Bangunan Dengan Pendekatan Parametrik Terhadap Konservasi Energi Studi Kasus Gedung FIAI
Surel:045120411@uii.ac.id
FiorinoPiscalAkbar1,KevinAnanda2 ,DyahHendrawati3
1JurusanArsitektur,UniversitasIslamIndonesia
1Surel:045120411@uii.ac.id
Menurut International Energy Agency (IEA), padatahun2019, total konsumsi energi dunia mencapai sekitar 168,8 petajoule (PJ),
Gedung-gedung modern menjadi salah satu penyebabutamakrisispenggunaanenergi.
Gedung FIAI merupakangedungpertama di kawasan kampus terpadu UII yang menggunakan konsep bangunan hijau dengan dominasi material kacapadafasadtimurdan barat sehingga mengharuskan menggunakan sistem peneduh pada selubungnya. Selubung dengan material kaca ternyata berdampak pada penggunaan energi ac yang digunakan untukmendukungkenyamananvisual.
Berkembangnya industri berdampak pada sistem selubung bangunan yang terintegrasi dengan PV. (Hofer, Groenewolt, Jayathissa,Nagy,&Schlueter,2016).
Permasalahan utama dalam integrasi modul PV pada selubung bangunan adalah efektivitas dan kinerja pemanenan energi yang terhalang dengan lama penyinaran dan bayanganbangunanlainnya.(Debnath,Reddy, &Yi,2019).
Pendekatan parametrik dalam desain modul adaptif PV terhadap matahari dapat merujuk pada penggunaan perhitungan matematis dan teknologi komputer untuk mengatur parameter-parameter seperti orientasi, sudut kemiringan, dan bentuk modul yang akan dihasilkan (Zhang, Wang, Lu, Wang, & . Li, 2018).
Maka dari itu Tujuan dari karya ini untuk mengetahui kinerja konservasi energi yang dihasilkan dari bentuk dan letak modul adaptif PV dengan menggunakan pendekatan parametrik padaselubungbangunangedungFIAI.Selainitu,penelitianinijugamembandingkan kinerja kenyamanan visual pada sistem peneduh eksisting dengan sistem peneduh yang terintegarasidenganmodulPV.
1. Bagaimana bentuk dan letak modul PV pada selubung gedung
FIAIyangoptimaldiiklimtropis?
2. Berapa total energi yang dihasilkan dari bentuk dan letak modul PV yang optimal pada selubunggedungFIAI?
3. Bagaimana pengaruh selubung dengan modul PV terhadap kinerjapencahayaanalami?
Penelitian ini bertujuan untuk menganalisis kinerja rancangan modul PV yang adaptif pada selubung gedung FIAI dengan pendekatan desain generatifberbasisparametrik
Mengetahui indikator dan variabel terkait kinerja PV pada iklim tropis secara optimal sebagai landasan penelitian.
Mengetahui indicator, varaiabel, dan standar terkait kenyamanan pencahayaan pada Gedung Pendidikan.
Mengetahui cara kerja desain parametrik sebagai metode simulasi desain.
Mengetahuistandardanperhitungan konservasienergisebagaitolokukur keberhasilansimulasi.
Berdasarkanhasilsimulasipadagambar4.1diperolehnilaisun hour tertinggi berada pada atap dengan nilai 453.262 hour/year. Hasil ini membuktikan efektivitas atap sebagai lokasi efektif penempatan PV pada selubung bangunan (Ranusman, 2022). Rata-rata dari hasil total jumlah sun hour adalah 2469,5 hour/year sehingga mendapatkan total jumlah titikoptimal yaknidiatasrata-ratasebanyak170titikdaritotal 388 titik grid hasil simulasi pada gambar 4.1. Titik inilah yang menjadi basis penempatan modul PV. Nilai hour max terdapat juga pada atap, dan terendah pada sisi selatan. Meskipun nilai Sun Hourpada tabel 4.1 sisi Utara dan Selatan lebih rendah dibanding sisi Timur dan Barat, efektivitas sun hour lebih tinggi 12%-20% sesuai debngan gambar 4.1. Hal ini diakibatkan oleh luaspermukaan bangunan yang terpapar pada sisiUtaradanSelatanlebihsedikitdibandingkandengansisiTimurdan Barat.
Jumlah Titik Terhadap
Sisi Utara memperoleh 22 titik optimal dengan 18 titik pada sisi fasad ruangan toilet dan 4 titik pada area lantai 5. Sisi selatan tidak memperoleh titik optimal di atas rata-rata hal ini disebabkan oleh lokasi simulasi yang beradapadaselatangariskhatulistiwasehinggakurangmendapatkan penyinaranMataharidibandingkan sisiUtara (Rizal, 2008). Sisi Timur mendapat 9 titik yang tidak berada langsung pada ruang kaca, hal ini disebabkan oleh adanyapembayangyaknigedungPerpustakaanUII.SisiBaratmendapatkan24titikyangberfokuspadaarealantai5, halinidisebabkanjugaolehbentukfasadyang menjorokdanadanyapembayangpadasisibaratolehgedungFPSB. Atapmendapatkantitikterbanyakdengan118titik.
Gambar 4.2 Hasil Grid Simulasi Direct Sun Hour
Sumber: Penulis
Simulasi PV dilakukan dengan menempatkan 3 konfigurasi Modul PV pada tiap titik yang optimal dari simulasi letak PV berdasarkan Sun Hour. Hasil grafik dari 3 sisi yakni Utara, Timur, dan Barat menunjukkan tren konstan penurunan pada hasil yang dilakukan rentang kemiringan 15-90, dengan nilai terkecil pada kemiringan 90 derajat. Sedangkan pada sisi utara dan timur nilai tertinggi diperoleh dari hasil konfigurasiorientasi secara parametrik berdasakansimulasi incident radiation. Sisi barat mendapatkannilai tertinggi dari sudut 0 derajat atau tegak lurus, dan hanya berbeda 511 kWh/year atau sebesar 1,1%. Sedangkan pada atap nilai tertinggi diperoleh pad konfigurasi parametrik, akan tetapi tren nilai konsisten tertinggi berada pada kemiringan 90 derajat atau relatif menghadap ke langit. Hal ini diakibatkan oleh lama penyinaran yang tinggi karena posisi nya yang berada di atas tanpa ada pembayang (Ranusman, 2022).
Berdasarkan gambar 4.3 juga diperoleh bahwa nilai Modul PV cenderung semakin kecil berbanding dengan kecilnyakonfigurasiukuranmodul.Halinidiakibatkansemakinkecilkonfigurasimodulmemungkinkanrotasi pergerakan yang semakin bervariasi, hal ini akan berakibat pada penumpukan bayangan yang menutupi konfigurasilainnya(Ananda&Hariyadi,2023).
Berdasarkan tabel 4.2 diperoleh total energi yang dihasilkan oleh keseluruhan Modul PV yang dipasang sebesar 334.635 kWh/Year. Target kebutuhan konservasi energi menurut Asean Green Building awards yakni sebesar 160 kWh/Year/m2 dengan luas 13.358,8 m2 maka gedung FIAI membutuhkan 213206448 kWh Sedangkan menurut IKE untuk kategori bangunan yang efisien dibutuhkan sebanyak 134656704 kWh, efisien 13625976 kWh, cukup efisien 22442784 kWh, dan boros sebanyak 298168416kWh
Berdasarkan hasil hitungan tabel 43 maka didapat nilai konservasi energi untuk kategori StandarAnnexEAGBsebesar16%danmendapatnilai4padaratingtoolGBCIEEC1 Mendapatkannilai 25% untuk kategori Sangat efisien dan efisien menurut IKE, serta nilai 8 untuk GBCI, nilai 15 % untuk kategoruCukupefisiendengannilai4untukGBCI,dan11%padakategoriIKEborosdengannilai2untuk GBCI.
Hasilsimulasimenunjukkankecenderunganwarnabiruyaknikurangdari100lux.Secondaryskinsangatberpengaruhterhadapintensitaspencahayaandalamruangan.MaterialPVmenyerap lebih radiasi matahari sehingga membuat cahaya disekeliling PV pada bangunan kurang (Anantama, 2021). Berdasarkan diagram batang, dapat terlihat bahwa kondisi lantai 5 ruang belajar mendapatkanpencahayaanyangsangatkurangdibawah350luxsesuaidenganSNI.AkantetapikecenderunganmenurundrastisterlihatpadadiagramhasilsimulasisecondaryskindenganPV.Pada lantai1terjadipeningkatandari87,1ke115karenapadakondisipemasanganPV,lantai2-4tidakdipasangsecondaryskin.
Berdasarkangrafikterlihatkondisipencahayaandari secondary skin eksistingyang relatifstabil padarentang60-80lux.Sedangkanpada secondary skin PVterlihatdenganrentangrata-rata 115,7luxhingga22,1lux.PerbandinganhasilsimulasiSecondaryeksistingdenganPVmendapatkanpenurunansebesar39luxatau65%padalantai5,29.2luxatau38%padalantai4.Sedangkanpada lantai 2 dan 3 mengalami kenaikan akibat tidak ada modul Secondary skin PV yang dipasang pada lantai tersebut. Hal ini membuktikan bahwa secondary skin PV sangat berpengaruh terhadap pencahayaansianghariyangmasukkedalam bangunan. Jikadibandingkandengan SNIpencahayaanuntukruangkelasyakni350lux,makakeduanilaipencahayaandarikedua secondary skin tidak mencukupi.
Berdasarkanhasilsimulasiletakpenempatanmodulpalingoptimalberada pada atap bangunan,halinisamadenganpenelitiansebelumnya(Ranusman,2022). Pilihanpenempatan PVpadaselubungkurangoptimalnamunbisamenjadiopsidengancatatanPVbisaditempatkanpadasisi Barat, Utara dan Timur.Bentukyangpalingoptimaluntukatap,sisitimurdanutara mengikuti arahan berdasarkan konfigurasi parametrik. Konfigurasi modul paling optimal ada padaukuran yang paling besar,halini dikarenakan semakin banyakkonfigurasiyang bisa berotasiakanberdampakpadapembayanganmodulPVyanglain.
TotalenergiyangdihasilkanolehkeseluruhanmodulPVdengankonfigurasiterbaikadalah 334.635 kWh/Year.HasilinimendapatkannilaikonservasienergiuntukkategoriStandar AnnexEAGBsebesar 16% danmendapatnilai 4 pada rating tool GBCI EEC 1.Mendapatkannilai 25% untukkategoriSangatefisiendanefisienmenurutIKE,sertanilai 8 untuk GBCI,nilai 15 % untukkategorICukupefisiendengannilai4untukGBCI,dan 11% padakategoriIKEborosdengannilai2untukGBCI.Totalenergitertinggipadasetiapselubungdidominasidengan3 konfigurasiparametrik(padasisUtara,Timur,danAtap)dansatukonfigurasi manualpadasudut0derajat.Hasiliniberbedadenganpenelitiansebelumnyayangmendapatkan hasilpaling efektifpadakonfigurasi30derajat(Anantama,2021).
Selubung dengan modul PV sangat berpengaruh terhadap kinerja pencahayaan alami.Penurunansebesar65%padalantai5,dan38%padalantai4diakibatkan olehmaterial PVyangmenyerapkanradiasimataharitinggi.PadastudikasusgedungFIAImodulyangberukuran3,9x3,9mmemenuhiukuranselubungbangunan.
Hasilpenelitianinimenunjukkankonfigurasi parametrik sangat berpengaruh dan dapat memberikan hasil optimal pada kinerja modul PV dibandingkan konfigurasi statis ataumanual.SimulasiparametrikjugabisamempermudahdalammenentukanposisidanletaksesuaidengankondisigeografisdalamhalinistudikasusgedungFIAI.
Hasilmodul PVyang menimbulkan permasalahan terkait pencahayaan alami,sehingga perlu adanyarekayasa rancangan bentukmodul PV dengan parameter cahaya alami yang diteruskankedalambangunan.PemasanganPVpadagedungFIAIpalingoptimalterletakpadaatap,sehinggauntukpemasanganPVsecaraterbatasbisaditerapkanpadaatapterlebihdahulu, dibandingkan pemasangan langsung pada Secondary skin. Sedangkanuntuk pemasangansecaramenyeluruhdapatmemasang padatitiksesuaihasilsimulasi dan menghindaripemasangan padaselubungsisiselatangedung.
Permasalahan pencahayaan akibat pemasangan PV pada secondary skin dapatmenciptakan peluangpenelitian terkait bentuk modulPV yang bisa disesuaikan dengan pencahayaan sebagaiparameterutama.Simulasiparametrikjugadapatdigunakansebagaimetodeyangefektifgunamenemukanbentukyangpalingoptimalsecaraterukur.