PENCAHAYAAN ALAMI

1. Pendahuluan

Pencahayaan alami siang hari, terutama di daerah tropis, dimanfaatkan untuk penerangan dalam ruangan selama siang hari (pukul 08.00 ~ 16.00). Penggunaan pencahayaan alami siang hari dalam bangunan sangat bermanfaat terutama untuk mengurangi konsumsi energi listrik dalam bangunan, serta untuk memberikan kenyamanan secara fisiologis dan psikologis bagi penghuni bangunan.

Pencahayaan alami umumnya dibagi dua:-    Sunlight-    Daylight

• Pencahayaan alami umumnya dibagi dua:

• -    Sunlight• cahaya matahari langsung, umumnya memiliki intensitas yang

tinggi dan sudut penyebaran cahaya yang sempit. Cahaya jenis ini harus selalu dijaga agar jumlahnya tetap terkendali, sehingga tidak menimbulkan silau dan radiasi panas yang terlalu tinggi.

• -    Daylight• cahaya matahari tidak langsung yang disebarkan oleh

partikel-partikel atmosfer, termasuk awan, umumnya memiliki intensitas yang sedang s.d. rendah dan sudut penyebaran cahaya yang lebar (mendekati difus/merata ke segala arah). Cahaya jenis ini umumnya lebih disukai untuk digunakan sebagai pencahayaan alami dalam bangunan, karena tidak terlalu menimbulkan silau dan radiasi panas yang tinggi.

MODEL LANGIT

• Pencahayaan alami siang hari sangat tergantung dari kondisi langit pada setiap saat. Untuk keperluan perancangan, Commision Internationale L’Eclairage (CIE) telah menentukan beberapa jenis langit perancangan untuk berbagai lokasi dan kondisi, antara lain:

• 1.       Langit cerah (clear sky)• 2.       Langit menengah (intermediate sky)• 3.       Langit mendung (overcast sky)• 4.       Langit merata (uniform sky)

1.       Langit cerah (clear sky)langit dengan luminansi yang bervariasi menurut lintang geografis dan ketinggian matahari (azimut). Luminansi tertinggi berada dekat posisi matahari dan terendah berada pada posisi yang berseberangan dengan matahari.

2.       Langit menengah (intermediate sky)variasi dari langit cerah yang lebih ‘gelap’. Luminansi tertinggi juga berada dekat posisi matahari, tetapi tidak seterang pada langit cerah. Perubahan luminansi yang ada tidak sedrastis pada langit cerah.

3.       Langit mendung (overcast sky)langit dengan luminansi yang bervariasi menurut lintang geografis. Luminansi pada titik zenit (tepat di atas kepala) sebesar tiga kali luminansi pada horison (cakrawala). Model langit jenis ini umumnya digunakan untuk pengukuran faktor pencahayaan alami siang hari dalam bangunan.

4.       Langit merata (uniform sky)langit dengan luminansi yang sama pada seluruh posisi, tidak tergantung dari lintang geografis dan ketinggian matahari.

• Untuk Indonesia, dalam SNI 03-2396-2001 ditetapkan langit perancangan berupa langit merata dengan iluminansi pada bidang datar di lapangan terbuka sebesar 10000 lux.

• Gambar 1. Distribusi luminansi berbagai model langit

Faktor Pencahayaan Alami Siang Hari• Faktor pencahayaan alami siang hari

(FPASH) pada suatu titik dalam ruangan adalah perbandingan antara iluminansi horisontal di bidang kerja dalam ruangan (Ei [lux]) terhadap iluminansi horisontal di lapangan terbuka di luar ruangan (Eo [lux]) pada saat yang sama.

• Pengukuran FPASH minimal dilakukan pada 1 titik ukur utama (TUU) dan 2 titik ukur samping (TUS),

• seluruhnya pada ketinggian 75 cm dari lantai, • serta pada jarak d/3 (d = kedalaman ruangan) dari

bidang di mana terdapat lubang cahaya. • TUU berada pada tengah-tengah dari kedua dinding

samping, • TUS masing-masing berada pada jarak 0,5 meter dari

• Untuk merancang besar faktor pencahayaan alami siang hari pada suatu titik dalam ruangan, perlu dihitung terlebih dahulu besarnya faktor langit, faktor refleksi dalam, dan faktor refleksi luar pada titik itu. Jumlah dari ketiga faktor tersebut menghasilkan faktor pencahayaaan alami siang hari.

• Faktor Langit•

Faktor langit adalah komponen pencahayaan alami siang hari yang berasal dari langit.

• Faktor langit, FL (dalam persen), ditentukan dari harga H/D dan L/D, dengan H dan L adalah tinggi dan lebar lubang cahaya efektif, serta D adalah jarak titik ukur ke bidang lubang cahaya efektif.

•Pada praktiknya, harga faktor langit sebagai fungsi dari H/D dan L/D ditentukan berdasarkan Tabel 4 pada SNI 03-2396-2001.

• Gambar 3. Contoh posisi lubang cahaya efektif terhadap titik ukur

• Pada Gambar 3b, lubang cahaya efektif ABCD dapat dinyatakan sebagai bidang (EGCH – EFDH + EFAI – EGBI).

• Maka faktor langit di titik ukur U akibat lubang cahaya efektif ABCD adalah:

• FLABCD = FLEGCH – FLEFDH + FLEFAI – FLEGBI  = FL(H/D = 1,5 ; L/D = 1,5) –  FL(H/D = 1,5 ; L/D = 0,5) +  FL(H/D = 0,5 ; L/D = 0,5) – • FL(H/D = 0,5 ; L/D = 1,5)•                = 9,52% – 4,99% + 1,39% – 2,40%   • [menurut Tabel 4 pada SNI]•                = 3,52%

• Faktor Refleksi Dalam• Faktor refleksi dalam adalah komponen

pencahayaan alami siang hari yang berasal dari refleksi oleh permukaan-permukaan dalam ruangan.

• Penghitungan faktor refleksi dalam, FRD (dalam persen), menggunakan rumus :

• dengan• W   = luas jendela  [m2]• T    = faktor refleksi kaca jendela (diasumsikan sebesar 85%)• A    = luas seluruh bagian dalam ruangan  [m2]•  R   = faktor refleksi rata-rata seluruh bagian dalam ruangan• C  = faktor bentuk yang dipengaruhi oleh sudut θ antara titik ukur

dengan tinggi  penghalang luar

• Rfw = faktor refleksi rata-rata dari lantai dan bagian bawah dinding, tidak termasuk tempat jendela yang sedang dihitung; bagian bawah dihitung dari garis tengah jendela ke bawah

• Rcw = faktor refleksi rata-rata dari langit-langit dan bagian atas dinding, tidak termasuk tempat jendela yang sedang dihitung; bagian atas dihitung dari garis tengah jendela ke atas

•  Harga perhitungan FRD dari tiap jendela yang ada dalam ruangan dijumlahkan dan didapat harga FRD untuk setiap titik dalam ruangan tersebut.

• Gambar Skema sudut penghalang • Hubungan antara θ dan C dapat

ditabulasikan sebagai berikut:

Faktor Refleksi LuarFaktor refleksi luar adalah komponen pencahayaan alami siang hari yang berasal dari refleksi oleh benda-benda di luar bangunan yang bersangkutan. Faktor refleksi luar, FRL (dalam persen), hanya ada bila terdapat penghalang di depan jendela. Rumus yang digunakan:        

• FRL = FLP × Lrata-rata   •         • FLP adalah faktor langit (dalam persen) yang

diakibatkan oleh permukaaan penghalang luar. Untuk menghitungnya digunakan cara yang sama dengan penghitungan faktor langit, dengan perbedaan H adalah tinggi bagian jendela yang terhalang oleh penghalang luar (tinggi jendela dikurangi tinggi lubang cahaya efektif). 

• Lrata-rata adalah perbandingan luminansi penghalang dengan luminansi rata-rata langit, umumnya berharga 0,1.  

• T: Mengapa langit berwarna biru pada siang hari?

• J: Cahaya matahari sebenarnya terdiri dari berbagai panjang gelombang, yang dapat dipersepsikan manusia sebagai perbedaan warna. Cahaya dengan panjang gelombang yang rendah akan lebih mudah dibelokkan oleh partikel-partikel kecil (misalkan debu dan tetes air) yang ada di udara, dibandingkan dengan cahaya berpanjang gelombang tinggi. Cahaya biru memiliki panjang gelombang rendah, sehingga mudah dibelokkan ke segala arah, termasuk ke arah pengamat di bumi, sehingga langit pada siang hari umumnya tampak berwarna biru.

• -----

• T: Mengapa langit berwarna merah pada saat terbit fajar dan terbenam matahari?

• J: Jika matahari berada pada posisi yang sangat condong, cahayanya menembus lapisan udara terbawah, yang posisinya langsung di atas tanah, dengan lintasan miring. Jarak yang ditempuh cahaya tersebut menjadi lebih jauh dibandingkan saat matahari masih tampak tinggi di langit. Karena lintasan yang jauh, serta banyaknya partikel debu dan tetes air pada lapisan udara terbawah, maka hanya cahaya merah yang memiliki panjang gelombang tinggilah yang dapat menembus lapisan udara itu. Karena itu langit di dekat horison tampak kemerahan pada saat fajar dan senja.

• -----

• T: Bagaimana terjadinya pelangi?

• J: Supaya terjadi pelangi, hujan harus turun pada saat matahari bersinar. Jika cahaya matahari yang mengenai tetes-tetes air, maka berkas cahaya putihnya terurai dan terpecah menjadi berbagai warna yang merupakan bagian-bagian dari cahaya putih. Cahaya yang berwarna-warni itu dibiaskan dengan sudut yang berbeda-beda, sedemikian sehingga urutannya dari atas ke bawah adalah: merah, jingga/ kuning, hijau, biru, dan, nila/ungu.

• -----

• T: Bagaimana terjadinya fatamorgana di permukaan jalan?

• J: Pada siang hari, aspal di permukaan jalan dapat menjadi sangat panas, sehingga di atas permukaannya terbentuk lapisan udara yang panas dan ‘cair’. Cahaya matahari yang datang ke lapisan tersebut dengan sudut miring akan dipantulkan kembali dengan sudut yang sama, seperti pada cermin. Fatamorgana tidak akan terjadi pada saat angin bertiup, karena angin selalu membawa lapisan udara tersebut pergi.

• -----

• T: Mengapa sepatu yang baru disemir tampak berkilau?

• J: Permukaan kulit sepatu tidaklah benar-benar licin, tetapi berbenjol-benjol kecil, sehingga cahaya yang datang ke permukaan kulit sepatu umumnya dipantulkan ke segala arah. Jika pada permukaan itu diolesi semir, maka benjolan-benjolan itu akan terisi semir. Jika kemudian sepatu digosok sampai licin, maka permukaan kulit sepatu akan menjadi seperti cermin yang memantulkan cahaya datang dengan sudut yang sama dan arah yang teratur.

• -----

• T: Mengapa kadang-kadang sulit untuk mengenali warna mobil yang diparkir di bawah lampu jalan pada malam hari?

• J: Mobil tersebut pasti diparkir di bawah lampu sodium bertekanan rendah (low pressure sodium/LPS). Lampu jenis ini memancarkan cahaya yang hampir monokromatis, yaitu hanya terdiri dari satu panjang gelombang, yakni kuning. Dengan demikian hanya warna kuning saja yang dapat dikenali dengan baik di bawah lampu ini, sedangkan warna lainnya sulit dikenali karena hanya sedikit atau bahkan sama sekali tidak memantulkan cahaya kuning dari lampu.

• -----

•  

• T: Bagaimana cara kerja lampu pijar?• J: Di dalam bola lampu pijar terdapat kawat pijar halus/filamen. Jika sakelar dinyalakan, maka elektron

(partikel listrik berukuran sangat kecil) akan mengalir dalam kawat. Karena adanya tahanan kawat, elektron yang mengalir akan berdesak-desakan dan mengakibatkan kawat menjadi panas dan akhirnya memijar. Di dalam bola lampu tidak ada udara, karena adanya udara akan menyebabkan kawat halus yang memijar itu segera terbakar.

• -----

• T: Bagaimana cara kerja lampu fluoresen?• J: Pada lampu fluoresen, desakan elektron-elektron yang memancar dari elektroda-elektroda pijar

merangsang atom-atom merkuri dalam tabung untuk ‘naik’ ke tingkat energi yang lebih tinggi. Karena atom cenderung mencari tingkat energi yang lebih rendah, maka atom-atom merkuri itu pun akan ‘turun’ kembali tingkat energinya. Pada saat turun kembali itu, atom-atom merkuri memancarkan sinar ultraviolet yang tidak tampak. Sinar ultraviolet ini akan mengenai bahan pemberi cahaya yang dilapiskan pada permukaan dalam tabung, yang kemudian dipancarkan dalam bentuk cahaya tampak.

• -----

• T: Apa yang dimaksud dengan lampu hemat energi?

• J: Istilah ‘hemat energi’ sebenarnya terkait dengan parameter efikasi, yaitu perbandingan antara keluaran cahaya suatu lampu (dalam satuan lumen) dengan daya listrik yang diperlukan lampu tersebut (dalam watt). Semakin besar perbandingan ini, semakin efisien lampu tersebut. Lampu pijar adalah lampu yang paling tidak efisien, karena sebagian besar energi listriknya diubah menjadi panas. Lampu sodium dan merkuri dapat dikatakan paling efisien (efikasinya dapat mencapai 100 lumen/watt), tetapi tentu saja memerlukan masukan daya listrik yang juga besar. Karena itu istilah ‘lampu hemat energi’ lebih sering dialamatkan kepada lampu fluoresen kompak (CFL) atau swa-ballast, yang memerlukan daya listrik hampir sama dengan lampu pijar, tetapi menghasilkan daya cahaya 3~4 kali lebih terang.

• -----

• T: Mengapa mesin yang berputar kadang-kadang tampak diam jika dilihat di bawah lampu tertentu?

• J: Semua lampu pelepasan gas (fluoresen, merkuri, metal halida, sodium) memiliki frekuensi ‘nyala-mati’ sebanyak 120 kali per detik, jika dioperasiikan dengan ballast magnetik pada frekuensi jala-jala 60 Hz. Tiap kali tegangan listrik lampu melewati titik nol, loncatan elektron tidak terjadi, dan lampu sesaat berhenti memancarkan cahaya. Suatu objek yang berputar dengan kecepatan 1800 RPM, 3600 RPM, dan kelipatannya, dapat terlihat seolah tak bergerak, sehingga bisa jadi membahayakan. Fenomena ini dikenal sebagai efek stroboskopik.

• -----• T: Mengapa bintang yang bersinar redup dapat terlihat lebih jelas jika kita

memandangnya tidak langsung, tetapi agak sedikit di sampingnya?

• J: Di dalam mata kita terdapat batang-batang renik yang sangat peka dengan kondisi cahaya remang-remang, terutama terletak di bagian pinggir retina. Jika kita memandang bintang tadi agak ke samping, maka bayangannya akan terbentuk di pinggir retina, di mana kepekaan batang-batang renik tersebut akan membuat bintang menjadi terlihat lebih jelas.

• -----