Strategi Double Skin Fasade pada Gedung Perkantoran IMC Kampong di Singapura dalam Menurunkan Cooling Loads

Winnie Michelle (135402109)

Program Studi Teknik ArsitekturProgram Pascasarjana

Universitas Atma Jaya Yogyakarta

PENDAHULUAN

1. Latar BelakangEfek pemanasan global akibat aktivitas manusia memberikan dampak yang cukup

signifikan terhadap lingkungan.Untuk mengurangi dampak tersebut, terdapat dua strategi yang bisa digunakan. Pertama, dengan mengurangi suplai energi dan yang kedua melalui pengolahan desain bangunan, sehingga strategi efisiensi dan hemat energi dengan mengurangi kebutuhan konsumsi energi bangunan dapat dicapai. Beberapa penelitian sebelumnya menyebutkan bahwa fasade bangunan memainkan peranan penting dalam keberlanjutan dan efisiensi energi bangunan (Concina, Sadineni, & Boehm, 2011; Liu, n.d.; Yellamraju, 2004).

Gambar 1. Tingkat Komsumsi Energy di Singapura

Konsumsi energi di Singapura dapat dikaitkan dengan tiga sektor utama industri, bangunan perumahan dan komersial, dan transportasi (Gambar 1.1). Di iklim panas dan lembab dari Singapura, sebagian besar listrik yang dikonsumsi di bangunan berjalan menuju AC dan pendinginan, terutama dalam pekerjaan tempat-tempat seperti bangunan komersial dan institusional, yang sebagian besar dirancang untuk menjadi sepenuhnya ber-AC.Tujuan dari Double Fasade ini adalah, di satu sisi untuk meningkatkan kenyamanan termal manusia dan di sisi lain untuk mengurangi konsumsi energi. Sedangkan ujuan utama dari desain fasade bangunan pada area dengan iklim tropis lembab adalah untuk mengurangi solar gain. Agar mengoptimalkan kinerja termal dari double skin facade, parameter yang mempengaruhi sebaiknya dipahami secara rinci. Selain model mereka harus disesuaikan untuk membangun simulasi energi dan perlu menjadi didirikan.

Kemampuan teknologi DSF ini dalam mengurangi beban panas dan pendinginan bangunan menjadikan teknologi ini banyak didiskusikan dan diaplikasikan, terutama pada negara-negara di Eropa. Dengan kemampuan DSF yang telah banyak didiskusikan dan diaplikasikan di Eropa, maka penelitian ini akan menguji kemungkinan penggunaan

teknologi ini pada bangunan di Singapura serta kemampuannya dalam mengurangi kebutuhan energi AC pada bangunan perkantoran di Singapura. Konfigurasi jarak DSF dan penggunaan material kaca yang berbeda-beda pada dinding terluar dalam teknologi ini akan digunakan pada saat yang bersamaan untuk mengetahui bagaimana pengaruhnya terhadap pengurangan kebutuan energi AC, apabila kedua parameter tersebut digunakan secara bersamaan.

2. Permasalahan Umum

Tujuan Penelitian ini bertujuan untuk melihat pengaruh dari kombinasi modifikasi jarak dan pengunaan material DSF yang pada gedung perkantoran 7 lantai, Singapura, dengan iklim tropis lembab.

SasaranFasade bangunan di iklim yang panas dan lembab seperti di Singapura harus mampu untuk meminimalkan efek dari mendapatkan panas matahari. DSF salah satu solusi untuk mengantisipasi efek dari radiasi matahari ke gedung. Adapun sasarn yang ingin capai dari kajian ini antara lain:a. Mengevaluasi kinerja energi dari DSF pada Gedung IMC Kampong Singapura dengan

yang iklim tropis Lembab.b. Menganalisis pengaruh DSF pada kenyamanan termal bangunan perkantoran

bertingkat tinggi.

Lingkup Permasalahana. Temporal

Untuk strategi Double Fasade mengunakan data tahunan untuk mencari solar radiasi yang jatuh ke fasade, dan untuk mencari panas matahari yang mauk ke dalam diambil hari terpanas rata-rata. pemerataan pendinginan oleh AC data yang diambil adalah data waktu pendinginan awal

b. SpasialStrategi DSF menggunakan area sisi utara tepatnya berada pada lantai 5 bangunan yang merupakan yang mendapat paparan sinar matahari terbesar.

Gambar 1. Lingkup Spatial Strategi DSF pada Bangunan Kantor di Singapura

c. Substansial

Dalam Kajian penyelesaian penghawaan pada bangunan menggunakan Double Skin Façade, anatara lain dilihat dari kondisi site dan model eksisting, selanjutnya melihat pengaruh dimensi civity & material Bangunan dan DSF (SHGC, U-Value, Density Material), solar heat gain, temperatur udara, dan cooling loads bangunan eksisting dan yang telah dimodifikasi.

PENDEKATAN TEORI

1. Teori Kenyamanan Termala. Kenyamanan Termal

Standar kenyamanan termal didefinisikan sebagai 'kondisi pikiran yang mengungkapkan kepuasan terhadap lingkungan termal dan dinilai / dievaluasi secara subyektif (ASHRAE 2004, hal.2)

b. Parameter Kenyamanan Termal Faktor lingkungan termasuk suhu udara, pergerakan udara, kelembaban dan

radiasi. Faktor Personal termasuk berarti tingkat metabolisme atau aktivitas dan

pakaian. Faktor yang berkontribusi meliputi makanan dan minuman, bentuk tubuh,

lemak, usia dan jenis kelamin.

2. Teori DFTeknologi DSF ini dikenalkan pertama kali pada awal tahun 1849 dan diaplikasikan

pertama kali pada bangunan Steiff-Factory di Jerman (Mulyadi, 2012; Wong, 2008; Yellamraju, 2004). Claesse dan Deherde dalam Alessi (Alessi, 2008) menyebutkan bahwa DSF merupakan dinding bangunan tambahan yang pada umumnya transparan dan dipasang di atas dinding eksisting. Adanya jarak antara dinding tambahan dan dinding eksisting berfungsi sebagai insulasi bangunan.

Gambar 2. Jenis-jenis DSF berdasarkan konsep pergerakan udaranya

Tipe DSF berdasarkan konsep pergerakan udaranya (Tascon, 2008), diklasifikan menjadi lima jenis. Tidak semua fasad mampu mengadopsi semua mode ventilasi yang dijelaskan di sini;, tergantung pada apakah atau tidak komponen-komponen tertentu diintegrasikan ke dalam fasad mengizinkan (yaitu bukaan beroperasi). Jenis-jenis tersebut antara lain. outdoor air curtain; indoor air curtain; air supply; air exhaust, and air buffer.

Gambar 3. Jenis DSF berdasarkan bentuk cavity

Terdapat dua karakter utama dari Df yaitu transfer panas dan thermal buoyancy atau stack effect. Yang dimamfaatkan untuk mengurangi panas yang masuk ke dalam bangunan, sehingga teknologi ini mampu mebantu menurunkan kebutuhan energi untuk AC. Tipe DSF (Tascon, 2008), diklasifikan menjadi empat macam berdasar bentuk penyekatan jarak antara dinding dalam dan luar (Gambar 3) antara lain box window, shaft box, coridor facade, dan multistorey façade.

Pemilihan DSF jenis coridor façade dikarenakan bentuk tersebut memiliki ketinggian cavity yang rendah sehingga dapat memaksimalkan intensitas terjadinya pergantian udara di dadalm cavity sehingga memungkin dalam menciptakan kenyamanan termal di dalam ruang. Sedangkan jenis DSF outdoor air curtain dapat memungkinkan pengurangan panas yang disebabkan oleh perpindahan panas radiasi matahari ke dalam bangunan.

METODOLOGI

1. Deskripsi Proyek

Gambar 4. Perspektif dan Tampak Bangunan

Gambar 5. Denah Lantai 1 dan Potongan Bangunan

Fungsi Bangunan : Fungsi Umum lt.01-02, Perkantoran lt.03-07Lokasi : Changi Bussiness ParkOrientasi : Sisi terpanjang menghadap Timur Laut-Barat Daya

Luas Bangunan : ± 14.800 m2

Batas Barat : jalan raya, taman & reservoir air kawasanBatas Timur : Lahan KosongBatas Utara : Lahan KosongBatas Selatan : Jalan raya, Bangunan 7 Lantai

Bangunan IMC Kampong terletak di kota Singapura, dengan posisi geografis pada

garis Lintang (latitude): -7,2o LS, Garis Bujur (longitude): -112o BT, dan ketinggian (altitude): 3,00 m di atas permukaan laut. Deskripsi kondisi fisik bangunan dapat dilihat pada data-data di kiri bawah gambar 2.1. Gedung ini berbentuk kompak persegi dengan ketinggian antar lantai 4.00 m. sedangkan finishing dinding sisi lainnya merupakan kombinasi dinding masif dan bukaan jendela.

Tabel.1. Material Properti Gedung IMCElemen Eksisting Material layer U-Value (W/m²K)

Lantai Lantai beton dengan lapisan keramik

3.00

Dinding Eksterior Pasangan Bata plester 2 sisi 2.620

Dinding Interior Papan partisi dua sisi 1.77

Pintu Kaca Bening tebal 9mm 2.90

Plafon Gypsum 9mm 5.160

Atap Beton dengan lapisan Green Roof 0.880

Hardscape Aspal 0.880Softscape Rumput dan tanaman 2.620

Tahapan Studi

Pada Studi ini software yang digunakan adalah software Ecotect 2011 dan CDF 2004. Sebelum dilakukan simulasi terhadap model DSF, maka dilakukan simulasi terhadap model dasar dengan kondisi eksisting terlebih dahulu (Azarbayjani, 2012). Hal ini dilakukan untuk dapat membandingkan dan melihat performa bangunan sebelum dan sesudah diaplikasikannya strategi DSF ini. Langkah pertama sebelum menjalankan simulasi adalah membangun model pada ruang simulasi dengan mengimpor denah 2D CAD (computer aided drawing) untuk setiap lantai.

Untuk material eksisting material kaca yang digunakan clear glass material modifikasi, kaca pada bagian outer skin bangunan akan digunakan adalah jenis material kaca yang mudah didapat dan biasa digunakan pada bangunan dengan strategi DSF (Tabel 2) yaitu Laminated Glass diteliti dan dilihat pengaruhnya perhadap variabel dependen, dalam hal ini adalah energi untuk pendinginan bangunan.

Tabel.1. Material Properti Kaca Single Façade dan DSFElemen Eksisting Clear Glass (Tanpa DF) Laminated Glass (DF)

SHGC 0.794 0.495

U-Value 5.666 3.161

Conductivity 1.05w/(mk) 1.05 W/mk

Density 2300 kg/m3 2500 kg/m3Spesific Heat 836 j/(kg k) 750 j/kgk

Sedangkan Setting Boundary Condition untuk Simulasi CFD adalah sebagai berikut:

DOMAIN

Domain Size (x) = 12.14 m, (y) = 19 m, (z) = 19 m

Domain Material Solid

Reference Pressure 100.000 Pa

Reference Temp. 303.5 K (outdoor)308 K (indoor)

SOURCES

Bouyancy Reference Temp. Temperatur udara luar

Gravitational Acceleration - 9,81 m/s in the z-direction

BOUNDARY CONDITION

Side, Top, Bottom, and Front Domain Boundary Condition

Bagian depan dan kiri digunakan sebagai inlet. Untuk memproyeksikan arah angin

dari barat daya, udara dikondisikan berasal dari depan dan samping kiri

Cavity Size Lebar 1.50 m, tinggi 3.00 m, kedalaman 1.00 m

HASIL DAN PEMBAHASAN

Sebelum dilakukan simulasi DSF pada bangunan yang terlebih dahulu dilakukan adalah melakukan perhitungan terhadapan solar radiation pada setiap orientasi dinding. Setelah itu ditemukan salah satu area yang mendapat paparan sinar matahari terbesar berada pada sisi timur laut sebesar 40 W/m2.

Tabel.2. Perbandingan Temperatur Single Fasade Dengan Double Skin Fasade

Dari tabel 2. Diatas menunjukan bahwa DSF tidak meningkatkan kenyamanan termal ruang kantor internal dengan mengurangi suhu dari 0.50 oC , dengan kecepatan angin eksternal berada di sekitar 1.5 m/s . itu suhu internal masih dianggap agak tinggi ( sebagai model dibangun untuk makalah ini hanya mempertimbangkan tingkat rendah dari gedung perkantoran bertingkat tinggi) tapi situasi akan diharapkan dapat meningkatkan ketika ruang bertingkat yang dihubungkan bersama di sebuah gedung bertingkat tinggi ketika efek tumpukan celah udara akan sangat meningkat.

Gambar 6. Pergerakan aliran udara dan temperatur udara pada cavity dan luar bangunan

Gambar 6. menunjukkan potongan jalur aliran udara di dalam cavity dan bagaimana udara dari outlet diarahkan dari luar. Udara pada dasarnya disebabkan mengalir ke atas oleh efek buoyancy dibuat oleh akumulasi panas. Gambar tersebut mengilustrasikan bagaimana aliran mencapai kecepatan yang lebih tinggi dalam inlet dan outlet di mana tekanan lebih tinggi. Seperti yang digambarkan, aliran udara dengan kecepatan udara antara 0 - 2 m/s ini cenderung bergolak dekat mengkilap permukaan dan bukaan dimana pasukan lebih tinggi.

Gambar 7. Perbandingan temperatur udara pada SF dan DSF

Hasil perhitungan ini dapat ditingkatkan dengan memaksimalkan wind driven di bagian atas façade untuk meningkatkan kecepatan aliran udara pada ruang antara untuk memperoleh kecepatan aliran udara yang efektif dalam ruang internal. Hal ini perlu dilakukan analisis lebih lanjut untuk pengembangan penelitian yang akan datang.

Untuk perhitungan Cooling Loads, simulasi model dasar pada dilakukan pada model dengan kondisi eksisting fasade single skin. Hasil simulasi model dasar menunjukkan bahwa total konsumsi energi bangunan untuk pendinginan dalam kurun waktu satu tahun adalah 235,512 Wh Setelah model dimodifikasi dengan menggunakan DSF kombinasi fasade bahwa total konsumsi energi bangunan untuk pendinginan dalam kurun waktu satu tahun adalah 197,315 kWh.

Tabel 3. Hasil Perbandingan Monthly Cooling Loads

Penambahan layer baru diluar permukaan dinding eksisting dapat memperlambat transfer panas ke dalam bangunan. Hasil simulasi menunjukkan secara tidak langsung bahwa laju transfer panas berbanding terbalik pertambahan besaran air gap yang pada akhirnya juga ikut mempengaruhi performa thermal bangunan dan konsumsi energi untuk pendinginan bangunan. Dari tabel dibawah terlihat perbandingan cooling loads SF dan DSF. Terjadi penurunan beban pendinginan sebesar .

SF DSF

Tabel 4. Perbandingan Cooling SF dan DSF

Dari analisis komparasi Monthly Cooling Loads SF dan DSF, didapat hasil pengurangan sebesar 16,22%.Hal ini menunjukan penggunaan DSF kombinasi jenis Outdoor Curtain dengan jenis koridor fasade mampu untuk mengurangi beban Cooling Loads sehingga desain DSF cocok atau dapat diterapkan di Singapura.

KESIMPULAN

Dari hasil kajian ini dapat disimpulkan bahwa strategi DSF ini memungkinkan untuk diaplikasikan pada bangunan di daerah tropis seperti Singapura. Hal tersebut ditunjukkan dengan adanya penurunan temperatur udara dalam ruang setelah model dimodifikasi menggunakan DSF.

Ditemukan bahwa DSF kombinasi tipe outdoor air curtain dan koridor fasade dengan lebar cavity 1 meter mampu menurunkan beban cooling loads sebesar 16.22%

Untuk mengurangi konsumsi energi dan memperbaiki kenyamanan termal dalam ruang untuk bangunan bertingkat, DSF dapat diterapkan di Iklim Tropis seperti Singapura.

Dimensi panjang dan lebar cavity yang digunakan pada simulasi ini mampu mengurangi panas yang terjadi di tiap lantai ruangan namun dibutuhkan penelitian lanjutan terhadap parameter dimensi lainnya sehingga diperoleh hasil yang optimal. Namun, Faktor-faktor lainnya seperti kecepatan angin, kelembaban dan temperatur juga mempengaruhi terciptanya kenyaman termal.