STUDI PENGEMBANGAN RANCANGAN BUKAAN PENCAHAYAAN …
48
STUDI PENGEMBANGAN RANCANGAN BUKAAN PENCAHAYAAN PADA PIPA CAHAYA HORISONTAL Disusun Oleh: Ryani Gunawan, ST., MT. Lembaga Penelitian dan Pengabdian kepada Masyarakat Universitas Katolik Parahyangan 2014
Transcript of STUDI PENGEMBANGAN RANCANGAN BUKAAN PENCAHAYAAN …
STUDI PENGEMBANGAN RANCANGAN
BUKAAN PENCAHAYAAN
PADA PIPA CAHAYA HORISONTAL
Disusun Oleh:
Ryani Gunawan, ST., MT.
Lembaga Penelitian dan Pengabdian kepada Masyarakat
Universitas Katolik Parahyangan
2014
DAFTAR ISI
Daftar Isi
Abstrak
BAB I Pendahuluan.....................................................................................................1
BAB II Kajian Pemanfaatan Sistem Penyalur Cahaya................................................6
BAB III Metodologi Penelitian............................................................................... ..28
BAB IV Hasil Analisis Kinerja Bukaan Pencahayaan............................................ .34
BAB V Potensi Penggunaan Pipa Cahaya Horisontal...............................................39
BAB VI Kesimpulan dan Saran ................................................................................42
BAB VII Jadwal Pelaksanaan ..................................................................................44
Daftar Pustaka ...........................................................................................................45
STUDI PENGEMBANGAN RANCANGAN
BUKAAN PENCAHAYAAN
PADA PIPA CAHAYA HORISONTAL
oleh
Ryani Gunawan, ST., MT.
ABSTRAK
Penelitian ini mengembangkan suatu konsep bukaan pencahayaan pada
sistem penyalur cahaya untuk dapat meneruskan cahaya sedalam mungkin ke
ruangan yang memerlukan cahaya. Pada prinsipnya jenis bukaan ini dapat
digunakan untuk meneruskan cahaya matahari langsung maupun cahaya buatan.
Pada penelitian kali ini sumber cahaya yang digunakan adalah cahaya buatan.
Model bukaan dirancang dengan memanfaatkan kaidah pemantulan.
Penelitian ini membandingkan kinerja dua model bukaan pencahayaan dengan
ukuran dan bentuk yang sama namun dengan dengan material bukaan yang
berbeda. Model bukaan pertama menggunakan material cermin sedangkan model
bukaan kedua menggunakan material akrilik. Kedua model bukaan diuji dengan
skala model 1: 1 dengan menggunakan lampu sorot sebagai sumber cahayanya.
Sebuah pipa penyalur cahaya dengan material reflektif digunakan sebagai
penyalur cahaya. Kinerja model bukaan kemudian dibandingkan dengan dan tanpa
penyalur cahaya.
Hasil pengukuran menunjukkan bahwa model bukaan dengan material
cermin menghasilkan tingkat pencahayaan yang lebih tinggi dibandingkan dengan
model bukaan dengan material akrilik. Namun model bukaan cahaya dengan
material akrilik memiliki keunggulan karena sifatnya yang transparan yang
memungkinkan penghuni ruang melihat ke luar bangunan. Model bukaan ini tepat
digunakan pada bangunan dengan koridor di tengah, bangunan ruko dan bangunan
bangunan tebal lainnya.
Kata Kunci: bukaan pencahayaan, bangunan tebal, pemantulan
1
Bab I Pendahuluan
I.1 Latar Belakang
Krisis energi dan pemanasan global menyadarkan para arsitek agar lebih bijak
dalam menata lingkungan binaan dan untuk lebih memanfaatkan semua potensi
energi terbarukan yang tersedia dengan melimpah di alam. Sebelum lampu
ditemukan, arsitek pada zaman dahulu sudah memanfaatkan pencahayaaan alami
sebagai satu-satunya sumber pencahayaan pada bangunan di siang hari. Namun
pencahayaan alami konvensional melalui bukaan jendela memiliki keterbatasan
seperti keterbatasan daya jangkau, potensi menimbulkan silau dan keterbatasan
dalam distribusi keseragaman cahaya dalam ruang.[1] Perkembangan teknologi
saat ini dengan penemuan light pipe system memungkinkan untuk memasukkan
cahaya matahari ke dalam bangunan dengan lebih merata tanpa memasukkan
panas dan efek silau dari sinar matahari langsung.
Kepadatan lingkungan dan semakin terbatasnya lahan membuat banyak bangunan
hunian satu lantai memiliki ruang tanpa bukaan jendela sama sekali. Begitu pula
dengan bangunan rumah susun atau apartemen. Beberapa ruang yang tidak
berbatasan langsung dengan jendela harus mengandalkan pencahayaan buatan
melalui energi listrik di sepanjang hari.
Efek visual dari pencahayaan adalah bagian yang penting dari keseluruhan
kehidupan dan lingkungan kerja. Penggunaan pencahayaan alami sebagai sumber
utama atau sekunder dari penerangan memiliki keuntungan dalam hal
penghematan energi, meningkatkan produktivitas dan kesehatan. Penggunaan
pencahayaan alami dapat mengurangi beban penerangan dan pendinginan secara
signifikan dan meningkatkan preferensi penghuni, keleluasaan visual, dan efek
yang menyenangkan.[2]
I.2 Rumusan masalah
1. Pencahayaan alami pada gedung tebal melalui penggunaan jendela
samping tidak memadai.
2
2. Terdapat ruang yang yang tidak mendapatkan cahaya matahari pada
bangunan tebal.
I.3 Pertanyaan penelitian
Penelitian ini menitikberatkan pada upaya pemanfataan cahaya matahari langsung
dengan teknik side lighting sebagai sumber pencahayaan alami siang hari pada
gedung tebal yang dapat melengkapi sistem pencahayaan alami melalui jendela
samping. Pertanyaan penelitian ini adalah bagaimana penerapan rancangan
bukaan pencahayaan dengan pemanfaatan cahaya matahari langsung.
I.4 Tujuan penelitian
1. Menghasilkan suatu strategi penerapan rancangan pasif yang
memanfaatkan cahaya matahari langsung dengan orientasi Timur dan
Barat.
2. Menguji rancangan bukaan pencahayaan dalam ruang simulasi untuk
melihat kinerja tingkat pencahayaan dan kedalaman penetrasi
3
I.5 Diagram penelitian
I.6 Batasan penelitian
Dalam penelitian ini terdapat beberapa batasan seperti:
1. Faktor termal dari radiasi matahari tidak diperhitungkan.
2. Bangunan tidak terbayangi oleh bangunan atau lingkungan sekitar.
3. Perubahan sudut datang cahaya matahari secara horisontal atau HSA
(Horizontal Shadow Angle) tidak diperhitungkan. Penelitian menggunakan
asumsi bahwa cahaya matahari langsung yang datang sejajar dengan pipa
Latar belakang
Studi Pengembangan Rancangan
Bukaan Pencahayaan pada Pipa
Cahaya Horisontal
Tujuan
penelitian
Penelitian
sebelumnya
Batasan
penelitian
Kesimpulan
Saran
Pembahasan
Kajian teoritik
Rumusan masalah
Hipotesis
Uji Laboratorium
Analisa
Hasil
4
cahaya horisontal (HSA = 0) dan baru mengkaji perubahan sudut datang
cahaya matahari secara vertikal atau VSA (Vertical Shadow Angle).
4. Sudut datang harian yang digunakan diwakili oleh pukul 09.00 dengan
sudut datang 45°
I.7 Hipotesis
Hipotesis dari penelitian ini diantaranya:
Pemanfaatan kaidah refleksi dan refraksi dapat mengakomodir dan
membelokkan pergerakan sudut datang vertikal cahaya matahari langsung
untuk mencapai posisi horisontal agar dapat diteruskan sedalam mungkin ke
tengah gedung.
I.8 Kontribusi penelitian
1. Menghasilkan suatu kaidah penerapan rancangan bukaan pencahayaan
pada pipa cahaya horisontal dalam upaya melengkapi pencahayaan alami
samping melalui jendela pada gedung tebal.
2. Meningkatkan pemanfaatan teknik penyaluran cahaya pada bangunan
dengan karakteristik tebal yang dapat mengurangi konsumsi energi listrik.
I.9 Sistematika Pembahasan
Pembahasan tesis ini disusun dengan sistematika sebagai berikut:
Bab I adalah Pendahuluan, berisi tentang uraian latar belakang penelitian yang
meliputi latar belakang pemilihan topik dan objek penelitian berupa gedung tebal,
upaya pemanfataan cahaya matahari langsung sebagai sumber pencahayaan alami
pasif pada bangunan tebal. Bagian pendahuluan ini juga berisi tentang perumusan
masalah, tujuan penelitian, kontribusi penelitian, batasan penelitian, serta
sistematika pembahasan.
Bab II adalah Kajian Pemanfaatan Sistem Penyalur Cahaya yang berisi tentang
perkembangan teori dan penelitian tentang pencahayaan alami khususnya
permasalahan pencahayaan alami pada gedung tebal. Berbagai penelitian terkait
5
juga akan dibahas untuk menggambarkan perkembangan penelitian yang
membahas permasalahan ini.
Bab III adalah Metodologi Penelitian yang berisi tentang variabel-variabel
penelitian, langkah-langkah penelitian, objek penelitian, desain penelitian, metoda
pengumpulan data, dan rancangan model yang akan diuji.
Bab IV adalah Hasil Analisa Kinerja Bukaan Pencahayaan. Bab ini membahas
hasil dari simulasi di laboratorium
Bab V adalah Potensi Penggunaan Pipa Cahaya Horisontal. Bab ini membahas
beberapa aplikasi dari penggunaan model pada beberapa tipe gedung tebal.
Bab VI adalah Kesimpulan dan Saran. Pada bab ini dinyatakan kesimpulan dari
hasil penelitian ini dan saran-saran berupa hal-hal yang perlu dikembangkan pada
penelitian selanjutnya.
Bab VII adalah Jadwal Pelaksanaan. Bab ini berisi jadwal pelaksanaan penelitian.
6
Bab II Kajian Pemanfaatan Sistem Penyalur Cahaya
II.1 Sistem Pencahayaan Optik
Strategi penerangan alami yang paling efektif adalah mengoptimasi orientasi dan
bentuk bangunan, sama halnya seperti optimasi perletakan dan ukuran jendela.
Namun kepadatan bangunan membuat pencahayaan alami sulit masuk ke ruang
dalam. Perkembangan teknologi yang tersedia saat ini memungkinkan sinar
matahari masuk ke inti ruang dalam bangunan. Sejumlah pengembangan terakhir
menawarkan peluang baru untuk sumber pencahayaan optik yang lebih realistis
dengan aplikasi yang lebih luas dan efektivitas yang lebih tinggi. Perkembangan
material baru membuat penggunaan sistem pencahayaan optik untuk pencahayaan
pasif menjadi lebih sederhana, lebih tepat dan relatif tidak mahal.
Pipa cahaya atau light pipe dikenal juga dengan sebutan tubular skylight,
sunscoop, atau tubular daylighting device. Dibandingkan dengan jendela dan
skylight konvensional, light pipe memiliki alat insulasi panas yang lebih baik dan
penerapan di dalam bangunan lebih fleksibel. Namun kelemahannya adalah tidak
ada kontak visual dengan lingkungan luar. Light tubes atau light pipes digunakan
untuk mendistribusikan sinar cahaya alami maupun cahaya buatan. Di dalam
penerapan pencahayaan alami, sering disebut sun pipes, solar pipes, solar light
pipes, atau daylight pipes.[2]
Figur 1. Light Pipe System
7
Sistem pencahayaan optik terutama bergantung pada komponen langsung dari
sinar matahari sebagai sumber cahaya. Semua pipa cahaya berdasarkan
ukurannya, menumpukan sistem kerjanya pada reflektifitas specular (cermin).
Material yang digunakan dalam sistem pengangkutan cahaya, merupakan faktor
penting dan harus memiliki tingkat efisiensi reflektifitas yang tinggi, untuk
memastikan bahwa hanya sedikit cahaya yang terbuang pada saat perjalanan
cahaya menuju ruangan. Tingkat pemantulan dalam sistem perjalanan cahaya
adalah 95%. Seberkas cahaya akan kehilangan cahaya sebesar 5% ketika
mengalami perjalanan pemantulan dalam tabung pantul. Hal ini tergantung dari
jenis material reflektor yang digunakan, misalnya reflektor alumunium yang akan
kehilangan 15% cahayanya.[3]
Tabel 1. Berbagai produk Light Pipe System di Amerika dan Eropa
8
Pipa cahaya ini mampu menghasilkan penyinaran dengan spektrum penuh yang
natural, cahaya berwarna putih yang tidak panas, menghasilkan distribusi yang
lebih optimal pada interior. Lensa penyaring sinar ultra violet menghasilkan
cahaya yang memiliki efek menyehatkan. Pipa cahaya dapat menghasilkan cahaya
yang bervariasi menurut fungsinya sesuai dengan kondisi sinar matahari yang ada
dan dimensi dari tabung tersebut.
Pipa cahaya yang memiliki diameter 8 inchi mampu menyediakan cahaya untuk
area seluas 15m2, sementara diameter 12 inchi akan menyinari 30m
2. Dengan
menggunakan ukuran 8 inchi dapat memberikan penerangan yang hampir sama
dengan bola lampu pijar 100 watt, sedangkan ukuran 12 inchi sama dengan
penerangan dari 250 watt lampu pijar.[3] Untuk ruangan yang lebih besar,
biasanya digunakan kombinasi beberapa alat untuk hasil yang lebih baik.
Berdasarkan ukuran rata-rata campuran bahan bakar di Amerika Serikat (AS), dari
setiap kWh yang digunakan akan menghasilkan 1,5 pon CO2.[4] Sehingga
penghematan bahan bakar untuk pembangkit tenaga listrik dapat mengurangi efek
pemasanan global
Secara teoritis, jaringan transmisi membawa sinar cahaya yang terkumpul 4
sampai 8 lantai dengan penyebaran di tiap lantai dan diperpanjang sejauh 15 meter
secara horisontal ke seluruh bagian bangunan melalui alat pemantul atau alat
optik. Cahaya yang ditransmisikan dapat dipantulkan ke daerah yang dihuni, atau
cahaya dapat diarahkan melalui pipa untuk disalurkan ke daerah kerja dengan
kekuatan cahaya 500 lux.[1]. Light pipes adalah alat yang pintar untuk
mengantarkan pencahayaan alami masuk ke bangunan. Light pipe yang paling
efektif adalah yang lurus dan pendek dengan aspek rasio yang rendah.[5] Hasil
penelitian menunjukkan light pipe dengan diameter yang lebih besar kemungkinan
akan lebih efektif. Dalam sebuah studi eksperimental dari kinerja light pipe pada
kondisi iklim musim dingin di U.K. dapat menghasilkan penghematan energi
sebesar 30% dimana penghematan tersebut akan meningkat pada saat musim
panas.[6]
9
Tabel 2. Pipe sizes and maximum light output (www.sunpipe.co.uk)
Beberapa keunggulan light pipe system dibandingkan dengan penggunaan
skylight untuk kasus pada bangunan ini adalah:
1. Light pipe system lebih mudah perawataan dibandingkan dengan
penggunaan sklylight kaca.
2. Light pipe system lebih mudah pemasangannya karena tidak perlu
membuat kontruksi atap baru.
3. Light pipe system lebih fleksibel perletakannya mengikuti
kebutuhan ruang yang memerlukan cahaya.
4. Light pipe system tidak banyak mengubah tampak atap bangunan.
Pemanfaatan light pipe system akan meghasilkan penghematan untuk biaya
listrik untuk penerangan di siang hari. Namun hal yang lebih penting adalah
bahwa light pipe system menghasilkan cahaya matahari alami yang
menghasilkan kesan yang menyenangkan secara psikologis dibandingkan
penggunaan penerangan buatan.
Pemanfaatan light pipe system di masa yang akan datang memiliki potensi
yang sangat besar untuk masalah penerangan alami pada ruang yang tidak
memiliki bukaan. Keterbatasan informasi dan keterlambatan perkembangan
teknologi di Indonesia membuat sistem ini menjadi sulit untuk berkembang.
Secara teori, light pipe system memiliki banyak keuntungan dalam hal
meningkatkan kenyamanan visual, termal dan psikolgis. Namun secara
praktek perlu diuji dengan pengukuran dan simulasi supaya memperoleh data
yang lebih akurat dan dapat dipertanggung jawabkan.
10
II.2 Prinsip Perjalanan Cahaya
Bila cahaya melalui batas dua media maka terdapat tiga peristiwa yang dapat
terjadi yaitu:
II.2.1. Refleksi
Refleksi adalah peristiwa terpantulnya cahaya bila mengenai suatu permukaan.
Jumlah cahaya yang direfleksikan permukaan ditunjukkan dengan besaran faktor
refleksi (p) yaitu perbandingan fluks cahaya yang dipantulkan dibandingkan
dengan fluks cahaya yang diterima permukaan.
Terdapat berbagai macam refleksi yang tergantung pada sifat permukaan yaitu:
1. Refleksi spekular
Refleksi spekular merupakan peristiwa khusus refleksi. Refleksi ini mengikuti
hukum Snellius yaitu sudut datang cahaya θi sama dengan sudut pantul θm.
Peristiwa ini terjadi pada permukaan rata dan datar misalnya pada permukaan
cermin. Peristiwa refleksi spekular dapat dilihat pada Gambar II.9.
Figur 2. Refleksi spekular
2. Refleksi menyebar
Refleksi menyebar merupakan peristiwa refleksi yang biasa terjadi. Cahaya yang
datang pada suatu permukaan akan dipantulkan secara menyebar tetapi masih di
sekitar sudut pantul bila terpantul secara spekular. Peristiwa refleksi menyebar
dapat dilihat pada Gambar II.10.
Figur 3. Refleksi menyebar
11
3. Refleksi difus
Peristiwa refleksi ini terjadi pada permukaan yang kasar atau acak dan dapat
dilihat pada Gambar II.11. Distribusi intensitas tidak harus sama ke segala arah.
Intensitas yang sama ke segala arah dapat terjadi bila permukaan pada cahaya
datang sangat acak.
Figur 4. Refleksi difus
II.2.2. Absorbsi
Peristiwa absorbsi merupakan peristiwa terserapnya cahaya oleh suatu bahan.
Harga absortansi tergantung karakteristik bahan. Penyerapan cahaya oleh bahan
dapat lihat pada faktor absorbsi (α) bahan yaitu perbandingan fluks cahaya yang
diserap dengan fluks cahaya yang datang.
II.2.3. Transmisi
Transmisi adalah peristiwa penjalaran cahaya melewati suatu medium ke medium
ng lain. Cahaya akan mengalami pembiasan bila melewati medium yang
mempunyai indeks bias yang berbeda. Cahaya akan dibiaskan mendekati garis
normal bila memasuki medium dengan indeks bias lebih tinggi dan akan menjauhi
gans normal bila memasuki medium dengan indeks bias lebih rendah. Pada
peristiwa transmisi diperoleh faktor transmisi (τ) yaitu fluks cahaya yang
ditransmisikan dibanding dengan fluks cahaya yang datang pada bahan tersebut.
Macam transmisi:
1. Transmisi spekular
Transmisi spekular mengikuti hukum Snellius yaitu:
n1 sin Өi = n2 sin Өm
dengan
n1 = indeks bias medium 1
12
n2 = indeks bias medium 2
Өi = sudut datang cahaya
Өm = sudut bias cahaya
Transmisi spekular dapat dilihat paga Gambar II.12
Figur 5. Transmisi spekular
Bila cahaya datang dengan sudut Өi1 akan dibiaskan mendekati garis normal. Hal
ini terjadi karena n2 > n1. Kemudian cahaya diteruskan dan memasuki medium
yang mempunyai indeks bias n3. Pada medium ini cahaya dibiaskan menjauhi
garis normal karena n3 < n2. Jika n1 = n3 maka Өm2 = Өi. Transmisi spekular akan
menghasilkan cahaya transmisi pada satu arah tertentu tanpa mengalami
penyebaran cahaya.
2. Transmisi menyebar
Cahaya transmisi yang terjadi tidak hanya pada satu arah tetapi penyebarannya
masih pada arah tertentu. Peristiwa ini dapat dilihat pada Gambar II.13
Figur 6. Transmisi menyebar
13
3. Transmisi difus
Figur 7. Transmisi difus
Transmisi difus dapat dilihat pada Gambar II.14. Cahaya transmisi mempunyai
arah sebaran ke segala arah. Transmisi difus terjadi bila melewati batas
permukaan medium yang sangat acak.
II.3 Sistem Pencahayaan Alami Siang Hari
Kischkoweit (2002) membagi sistem daylighting menjadi matriks sebagai berikut:
II.3.1 Shading system primary using diffuse skylight
Sistem ini memblok cahaya matahari langsung tetapi transparan untuk terang
langit.
Tabel 3. Macam-macam shading system primary using diffuse skylight
Sistem Gambar Iklim Aplikasi Kriteria
Prismatic
panels
Semua
Iklim
Jendela
vertikal,
skylight
Mencegah
silau
View ke luar
Potensi
penghematan
Perlu tracking
Prisms and Temperate Vertical
venetian
blinds
Temperate
climate
Jendela
vertikal Mencegah
silau
Menghantarka
n cahaya ke
ruang yang
dalam
Tingkat
pencahayaan
14
yang
homogen
Potensi
penghematan
Sun
protecting
mirror
elements
Temperate
climate
Skylight,
glazed
roofs
Menghantarka
n cahaya ke
ruang yang
dalam
Tingkat
pencahayaan
yang
homogen
Potensi
penghematan
Anidolic
zenithal
opening
Temperate
climate
Skylight Mencegah
silau
Tingkat
pencahayaan
yang
homogen
Potensi
penghematan
Directional
selective
shading
system with
concentrating
HOE
Semua
Iklim
Jendela
vertikal,
skylight,
glazed
roofs
Mencegah
silau
View ke luar
Potensi
penghematan
Perlu tracking
TransparentV
ertical
shading
system with
HOE based
on total
reflection
Temperate
climate
Jendela
vertikal,
skylight,
glazed
roofs
Mencegah
silau
View ke luar
Tingkat
pencahayaan
yang
homogen
Potensi
penghematan
Perlu tracking
II.3.2 Shading systems primary using direct sunlight
Menyebarkan cahaya matahari langsung atau memantulkan cahaya matahari
langsung ke langit-langit atau di atas ketinggian mata.
15
Tabel 4. Macam-macam shading systems primary using direct sunlight
Sistem Gambar Iklim Aplikasi Kriteria Light guiding shade
Iklim
panas,
langit cerah
Jendela
vertikal
di atas
ketinggia
n mata
Mencegah
silau
View ke luar
Menghantarka
n cahaya ke
ruang yang
dalam
Tingkat
pencahayaan
yang homogen
Potensi
penghematan
Louvers and
blinds
Semua
iklim
Jendela
vertikal Mencegah
silau
Menghantarka
n cahaya ke
ruang yang
dalam
Tingkat
pencahayaan
yang homogen
Perlu tracking
Lightshelf for
redirection of
sunlight
Semua
iklim
Jendela
vertikal View ke luar
Menghantarka
n cahaya ke
ruang yang
dalam
Tingkat
pencahayaan
yang homogen
Potensi
penghematan
Glazing with
reflecting
profiles
(Okasolar)
Temperate
climates
Jendela
vertikal,
skylight
Mencegah
silau
View ke luar
Menghantarka
n cahaya ke
ruang yang
dalam
Tingkat
pencahayaan
yang homogen
16
Koefisien
variable
perolehan
panas
matahari
Skylight with
Skylights
Laser Cut
Panels
Iklim
panas,
langit
cerah, low
latitudes
Skylight Menghantarka
n cahaya ke
ruang yang
dalam
Tingkat
pencahayaan
yang homogen
Potensi
penghematan
Turnable
lamellas
Temperate
climates
Jendela
vertikal,
skylight
Mencegah
silau
Menghantarka
n cahaya ke
ruang yang
dalam
Tingkat
pencahayaan
yang homogen
Potensi
penghematan
Perlu tracking
II.3.3 Diffuse light guiding systems
Tabel 5. Macam-macam diffuse light guiding systems
Sistem Gambar Iklim Aplikasi Kriteria
Lightshelf
Temperate
climate,
langit
berawan
Jendela
vertikal View ke luar
Menghantarka
n cahaya ke
ruang yang
dalam
Tingkat
pencahayaan
yang homogen
Potensi
penghematan
17
Anidolic
Integrated
System
Temperate
climate
Jendela
vertikal View ke luar
Menghantarka
n cahaya ke
ruang yang
dalam
Tingkat
pencahayaan
yang homogen
Potensi
penghematan
Anidolic
ceiling
Temperate
climate,
langit
berawan
Fasad
vertikal
di atas
jendela
View ke luar
Menghantarka
n cahaya ke
ruang yang
dalam
Tingkat
pencahayaan
yang homogen
Potensi
penghematan
Fish System
Temperate
climate
Jendela
vertikal Mencegah
silau
View ke luar
Menghantarka
n cahaya ke
ruang yang
dalam
Tingkat
pencahayaan
yang homogen
Potensi
penghematan
Zenith light
guiding
elements with
Holographic
Optical
Elements
Temperate
climate,
langit
berawan
Jendela
vertikal
(terutama
pada
court
yard),
skylight
View ke luar
Menghantarka
n cahaya ke
ruang yang
dalam
Tingkat
pencahayaan
yang homogen
Potensi
penghematan
18
II.3.4 Direct light guiding systems
Tabel 6. Macam-macam direct light guiding systems
Sistem Iklim Aplikasi Kriteria
Laser Cut
Panel (LCP)
Semua
Iklim
Semua
Iklim
Jendela
vertikal,
skylight
View ke luar
Menghantarka
n cahaya ke
ruang yang
dalam
Tingkat
pencahayaan
yang homogen
Potensi
penghematan
Prismatic
panels
Jendela
vertikal,
skylight
View ke luar
Menghantarka
n cahaya ke
ruang yang
dalam
Potensi
penghematan
Holographic
Optical
Element
In the
skylight
Skylight View ke luar
Tingkat
pencahayaan
yang homogen
Potensi
penghematan
Light guiding
glass
Jendela
vertikal,
skylights
Mencegah
silau
View ke luar
Menghantarka
n cahaya ke
ruang yang
dalam
Tingkat
pencahayaan
yang homogen
Potensi
penghematan
19
II.3.5 Scattering system
Tabel 7. Macam-macam scattering system
Sistem Iklim Aplikasi Kriteria
Scattering
system (light
diffusing
glass,
capillary
glass, frosted
glass)
Semua
iklim
Jendela
vertikal,
skylight
Menghantarka
n cahaya ke
ruang yang
dalam
Tingkat
pencahayaan
yang homogen
Potensi
penghematan
II.3.6 Light Transport / Penyalur cahaya
Tabel 8. Macam-macam Light Transport / Penyalur cahaya
Sistem Iklim Aplikasi Kriteria
Heliostat
Semua
iklim,
Langit
cerah
Atap
Menghantarka
n cahaya ke
ruang yang
dalam
Potensi
penghematan
Perlu tracking
Light Pipe
Semua
iklim,
Langit
cerah
Menghantarka
n cahaya ke
ruang yang
dalam
Tingkat
pencahayaan
yang homogen
Potensi
penghematan
Solar Tube
Semua
iklim,
Langit
cerah
Menghantarka
n cahaya ke
ruang yang
dalam
Potensi
penghematan
20
Fibres
Semua
iklim,
Langit
cerah
Menghantarka
n cahaya ke
ruang yang
dalam
Tingkat
pencahayaan
yang homogen
Perlu tracking
Potensi
penghematan
Light guiding
ceiling
Temperate
climates,
Langit
cerah
Menghantarka
n cahaya ke
ruang yang
dalam
Tingkat
pencahayaan
yang homogen
Potensi
penghematan
II.4 Sistem penyalur cahaya
Penelitian ini membahas rancangan bukaan pencahayaan pada sistem penyalur
cahaya. Berikut ini adalah gambaran dari sistem penyalur cahaya secara umum.
Figur 8. Contoh desain pipa cahaya horizontal pada potongan bangunan
Sistem penyalur cahaya umumnya terdiri dari tiga komponen yaitu bagian paling
luar sebagai penangkap cahaya (inlet), penyalur cahaya (transmitter), dan emitter
(extractor) untuk mendistribusikan cahaya ke dalam ruangan.
1. Penangkap cahaya (inlet)
Penangkap cahaya merupakan peralatan untuk menangkap cahaya dan
mengarahkannya pada penyalur cahaya. Penangkap berada di luar bangunan,
21
biasanya letak di atap. Penangkap bisa berupa sistem yang dinamis seperti
tracking heliostat, rooftop active-tracking maupun sistem statis seperti prismatic
glazing, reflecting louvers, light shelves.
Penangkap dinamis adalah penangkap yang dapat bergerak mengikuti arah datang
cahaya. Sistem ini bekerja dengan melakukan penjejakan kemudian
mengumpulkan dan mengarahkan cahaya ke dalam penyalur. Sistem dinamis
lebih mahal biaya pembuatannya dan membutuhkan kontrol serta pemeliharaan
yang kompleks. Ukuran sistem dinamis relatif besar. Dengan melihat cara
kerjanya sistem ini hanya efektif untuk cahaya matahari langsung. Pada saat
penangkap menangkap dan mengkonsentrasikan cahaya, energi panas pun akan
terkonsentrasi.Panas ini dapat mengakibatkan kerusakan (melelehkan/meretakkan)
penyalur. Sebagai konsekuensinya harus dipasang filter (spectral selective glass)
pada lubang masukan penyalur.
Penangkap statis memiliki desain yang lebih sederhana sehingga biaya konstruksi
dan pemeliharaan lebih murah. Tetapi penangkap ini tidak seefektif penangkap
dinamis karena hanya berfungsi untuk mengubah arah cahaya datang. Sehingga
penangkap harus didesain dengan memperhatikan arah datang cahaya matahari
yang dominan. Pada penelitian ini, penangkap cahaya dibuat statis dengan
memanfaatkan kaidah refraksi (pembiasan) dan refleksi (pemantulan) dari prisma
yang terbuat dari akrilik.
2. Penyalur (transmitter)
Penyalur merupakan alat untuk menyalurkan cahaya pada ruang setelah cahaya
tersebut ditangkap. Bentuk paling dasar penyalur adalah saluran kosong. Adapun
bentuk-bentuk lain seperti yang telah diuraikan pada teknik penyaluran cahaya.
Fenomena penyaluran cahaya pertama kali diperkenalkan oleh John Tyndall pada
hun 1870. Tyndall mengarahkan cahaya pada sebuah bejana air dan bila air
dialirkan melalui lubang pada sisi bejana cahaya akan dihantarkan sepanjang
aliran air. Studi khusus tentang penyalur cahaya semakin lama semakin
22
berkembang, dimana telah lakukan beberapa percobaan mengenai teknik
penyaluran cahaya
II.5 Penelitian sebelumnya
Edmonds (1993) mengembangkan teknologi material yang mengkombinasikan
kemampuan membelokkan cahaya dengan transparansi material sehingga masih
memungkinkan melihat view ke luar. Material tersebut diperoleh dengan
memotong dengan laser lapisan tipis pada lembar akrilik menjadi susunan blok
persegi panjang dengan permukaan yang reflektif diantara blok tersebut. Tujuan
utama penggunaan laser cut deflecting panel pada inlet pipa cahaya horisontal
adalah untuk membuat cahaya matahari yang datang dibelokan lebih langsung
sehingga sejajar dengan aksis pipa.
Figur 9. Pembelokkan cahaya pada prisma transparan
Figur 10. Susunan elemen prisma pada light deflecting panel
Figur 11. Foto light deflecting panel saat mendapat cahaya matahari langsung
23
Edmonds (1995) meneliti efektivitas penggabungan light pipe dan deflecting
panel dalam pencahayaan pada beberapa lantai bangunan berdasarkan teori dan
eksperimen. Hasil penelitiannya mendemonstrasikan bahwa laser cut panel dapat
ditambahkan pada inlet dari pipa cahaya horisontal untuk meningkatkan tingkat
pencahayaan untuk semua sudut datang sinar matahari dibawah 60°.
Beltran (1997) menstudi kinerja kombinasi light shelves dan light pipe untuk
meningkatkan tingkat iluminasi pencahayaan alami dengan minimum perolehan
panas dari matahari. Temuannya menunjukkan bahwa kombinasi paling baik
adalah light shevels lengkung dengan plafond lengkung.
Penelitian Nurkasanah (1998) menyimpulkan bahwa pemanfaatan cahaya langit
dalam ruangan dapat dioptimalkan dengan menggunakan sistem penyalur cahaya.
Untuk mendapatkan hasil distribusi illuminansi pada ruangan yang merata
dibutuhkan pemasangan penyalur lebih dari satu. Bentuk penangkap cahaya yang
paling efisien adalah penangkap yang mempunyai kemiringan dua sudut yang
berbeda. Distribusi illuminansi pada ruang dipengaruhi oleh sudut penangkap dan
panjang bukaan sedangkan harga illuminansi tergantung pada bukaan penangkap
dengan memperhatikan panjang bukaan. Pengaturan bidang pemantul dan lubang
distribusi penting untuk penyaluran cahaya pada ruangan tak berlubang cahaya.
Penelitian Soelami (2000) menunjukkan bahwa penangkap cahaya statis pada
penggunaan pipa cahaya horisontal tidak efektif untuk menangkap cahaya
matahari global. Canziani (2004) mengembangkan model light pipe system yang
dapat diintegrasikan pada tampak bangunan. Pipa cahaya biasanya bekerja dengan
peralatan yang diletakkan di luar yang bertujuan untuk mengumpulkan,
memantulkan, dan dalam beberapa kasus mengkonsentrasikan atau mengatur
sudut datang cahaya dan peralatan yang diletakan di dalam yang dapat
mentransmisikan cahaya matahari ke dalam bangunan dan mendistribusikannya
ke dalam area yang dalam untuk mendapatkan distribusi tingkat pencahayaan
yang lebih baik.
24
Figur 12. Denah dan potongan pipa cahaya yang diusulkan
Penelitian ini mengusulkan suatu pipa cahaya yang dilengkapi dengan sistem
penangkap datar yang cocok diintegrasikan dalam fasad bangunan tanpa tonjolan
pada selubung bangunan.
Fidur 13. Komponen pipa cahaya: (a) reflecting chamber; (b) reflector; (c)
diffusing chamber dan (d) glazing openings
Sistem ini terdiri dari element planar tertutup, pengumpul dan pembelok cahaya
matahari yang mengoptimasikan cahaya matahari yang datang karena variasi
posisi matahari, dukting persegi dengan peralatan optik yang cocok untuk
25
mengantarkan cahaya matahari dan mengantarkannya ke ruang yang perlu
diterangi.
Figur 14. Denah, tampak dan isometri ruang yang akan diteliti
Tabel 9. Hasil percobaan yang menunjukkan tingkat pencahayaan rata-rata
didaerah yang berjarak dari jendela (Ei,p) dan di daerah yang dekat
jendela(Ei,a)
Chirarattananon (2008) meneliti penggunaan reflektor statis dan dinamis untuk
meningkatkan penangkapan dan penyaluran cahaya matahari langsung melalui
pipa cahaya. Hasil percobaan dan pengukurannya menunjukan bahwa
pencahayaan alami melalui pipa cahaya dapat menyediakan tingkat pencahayaan
yang memadai untuk ruang yang dalam hampir sepanjang hari dalam kondisi
langit cerah dan sedikit berawan. Penelitiannya juga menunjukkan bahwa
penggunaan pipa cahaya dan sistem reflektor yang melengkapi memanfaatan
26
pencahayaan alami dari cahaya matahari langsung yang dapat meneruskan cahaya
matahari ke dalam ruangan yang lebih dalam.
Rosemann (2008) mengembangkan core daylighting system dengan teknologi
yang aplikatif karena keterbatasan daylighting hanya pada perimeter area.
Penelitiannya membuat model fisik light pipe dengan outlet berupa armatur
lampu yang sekaligus berfungsi sebagai extractor cahaya alami maupun cahaya
buatan dengan inlet berupa sistem solar canopy. Solar canopy mengumpulkan dan
memantulkan cahaya matahari langsung melalui armatur yang dapat
mendistribusikan pencahayaan alami sekaligus pencahayaan buatan. Hasil
temuannya menyimpulkan bahwa sistem ini dapat menghasilkan pencahayaan
memadai dengan bantuan kontrol dengan sistem DALI.
Figur 15. Pemasangan armatur cahaya pada plafond (a), Kondisi ruang dengan
armatur cahaya sebagai outlet (b)
Figur 16. Pemasangan sistem canopy sebagai inlet pada ruang simulasi
27
Kwok, CM., et al., (2008) menunjukkan bahwa pipa cahaya horisontal dapat
membantu untuk meningkatkan pencahayaan alami dan memperbaiki
keseragaman distribusi cahaya dari pencahayaan alami siang hari sekalipun
menggunakan peralatan pembayangan sinar matahari karena pipa cahaya
horisontal mengambil cahaya dari fasad bangunan. Cahaya matahari langsung dan
cahaya langit dapat berjalan melalui pipa cahaya horisontal ke ruang yang jauh
dari jendela dimana sangat sedikit pencahayaan alami dari jendela yang dapat
mencapainya. Pipa cahaya horisontal yang didesain dengan baik dapat
mengurangi ketergantungan terhadap pencahayaan buatan yang secara tidak
langsung juga turut menghemat energi.
28
Bab III Metodologi Penelitian
III.1 Pendahuluan
Penelitian ini mengembangkan suatu konsep bukaan pencahayaan pada sistem
penyalur cahaya untuk dapat meneruskan cahaya sedalam mungkin ke ruangan
yang memerlukan cahaya. Pada prinsipnya jenis bukaan ini dapat digunakan untuk
meneruskan cahaya matahari langsung maupun cahaya buatan. Pada penelitian
kali ini sumber cahaya yang digunakan adalah cahaya buatan.
Model bukaan dirancang dengan memanfaatkan kaidah refleksi dan refraksi.
Penelitian ini membandingkan kinerja dua model bukaan pencahayaan dengan
ukuran dan bentuk yang sama namun dengan dengan material bukaan yang
berbeda. Model bukaan pertama menggunakan material cermin sedangkan model
bukaan kedua menggunakan material akrilik. Kedua model bukaan diuji di
laboratorium dengan skala model 1:1 dengan menggunakan lampu sorot sebagai
sumber cahayanya. Sebuah pipa penyalur cahaya dengan material reflektif
digunakan sebagai penyalur cahaya. Kinerja model bukaan kemudian
dibandingkan dengan dan tanpa penyalur cahaya.
Figur 17. Perletakan inlet dan pipa cahaya horisontal pada potongan
gedung tebal
ruang antara balok
struktural dan rangka
plafond / plenum
29
Penelitian ini mengkaji peristiwa pemantulan/ refleksi pada cermin dan
pemantulan dan pembiasan pada akrilik sebagai bukaan atau inlet pipa cahaya
horisontal yang dipasang pada fasad bangunan.
III.2 Batasan Penelitian
Penelitian ini merupakan bagian awal dari serangkaian penelitian besar yang
memerlukan beberapa tahapan dan proses untuk terus dikembangkan. Karena
keterbatasan waktu penelitian maka untuk penelitian kali ini ditentukan beberapa
kondisi sebagai batasan penelitian. Beberapa kondisi tersebut adalah sebagai
berikut:
1. Sumber cahaya matahari langsung yang digunakan diwakili oleh lampu
sorot pada pengukuran di laboratorium
2. Sumber cahaya matahari langsung yang digunakan adalah cahaya matahari
pada pukul 09.00 WIB. Matahari terbit pukul 06.00 WIB dan terbenam
pukul 18.00 WIB sehingga sudut datang harian vertikal cahaya matahari
langsung bergeser sebesar 15⁰ pada setiap jamnya Dengan kata lain sudut
datang cahaya matahari langsung pada pukul 09.00 WIB = 45⁰.
3. Sudut datang cahaya matahari langsung dikondisikan tegak lurus dengan
bidang lubang cahaya. Rancangan model bukaan pencahayaan dengan ini
berlaku dengan asumsi HSA (Horisontal Shadow Angel) sama dengan nol
dengan kata lain belum mengakomodasi pergerakan cahaya matahari
secara horisontal.
4. Pengaruh termal dari cahaya matahari langsung tidak termasuk dalam
pembahasan kajian ini.
5. Bukaan pencahayaan pada bangunan tidak terbayangi oleh objek lain
dengan kondisi langit cerah.
III.3 Langkah Penelitian
III.3.1 Tahap Pendahuluan
Pada tahap pendahuluan dilakukan kajian teoritik untuk memberikan gambaran
perkembangan penelitian dan keilmuan di bidang pencahayaan alami pasif
khususnya yang berkaitan dengan sistem light transport melalui pipa cahaya
30
horisontal. Kemudian studi model dikembangkan berdasarkan kerangka teori dan
hipotesis yang telah dibangun sebelumnya. Terdapat dua model desain lubang
pencahayaan.
III.3.2 Tahap Perancangan Model Bukaan Pencahayaan
Model yang dibuat dengan mengembangkan konsep pemantulan cahaya. Sudut
datang akan dipantulkan sama besar melalui bidang pantul. Sehingga bila sudut
datang
Figur 18. Konsep pemantulan cahaya melalui bidang pantul
Figur 19. Konsep pemantulan cahaya pada model bukaan
Model yang dibuat adalah model dengan skala penuh. Ketinggian model lubang
bukaan pada fasad bangunan disesuaikan dengan rencana perletakan pipa cahaya
horisontal dalam bangunan tebal bertingkat banyak. Pipa cahaya horisontal
diletakkan dengan memanfaatkan ruang antara balok struktural dengan rangka
plafon (ruang plenum). Pada bangunan tebal bertingkat banyak terdapat ruang
antara balok struktural dengan rangka plafon yang umumnya digunakan sebagai
31
ruang untuk meletakkan berbagai peralatan utilitas bangunan seperti duckting AC,
pipa, kabel listrik dan lain sebagainya. Tinggi model ditetapkan tidak lebih dari 3
daun jendela kaca nako atau sama dengan 40 cm. Penentuan lebar model
dilakukan dengan pertimbangan efisiensi material, waktu dan biaya pengerjaan.
Untuk kemudahan operasional pengukuran di laboratorium maka lebar model
ditentukan 30 cm.
Figur 20. Dua buah model bukaan pencahayaan
III.3.3 Tahap Pengujian Laboratorium
Model diuji pada percobaan laboratorium dengan menggunakan lampu sebagai
pengganti cahaya matahari langsung. Pada pengukuran laboratorium ini
digunakan lampu sorot 450 lumen. Seting pengukuran laboratorium ini
mengambil kondisi dengan sudut datang 45⁰.
Figur 21. Pengukuran laboratorium dengan lampu sorot
32
Figur 22. Pengukuran di laboratorium dengan posisi bukaan dan pipa cahaya
berada di lantai
Untuk kemudahan proses pengukuran dan pemasangan pipa cahaya, maka posisi
lubang bukaan dan pipa cahaya dibuat secara terbalik. Lubang bukaan diletakan di
posisi lantai dan posisi bidang kerja berada 75 cm dari plafon. Pengukuran tingkat
pencahayaan dilakukan setelah kedalaman 4 meter. Jarak 4 meter ini diasumsikan
adalah jarak yang masih mungkin dicapai oleh pencahayaan alami melalui jendela
samping sehingga tidak memerlukan pencahayaan melalui pipa cahaya horisontal.
Pengukuran tingkat pencahayaan dilakukan di setiap jarak dengan kelipatan 0,8
meter dari jarak 4 meter sampai mencapai 8 meter dari bukaan pencahayaan.
Figur 23. Pengukuran di laboratorium dengan posisi bukaan dan pipa cahaya
berada di lantai
III.3.4 Tahap Data Hasil Pengukuran dan Analisis
Analisis dilakukan untuk uji refleksi dan refraksi menggunakan cahaya lampu
sorot. Analisis meliputi analisa tingkat pencahayaan pada setiap titik pengukuran,
dan juga analisa efisiensi tingkat pencahayaan.
33
III.3.5 Tahap Pembahasan
Bab pembahasan akan mengintrepetasi hasil analisis dan implementasi sistem
pencahayaan pada bangunan- bangunan yang berkarakter tebal.
III.3.6 Tahap Kesimpulan dan Saran
Bab kesimpulan berisi hasil pembahasan yang menunjukkan model usulan terbaik
dan saran bagi pengembangan penelitian lebih lanjut.
34
Bab IV Hasil Analisis Kinerja Bukaan Pencahayaan
IV.1 Analisis uji refleksi dan refraksi dengan cahaya lampu sorot
Hasil pengujian dengan cahaya lampu sorot pada model bukaan pencahayaan
menunjukkan bahwa terjadi pembelokkan cahaya pada sehingga dihasilkan
cahaya yang dapat mencapai posisi horisontal dan kemudian dipantulkan secara
vertikal ke bidang horisontal. Pengujian ini dilakukan pada kedua model bukaan.
Figur 24. Contoh hasil pengujian pada model bukaan pencahayaan dengan
material cermin
Figur 25. Contoh hasil pengujian pada model bukaan pencahayaan dengan
material akrilik
Hasil dari pengujian ini menvalidasi bahwa model ini bisa digunakan dalam
percobaan laboratorium maupun percobaan lapangan.
35
IV.2 Analisa Tingkat Pencahayaan pada Setiap Titik Ukur
Figur 26. Pengukuran di setiap titik ukur
Pengukuran dilakukan pada dua ketinggian sekaligus di titik ukur yang sama.
Pengukuran pertama dilakukan pada ketinggian meja kerja (75 cm) dan pada
lantai bangunan yang berjarak 3,5 meter dari pipa cahaya.
IV.2.1 Analisis tingkat pencahayaan pada model dengan material cermin
Hasil pengukuran dengan model pertama yang menggunakan material cermin
menunjukkan hasil yang cukup signifikan, dimana tingkat pencahayaan yang
dihasilkan pada jarak 8 meter dari bukaan pencahayaan masih memadai yaitu
sebesar 214 lux.
Figur 27. Grafik hasil pengukuran model dengan material cermin
36
IV.2.2 Analisis tingkat pencahayaan pada model dengan material akrilik
Hasil pengukuran pada model dengan material akrilik menunjukkan tingkat
pencahayaan sebesar 57 lux pada kedalaman 8 meter dari bukaan pencahayaan.
Pada kedalaman yang sama, model bukaan pencahayaan dengan material cermin
menghasilkan tingkat pencahayaan sebesar 214 lux.
Figur 28. Grafik hasil pengukuran model dengan material akrilik
Tingkat pencahayaan yang dihasilkan oleh bukaan pencahayaan dengan material
akrilik lebih rendah dibandingkan dengan tingkat pencahayaan yang dihasilkan
oleh model bukaan pencahayaan dengan material akrilik. Hal ini disebabkan
karena berkas cahaya pada model bukaan pencahayaan dengan material akrilik
tidak dipantulkan seluruhnya tetapi sebagian besar diteruskan.
Di sisi lain, bukaan pencahayaan dengan material akrilik memiliki keunggulan
karena sifatnya yang transparan masih memungkinkan penghuni ruang
mendapatkan view ke luar bangunan. Namun terdapat kendala perawatan untuk
bukaan pencahayaan dengan material akrilik karena paparan sinar matahari
langsung dari luar bangunan akan membuat tingkat transparansi material
berkurang sehingga akan menguning di kemudian hari. Desain bukaan
pencahayaan dengan material akrilik perlu dikembangkan kembali agar lebih
sesuai dengan konteks iklim tropis dengan paparan sinar matahari yang cukup
tinggi.
37
IV.3 Analisa Efisiensi Tingkat Pencahayaan pada Setiap Titik Ukur
Analisa efisiensi tingkat pencahayaan dilakukan dengan membandingkan tingkat
pencahayaan yang dihasilkan di dalam ruangan setelah diteruskan melalui pipa
cahaya dengan tingkat pencahayaan yang diterima model bukaan pencahayaan.
IV.3.1 Analisis efisiensi tingkat pencahayaan pada model dengan material
cermin
Figur 29. Ilustrasi efisiensi tingkat pencahayaan pada setiap titik pengukuran
Figur 30. Grafik efisiensi tingkat pencahayaan model dengan material cermin
Model bukaan pencahayaan dengan material cermin memiliki potensi yang tinggi
sebagai inlet pada sistem penyalur cahaya dengan tingkat efisiensi yang cukup
signifikan. Grafik laju penurunan efisiensi tingkat pencahayaan cukup landai
sehingga menunjukkan kinerja model bukaan bekerja dengan baik sampai
kedalaman 8 meter.
38
IV.3.2 Analisis efisiensi tingkat pencahayaan pada model dengan material
akrilik
Figur 31. Ilustrasi efisiensi tingkat pencahayaan pada setiap titik pengukuran
Figur 32. Grafik efisiensi tingkat pencahayaan model dengan material akrilik
Model bukaan dengan material akrilik menunjukkan kinerja yang tidak terlalu
signifikan walaupun masih dapat meneruskan cahaya sampai kedalaman 8 meter.
Penggunaan material akrilik sebagai bukaan pencahayaan pada fasad bangunan
perlu dipertimbangkan kembali karena beberapa aspek selain aspek perawatan dan
aspek efisiensinya terhadap tingkat pencahayaan yang dihasilkan.
Secara umum dapat disimpulkan bahwa grafik penurunan efisiensi tingkat
pencahayaan tidak terlalu drastis dibandingkan dengan grafik penurunan tingkat
pencahayaan pada pencahayaan alami melalui jendela samping.
39
Bab V Potensi Penggunaan Pipa Cahaya Horisontal
V.1 Potensi penggunaan pipa cahaya horisontal pada berbagai bangunan
tebal dengan sumber cahaya matahari langsung
Setelah mengkaji model bukaan pencahayaan dengan material cermin dan akrilik,
dilakukan beberapa simulasi pada beberapa contoh bangunan tebal untuk
menunjukkan potensi penggunaannya dalam bangunan.
Model bukaan pencahayaan ini dapat diterapkan baik untuk sumber cahaya alami
berupa sinar matahari langsung maupun sumber cahaya buatan berupa lampu
sorot.
Figur 33. Contoh aplikasi model bukaan pencahayaan pada sistem penyalur
cahaya dengan sumber sinar matahari langsung
Pada bangunan tebal, penambahan bukaan pencahayaan di atas jendela dapat
berfungsi untuk mmberikan penerangan pada ruang yang tidak mendapatkan
sinar matahari sama sekali maupun juga dapat ditambahkan pada ruangan yang
sudag mendapatkan pencahayaan alami melalui jendela samping untuk
meningkatkan keseragaman distribusi cahaya dalam ruangan tersebut.
Sistem penyalur cahaya ini dapat dilakukan baik secara horisontal melalui
penggunaan pipa cahaya maupun secara vertikal melalui atrium atau void di
dalam bangunan.
40
V.2 Potensi penggunaan pipa cahaya horisontal pada berbagai bangunan
tebal dengan sumber cahaya matahari langsung atau cahaya buatan
Untuk beberapa contoh kasus dalam bangunan, model bukaan pencahayaan ini
dapat digunakan baik untuk sumber cahaya alami maupun buatan. Sehingga
bukaan pencahayaan ini berfungsi pada siang hari maupun malam hari. Sistem
ini berpotensi untuk mengurangi beban penerangan bangunan yang dapat
berdampak pada pengurangan konsumsi listrik dalam bangunan.
Figur 34. Contoh aplikasi model bukaan pencahayaan pada sistem penyalur
cahaya dengan sumber sinar matahari langsung atau cahaya buatan
Dalam contoh ini, penerapan sistem penyalur cahaya bermanfaat untuk
penerangan ruang bawah tanah seperti ruang basement maupun ruang
semibasement. Untuk area perkotaan yang padat dengan tingkat kebutuhan
ruang parkir yang besar maka ruang-ruang bawah tanah menjadi tidak
terhindarkan. Dengan pemanfaatan sistem penyalur cahaya ini, ruang-ruang
yang tidak berhadapan langsung dengan cahaya alami dapat memperoleh
pantulan cahaya alami.
41
V.3 Potensi penggunaan pipa cahaya horisontal pada berbagai bangunan
tebal dengan cahaya buatan
Figur 35. Contoh aplikasi model bukaan pencahayaan pada sistem penyalur
cahaya dengan sumber cahaya buatan
Pemanfaatan sumber cahaya alami dengan sistem penyalur cahaya tidak bisa
dilakukan untuk fasad ruangan yang mengalami pembayangan pada bukaan
pencahayaannya. Untuk kasus ruangan seperti ini, sistem penyalur cahaya tetap
bisa digunakan dengan sumber cahaya berupa cahaya buatan berupa lampu
sorot.
42
Bab VI Kesimpulan dan Saran
VI.I Kesimpulan
Berdasarkan rangkaian penelitian yang telah dikaji pada bab sebelumnya, maka
kesimpulan utama dari penelitian ini adalah:
1. Rancangan model bukaan pencahayaan dengan material cermin pada
sistem penyalur cahaya dapat menghasilkan tingkat pencahayaan yang
jauh lebih dari model bukaan pencahayaan dengan material akrilik.
2. Rancangan model bukaan pencahayaan pada sistem ini dapat digunakan
baik untuk sumber cahaya yang berupa cahaya matahari langsung maupun
sumber dari cahaya buatan dari lampu sorot.
3. Rancangan model bukaan pencahayaan pada sistem penyalur cahaya ini
dapat digunakan untuk memperbaiki kualitas pencahayaan pada ruangan
dengan jendela samping juga untuk ruangan yang tidak memiliki jendela
sama sekali.
Figur 36. Perbaikan gradien iluminasi dengan penggunaan light shelves dan pipa
cahaya horizontal
jendela jendela + light shelves
jendela + light shelves +
pipa cahaya horisontal
: outlet pipa cahaya horisontal
Utara Utara Utara
43
VI.II Saran
1. Penelitian ini merupakan bagian dari penelitian besar dari sistem
pencahayaan alami dengan penggunaan pipa cahaya. Untuk memperoleh
suatu rancangan sistem yang integratif dan optimum perlu penelitian yang
mengkaji desain pipa penyalur dan outlet dari pipa cahaya tersebut.
2. Perlu penelitian lanjutan untuk mengakomodir pergerakan sudut datang
horisontal cahaya matahari langsung.
3. Pipa penyalur dapat dibuat transparan sehingga dapat dibuat untuk
menyalurkan cahaya juga. yang lebih baik perlu dilanjutkan oleh
penelitian berikutnya sehinggi efektifitas dari luas prisma terhadap tingkat
pencahayaan yang dihasilkan.
4. Perlu penelitian lanjutan untuk mengkaji perngaruh aspek termal dari
radiasi matahari pada ruangan yang menggunakan pipa cahaya horisontal.
44
Bab VI Jadwal Pelaksanaan
Feb Mar Apr Mei Jun Jul Ags Sep Okt Nov
Studi Literatur
Studi Modeling
Pembuatan Modeling
Pengujian Laboratorium
Analisa & Kesimpulan
Presentasi Hasil dan Laporan
45
DAFTAR PUSTAKA
[1] Beltran LO., et al., 1997, Advanced optical daylighting systems: light shelves and light pipes.
Journal of the Illuminating Engineering Society, 26 (2) pp 91–104
[2] Kim, G. & Kim, J.T., 2009 Overview and new developments in optical daylighting systems for
building a healthy indoor environment. Building and Environment, 45 (2010), pp. 256-269
[3] Aplikasi Tabung Cahaya Atap Untuk Pencahayaan Dan Ventilasi Ruangan, Jurusan Arsitektur
Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta [Online]. Available:
http://ajichrw.wordpress.com [18 Maret 2010]
[4] Turbin Angin Tekno 200 watt http://www.alpensteel.com
[5] Oakley G, Riffat SB, Shao L. Daylight performance of light pipes. Solar Energy. 2000;69(2):89–98.
[6] Shao L, Riffat SB, Hicks W,Yohannes I. A study of performance of lightpipes under cloudy and
sunny conditions in the UK. In: Proceedings of fourth European conference. An Energy-Efficient
Lighting; 199. p.155–9.
[7] www.sunpipe.co.uk
[8] Canziani R. (2004) : Daylight and energy performance of a new type of
light pipe. Energy and Buildings, 35, 1163–1176.
[9] Chirarattananon, S. (2008) : An experimental study of a facade mounted light pipe, Lighting
Research and Technology, 41, 123-142.
[10] Edmonds, I.R. (1993) : Performance of laser cut light deflecting panels in daylighting
applications, Solar Energy Materials and Solar Cells, 29, 1 26.
[11] Jenkins, D., Newborough, M. (2007) : An approach for estimating the carbon emissions
associated with office lighting with a daylight contribution, Applied Energy, 84, 608–622.
[12] Kischkoweit, M. (2002) : An Overview of Daylighting Systems, Solar Energy, 2, 77-82
[13] Kwok, CM. (2008) : Computer simulation study of a horizontal light pipe integrated with
laser cut panels in a dense urban environment, Lighting Research and Technology, 40, 287-305.
[14] Lechner, N. (2001) : Heating, Cooling, Lighting-Design Method for Architect, Willey, New York.
[15] Li, D.H.W., Lam, T.N.T., Wong, S.L. (2006) : Lighting and energy performance for an
office using high frequency dimming controls, Energy Conversion and Management, 47, 1133–
1145.
[16] Lippsmeier, G. (1997) : Bangunan Tropis, Erlangga, Jakarta, 22
[17] Nurkasanah, S. (1998) : Studi Sistem Pencahayaan Alami MenggunakanPenyalur
Cahaya pada Suatu Model Bangunan, Tugas Akhir, Jurusan Teknik Fisika, Institut Teknologi
Bandung.
[18] Philips, R.O. (1987) : Sunshine and Shade in Australia, National Building Technology Centre,
8, 29-30.
[19] Rosemann, A. (2008) : Cost-effective controlled illumination using daylighting and electric
lighting in a dual-function prism light guide, Lighting Research and Technology, 40, 77-88.
[20] Shao, L. (1988) : Measurement and modeling of light pipe for energy efficient lighting, CIBSE
National Lighting Conference, 410-419.
[21] Soelami, N. (2000) : Studi Penggunaan Sistem Penyalur Cahaya Alami dalam Rangka Konservasi
Energi dalam Bangunan, Fakultas Teknologi Industri Institute Teknologi Bandung.
[22] Swift, PD. (1995) : Cylindrical mirror light pipes, Solar Energy Materials and Solar Cells, 36,
159-168.
[23] Syamsuddin, S. (1983) : Penyalur Cahaya dengan Deretan Lensa, Tugas Akhir, Jurusan
Teknik Fisika, Institut Teknologi Bandung.
[24] Tanny, H. (1984) : Penyalur Cahaya dengan Pipa Gelas, Tugas Akhir, Jurusan Teknik
Fisika, Institut Teknologi Bandung.
[25] Veitch, J. (2006) : Lighting for high-quality work-places. In: Clements- Croome, Derek
(Ed.), Creating the Productive Workplace, second ed.Taylor & Francis, London, pp. 206–
222.
[26] Wah Tong To, D., Sing, L.K., Chung, T.M., Leung, C.S. (2002) : Potential energy saving for a
side-lit room using daylight-linked fluorescent lamp installations, Lighting Research and
Technology, 34, 121–133.
