APLIKASI TABUNG CAHAYA ATAP UNTUK PENCAHAYAAN DAN VENTILASI RUANGAN

Aplikasi Tabung Cahaya Atap

Untuk Pencahayaan Dan Ventilasi Ruangan

Amin Sumadyo

Jurusan Arsitektur Fakultas Teknik

Universitas Sebelas Maret Surakarta

Abstract: Problem which oftenly met on low-cost housing (RSS: Rumah Sangat Sederhana) among other are limited ventilation and less exploited natural illumination. Most RSS design do not consider the changing situation at time of building extension, that lessen the access for natural illumination. Solution given by an appliance which accesses natural ventilation and illumination through a hole at the roof. This appliance works by surface reflection of the tube and then transfers the air vertically as there are air temperature and pressure differences. This research shows how the appliance economically utilized in providing illumination and ventilation solution.

Keyword: natural illumination, ventilation.

PENDAHULUAN

Kendala yang sering dijumpai pada perencanaan rumah sangat sederhana antara lain sirkulasi udara yang terbatas serta pencahayaan alami yang kurang termanfaatkan. Desain pelubangan jendela yang kecil dan terbatas jumlahnya, serta ketinggian plafon yang rendah menjadikan rumah RSS kurang nyaman untuk ditinggali. Kurang lancarnya ventilasi dalam ruangan berakibat meningkatnya kelembaban udara dalam ruangan sehingga ruangan menjadi panas dan gerah. Selain itu, adanya bau serta hawa pengab merupakan efek dari kelembaban ruang. Disamping itu kurangnya tingkat pencahayaan dalam ruang menjadikan ruangan tampak gelap, sehingga mempermudah munculnya bakteri-bakteri penyebab bau.

Desain rumah RSS kebanyakan belum memikirkan jangka panjang bila denah awal mengalami pengembangan atau penambahan ruang. Seringkali penambahan ruang baru tidak direncanakan dengan baik serta tidak mempertimbangkan faktor-faktor pencapaian ventilasi dan pencahayaan alami. Sering dijumpai denah ruang awal dikelilingi oleh ruang-ruang baru sehingga akses ke pencahayaan alami, terhalang. Penyelesaian secara praktis, sering dengan menggunakan penghawaan mekanis seperti kipas angin dan pencahayaan lampu. Hal seperti ini selain tidak ekonomis juga memboroskan energi.

Solusi diberikan melalui suatu alat untuk mengakses pencahayaan dan penghawaan alami melalui pelobangan pada atap. Alat Tabung Cahaya ini ditempatkan di plafon, berbentuk cerobong dimana sisi atasnya berada di permukaan atap, sedangkan sisi bawahnya yang mengeluarkan cahaya berada pada permukaan plafon ruangan. Alat ini bekerja berdasarkan refleksi permukaan tabung, serta perpindahan udara secara vertikal yang diakibatkan oleh adanya perbedaan tekanan dan temperatur udara.

Prinsip kerja dasar dari sistem pipa cahaya adalah dengan mengumpulkan, mengarahkan, dan menyalurkan cahaya matahari ke hampir seluruh area dalam bangunan. Sistem ini terdiri dari tiga komponen: kolektor, sistem pengangkut, dan pendistribusi.

Kajian pustaka yang digunakan sebagai acuan dalam pembuatan alat tabung cahaya atap terdiri dari teori distribusi cahaya pada pipa, serta teori ventilasi gaya termal.

a) Pipa cahaya (light pipes)

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 turun menuju ruangan. Tingkat pemantulan dalam sistem perjalanan cahaya tabung skylight adalah 95%. Seberkas cahaya akan kehilangan cahaya sebesar 5% ketika mengalami perjalanan pemantulan dalam tabung pantul. Ini tentunya berdasarkan pada jenis material reflektor yang digunakan, misalnya reflektor alumunium yang akan kehilangan 15% cahayanya.

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. Alat ini cocok dipasang pada bangunan berlantai satu, terutama untuk rumah tinggal. 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 30m2. Untuk ruangan yang lebih besar, biasanya digunakan kombinasi beberapa alat untuk hasil yang lebih baik. 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.

b) Aliran udara akibat gaya termal

Landasan teori yang digunakan disini adalah teori stack effect yang mengemukakan tentang proses pengaliran udara panas secara vertikal yang diakibatkan oleh adanya perbedaan tekanan dan temperatur udara yang signifikan. Udara yang memiliki ciri bertekanan rendah, yang ditandai dengan temperatur udara yang lebih tinggi (panas) akan memiliki massa berat yang lebih ringan sehingga cenderung untuk terangkat. Sebaliknya udara yang memiliki tekanan lebih tinggi dan bertemperatur rendah (dingin) akan berada dibawah. Udara dingin bertekanan tinggi akan mendorong udara panas yang bertekanan lebih rendah.

Stack effect mengandalkan pada kekuatan termal yang diatur oleh perbedaan kepadatan /density difference yang disebabkan oleh perbedaan temperatur antara udara ruang luar dan ruang dalam (Koenigsberger, 1973). Udara yang lebih ringan dan lebih hangat akan mengalir keluar pada puncak atap, dan udara yang lebih padat dan dingin akan mengalir kedalam pada bagian bawah. Lebih jauh Koenigsberger mengatakan bahwa ketentuan khusus dapat dibuat untuk itu di dalam bentuk shaft ventilasi. Bahwa makin tinggi shaft, makin besar daerah potongan melintang dan perbedaan temperatur, serta makin besar perbedaan tekanan, akan menyebabkan makin besar udara yang dipindahkan.  Besarnya jumlah aliran udara tersebut dapat dinyatakan dalam persamaan (van Straaten, 1967),

m3/menit per m2 luas lubang ventilasi.

Dimana:

V : laju aliran udara oleh gaya termal.

A : luas lubang ventilasi untuk udara masuk dan keluar.

h : perbedaan tinggi antara lubang ventilasi atas terhadap lubang ventilasi bawah.

Dt: perbedaan temperatur udara luar dan dalam ruangan.

Aplikasi dari sistem ini biasanya dilakukan pada cerobong-cerobong pabrik.

Kronologis pelaksanaan yang telah dilalui dibagi menjadi: pekerjaan persiapan, pekerjaan perakitan & pemasangan alat, serta evaluasi kinerja alat.

  1. 1. Pekerjaan Persiapan

Pada pekerjaan persiapan ini kegiatan yang dilakukan adalah:

a)      Penentuan sampel rumah yang akan dipasang alat, dengan beberapa kriteria yaitu, terdapat ruangan yang kurang menerima pencahayaan matahari secara langsung ; terjadi ketidaknyamanan termal akibat kurangnya ventilasi udara alami. Hal tersebut nampak berdasarkan indikator: kelembaban nisbi relatif tinggi, gerakan udara lemah.

b)      Pengukuran ketinggian plafon dan permukaan genteng, sebagai data awal menentukan panjang/tinggi alat.

c)      Penentuan letak ruang dan titik efektif yang harus mendapat pencahayaan dan penghawaan alami.

  1. 2. Pekerjaan Perakitan dan Pemasangan Alat

Kegiatan yang dilakukan antara lain:

a)      Persiapan bahan dan alat.

Bahan utama yang dibutuhkan berupa : plat alumunium stainless steel 0,3mm, mika akrilik bening, bracket lampu downlight, mur-baut, lem silikon, dan paku rivet. Adapun alat-alat kerja yang dipergunakan berupa : tang rivet, gergaji, gunting plat, obeng, palu, dan bor.

b)      Pemasangan alat

Setelah alat tabung cahaya atap ini selesai dirakit, selanjutnya diset penempatan dan pemasangan alat pada konstruksi atap rumah.

  1. 3. Evaluasi Kinerja Alat

Evaluasi dilaksanakan untuk mengetahui kinerja dari alat ini. Beberapa indikator untuk mengevaluasi, antara lain:

a)      Pengukuran suhu dalam ruang sebelum dan sesudah pemasangan, menggunakan alat digital termometer.

b)      Pengukuran temperatur udara luar dan dalam untuk menentukan arus aliran udara, menggunakan alat digital hotwire anemometer.

c)      Pengukuran tingkat intensitas pencahayaan sebelum dan sesudah pemasangan, menggunakan digital luxmeter /lightmeter.

d)      Tanggapan dan respon penghuni rumah berdasarkan kenyamanan termal yang dirasakan.

Gambar 03.  Konstruksi pemasangan tutup tabung cahaya pada bidang atap. Tutup yang berfungsi menerima cahaya matahari ini sepenuhnya berada di permukaan atap.  Sedangkan ujung badan tabung dari arah bawah (plafon), menembus satu bidang genteng alumunium.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Hasil yang diperoleh setelah pemasangan alat pada konstruksi atap rumah, dapat dijabarkan dalam tabel penilaian. (Lihat tabel 1.).

Dari tabel evaluasi kinerja alat , dapat diambil kesimpulan bahwa setelah pemasangan alat, kondisi dalam ruangan terjadi perubahan, terutama dalam pencapaian pencahayaan alami siang hari. Pada pengukuran yang dilakukan tengah hari, terjadi penambahan tingkat intensitas cahaya sekitar 41 sampai 44 Lux. Hal tersebut berarti bahwa ruangan menjadi  lebih terang daripada sebelumnya. Penambahan terang dapat dimaksimalkan lagi melalui penambahan unit alat maupun memperbesar diameter lubang alat.

Pengukuran temperatur dan aliran udara setelah kondisi baru, fluktuasi perbedaannya tidak begitu signifikan. Hal tersebut disebabkan perolehan temperatur ruangan dipengaruhi banyak faktor diantaranya kondisi cuaca, bahan bangunan dinding, lebar bukaan jendela, aliran angin, dan layout furniture. Yang perlu dicermati adalah perubahan suhu 1°C sudah sangat berpengaruh ke perasaan termal manusia.

Tabel 1.   Hasil Evaluasi Kinerja Alat

NO

URAIAN

RUMAH 1

RUMAH 2

1. Kerapihan, stabilitas, dan kedap air

Baik

Baik

2. Pengukuran kondisi dalam ruangan: Sebelum Sesudah Sebelum Sesudah
–    Temp udara-    Aliran udara

–    Intensitas cahaya

30°C0,2 m/s

30 Lux

29,5°C0,2 m/s

74 Lux

31°C0,1 m/s

55 Lux

30,2°C0,2 m/s

6 Lux

3. Respon penghuni rumah Penghuni merasakan perbedaan kondisi ruangan, yaitu ruangan cukup terang. Perlu ditambahi menjadi 2 alat dalam satu ruangan. Cahaya matahari yang masuk dalam ruang cukup membantu penerangan siang hari.Perlu dilengkapi kaca difus (buram) agar sinar matahari yang masuk tidak menyorot ke satu titik.

KESIMPULAN

Dari hasil yang didapatkan selama penelitian ini, dapat diambil kesimpulan bahwa setelah pemasangan alat, kondisi dalam ruangan terjadi perubahan, terutama dalam pencapaian pencahayaan alami siang hari. Hal tersebut nampak dari indikator evaluasi kinerja alat, melalui pengukuran termal ruangan secara kuantitatif. Selain itu juga didapatkan respon penghuni terhadap perubahan kondisi ruang, untuk mengetahui hasil perubahan secara kualitatif.

Dari hasil pengukuran secara kuantitatif diperoleh hasil sebagai berikut:

  1. Pada pengukuran yang dilakukan tengah hari, terjadi penambahan tingkat intensitas cahaya sekitar 41 sampai 44 Lux. Hal tersebut berarti bahwa ruangan menjadi lebih terang daripada sebelumnya.
  2. Pengukuran temperatur dan aliran udara setelah kondisi baru, fluktuasi perbedaannya tidak begitu signifikan. Hal tersebut disebabkan perolehan temperatur ruangan dipengaruhi banyak faktor diantaranya kondisi cuaca, bahan bangunan dinding, lebar bukaan jendela, aliran angin, dan layout furniture. Yang perlu dicermati adalah perubahan suhu 1°C sudah sangat berpengaruh ke perasaan termal manusia.
  3. Aliran udara di dalam ruangan yang kecil disebabkan karena ventilasi melalui jendela sangat minim mengingat posisi ruangan yang diapit ruang-ruang lainnya. Yang perlu dipahami adalah bahwa setelah pemasangan alat, sirkulasi udara secara vertikal selalu dapat berjalan walaupun kecil. Karena aliran udara dalam alat bekerja berdasarkan perbedaan temperatur ujung atas dan bawah, maka kecepatan aliran udara akan meningkat seiring dengan makin panasnya suhu luar.

Dari hasil respon penghuni secara kualitatif diperoleh hasil sebagai berikut:

  1. Setelah pemasangan alat, penghuni merasakan perbedaan kondisi ruangan, yaitu ruangan cukup bertambah terang, sehingga tidak perlu menyalakan lampu lagi. Guna menambahi intensitas cahaya, diharapkan ada penambahan alat lebih dari satu.
  2. Cahaya matahari yang masuk dalam ruang cukup membantu penerangan siang hari. Agar sinar matahari yang masuk melalui alat tidak menyorot ke satu titik, perlu dilengkapi filter difus /baur guna memendarkan cahaya ke seluruh ruangan. Filter difus ini dapat memanfaatkan tutup armatur lampu TL yang banyak dijual di pasaran, dan pemasangannya dapat dikerjakan dengan mudah.

DAFTAR PUSTAKA

Givoni, Baruch, 1994, Passive and Low Energy of Building, Van Nostrand Reinhold, New York

Koenigsberger, 1973, Manual of Tropical Housing and Building, Longman, New York

Santamouris M., 1997, Passive Cooling of Building, James and James Ltd, London

Watson Donald, 1977, Designing and Building a Solar House, Garden Way Publishing, USA

www.dayliteco.com, Tubular skylight

LAMPIRAN

Gambar 1.

Detail Konstruksi Tabung Cahaya Atap

Gambar 2.

Layout gambar kerja dan isometri

Iklan

Komentar ditutup.