identifikasi variabel desain konsep near-zero energy …
Post on 16-Oct-2021
3 Views
Preview:
TRANSCRIPT
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: evelyne.kemal@gmail.com
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
Identifikasi Variabel ..., Evelyne Kemal, FT UI, 2017
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
Identifikasi Variabel ..., Evelyne Kemal, FT UI, 2017
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.
Identifikasi Variabel ..., Evelyne Kemal, FT UI, 2017
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
Identifikasi Variabel ..., Evelyne Kemal, FT UI, 2017
No. Pertanyaan Jawaban Narasumber 1 Narasumber 2 Narasumber 3 Narasumber 4 Narasumber 5
(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)
-
Identifikasi Variabel ..., Evelyne Kemal, FT UI, 2017
No. Pertanyaan Jawaban Narasumber 1 Narasumber 2 Narasumber 3 Narasumber 4 Narasumber 5
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
Identifikasi Variabel ..., Evelyne Kemal, FT UI, 2017
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.
Identifikasi Variabel ..., Evelyne Kemal, FT UI, 2017
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.)
Identifikasi Variabel ..., Evelyne Kemal, FT UI, 2017
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)
Identifikasi Variabel ..., Evelyne Kemal, FT UI, 2017
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
Identifikasi Variabel ..., Evelyne Kemal, FT UI, 2017
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.)
Identifikasi Variabel ..., Evelyne Kemal, FT UI, 2017
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
Identifikasi Variabel ..., Evelyne Kemal, FT UI, 2017
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
Identifikasi Variabel ..., Evelyne Kemal, FT UI, 2017
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
Identifikasi Variabel ..., Evelyne Kemal, FT UI, 2017
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
Identifikasi Variabel ..., Evelyne Kemal, FT UI, 2017
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.
Identifikasi Variabel ..., Evelyne Kemal, FT UI, 2017
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
Identifikasi Variabel ..., Evelyne Kemal, FT UI, 2017
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
Identifikasi Variabel ..., Evelyne Kemal, FT UI, 2017
(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 ..., Evelyne Kemal, FT UI, 2017
top related