IDENTIFIKASI VARIABEL DESAIN KONSEP NEAR-ZERO ENERGY …

IDENTIFIKASI VARIABEL DESAIN KONSEP NEAR-ZERO ENERGY HOUSING (nZEH) PADA BANGUNAN RUMAH DI DAERAH TROPIS

Evelyne Kemal, Yusuf Latief dan Leni Sagita Riantini

Departemen Teknik Sipil, Fakultas Teknik Sipil, Universitas Indonesia, Depok, 16424, Indonesia

Email: [email protected]

Abstrak

Penelitian ini bertujuan untuk mengidentifikasi variabel-variabel desain konsep near-zero energy housing (nZEH) serta penerapan terbaiknya di daerah tropis seperti Indonesia. Metode penelitian yang digunakan adalah penelitian kualitatif melalui expert judgement dari pihak pemerintah, swasta, serta akademisi yang memiliki keahlian di dalam bidang desain bangunan dan energi. Hasil penelitian menunjukkan bahwa variabel desain nZEH di daerah tropis meliputi desain pasif, fenestrasi, pengaturan pencahayaan, dan penggunaan panel photovoltaic (PV). Pertimbangan lain meliputi penggunaan peralatan listrik ramah lingkungan, pemasangan sub meteran untuk air conditioner (AC) dan kotak kontak, penggunaan kipas angin atau AC dengan variable refrigerant flow (VRF), serta pemanfaatan perangkat lunak simulasi bangunan dalam proses desain.

Identification of Near Zero Energy Housing (nZEH) Design Variables of Residential Buildings in Tropical Climate

Abstract

This research is aimed to identify design variables of near-zero energy housing (nZEH) and its best practices in tropical climate, including Indonesia. This study was conducted by using expert judgement, which included government, private sector, and academician who are considered to have expertise in the field of building design and energy. The results showed that the design variables of nZEH in tropical areas include passive design, fenestration, indoor lighting arrangements, and use of photovoltaic panels (PV). Other considerations include the use of environmentally friendly electrical equipment, installation of sub-meter for the air conditioner (AC) and socket, use of fan or AC with variable refrigerant flow (VRF), and use of building simulation software in the design process.

Keywords: Near-zero energy house, energy, tropical climate, passive design, solar panel.

Pendahuluan

Sektor rumah tangga dan bangunan merupakan kontributor utama terjadinya peningkatan

konsumsi energi di suatu negara. Indonesia sebagai salah satu negara yang masih

mengandalkan bahan bakar tidak terbarukan membutuhkan solusi untuk dapat menghindari

terjadinya krisis energi masa depan. Salah satu solusi adalah dengan menurunkan konsumsi

energi bangunan melalui penerapan konsep near-zero energy housing (nZEH). Akan tetapi,

sebelum dapat menerapkan konsep ini di Indonesia, dibutuhkan beberapa modifikasi yang

harus dilakukan karena konsep ini belum banyak diteliti dan dikembangkan di daerah-daerah

tropis seperti Indonesia.

Identifikasi Variabel ..., Evelyne Kemal, FT UI, 2017

Oleh karena itu, penelitian ini dilakukan dengan tujuan untuk mengidentifikasi variabel-

variabel desain nZEH yang sesuai dengan daerah beriklim tropis serta menganalisis

bagaimana penerapan terbaik dari variabel-variabel tersebut berdasarkan pendapat dari pakar-

pakar terkait di Indonesia.

Tinjauan Teoritis

Iklim Tropis. Klasifikasi iklim secara kuantitatif pertama kali dilakukan oleh Wladimir

Köppen pada tahun 1900, dan sampai saat ini masih merupakan klasifikasi iklim yang paling

sering digunakan di dunia. Köppen menyusun klasifikasi iklimnya berdasarkan kelompok

vegetasi yang ditentukan oleh De Candole dengan merujuk pada zona iklim di zaman Yunani

kuno. Kelompok vegetasi ini membagi iklim dunia ke dalam lima kelompok iklim, yaitu zona

tropis (equatorial zone/zona A), zona kering (arid zone/zona B), zona sedang (warm

temperate zone/zona C), zona dingin (snow zone/zona D), dan zona kutub (polar zone/zona

E). Secara umum, karakteristik yang dimiliki oleh iklim tropis adalah temperatur yang

konstan selalu tinggi, dengan rata-rata temperatur tahunan untuk semua bulan di atas 18o C

(McKnight et al., 2000).

Gambar 1. Karakteristik utama klasifikasi iklim Köppen (Kottek et.al, 2006)

Zero-Energy Building. Zero Energy Building (ZEB) adalah bangunan hunian maupun

komersial yang kebutuhan energinya sangat rendah. Pada bangunan-bangunan tersebut,

efisiensi energi memungkinkan terjadinya keseimbangan antara energi yang dibutuhkan

dengan suplai energi dari teknologi energi terbarukan (Crawley, Pless, & Torcellini, 2009).

Near-zero energy building (nZEB) adalah bangunan dengan performa energi yang sangat


baik dan mengkonsumsi energi sedikit lebih banyak dibandingkan energi yang dihasilkannya,

di mana kebutuhan energi nyaris tidak ada dan dapat dipenuhi dengan presentase yang

signifikan menggunakan energi yang dihasilkan melalui sumber terbarukan di dalam site

maupun tempat-tempat terdekat (Haslam & Farrell, 2014; Cao, Dai, & Liu, 2016).

Kriteria ZEB. Garde et al. (2011) merumuskan hal-hal dasar yang harus diperhatikan

dalam mendesain bangunan rendah energi, yaitu (a) pengetahuan yang baik akan kondisi

iklim lokal, (b) perancangan lingkungan yang baik, (c) desain pasif merupakan prioritas

utama di dalam desain, (d) memiliki solusi alternatif maupun inovatif yang dapat diajukan,

dan (e) efisiensi energi merupakan keharusan.

Komponen ZEB. Cao et al. (2016) mengelompokkan komponen-komponen yang

diterapkan dalam ZEB ke dalam tiga kategori, yaitu penghematan energy secara pasif (passive

energy-saving technologies), sistem bangunan yang efisien energi (energy-efficient building

service systems), dan teknologi penghasil energi terbarukan (renewable energy production

technologies).

Konsumsi Energi pada Sektor Rumah Tangga di Indonesia. Banyak faktor yang

menentukan konsumsi energi di sektor rumah tangga. Faktor-faktor tersebut dapat

dikelompokkan ke dalam beberapa kategori yang meliputi: demografi, ekonomi, teknologi,

gaya hidup, dan pendapatan rumah tangga. Keluarga dengan pendapatan yang lebih tinggi

umumnya akan mengonsumsi lebih banyak energi (Kementerian Energi dan Sumber Daya

Mineral, 2016).

(a) (b)

Gambar 2. (a) Konsumsi energi rumah tangga perkotaan per bulan (Kementerian Energi dan

Sumber Daya Mineral, 2016), (b) Rasio konsumsi energi listrik sektor rumah tangga berdasarkan

kategori tarif listrik (Japan International Cooperation Agency (JICA), 2012)

0

2000

4000

I II III IV

MJ/

bula

n

Kelas Pendapatan

Konsumsi Rumah Tangga Perkotaan per Bulan

Listrik Energi memasak dan transportasi


Metode Penelitian

Penelitian bersifat kualitatif dan pengumpulan data dilakukan dengan membuat kuesioner

semi-tertutup serta dengan melakukan focus group discussion (FGD) dengan responden

sekaligus narasumber yang berasal dari pakar-pakar yang berkaitan dengan green building

dan energi. Secara singkat, desain umum dari penelitian ini dapat dilihat pada gambar 3 di

bawah ini.

Mulai

Studi pustaka

Identifikasi masalah

Perumusan masalah

Penentuan metodologi penelitian

Rumusan masalah 1 Rumusan masalah 2

Kuesioner dan wawancara pakar Wawancara pakar

Hasil kuesioner dan transkrip wawancara

Transkrip wawancara

Menganalisis data penelitian secara interpretatif

Kesimpulan dan saran

Selesai

Pengumpulan data

Gambar 3. Desain penelitian

Adapun profil dari responden dan narasumber yang terlibat di dalam penelitian ini dapat

dilihat pada tabel 1 berikut ini.


Tabel 1. Daftar Responden Responden Kuesioner dan Narasumber Focus Group Discussion(FGD)

Nama Responden Nama Instansi Jenis Instansi Pendidikan

Akhir Jabatan Pengalaman Kerja (Tahun)

Responden 1 PT X Perusahaan swasta S2 Pemilik/top executive, arsitek/engineer

1 – 10

Responden 2 PT Ys Perusahaan swasta S2 Pemilik/ top executive >20 Responden 3 Kementrian

Energi dan Sumber Daya Mineral Republik Indonesia

Instansi pemerintah pusat (kementrian)

S3 Staff ahli/staff khusus 11 – 20

Responden 4 X University Universitas swasta S3 Akademisi/peneliti 11 – 20 Responden 5 Green Building

Council Indonesia

Perusahaan swasta S2 Setingkat direktorat jenderal/direktur

11 – 20

Hasil Penelitian

Hasil penelitian yang didapatkan berupa data hasil kuesioner dan transkrip FGD. Hasil kuesioner ditampilkan di dalam tabel 2 berikut ini, sedangkan hasil diskusi FGD akan ditampilkan di dalam bagian Pembahasan.

Tabel 2. Hasil Kuesioner Pakar

No. Pertanyaan Jawaban Narasumber 1 Narasumber 2 Narasumber 3 Narasumber 4 Narasumber 5

1 Menurut Anda, spesifikasi konstruksi mana dari sebuah desain rumah yang harus ditentukan perencana agar dapat memiliki nilai signifikan terhadap penggunaan energi bangunan?

Dinding eksternal, pintu eksternal, jendela, langit-langit

Dinding eksternal, pintu eksternal, jendela, langit-langit, desain awal arsitek

Dinding eksternal, jendela, HVAC system

Dinding eksternal, atap

Dinding eksternal, jendela, insulasi

2 Menurut Anda, saat pemanfaatan fitur Renewable Energy Technology (RET) berupa photovoltaic (PV) panel pada perumahan sudah dinilai sebagai suatu hal yang lazim, apa saja yang perlu dipertimbangkan?

Rasio panel dan area atap, jenis teknologi PV yang digunakan, metode instalasi PV

Jenis teknologi PV yang digunakan, metode instalasi PV

Rasio panel dan area atap, jenis teknologi PV yang digunakan, interactive system (non battery)

Jenis teknologi PV yang digunakan, azimuth PV panel, keamanan

Azimuth PV panel

3 Pada desain pasif bangunan, fitur apa yang seharusnya menjadi pertimbangan untuk mengaplikasikan konsep nZEH?

Azimuth bangunan, bentuk bangunan, material bangunan

Bentuk bangunan, desain awal arsitek

Material bangunan, building envelope (fenestration etc)

Azimuth bangunan, material bangunan, luasan atap yang menaungi bangunan

Azimuth bangunan, kemiringan atap

4 Pada insulasi bangunan, fitur apa yang seharusnya menjadi pertimbangan untuk mengaplikasikan konsep nZEH?

Dinding, jendela Dinding, atap Dinding (laser U-value, radiant cooling), jendela (jenis/tipe kaca)

Dinding (koefisien konduktor), jendela (U-value)

Dinding (insulasi luar/dalam), jendela (orientasi, spesifikasi jendela), BIPV



(building integrated photovoltaic)

5 Pada fenestrasi, fitur apa yang seharusnya menjadi pertimbangan untuk mengaplikasikan konsep nZEH?

Glazing, shading internal, arah jendela

Shading eksternal, sky lighthing vent system

Glazing, shading internal, arah jendela

Arah jendela, U-value

Arah jendela, shading eksternal

6 Pada penghawaan dan penggunaan natural HVAC, fitur apa yang seharusnya menjadi pertimbangan dalam mengaplikasikan konsep nZEH?

Kenyamanan Sky lighthing vent system

High-efficiency chiller, motor

Hemat energi, panas yang masuk ke dalam ruangan

Ventilasi silang, pengendalian udara/angin

7 Pada pencahayaan, fitur apa yang seharusnya menjadi pertimbangan untuk mengaplikasikan konsep nZEH?

Natural lighthing, artifical lighthing, peralatan rumah tangga (kulkas, rice cooker, setrika)

Natural lighthing (daylighthing), sky lighthing vent system

Natural lighthing (langsung dan tidak langsung), artifical lighthing (LED)

Natural lighthing (SHGC), artificial lighthing (low E)

Natural lighthing (untuk siang), LED light, energy star lighthing system (untuk malam hari)

8 Menurut Anda, apa yang harus menjadi pertimbangan dalam pemilihan fitur desain bangunan untuk mengaplikasikan konsep nZEH?

Kemudahan untuk melakukan monitoring energi harian, kemudahan pengoperasian bagi pengguna rumah tangga, penggantian spare parts

Kemudahan perawatan

Kemudahan untuk melakukan monitoring energi harian, perawatan berkala, kemudahan pengoperasian bagi pengguna rumah tangga

Kemudahan untuk melakukan monitoring energi harian, kemudahan pengoperasian bagi pengguna rumah tangga, pergantian spare parts, ekonomi

Kemudahan untuk melakukan monitoring energi harian, perawatan berkala

9 Menurut Anda, bagaimana perilaku penghuni dapat menjadi pertimbangan dalam mengaplikasikan konsep nZEH?

Penggunaan peralatan rumah tangga yang ramah lingkungan

Kebiasaan hemat energi

Penggunaan peralatan rumah tangga yang ramah lingkungan, waktu aktif penghuni

Waktu aktif penghuni, perilaku menghemat (control)

Penggunaan peralatan rumah tangga yang ramah lingkungan, okupansi, waktu aktif penghuni

10 Komentar/pendapat tambahan

- - Memperhatikan lingkungan/iklim di mana bangunan/rumah dibangun, memperhatikan kearifan lokal (untuk rumah tinggal), pengguna/penghuni bangunan juga harus mendapatkan informasi tentang desain dan pemeliharaan, aspek pendanaan/pembiayaan dan

Bisa juga dilihat management pengoperasian energi untuk skala urban/perumahan (metode-metode attach to the building atau dipusatkan dalam satu pengoperasian)

-



insentif pemerintah, pengukuran secara berkala

Pembahasan

Prinsip dasar serta pertimbangan pemilihan desain. Seperti telah dijelaskan pada

bab sebelumnya, guna mencapai keseimbangan zero energy, kita harus menurunkan dulu

kebutuhan energi hingga serendah-rendahnya, sehingga kemudian sisa kebutuhan energi

tersebut dapat dipenuhi melalui energi terbarukan.

Untuk menurunkan konsumsi energi tersebut, terlebih dahulu kita harus mengetahui

sumber utama dari konsumsi energi itu sendiri. Dengan kondisi iklim tropis di Indonesia, di

mana suhu dan kelembaban udaranya tinggi, konsumsi energi di rumah tinggal umumnya

didominasi oleh penggunaan AC. Oleh karena itu, fokus utama dari desain rumah tinggal

adalah bagaimana membuat suatu “kenyamanan” bagi penghuni, sehingga penghuni tidak

merasa membutuhkan AC. Indikator-indikator untuk mengukur kenyamanan ini antara lain

meliputi temperatur, kelembaban, serta kualitas dari udara di dalam ruangan.

Berdasarkan indikator-indikator tersebut, dapat disimpulkan bahwa kondisi

kenyamanan penghuni akan sangat dipengaruhi oleh kondisi iklim lokal dari daerah di mana

bangunan itu berdiri. Oleh karena itu, hal lain yang harus dipertimbangkan dalam

merumuskan desain rumah tinggal adalah bagaimana arsitektur tradisional dari daerah

tersebut. Hal ini menjadi penting karena kondisi iklim lokal di tiap-tiap daerah bisa jadi

berbeda, dan umumnya arsitektur tradisional daerah sudah mempertimbangkan kondisi

lokalnya tersebut di dalam desain.

Pertimbangan teknis dan pengaruh dari perilaku penghuni juga memiliki andil di

dalam menentukan fitur desain yang kan diterapkan. Berdasarkan hasil kuesioner, diketahui

bahwa faktor-faktor teknis yang mempengaruhi pemilihan fitur desain antara lain meliputi

kemudahan monitoring energi, kemudahan perawatan, kemudahan operasi, kemudahan

penggantian spare part, serta faktor ekonomi. Berbagai kemudahan ini bertujuan untuk

mendorong kesediaan masyarakat untuk menerapkan konsep ini pada rumah-rumah tinggal

mereka. Sedangkan faktor ekonomi menjadi penting mengingat konsep nZEH melibatkan

pemanfaatan teknologi penghasil energi terbarukan yang harganya relatif masih cukup mahal

bagi masyarakat di Indonesia pada umumnya. Variabel desain harus mempertimbangkan


bagaimana menciptakan suatu bangunan rumah tinggal yang rendah konsumsi energinya serta

seminimal mungkin membebani finansial penghuninya.

Sedangkan faktor perlaku penghuni yang dianggap dapat mempengaruhi fitur desain serta

konsumsi energi di dalam bangunan adalah penggunaan peralatan ramah lingkungan,

besarnya waktu aktif penghuni, perilaku berhemat energi dari penghuni, serta okupansi

bangunan. Beberapa dari faktor perilaku penghuni ini memberikan dampak terhadap desain

bangunan nantinya, sedangkan sebagian lagi lebih berpengaruh terhadap cara pengoperasian

serta pertimbangan pemilihan perangkat rumah tangga.

Variabel dan penerapan terbaik desain nZEH di daerah tropis. Berdasarkan hasil

kuesioner serta diskusi yang telah dilakukan, kemudian didasari oleh prinsip dan

pertimbangan pemilihan komponen desain di atas, peneliti mengidentifikasi bahwa variabel-

variabel desain yang cocok untuk diterapkan di daerah tropis seperti Indonesia antara lain

meliputi penerapan desian pasif bangunan, pemanfaatan ventilasi alami, pengaturan fenestrasi

serta sistem pencahayaan di dalam rumah.

1. Desain pasif bangunan. menekan kebutuhan energi hingga serendah-rendahnya.

Artinya, kita harus dapat memenuhi kebutuhan penghuni di dalam bangunan dengan

memanfaatkan kondisi lingkungan di sekitar kita, sehingga kebutuhan tersebut dapat

terpenuhi tanpa harus memakan banyak energi dari grid. Pemanfaatan kondisi

lingkungan sekitar ini diwujudkan di dalam bentuk penerapan desain pasif. Desain pasif

yang teridentifikasi di dalam penelitian meliputi orientasi bangunan, pemilihan material

bangunan, bentuk bangunan, pembagian zona pencahayaan. Bentuk dan luasan atap

bangunan, pemasangan insulasi, pemanfaatan ventilasi alami, dan pengaturan fenestrasi.

Orientasi bangunan mempengaruhi letak dari bukaan-bukaan (seperti jendela dan

pintu) yang ada pada bangunan. Bukaan-bukaan ini berfungsi sebagai tempat keluar-

masuknya aliran udara dan sinar matahari yang akan dimanfaatkan sebagai sebagai

ventilasi alami dan sistem pencahayaan alami di dalam bangunan. Akan tetapi, hal ini

tidak berlaku jika bangunan yang tersebut adalah bangunan yang mengandalkan

pendingin ruangan (AC). Hal ini dikarenakan jika bangunan tersebut menggunakan AC,

maka bukaan-bukaan ini akan ditutup guna menjaga kestabilan suhu di dalam ruangan.

Dengan demikian, orientasi dari bangunan menjadi tidak terlalu berpengaruh terhadap

kenyamanan ruangan di dalamnya. Yang harus diperhatikan pada saat kita menentukan

orientasi dari bangunan adalah bagaimana orientasi bangunan tersebut dibuat sebisa

mungkin searah dengan aliran udara yang terjadi. Dengan demikian, rumah akan

mendapatkan manfaat maksimal dari angin yang terjadi tersebut.


Gambar 4. Pergerakan aliran angin dan gelombang laut bumi (Turgeon, 2014)

Pemilihan material bangunan. Pemilihan material dari bangunan akan mempengaruhi

kenyamanan penguni karena adanya perbedaan properti insulasi yang dimiliki oleh

material-material bangunan. Kemampuan insulasi material ini dianggap penting guna

menghindari terjadinya heat gain ke dalam bangunan. Akan tetapi, hal ini tidak berlaku

secara mutlak., karena akan bergantung lagi pada bagaimana rumah tersebut akan

dioperasikan nantinya. Yang dimaksud dengan pengoperasian rumah di sini adalah

apakah rumah tersebut akan mengandalkan ventilasi alami atau menggunakan AC dalam

mewujudkan kenyamanan thermal di dalam ruangan. Jika rumah tersebut akan

menggunakan AC, maka nilai U-value yang baik akan sangat membantu penghuni dalam

mengurangi konsumsi energi akibat AC. Sedangkan jika rumah tersebut dibuat dengan

memanfaatkan konsep ventilasi alami, maka pemilihan material bangunan tersebut justru

didasarkan pada kemampuan material tersebut mangalirkan udara. Bentuk bangunan

mempengaruhi luasan bangunan yang mendapat dampak dari pancaran sinar matahari.

Bangunan yang dibuat tanpa memperhitungan pengaruh bentuk bangunan terhadap

dampak matahari yang didapatkannya akan membutuhkan banyak energi untuk

memanaskan dan mendinginkan bangunan tersebut (Mazria, 1979).

Gambar 5. Pergerakan matahari dilihat dari equator (Caltech Submillimeter Observasory, n.d.)


Oleh karena letak Indonesia yang berada di tengah bumi, matahari selalu bergerak sejajar

di atas kepala kita. Ini berarti, arah mata angin yang mendapat banyak sinar matahari

adalah timur dan barat di mana matahari terbit dan tenggelam. Oleh karena Indonesia

merupakan negara dengan energi yang selalu positif sepanjang tahun, maka kita perlu

membuat bentuk bangunan di mana bangunan tersebut memanjang pada arah yang tidak

banyak terkena matahari. Hal ini dilakukan guna menurunkan kebutuhan bangunan akan

space cooling. Dengan demikian, maka bentuk terbaik bangunan pada iklim tropis di

Indonesia adalah memanjang di sepanjang sumbu timur-barat. Pembagian zona

pencahayaan dilakukan dengan cara meletakkan ruangan-ruangan dengan okupansi serta

waktu aktif penghuni yang tinggi pada sisi-sisi di mana bangunan mendapatkan cahaya

matahari yang optimal melalui bukaan-bukaan yang ada. Dengan demikian, kebutuhan

akan pencahayaan ruangan dapat dikurangi melalui pemanfaatan cahaya matahari sebagai

daylighthing. Akan tetapi, karena perimeter bangunan rumah tinggal umumnya relatif

kecil, maka cahaya matahari di dalam ruangan umumnya akan relatif merata sehingga

zonasi pencahayaan pada rumah tinggal relatif tidak terlalu signifikan. Bentuk dan

luasan atap bangunan berpengaruh terhadap banyaknya sinar matahari yang masuk ke

dalam rumah. dapat dilihat bahwa overhang atap dapat berfungsi sebagai shading pada

jendela guna mengurangi banyaknya sinar matahari yang dapat masuk secara langsung

melalui jendela. Dengan demikian, atap dapat dimanfaatkan sebagai pengganti shading

eksternal seperti awning. Bentuk atap miring juga memberikan keunggulan lain, adalah

menyediakan ruang buffer atau peralihan suhu. Dengan menggunakan atap miring, maka

terdapat ruang kosong antara atap dan langit-langit rumah (ruang attic). Dengan

demikian, panas yang diterima oleh atap hanya sebagian yang akan ditransfer masuk ke

dalam rumah. Hal ini dapat menurunkan cooling load di dalam bangunan.

(a) (b)


Gambar 6. (a) Atap miring (National Renewable Energy Laboratory, 1994) dan (b) overhang atap

(McGee, 2014)

Terkait dengan heat gain, salah satu cara lain untuk mencegah heat gain di dalam

ruangan adalah dengan menggunakan insulasi. Insulasi mencegah panas dari dalam

masuk ke dalam ruangan dan panas dari dalam mengalir ke luar. Insulasi membantu

bangunan mempertahankan kestabilan suhu di dalam ruangan dan mencegah naiknya

cooling load di dalam ruangan. Insulasi dapat digunakan jika ruangan di dalam rumah

tersebut menggunakan AC. Insulasi dapat dipasang pada atap guna mencegah heat gain

dari atap, karena atap merupakan bagian dari bangunan yang paling terekspos oleh

matahari untuk wilayah Indonesia.

Gambar 7. Insulasi atap (National Renewable Energy Laboratory, 1994)

Alternatif yang bisa dilakukan guna mengurangi konduksi panas yang terjadi melalui

dinding-dinding rumah adalah dengan memberikan shading berupa pohon-pohonan di

sekitar dinding rumah.

Gambar 8. Shading menggunakan pepohonan guna mengurangi radiasi langsung sinar matahari yang

mengenai tembok dan jendela (National Renewable Energy Laboratory, 1994)

Ventilasi alami yang dihasilkan oleh angin sangat dipengaruhi oleh bentuk dari

bangunan serta jarak bangunan tersebut terhadap bangunan lain di sekitarnya. Konsep ini


cocok diterapkan untuk daerah-daerah pedesaan yang jarak antar rumahnya relatif jauh

dan kecepatan anginnya masih tinggi.

Gambar 9. Ventilasi Silang (Brown & DeKay, n.d.)

Sedangkan untuk daerah perkotaan, aliran angin dapat dibuat melalui perbedaan

temperatur menggunakan efek cerobong atau stack effect. Konsep stack effect

sederhana dilakukan membuat solar chimney atau cerobong solar. Adanya perbedaan

suhu antara bagian atas cerobong dan bagian dalam rumah akan memaksa angin dari

luar mengalir masuk melalui bukaan yang dibuat berlawanan arah dengan mulut

bawah cerobong, sehingga terjadi aliran angin di dalam bangunan. Bentuk paling

sederhana dari cerobong solar bisa berupa pipa yang dicat hitam.

Gambar 10. Solar chimney untuk mendinginkan ruangan (Autodesk, n.d.)


Gambar 11. Bentuk sederhana solar chimney/cerobong solar (Autodesk, n.d.)

Alternatif lain yang bisa digunakan adalah dengan menggunakan rotary turbine roof

ventilator. Ventilasi ini tidak menggunakan listrik dan mengandalkan gaya dari angin dan

tekanan udara di sekitar untuk berputar dan mengeluarkan udara panas dari dalam attic

bangunan. Pengaturan fenestrasi meliputi antara lain adalah pengaturan letak jendela,

pemilihan jenis dan tipe kaca, pemilihan nilai U-value kaca, pemilihan SC (shading

coefficient)/SHGC (solar heat gain coefficient), pemasangan shading pada jendela.

Pengaturan letak jendela berhubungan dengan arah ke mana jendela akan menghadap,

sedangkan proporsi jendela direpresentasikan oleh nilai windows-to wall-ratio (WWR). Nilai

WWR merupakan nilai yang sangat relatif terhadap selera desain arsitek serta kebutuhan dari

bangunan. Jika bangunan yang dirancang akan menggunakan AC, maka nilai WWR

sebaiknya diperkecil untuk menghindari terjadinya heat gain melalui kaca jendela. Akan

tetapi, jika rumah yang akan dibuat mengandalkan ventilasi alami, maka nilai WWR yang

besar akan lebih baik guna memasukkan aliran angin dari luar ke dalam rumah.

Penerapan terbaik dari pengaturan letak jendela tidak dapat ditentukan secara mutlak

karena kondisinya sangat relatif terhadap keadaan lokal dari daerah di mana bangunan

tersebut berdiri. Sedangkan tipe kaca yang optimum untuk dapat mengurangi heat gain adalah

kaca tipe low-E, tetapi jenis kaca ini relatif mahal di pasaran. Nilai U-value yang baik untuk

daerah tropis seperti Indonesia adalah 4,554 W/m2; semakin kecil dari nilai itu, akan semakin

baik. Sedangkan penerapan shading terbaik bagi jendela adalah menggunakan shading

eksternal, dengan letak shading tepat di atas jendela. Hal ini disebabkan karena shading

eksternal jendela akan memberikan efek memayungi, sehingga matahari yang datang dari atas

relatif tidak terlalu banyak masuk melalui jendela, sedangkan shading internal tidak


memayungi kaca jendela, sehingga temperatur kaca akan tetap naik dan mungkin akan

ditransfer ke dalam ruangan sebagai heat gain. Adapun letak shading yang menempel

langsung di atas jendela akan memberikan efek memayungi yang optimal bagi kaca jendela di

bawahnya.

Gambar 12. Shading eksternal jendela (National Renewable Energy Laboratory, 1994)

2. Pencahayaan. Pencahayaan termasuk di dalam faktor yang penting karena merupakan

konsumsi listrik kedua terbesar pada sektor rumah tangga setelah energi untuk AC di

Indonesia. Oleh karena itu, desain bangunan tidak hanya harus mempertimbangkan

faktor pencahayaan dari bukaan-bukaan seperti jendela dan skylight (melalui atap), tetapi

juga pengaturan sistem pencahyaan buatan (artificial lighthing). Sistem pencahayaan

alami melalui jendela pada dasarnya dapat digunakan pada bangunan dengan jenis

apapun, selama pengaturan fenestrasinya dapat memfasilitasi masuknya matahari tanpa

memberikan panas berlebih ke dalam bangunan. Pengaturan sistem pencahayaan buatan

meliputi pemilihan jenis lampu dan kekuatan daya yang digunakan. Pencahayaan buatan

yang optimal untuk menghemat energi dapat menggunakan lampu dengan jenis light

emitting diode (LED) dengan tipe T8. Menurut situs Green American (2010), LED

memiliki efisiensi energi yang lebih tinggi dibandingkan dengan lampu pijar dan lampu

compact fluorescent light (CFL). Sebuah lampu LED 16,5 watt setara dengan lampu

CFL 20 watt dan lampu pijar 75 watt. Dengan efisiensi yang tinggi ini, tidak hanya

konsumsi energi yang menjadi lebih rendah, tetapi juga emisi panas yang dihasilkannya.

Oleh karena itu, LED tidak hanya mengurangi konsumsi energi dari segi pencahayaan,

tetapi juga dari segi energi untuk pendingin ruangan. Akan tetapi, lampu LED memiliki

keterbatasan penggunaan. Oleh karena lampu LED menghasilkan cahaya pada satu arah,

maka lampu jenis ini sangat baik digunakan untuk pencahayaan terpusat, tetapi kurang


optimal untuk digunakan sebagai sumber cahaya yang digunakan untuk menerangi

seluruh ruangan. Untuk dapat menanggulangi keterbatasan tersebut, dapat dilakukan

dengan memilih tipe lampu LED yang sesuai. Untuk mendapatkan luas area

pencahayaan yang lebih luas, maka dapat digunakan lampu LED tipe T8.

Gambar 13. Lampu LED T8 (Situs resmi perusahaan Philips, n.d.)

3. Penerapan Renewable Energy Technology (RET) melalui panel PV. Renewable

energy technology merupakan variabel desain yang tidak mungkin dilupakan dalam

merancang bangunan rendah energi, karena langkah kedua setelah mengurangi konsumsi

energi adalah memenuhi sisa kebutuhan energi dengan menggunakan energi terbarukan.

Besarnya energi yang dapat dikonversi oleh panel PV dipengaruhi oleh beberapa hal,

yaitu: azimuth panel, kemiringan panel, faktor keberadaan awan di wilayah Indonesia,

temperatur, debu, jenis panel, shading (bayangan). Jenis panel merupakan faktor yang

paling mempengaruhi kinerja dari panel tersebut, yang kemudian akan mempengaruhi

seberapa besar produksi listrik yang dihasilkannya. Saat ini, berdasarkan hasil literatur,

panel dengan jenis monocrystalline masih merupakan jenis panel yang memiliki efisiensi

konversi tertinggi di pasaran. Selain itu, panel ini adalah jenis yang paling efisien secara

luasan, sehingga memakan tempat relatif lebih sedikit dibandingkan dengan jenis

polycrystalline (Maehlum, 2015). Azimuth dan besarnya kemiringan panel berpengaruh

terhadap besarnya cahaya matahari yang dapat diserap oleh panel surya secara teoritis.

Akan tetapi, pada prakteknya kedua variabel ini tidak memberikan pengaruh yang

signifikan terhadap kinerja kerja panel. Hal tersebut diakibatkan oleh banyaknya faktor-

faktor lain yang berasal dari kondisi lingkungan Indonesia yang relatif lebih dominan

mempengaruhi kinerja dari panel tersebut. Kemiringan panel yang optimum adalah

datar, mengingat posisi Indonesia yang berada di khlaulistiwa. Akan tetapi, dibutuhkan

sudut kemiringan sekitar 10 - 25° dari panel PV, yang dibuat dengan tujuan


memudahkan perawatan dari panel tersebut. Oleh karena adanya kemiringan inilah,

maka azimuth atau orientasi panel kembali menjadi variabel yang harus diperhitungkan.

Spektrum sinar matahari memiliki panjang gelombang maksimal sebesar kurang lebih

5000 Å, sehingga intensitas maksimalnya adalah pada spektrum visible light, lebih

tepatnya cahaya kuning-hijau. Puncak dari intensitas ini berada pada pukul 14.00 –

15.00, sehingga, orientasi panel sebaiknya diarahkan ke barat.

Gambar Error! No text of specified style in document..14 Spektrum sinar matahari di atas

atmosfer (Fu, 2003)

Sedangkan faktor-faktor lingkungan lain yang menggangu pengganggu kinerja panel

adalah banyaknya awan dan tingginya ambient temperature di wilayah Indonesia juga

merupakan faktor yang dapat menurunkan kinerja dari panel PV tersebut. Faktor-faktor

tersebut merupakan faktor-faktor yang tidak dapat diubah, sehingga yang dapat dilakukan

untuk mengatasinya adalah dengan memilih jenis panel dengan efisiensi yang relatif

tinggi di pasaran dan merekayasa metode pemasangan dari panel PV tersebut. Hal-hal

pengganggu tersebut dapat dikurangi dampaknya dengan menggunakan inverter berjenis

micro-inverter. Micro-inverter dapat mengurangi kerugian yang diakibatkan oleh

berhentinya fungsi atau kinerja panel karena microinverter mengatur panel PV tidak

secara keseluruhan, melainkan per blok-blok panel. Dengan demikian, ketika sebagian

dari panel tidak dapat bekerja karena overheat, debu, bayangan, maupun awan, panel-

panel lain dapat tetap bekerja. Panel PV dapat dipasang dalam satu titik terbuka yang

steril di dalam suatu kawasan. Dengan demikian, panel dapat dipasang tanpa harus

terganggu oleh bayangan akibat shading oleh pohon yang digunakan untuk mengurangi

cahaya masuk ke dalam rumah. Hal lain yang juga harus dipertimbangkan di dalam


menentukan metode pemasangan PV adalah bagaimana hubungan dari sistem

photovoltaic yang dipasang dengan grid listrik negara. Jika dilihat dari sisi ekonominya,

maka jenis sistem on-grid merupakan sistem yang paling mungkin diterapkan saat ini.

Energi alternatif lain yang dapat digunakan untuk menyokong kebutuhan energi bersama

dengan panel surya adalah biomass. Selain faktor-faktor yang berkaitan dengan kinerja

dari panel surya tersebut, metode pemasangan panel juga harus memikirkan bagaimana

agar panel tersebut dapat bekerja dengan aman. Faktor kemanan yang harus diperhatikan

adalah memastikan seluruh komponen dari solar panel sesaui dengan kapasitas inverter

yang terpasang. Selain itu, solar panel tersebut juga harus memasang sistem grounding.

4. Pertimbangan lainnya. Pertimbangan-pertimbangan lain yang menjadi masukan

berdasarkan dengan prinsip dasar dari konsep nZEH antara lain meliputi:

a. Menggunakan peralatan listrik ramah lingkungan sebesar minimal 50% dari total

daya (watt) peralatan listrik (dikutip dari sistem penilaian rumah hijau oleh GBCI).

Pemilihan peralatan listrik ramah lingkungan ini sesuai dengan hasil penelitian

yang menunjukkan bahwa menurut para pakar, penggunaan peralatan rumah

tangga ramah lingkungan merupakan salah satu faktor perilaku penghuni yang

mempengaruhi konsumsi energi listrik pada rumah tangga.

b. Memasang sub metering untuk AC atau kotak kontak (dikutip dari sistem

penilaian rumah hijau oleh GBCI), sesuai dengan hasil penelitian yang

menunjukkan bahwa kemudahan monitoring energi harian merupakan aspek

teknik yang harus dipertimbangkan di dalam melakukan pemilihan fitur desain.

Monitoring tidak memberikan pengaruh secara langsung terhadap komsumsi listrik

bangunan rumah, akan tetapi hal ini dapat mendukung kesadaran penghuni untuk

menghemat energi.

c. Menggunakan AC jenis variable refrigerant flow (VRF) dengan heat recovery

system dan fungsi pengaturan temperatur dan kelembaban udara guna menghindari

tumbuhnya jamur. AC dengan jenis VRF relatif lebih hemat energi dibandingkan

dengan AC jenis lainnya, dan sistem heat recovery yang dimilikinya dapat

dimanfaatkan untuk memenuhi kebutuhan air panas penghuni. Akan tetapi,

penggunaan AC bukanlah merupakan variabel desain yang wajib dan bersifat

sangat opsional. Kemampuan untuk mengatur kelembaban udara tidak

memberikan pengaruh terhadap konsumsi listrik, tetapi memberikan dampak yang

baik pada kualitas udara di dalam ruangan.


d. Pemanfaatan kipas angin untuk menggantikan AC. Penggunaan kipas juga

merupakan pilihan dan bukan variabel wajib di dalam penentuan fitur desain

rumah nZEH.

e. Pemanfaatan perangkat lunak simulasi bangunan guna menghitung beban panas

sensible di dalam bangunan/OTTV dan mensimulasikan strategi untuk

menguranginya. Simulasi bangunan merupakan pilihan yang sangat opsional,

tetapi dapat membantu dalam menentukan potimasi desain yang sifatnya sangat

relatif terhadap keadaan seperti nilai WWR, arah bukaan, orientasi bangunan, dan

lain-lain. Jika digunakan untuk mendesain satu rumah tinggal akan relatif sangat

mahal. Kesimpulan dan Saran

Kesimpulan. Kesimpulan yang diperoleh dari penelitian ini adalah sebagai berikut:

Tabel 3. Kesimpulan Penelitian

No. Variabel Penerapan Terbaik Keterangan 1 Desain Pasif

Orientasi Bangunan Memperhatikan arah aliran angin dan kondisi lokal

Pemilihan material bangunan Memiliki U-value 4,554 W/m2 atau lebih kecil

Untuk bangunan ber-AC

Memiliki porositas tinggi Untuk bangunan dengan ventilasi alami

Bentuk bangunan Memanjang di sepanjang sumbu mata angin timur-barat

Pembagian zona pencahayaan Meletakkan ruang dengan waktu aktif dan okupansi tinggi di daerah dengan daylighting optimal

Tergantung pada perimeter rumah, umumnya tidak terlalu berpengaruh

Bentuk atap Atap miring Luasan atap Overhang dibuat menaungi bukaan-

bukaan pada bangunan

Penggunaan insulasi Insulasi dipasang pada atap Jika bangunan menggunakan AC, harganya relatif mahal

Ventilasi alami Menggunakan ventilasi silang atau rotary turbine roof ventilators

Untuk daerah dengan kecepatan angin tinggi, pedesaan

Menggunkaan stack effect melalui solar chimney atau skylighthing vent system

Untuk daerah dengan kecepatan angin rendah, perkotaan

2 Fenestrasi Letak bukaan Memperhatikan arah aliran angin dan

kondisi lokal

Jenis kaca/glazing Low E

U-value kaca 4,554 W/m2 Lebih kecil lebih baik


Shading coefficient (SC) 0,48 Lebih kecil lebih baik

Penggunaan shading Shading eksternal WWR Memperbesar WWR Untuk ventilasi alami Memperkecil WWR Untuk bangunan ber-

AC 3 Pencahayaan

Pencahayaan alami Menggunakan daylighthing dari jendela Menggunakan daylighthing dari atap Untuk bangunan

bertingkat Pencahayaan buatan Menggunakan lampu LED tipe T8

4 Panel Surya Kemiringan panel 10 – 25° Untuk memudahkan

perawatan Orientasi panel Barat Jenis panel Monocrystalline Silicone Solar Cells Jenis inverter Microinverter Metode pemasangan Terpusat di dalam satu kawasan Jenis hubungan ke grid On grid Alternatif energi penyokong Biomassa Faktor keamanan Kesesuaian seluruh komponen dengan

kapasitas inverter Tidak berpengaruh langsung terhadap efisiensi konversi

Sistem grounding Tidak berpengaruh langsung terhadap efisiensi konversi

5 Pertimbangan lain Menggunakan peralatan listrik

ramah lingkungan Minimal 50% Tidak berpengaruh

terhadap desain bangunan

Memasang sub meteran untuk AC dan kotak kontak

Tidak berpengaruh langsung terhadap konsumsi energi rumah

Menggunakan AC jenis VRF dengan heat recovery system dan fungsi pengaturan temperatur dan kelembaban udara guna menghindari tumbuhnya jamur

Bersifat opsional, lebih baik tidak pakai

Menggunakan kipas angin untuk mengganti AC

Bersifat opsional, lebih baik tidak pakai

Menggunakan perangkat lunak simulasi bangunan

Bersifat opsional, relatif mahal jika hanya untuk satu rumah tinggal

Saran. Beberapa hal yang dapat dijadikan topik untuk penelitian berikutnya antara lain

meliputi (a) Dibutuhkan penelitian untuk merumuskan skema pembiayaan pengadaan panel

PV bagi kawasan rendah energi sehingga pemasangannya dapat mengandalkan investor, (b)

untuk penelitian selanjutnya, diperlukan perumusan kebijakan khusus dalam mengatur

definisi dan ketentuan untuk konsep “bangunan tanpa energi” yang berlaku di Indonesia, dan


(c) untuk dapat merumuskan penerapan terbaik yang lebih akurat dari setiap variabel, dapat

dilakukan pilot research pembangunan rumah near zero energy di Indonesia.

Daftar Referensi

Anonim. (2010). CFLs vs. LEDs: The Better Bulbs. Diambil kembali dari Green American: http://www.greenamerica.org/livinggreen/CFLs.cfm

Cao, X., Dai, X., & Liu, J. (2016). Building energy-consumption status worldwide and the state-of-the-art technologies for zero-energy buildings during past decade.

Crawley, D., Pless, S., & Torcellini, P. (2009). Getting to Net Zero. ASHRAE. Direktorat Jenderal Ketenagalistrikan. (2015). Statistik Ketenagalistrikan 2014. Kementerian

Energi dan Sumber Daya Mineral. Garde, F., Lenoir, A., David, M., & Ottenwelter, E. (2011). Towards net zero energy

buildings in hot climates: Part 1, new tools and methods. ASHRAE Transactions, Volume 117, Part 1.

Kementerian Energi dan Sumber Daya Mineral. (2016). Panduan Pengguna untuk Sektor Rumah Tangga: Indonesia Calculator Path 2050. Diambil kembali dari http://calculator2050.esdm.go.id/assets/mini_paper/energy/id/Panduan%20Pengguna%20untuk%20Sektor%20Rumah%20Tangga.pdf

Maehlum, M. A. (2014, September 12). Are Solar Micro-Inverters better than Central Inverters? Diambil kembali dari Energy Informative: http://energyinformative.org/are-solar-micro-inverters-better-than-central-inverters/

Mazria, E. (1979). Passive Solar Energy Book: A complete guide to passive solar home, greenhouse and building design. Emmaus: Rodale Press, Inc.


IDENTIFIKASI VARIABEL DESAIN KONSEP NEAR-ZERO ENERGY …

Documents

Transcript of IDENTIFIKASI VARIABEL DESAIN KONSEP NEAR-ZERO ENERGY …