadatan KDB antara 50 – 70 %, bahkan pada kondisi tertentu KDB mencapai lebih dari 70 %.  Di sisi lain, di daerah pedesaan karakteristik bangunan sedikit agak berbeda dengan kondisi di perkotaan. Material bangunan yang digunakan lebih sederhana, tetapi memasuki era modernisasi, banyak bangunan-bangunan di daerah pedesaan yang berubah bentuk baik dalam desain bangunan, tata material penggunaan alat-alat ventilasi, plafond. Secara rinci karakteristik bangunan di area studi dapat ditunjukkan dalam tabel 4 :

Table 4 Varians dari bangunan rumah (didasarkan pengamatan lapangan)

UPLAND-HIGH DENSITY

UPLAND-LOW DENSITY

LOWLAND-HIGH DENSITY

LOWLAND-LOW DENSITY

Sumber : HPTP 2006

Permasalahan

Permasalahan Penelitian adalah sejauh mana kinerja thermal bangunan dalam lingkungan hunian berkepadatan tinggi mempengaruhi kenyamanan thermal? Bagaimana Varian bangunan yang sesuai dengan kondisi iklim di masing-masing lokasi?

Tujuan Penelitian

Dalam penelitian ini, peneliti bertujuan untuk mengevaluasi karakter bangunan yang berkembang di area studi yang  dipresentasikan dalam penggunaan material dinding, atap, ventilasi dan plafond. Tahap berikutnya akan direkomendasikan karakter bangunan yang sesuai secara termal untuk masing-masing daerah sesuai karakteristik iklimnya berdasarkan studi simulasi.

Metodologi Penelitian

Dalam penelitian tim peneliti mencoba meneliti peran variable atap, dinding, penggunaan ventilasi dan penggunaan plafond yang pada umumnya digunakan oleh masyarakat di masing-masing lokasi penelitian. Dari pengamatan lapangan di lokasi penelitian diperoleh rekomendasi tipologi dan varians arsitektural.. Analisis tipologi dan variant dilakukan dengan mensimulasikan semua model tipologi dan variant.

Dalam penelitian ini digunakan 15 model   tipologi dan varians bangunan yang sudah dihasilkan. Peneliti menggunakan model bangunan dengan ukuran 3×3 m2 dengan ketinggian 3 m yang dilengkapi dengan bukaan dan penutup atap. Penggunaan model tersebut dilakukan sebagai representasi dari sebuah bangunan yang paling sederhana ataupun representasi dari sebuah ruang dalam bangunan.

Program Simulation yang digunakan adalah Program ARCHIPAK v5.1 dengan Analisis Harmonic untuk simulasi Termal, dan program AIOLOS v.1.0 sebagai simulasi kinerja angin untuk memprediksi tingkat AcH (Air Change Hour). Dari proses simulasi akan dapat diketahui model yang paling sesuai maupun model yang tidak sesuai untuk masing-masing daerah penelitian didasarkan pada durasi  kenyamanan termal yang terjadi dan tingkat overheating dan underheating pada setiap model.

Hasil dan Pembahasan

Simulasi kinerja termal pada model di  Surabaya yang mempresentasikan dataran rendah dengan kepadatan tinggi melalui program AIOLOS dan ARCHIPAK v.5.0 dilakukan terhadap 15 model yang mengimplementasikan 4 elemen variable. Simulati dilakukan di dalam bulan terpanas, yaitu bulan November, dan di bulan terdingin yaitu bulan Juli. From hasil simulati , durasi kenyamanan termal paling tinggi (the highest duration of comfort) adalah hasil  simulasi model A2 model (Atap Ringan- Dinding Ringan-Ventilasi tunggal- Berplafond). Sementara durasi kenyamanan paling rendah adalah hasil simulate model A6 (Atap Ringan- Dinding Berat- Ventilasi Tunggal- Berplafond). Model A2 mempunyai zona nyaman (22,9 – 27,7 oC) selama 45,8 % di bulan terpanas dan 58,3 % dalam bulan terdingin dengan proses pemasukan panas (overheating) lebih pendek di antara model lainnya. Simulasi pada model A6 mempunyai durasi kenyamanan paling pendek yaitu sekitar 4,2 % pada bulan terpanas dan 37,5 % pada bulan terdingin.

Simulasi kinerja termal terhadap model penelitian untuk iklim Malang yang mewakili iklim dataran tinggi juga dilakukan terhadap 15 model. Simulasi dilakukan pada bulan terpanas dan terdingin. Dari hasil simulasi diketahui  durasi kenyamanan paling tinggi adalah pada model A6  (Atap Ringan- Dinding Berat- Ventilasi Tunggal- Berplafon). Sementara durasi kenyamanan terendah adalah hasil simulasi model A1 (Atap Ringan- Dinding Ringan- Ventilasi Tunggal-Tanpa Plafond). Model A6 mempunyai durasi nyaman 66,7 % (16 hours) pada bulan terpanas, 83,3 % pada bulan terdingin dengan waktu pemasukkan panas (overheating) terpendek dibandingkan dengan model lainnya (hanya 17,1 K and 0,7 K). simulasi terhadap model A1 mempunyai durasi kenyamanan terpendek (8,3 % pada bulan terpanas dan 8,3 % pada bulan terdingin) dengan tingkat overheating adalah sekitar 61, 5 K (pada bulan terpanas) and 33,5 K (pada bulan terdingin).

Sementara itu simulasi kinerja thermal juga dilakukan terhadap 15 model penelitian untuk Sumenep yang mewakili daerah pantai dengan kepadatan tidak begitu tinggi. Simulasi yang dilakukan pada bulan terpanas dan terdingin untuk kondisi iklim dan kepadatan Sumenep, menyatakan bahwa durasi kenyamanan terlama dialami oleh model A4 (Atap Ringan/AL – Dinding Berat/ DH – Ventilasi Silang/ V2 – Perplafond/ P1). Sedangkan durasi kenyamanan terpendek dialami oleh model B6 (Atap Berat/ AH- Dinding Berat/ DH – Ventilasi Tunggal/ V1- Berplafond/ P1). Model A4  mempunyai durasi kenyamanan terlama ketika zona suhu udara nyamnan berlangsung selama 54 %  (13 hours) dalam bulan terpanas, 63 % dalam bulan terdingin dan mempunyai overheating terpendek dibandingkan  model-model lain (52,5^o K and 35^o K). Hasil simulation model B6 mempunyai durasi kenyamanan thermal terpendek (29 % pada bulan terpanas dan 50 % pada bulan terdingin) dengan tingkat overheating sekitar 51,7^o K (pada bulan terpanas) dan 27.8^o K (pada bulan terdingin).

Simpulan

Dari uraian di atas dapat ditarik simpulan sebagai berikut :

1. Tidak semua elemen bangunan dapat menyediakan kenyamanan termal yang memadai terutama dalam lingkungan berkepadatan tinggi.
2. Didasarkan pada kondisi iklim Surabaya dan hasil simulasi, model A2 dengan Atap Ringan, Dinding Ringan, Ventilasi Tunggal, and Plafond  (AL-DL-V1-P1) adalah model yang paling sesuai untuk kondisi Surabaya, sedangkan model A6 model dengan Atap Ringan, Dinding Berat, Ventilasi Tunggal, dan Berplafond (RL-DH-V1-P1) adalah model yang paling tidak sesuai untuk kondisi Surabaya (Lowland-high density)
3. Didasarkan kondisi iklim Malang dan hasil simulasi, model A6 dengan Atap Ringan, Dinding Berat, Ventilasi Tunggal, Plafond (AL-DH-V1-P1) adalah model yang paling sesuai untuk kondisi Malang, sedangkan model A1 dengan Atap Ringan- Dinding Ringan- Ventilasi Tunggal- Tidak Berplafond (AL-DL-V1-P0) adalah model paling tidak sesuai untuk kondisi  Malang (Upland-high density)
4. Didasarkan kondisi iklim Sumenep dan hasil simulasi, Model A4 dengan Atap Ringan, Dinding Berat, Ventilasi Silang, Berplafond (AL-DH-V2-P1) adalah model yang paling sesuai untuk kondisi Sumenep, dan model B6 dengan Atap Berat-Dinding Berat- Ventilasi Tunggal- Berplafond (AH-DH-V1-P1) adalah model yang paling tidak sesuai untuk kondisi  Sumenep (Lowland-low density)

Ucapan Terimakasih

Terimakasih secara khusus penulis berikan kepada Laboratorium Sains dan Lingkungan , Institut  Technologi Sepuluh Nopember Surabaya and HPTP (Hibah Penelitian Tim Pascasarjana) Tahun kedua (2006) yang telah membantu dalam segala hal baik dalam proses penelitian dan pendanaan. Juga Ucapan Terimakasih penulis sampaikan kepada Prof. Ir. Mas Santosa, MSc, PhD , Ir.IG. Ngurah Antaryama, Ph.D dan semua anggota tim  HPTP 2006.

References

1. Aynsley, RM, 1977,Architectural Aerodynamyc, Applied Science Pub, London
2. Forsyt, Ann, 2003, Measuring Density: Working Difinition for Residential Density and Building Density, University of Minnesota, Minnesota
3. Francis Allard, 1998, Natural Ventilation in Building, James and James, London
4. Rapoport Amos, 1977, Human Aspect and Urban Form,Pergamon Press, London
5. Santamouris, 1997, Passive Cooling of Building, James and James, London
6. Santosa Mas, 2000, Specific Responses of Traditional Houses to Hot Tropics, Senvar – I ITS, Surabaya
7. Santosa Mas, 2006, Sistim Pendinginan Pasip pada Bangunan di daerah Tropis untuk upaya Pembambangunan Berkelanjutan, Laporan Akhir HPTP 2006, ITS, Surabaya
8. Sudiarso Budiyono, 2003, Penerapan pedoman Perencanaan Tata Ruang Kota- Diktat Supplemen,Jurusan Arsitektur dan Planologi UNKRIS/ UNTAR, Jakarta