STB 1 Desain Berbasis Iklim 2015

DESAIN BERBASIS IKLIM

ADAPTASI TERHADAP KONDISI IKLIM PADA DESAIN BANGUNAN

Children from Indonesia's Bajo tribe near their pole house in Sulawesi province. Away from the dense vegetation onshore, pole house are less humid and can catch the slightest breeze to help ventilation through the walls and floor. Water radiates heat less strongly than land for most of the day. Raised high above the water surface they also protect against floods, dampness, and animals. Gabled roofs shed the heavy rain common in tropical regions.

http://knowledge.allianz.com/environment/energy/?721/traditional-architecture-adapts-to-climate-gallery#popup-photoseries-0

Bajo Tribe Indonesia

http://knowledge.allianz.com/environment/energy/?721/traditional-architecture-adapts-to-climate-gallery

Limestone whitewashed houses that reflect the sun's scorching heat Small windows and doors, and thick plaster walls, also keep rooms cool The whitewash also distributes light, allowing for smaller windows Regular whitewashing actually acts as a disinfectant in an area that gets little rain Precious rainwater flows from roofs and terraces into cisterns

Santorini Architecture, Mediterranean

Berdasarkan penelitian Sümerkan (1990) dalam Engin, Vural, Vural, dan Sümerkan (2007), pada lokasi yang memiliki tingkat kelembaban tinggi didominasi dengan dinding rangka kayu, sedangkan pada kondisi kelembaban yang rendah lebih banyak digunakan dinding batu.

PERMUKIMAN VERNAKULAR

LAUT HITAM BAGIAN TIMUR, TURKI

Japan's alpine valleys receive some of the heaviest snowfalls in the world. Therefore traditional 'gassho-zukuri' homes have high, steeply-peaked roofs so the snow (and rain) can easily slide off the roof thatched from local grasses and straw. This not only prevents collapse but also avoids leaks and rotting. The high roof also serves as a kind of chimney for the stove inside.


Traditional 'gassho-zukuri‘ House, Japan

The number one priority in the Arctic is keeping warm. Made from blocks of wind packed ice, the low profile, domed shape, and narrow entrance protects the structure from wind erosion and keeps snow out. But the genius of the igloo is the insulation provided by the snow. The temperature inside can be more than 30 degrees Celsius higher than the outside temperature and get as high as 15 degrees Celsius.


Igloo

RUMAH LUMPUR - Bencana alam yang sering terjadi di Bangladesh adalah banjir dan angin topan. Dinding dengan tebal ± 50 cm membuat rumah ini menjadi kokoh dan sulit untuk hancur. Selain itu, dinding ini juga mencegah temperatur yang ekstrim masuk ke dalam rumah, baik panas atau dingin yang berlebihan.

Ghudam Ghor, Bangladesh

COVERINGS AND CLIMATE Noble, A. G. (2007) menjelaskan bahwa: Terlepas dari komposisi, fungsi utama dari atap adalah untuk melindungi struktur dari cuaca dan iklim. Unsur-unsur iklim utama yang harus diperhatikan pada atap, yaitu untuk melawan hujan, salju, dan angin. Kombinasi bahan yang berbeda sering digunakan untuk menglindungi atap yang paling efisien. Atap merupakan komponen struktur bangunan yang sangat penting karena tidak hanya memberikan tempat naungan, tetapi juga memastikan keutuhan bangunan itu sendiri. Berbagai macam material tersedia secara lokal berfungsi sebagai penutup atap. Terdiri dari rumput, daun, jerami, semak, bambu, kulit pohon, ranting pohon, kayu, kayu gelondongan, papan kayu, sirap, ubin, tanah, lumpur, dan batu, rumput laut.

Variasi bentuk atap berdasarkan lingkungan (kondisi iklim setempat, ketersediaan bahan), evolusi sistem struktural, makna visual dan/atau simbolik. Sumber: Noble, A. G. (2007)

Local factors that will influence the SITE CLIMATE may be the following (Szokolay, 2004) :

• TOPOGRAPHY, slope, orientation, exposure, elevation, hills or valleys at or near the site;

• GROUND SURFACE, natural or man-made, ground reflectance, permeability, soil temperature, paved

areas or vegetation;

• 3D OBJECTS, trees, tree-belts, fences, walls and buildings as these may influence the wind, cast

shadows and may subdivide the area into smaller

distinguishable climate zones.

Mobilitas penduduk Turisme

Perkembangan sistem komunikasi Perkembangan sistem transportasi Kebijakan dan kondisi politik Perkembangan ekonomi kawasan

Teknologi baru

Pengaruh budaya lain Tren

LINGKUNGAN Kondisi iklim

Kondisi geografis

Ketersediaan material lokal

Bencana alam Serangan hewan liar

SOSIAL-BUDAYA Keterampilan individu & kelompok

Peraturan, adat istiadat & kebijakan setempat Sistem kepercayaan Tradisi Perilaku Gaya hidup Kebutuhan penghuni Fungsi ruang

Keinginan penghuni Seni

EKONOMI Tingkat ekonomi

penduduk

Faktor Internal

Faktor Eksternal

Faktor yang mempengaruhi penggunaan teknologi bangunan

VARIABEL DESAIN YANG MEMPENGARUHI PERFORMA TERMAL BANGUNAN

Design variables The four design variables that have the

greatest influence on thermal performance

are:

Shape

Fabric

Fenestration

Ventilation

Szokolay, 2004

Shape SURFACE-TO-

VOLUME RATIO

The heat loss or gain

depends on the envelope area

(Szokolay, 2004) Szokolay, 2004

ORIENTATION

if the plan is other than a circle, orientation in relation to solar gain will have a strong effect.

The term ‘aspect ratio’ is often used to denote the ratio

of the longer dimension of an oblong plan to the

shorter.

In most instances the N & S walls should be longer than

the E & W and the ratio would be around 1.3 to 2.0,

depending on temperature and radiation conditions.

It can be optimised in terms of solar incidence and

wanted or unwanted solar heat gain or heat

dissipation.

Shape


Yeang, 1994

Fabric

SHADING

of wall and roof surfaces can control the solar heat input.

A west-facing wall may be shaded to eliminate the

late afternoon solar input.

If the plan shape is complex, then the shading of one

surface by another wing should be considered.


http://images-2.domain.com.au/2011/08/19/2567827/mornington_5_1024-

600x400.jpg

http://mimbeo.com/vacation-rentals/wp-

content/uploads/classipress/the-bali-cottage-at--

1496233443.jpg

http://construction.com/CE/CE_images/2011/Dec_manko_7.jpg

http://www.somfy-architecture.com/buildings/common/img/library/epa-5.jpg

http://bloombety.com/wp-

content/uploads/2013/05/Shelves-With-Fabric-

Window-Shades-Design.jpg

SURFACE QUALITIES

absorptance/reflectance will strongly influence the solar heat input; if it is to be reduced, reflective

surfaces are preferred.

A white and a shiny metal surface may have the same

reflectance, but the white would have an emittance

similar to a black body at terrestrial temperatures

whilst the emittance of the shiny metal is practically

negligible.

Thus if heat dissipation is the aim, a white surface

would be preferred.

Fabric


Fabric

RESISTIVE INSULATION CONTROLS the heat flow in both directions; it is particularly

important in very cold climates (heated buildings) or in

very hot climates (air-conditioned buildings).

In nonconditioned buildings it is important for elements

exposed to solar radiation.

In an overheated situation any wall should

either be shaded or have good resistive insulation.


REFLECTIVE INSULATION the best effect is achieved if the (doublesided)

foil is suspended in the middle of a cavity, so that both

the high reflectance and low emittance are utilised.

This is rarely achievable.

There is no difference in magnitude between the low

emittance and high reflectance effects.

Deterioration in time, e.g. dust deposit should be

considered, hence a foil under the roof skin, face

down is better than one on top of the ceiling, face up.

It affects downward heat flow more than the upward

flow.

Fabric


Fabric

CAPACITIVE INSULATION

provides a very powerful control of the timing of heat input especially in climates with a large diurnal

temperature swing, as it can store the surplus heat at

one time, for release at another time, when it is

needed.


http://www.davidhealdphotographs.com/data/photos/114_1g

uggenheim_bilbao_ph005.jpg

http://www.biawow.com/wp-content/uploads/2013/08/Modern-

House-Facade-Square-White-Wall-Glass-Window-Design.jpg

http://www.colourbox.com/preview/1696525-206164-skyscraper-

with-reflection-of-buildings-on-facade-low-angle-abstract-view.jpg

Halliday, 2008

Fenestration SIZE, POSITION AND ORIENTATION OF WINDOWS affect sun

penetration, thus solar heat input, but also affect ventilation,

especially where cross ventilation (physiological cooling) is desirable.

GLASS: single, double, multiple and glass quality: special glasses

(heat absorbing or heat reflecting glasses) may be used to

ameliorate an otherwise bad situation, by reducing the solar

heat input. Their qualities are constant, they would reduce solar heating even when it would be desirable and would

reduce daylighting. They should be considered as a last resort.

CLOSING MECHANISM: fixed glass, louvres, opening sashes, type of sashes used


Fenestration INTERNAL BLINDS AND CURTAINS can slightly reduce the solar heat

input, by reducing the beam (direct) radiation, but they become

heated and will re-emit that heat, thus causing convective gains.

EXTERNAL SHADING DEVICES are the most positive way of controlling

solar heat input. The effect of such devices on wind

(thus ventilation) and on daylighting and views must be kept in mind.

INSECT SCREENS (part of fenestration) may be a necessity in

hothumid climates (with their large insect population), but their

effect on air flow and on daylighting must be recognised. Air

flow may be reduced by 30% even by the best, smooth nylon screen and daylighting may also be reduced by 25%. To keep

the same effect, the window size may have to be increased.


Ventilation

air-tight construction to reduce air infiltration is important

both in a cold climate and in a hot climate in air-conditioned

buildings

beyond the provision of fresh air, ventilation can be relied on

to dissipate unwanted heat, when To < Ti

physiological cooling can be provided even when To > Ti and

for this not the volume flow but the air velocity is important.

This can only be achieved by full cross-ventilation (or mechanical means) and it may be the main determinant of not only

fenestration and orientation but also of internal layout (e.g.

single row of rooms)


Ventilasi Buatan

Ventilasi

Silang

(Wind Effects)

Atau

Ventilasi Gaya

Angin

(Wind Driven

Ventilation)

Ventilasi

Apung

(Stack Effect)

Atau

Ventilasi

Gaya Termal

(Stack Driven

Ventilation)

Ventilasi Alami

Sistem Ventilasi

Ventilasi Hybrid

Szokolay, 2004

Wind Effect

Wind Effect : Cross Ventilation

Air inlet Air outlet

Szokolay, 2004

Stack Effect

Stack effect in a room Stack effect in a chimney

ASPEK DESAIN BANGUNAN TROPIS LEMBAB

Dalam Szokolay, 2004, daerah beriklim tropis lembab

merupakan salah satu daerah yang paling sulit untuk

didesain bangunannya, karena memiliki karakteristik:

Perbedaan temperatur harian yang tidak signifikan,

sehingga tidak dapat menggunakan prinsip mass

effect;

Kelembaban yang tinggi sehingga tidak dapat

memanfaatkan pendinginan evaporatif; sedangkan

pendinginan evaporatif secara tidak langsung dapat

digunakan selama tidak menambah kelembaban.

Karakteristik Iklim Tropis Lembab

Sedangkan tujuan dari pengendalian termal pada

daerah yang mengalami permasalahan

ketidaknyamanan termal akibat tingginya temperatur

meliputi:

Mencegah perolehan panas;

Memaksimalkan pelepasan panas; serta

Membuang panas yang tidak dibutuhkan melalui

pendinginan

Upaya tersebut diatas dapat dilakukan melalui sistem

pasif maupun aktif pada desain bangunan

(Koenigsberger, dkk., 1974).

Tujuan Pengendalian Termal di Daerah Tropis

Bromberek, 2009

Ventilasi udara merupakan salah satu komponen yang

mempengaruhi pengendalian termal (transfer panas) dalam

bangunan (Szokolay, 2004; Koenigsberger, dkk., 1974).

Dalam Szokolay, 2004, ventilasi memiliki tiga tujuan utama,

antara lain:

Menyediakan udara segar, menghilangkan bau tak sedap,

CO2 dan kontaminasi lainnya;

Mereduksi panas dalam bangunan, bila temperatur udara

luar lebih rendah daripada temperatur udara dalam

bangunan;

Meningkatkan pelepasan panas dari kulit tubuh (sebagai

pendinginan fisiologis).

Tujuan Ventilasi Udara pada Bangunan

1. Bentuk bangunan memanjang

2. Banyak menggunakan pembayang

3. Banyak bukaan penghawaan alami

4. Bukaan dan pembayang menjadi karakteristik utama

bangunan

5. Orientasi bangunan memanjang ke arah timur-barat

6. Semakin tinggi atau luas bidang vertikal pada

selubung bangunan, semakin besar resiko

penerimaan radiasi panas matahari

7. Pemanfaatan tanaman untuk mengendalikan pola

dan meningkatkan kecepatan aliran udara; serta

sebagai pembayang matahari

FORM AND PLANNING

Koenigsberger, 1974

Prinsip desain bangunan pada daerah beriklim tropis lembab

Bentuk bangunan memanjang, dengan susunan ruang satu baris

(single loaded) untuk memungkinkan ventilasi silang 1 FORM AND PLANNING

Szokolay, 2004

Banyak menggunakan pembayang (shading devices), baik pada

bukaan maupun dinding massif untuk menghindari panas matahari 2 FORM AND PLANNING

http://www.solaripedia.com/images/large/4951.jpg

www.archiexpo.com

Banyak bukaan penghawaan alami yang menghadap ke arah

sumber angin 3 FORM AND PLANNING

Szokolay, 2004

Bukaan dan pembayang menjadi karakteristik utama bangunan 4 FORM AND PLANNING

www.somfyarchitecture.co.uk

Orientasi bangunan memanjang ke arah timur-barat, untuk

memperkecil bidang bangunan yang terpapar radiasi panas matahari

(hal ini dapat bertentangan dengan kebutuhan orientasi bangunan

untuk menangkap angin)

5 FORM AND PLANNING

Szokolay, 2004

Semakin tinggi atau luas bidang vertikal pada selubung bangunan,

semakin besar resiko penerimaan radiasi panas matahari 6 FORM AND PLANNING

http://manajemenproyekindonesia.com/?p=1440

Pemanfaatan tanaman untuk mengendalikan pola dan meningkatkan

kecepatan aliran udara; serta sebagai pembayang matahari 7 FORM AND PLANNING

landscapeforlife.org

1. Material bangunan yang berkapasitas kalor rendah) dan

ringan

2. Penggunaan material atap yang reflektif, serta

menyediakan ruang atap

3. Material atap dan plafon berkapasitas kalor rendah

4. Penggunaan atap miring

5. Bidang dinding yang terpapar radiasi panas matahari

ditambah pembayang matahari, material reflektif, atau

material berinsulasi termal

(Koenigsberger, dkk., 1974)

ROOFS AND WALLS

Koenigsberger, 1974


Material bangunan yang memiliki kapasitas kalor rendah (low thermal

capacity) dan ringan (lightweight construction) 1 ROOFS AND WALLS

www.polycarbonatedome.com

Penggunaan material atap yang reflektif, serta menyediakan ruang

atap (di atas plafon) yang dilengkapi ventilasi udara 2 ROOFS AND WALLS

teklineroofing.com

Material atap dan plafon

sebaiknya memiliki

kapasitas kalor yang

rendah

3 ROOFS AND WALLS

Penggunaan atap miring untuk mengalirkan air hujan 4 ROOFS AND WALLS

dyahaurelia.blogspot.com

Bidang dinding yang terpapar radiasi panas matahari sebaiknya diberi

perlakuan khusus seperti menambahkan pembayang matahari,

menggunakan material reflektif, atau membuatnya dari material

berinsulasi termal

5 ROOFS AND WALLS

architectureoftravel.wordpress.com blog.archpaper.com

1. Bukaan mampu menangkap aliran udara alami ke dalam

bangunan

2. Fungsi bukaan akan sangat dipengaruhi oleh orientasi

bangunan terhadap arah angin, serta elemen penghalang

3. Aliran udara yang masuk ke dalam bangunan diupayakan

tidak melalui permukaan yang bersifat panas sebelumnya

4. Kontradiksi bukaan penghawaan alami yang luas/besar

bertentangan dengan berbagai aspek eksternal yang masuk

ke dalam bangunan

5. Tanpa adanya pertukaran udara, temperatur dan

kelembaban udara di dalam bangunan akan meningkat

6. Penyediaan ventilasi pada ruang dalam, maupun ruang atap

(Koenigsberger, dkk., 1974)

AIR FLOW, OPENINGS & VENTILATION

Koenigsberger, 1974


Jenis dan posisi bukaan mampu menangkap aliran udara alami ke

dalam bangunan 1 AIR FLOW, OPENINGS & VENTILATION

http://www.efficientwindows.org/images/figure5_14color.jpg

Fungsi bukaan akan sangat dipengaruhi oleh orientasi bangunan

terhadap arah angin dominan, serta elemen penghalang di sekitar

bangunan

2 AIR FLOW, OPENINGS & VENTILATION

http://www.trendir.com/house-design/indoor-outdoor-house-design-with-alfresco-terrace-living-area-6.jpg

Aliran udara yang masuk ke dalam bangunan diupayakan tidak

melalui permukaan yang bersifat panas sebelumnya 3 AIR FLOW, OPENINGS & VENTILATION

interior-eksteriorrumah.blogspot.com

Upaya untuk menyediakan bukaan penghawaan alami yang

luas/besar bertentangan dengan berbagai hambatan seperti turut

masuknya air hujan dengan curah yang tinggi, serangga, polusi udara,

serta polusi suara dari luar bangunan


manjainterior.blogspot.com

Tanpa adanya pertukaran udara, temperatur dan kelembaban udara

di dalam bangunan akan meningkat bahkan hingga di atas

temperatur dan kelembaban udara di luar bangunan


gudangroster.blogspot.com

Penyediaan ventilasi pada ruang dalam, maupun ruang atap 6 AIR FLOW, OPENINGS & VENTILATION

Boutet, 1979 http://wm-site.com/wp-

content/uploads/2012/01/atap-plafon.jpg

Sedangkan prinsip desain yang dapat digunakan pada

daerah beriklim tropis lembab (Szokolay, 2004) antara lain adalah:

1. Sistem rumah panggung atau mengangkat level ketinggian

lantai dari permukaan tanah untuk memanfaatkan

pergerakan angin di bawah bangunan;

2. Menyediakan ventilasi udara yang cukup untuk membuang panas dan mengkondisikan temperatur ruang dalam yang

tidak lebih tinggi daripada temperatur di luar bangunan, dan

bahkan lebih rendah;

3. Mencegah peningkatan temperatur pada ruang atap;

4. Menghindari bukaan pada sisi timur dan barat untuk

mengurangi perolehan panas;

5. Memanfaatkan strategi pendinginan pasif untuk mereduksi perolehan panas;

6. Memperbesar bukaan pada sisi utara dan selatan; 7. Menyusun ruangan secara linier (satu deret) untuk

memungkinkan ventilasi silang.

Prinsip Desain Bangunan di Daerah Tropis Lembab

Sistem rumah panggung atau mengangkat level ketinggian lantai dari

permukaan tanah untuk memanfaatkan pergerakan angin di bawah bangunan 1

https://muaratanjungpesona.files.wordpress.com/2014/09/rumah-kayu-mtp.jpg

Elevated house

Menyediakan ventilasi udara yang cukup untuk membuang panas

dan mengkondisikan temperatur ruang dalam yang tidak lebih tinggi daripada temperatur di luar bangunan, dan bahkan lebih rendah 2

septanabp.wordpress.com

Optimum natural ventilation

Mencegah peningkatan temperatur pada ruang atap 3

www.doityourself.com

Attic room

ventilation

Menghindari bukaan pada sisi timur dan barat untuk mengurangi perolehan panas 4

www.bristolite.com

Heat &

glare

Memanfaatkan strategi pendinginan pasif untuk mereduksi perolehan panas 5

http://2.bp.blogspot.com/-zZvPIVvBxyQ/TfbVd_7v15I/AAAAAAAAARA/HHyddUOIxmE/s1600/3.jpg

Memperbesar bukaan pada sisi utara dan selatan 6

https://alena02.files.wordpress.com/2011/04/helio-interior1.jpg

Reduce heat & glare

Menyusun ruangan secara linier (satu deret) untuk memungkinkan ventilasi silang 7

blogs.itb.ac.id

Documents

STB 1 Desain Berbasis Iklim 2015