FAKTOR-FAKTOR YANG MEMPENGARUHI SENSASI KENYAMANAN TERMAL PADA BANGUNAN

 In Articles, Uncategorized @id
Photo by Copernico on Unsplash

Kenyamanan termal merupakan salah satu aspek penting dalam Indoor Environmental Quality (IEQ) pada suatu bangunan. Meningkatkan IEQ dapat menaikkan produktivitas antara 0,5% hingga 5%.1 Namun, banyak manajemen bangunan yang terkadang hanya mementingkan segi efisiensi konsumsi energi dari suatu bangunan namun kurang memperhatikan aspek kenyamanan bagi penghuninya. Berbagai studi penelitian menunjukkan bahwa rasio produktivitas menurun seiring dengan kenaikan suhu.1 Menurut standar ASHRAE 55, kenyamanan termal pada bangunan tergolong terpenuhi jika sebuah bangunan dapat memenuhi setidaknya 80% kebutuhan dari penghuninya.2

Kenyamanan termal yang ideal bagi setiap individu sangat beragam secara psikologis maupun fisiologis. Terdapat enam faktor utama penentu kenyamanan termal yang dibagi dalam dua kategori yaitu faktor subjektif penghuni dan faktor lingkungan.  Faktor subjektif penghuni terdiri dari tingkat metabolisme dan insulasi termal pakaian. Sedangkan faktor lingkungan terdiri dari suhu udara, suhu radiasi, kecepatan aliran udara, dan kelembaban udara. Berbagai studi penelitian dilakukan untuk menentukan nilai dan kombinasi ideal dari kedua kategori tersebut. Hingga saat ini, aspek kenyamanan termal untuk hunian manusia terus dikembangkan dan dikaji dalam standar ASHRAE 55-2017.

Artikel ini akan memaparkan faktor-faktor yang menunjang terbentuknya sensasi kenyamanan termal pada bangunan berdasarkan standar ASHRAE 55. Berikut merupakan faktor-faktor yang dapat membantu para building professional dalam mendesain bangunan dan sistem pengkondisian udara.

Faktor Subjektif Penghuni

1. Tingkat Metabolisme

Standar ASHRAE 55-2017 mendefinisikan tingkat metabolisme sebagai laju transformasi energi kimia menjadi panas dan kerja mekanis yang disebabkan oleh aktivitas metabolisme individu yang umumnya dinyatakan dalam satuan luas permukaan total tubuh. Laju metabolisme dinyatakan dalam satuan [met] yang didefinisikan sebagai berikut:

Met adalah energi yang dihasilkan per satuan luas permukaan rata-rata orang yang duduk diam. Luas permukaan rata-rata orang adalah 1,8 m² (19ft²).2

Gambar 1. Tingkat Metabolisme untuk Berbagai Aktivitas pada standar ASHRAE 55-2017 [2]

Gambar 1 menunjukkan tabel tingkat metabolisme untuk berbagai aktivitas yang dipaparkan dalam standar ASHRAE 55-2017. Standar ini tidak berlaku untuk kegiatan dengan tingkat rata-rata lebih dari 2 [met]. Lebih lanjut lagi, nilai met dapat ditentukan lebih akurat dengan menggunakan persamaan empiris yang memperhitungkan tingkat konsumsi oksigen pernapasan dan produksi karbon monoksida.

Secara tidak langsung, kebiasaan pemilihan makanan dan minuman memiliki pengaruh pada preferensi termal dan tingkat metabolisme. Sebagai contoh, keragaman makanan yang dikonsumsi masyarakat di Indonesia dapat mempengaruhi perbedaan kenyamanan termal yang dibutuhkan oleh setiap individu karena bahan-bahan tertentu seperti lada, cabai, dan alkohol akan memberikan rasa hangat pada tubuh manusia sehingga dapat meningkatkan tingkat metabolisme.3

2. Insulasi Termal Pakaian

Jumlah insulasi termal yang dikenakan oleh setiap individu dapat mempengaruhi persepsi kenyamanan termal yang dirasakan. Hal ini terjadi karena insulasi pakaian mempengaruhi heat loss dan keseimbangan termal pada tubuh individu. Lapisan insulasi pakaian berfungsi untuk mencegah heat loss dan dapat membantu menjaga individu agar tetap hangat ataupun dapat menyebabkan rasa panas yang berlebihan.

Gambar 2. Nilai Insulasi Pakaian untuk Berbagai Jenis Pakaian pada standar ASHRAE 55-2017 [2]

Tingkat kemampuan insulasi pakaian tergantung pada jenis bahan garmen dan ketebalan garmen. Namun, kualitas bahan, pergerakan udara, dan kelembaban relatif dapat menurunkan kemampuan insulasi pakaian. [Clo] merupakan unit yang digunakan untuk insulasi termal dari pakaian.2 Nilai insulasi  pakaian untuk pakaian lainnya dapat ditemukan di gambar 2.

Bentuk tubuh setiap individu dapat mempengaruhi tingkat disipasi panas masing-masing individu. Orang yang tinggi dan kurus memiliki rasio permukaan terhadap volume yang lebih besar sehingga dapat menghilangkan panas dengan lebih mudah dan dapat mentolerir suhu yang lebih tinggi daripada orang dengan bentuk tubuh bulat.

Sebuah studi dilakukan untuk menguji laki-laki dan perempuan dengan bahan pakaian dan aktivitas yang sama. Hasilnya, perempuan lebih sensitif terhadap suhu sedangkan laki-laki cenderung lebih sensitif terhadap tingkat kelembaban relatif. Oleh sebab itu, perbedaan gender memiliki perbedaan persepsi akan insulasi pakaian terhadap kenyamanan termal namun tidak begitu signifikan.

Faktor Lingkungan

3. Suhu Udara

Suhu udara merupakan suhu rata-rata udara di sekitar individu pada suatu titik lokasi dan waktu tertentu. Menurut ASHRAE 55, rata-rata spasial udara diperoleh dengan memperhitungkan suhu udara pada pergelangan kaki, pinggang, dan kepala individu.2 Nilai tersebut dapat bervariasi untuk individu yang duduk maupun berdiri. Selain itu, rata-rata temporal udara diperoleh atas dasar interval tiga menit atau setidaknya terdapat 18 titik pada waktu yang sama.

Gambar 3. Temperatur Operasi dalam Ruangan yang Ideal menurut ASHRAE 55-2017

Suhu udara dapat diukur menggunakan dry-bulb thermometer. Menurut standar ASHRAE 55, kondisi ruangan untuk mendapatkan kenyamanan termal berkisar antara sekitar 19,4ºC – 27,8 ºC (gambar 3). Meskipun kenyamanan termal pada umumnya dibahas secara menyeluruh bagian tubuh, ketidaknyamanan termal juga dapat terjadi pada bagian tubuh-tubuh tertentu akibat adanya ketidaknyamanan termal dari dalam ruangan seperti terdapatnya pemanasan dan pendinginan di dalam ruangan.

Gambar 4. Ilustrasi Stratifikasi Termal pada Suatu Ruangan

Selanjutnya, terdapatnya stratifikasi termal mengakibatkan suhu udara di bagian kepala individu akan lebih tinggi dibandingkan pada tingkat pergelangan kaki. Perbedaan yang tidak merata pada seluruh tubuh masing-masing individu dapat menyebabkan ketidaknyamanan termal. Oleh karena itu, standar ASHRAE 55 merekomendasikan agar perbedaannya tidak lebih besar dari 3°C.2

4. Suhu Radiasi

Suhu radiasi merupakan jumlah panas akibat radiasi yang diterima oleh suatu ruangan atau bangunan. Jumlah panas yang diterima tergantung pada kemampuan material untuk menyerap, memancarkan, dan meradiasikan kembali. Suhu radiasi rata-rata diperoleh dari lingkungan luar maupun dalam ruangan seperti suhu luar luar ruangan, panas matahari secara langsung, serta heat gain dari penghuni dan peralatan elektronik.

Gambar 5. Ilustrasi Suhu Radiasi pada Suatu Ruangan Sumber: https://en.wikipedia.org/wiki/File:Radiant_slab.png

Individu cenderung lebih sensitif terhadap beberapa suhu radiasi yang asimetri seperti perbedaan suhu langit-langit yang hangat dengan dinding yang dingin. Perbedaan tersebut akan membuat individu mengalami ketidaknyamanan termal. Standar ASHRAE 55 merekomendasikan Batasan perbedaan suhu antara langit-langit, dinding, dan suhu udara pada ruangan yang dipaparkan pada tabel 1.

Tabel 1. Suhu Radiasi Asimetri (°C) [2]

Langit-langit lebih hangat dari lantai

Langit-langit lebih dingin dari lantai Dinding lebih hangat daripada suhu udara Dinding lebih dingin daripada suhu udara Lantai
<5°C <14°C <23°C <10°C

19°C -29°C

5. Kecepatan Aliran Udara

Kecepatan aliran udara merupakan kecepatan rata-rata pergerakan udara pada suatu titik lokasi dan waktu tanpa memperhatikan arah yang terpapar pada tubuh individu, sedangkan kecepatan rata-rata spasial merupakan kecepatan udara yang seragam dan terpapar dengan tubuh individu. Namun secara pengukuran, beberapa ruangan berpotensi memiliki kecepatan udara yang tidak seragam yang mengakibatkan terjadinya heat loss dari kulit individu yang tidak seragam.

Gambar 6. Grafik Kenyamanan Termal menurut Standar ASHRAE 55 Sumber: https://www.simscale.com/blog/2019/08/what-is-ashrae-55-thermal-comfort/

Gambar 5 menunjukkan grafik kenyamanan termal menurut standar ASHRAE 55. Dari grafik tersebut, standar ASHRAE 55 merekomendasikan rata-rata kecepatan udara untuk memperoleh kenyamanan termal berkisar 0m/s-0,8 m/s.2 Selain itu, standar ASHRAE 55 memprediksi bahwa kecepatan udara sebesar 0,5 m/s dapat mengimbangi suhu 1°C – 2°C di atas zona nyaman normal, dan kecepatan udara sebesar 1,2 m/s dapat mengimbangi kenaikan suhu 2°C hingga 5,5°C.

Jika rata-rata kecepatan udara di bawah 0,2 m/s, kenyamanan termal dapat diperoleh dengan menggunakan metode Graphic Comfort Zone dan metode Analytical Comfort Zone. Namun jika kecepatan udara diatas 0,2 m/s, analisis kenyamanan termal dapat menggunakan Elevated Air Speed Comfort Zone dan model Predicted Mean Vote (PMV).

Kecepatan udara lebih dari 0,2 m/s mengakibatkan suatu ruangan atau bangunan perlu melakukan rekondisi suhu dan kelembaban agar tetap memperoleh kenyamanan termal. Meningkatnya laju kecepatan aliran udara dapat berpotensi meningkatkan suhu pada suatu ruangan atau bangunan.

6. Kelembaban Udara

Kelembaban udara relatif atau relative humidity (RH) merupakan perbandingan jumlah uap air di udara dengan jumlah uap air yang dapat ditampung oleh volume udara pada suhu dan tekanan tertentu. Menurut ASHRAE 55, tingkat kelembaban dalam ruangan direkomendasikan dibawah 65% RH (sekitar 40%-65% RH).2 Tingkat RH yang tergolong rendah cenderung menimbulkan ketidaknyamanan termal serta sensasi kekeringan hingga gatal-gatal pada individu yang sensitif.

Gambar/Figure 7. Grafik Metode Zona Nyaman menurut Standar ASHRAE 55-2017 [2]

Tubuh manusia memiliki sensor alami di dalam kulit untuk merasakan panas, dingin, dan RH secara tidak langsung. Berkeringat merupakan salah satu mekanisme untuk menghilangkan panas yang efektif dengan cara menguapkan cairan dari kulit. RH pada udara dapat diukur menggunakan termometer dry-bulb dan wet-bulb. Nilai dari kedua termometer dapat digunakan untuk menentukan nilai RH pada diagram psikrometrik. Semakin besar perbedaan suhu antara kedua termometer, maka semakin rendah tingkat RH.

Kenyamanan termal dan efisiensi konsumsi energi menjadi aspek utama pada sistem pengkondisian udara di dalam suatu bangunan.4 Dalam fase perencanaan, seorang professional building management perlu membuat perencanaan strategis yang meliputi perancangan desain bangunan, sistem kontrol, dan sistem pengkondisian udara baik secara mekanik maupun alami yang memperhatikan aspek kenyamanan termal. Namun, perencanaan yang baik tanpa diimbangi dengan operasional sesuai dengan SOP, dapat mengarah kepada ketidaknyamanan termal serta pemborosan konsumsi energi. Oleh karena itu, professional building management perlu melakukan analisis komprehensif yang membandingkan keuntungan dan kerugian dari segi biaya operasional, yang diperoleh ketika suatu bangunan lebih mementingkan aspek kenyamanan termal dibandingkan sisi efisiensi konsumsi energi, dan begitu juga sebaliknya.

Lebih lanjut lagi, professional building management dapat membuat strategi perekayasaan agar suatu bangunan dapat mencapai tingkat konsumsi energi yang rendah dengan tetap mempertahankan parameter kenyamanan termal yang tinggi untuk menunjang efektivitas produktivitas. Dengan memahami preferensi penghuni bangunan seperti jenis pakaian, jenis aktivitas, dan kebiasaan, penghematan energi dapat dilakukan tanpa mengorbankan kenyamanan termal. Salah satu strategi yang dapat diimplementasikan adalah dengan meningkatkan suhu operasional pendinginan sesuai dengan suhu yang nyaman. Studi dari Dubey memaparkan guna mendapatkan penghematan konsumsi energi tahunan di atas 20%, suhu ruangan dinaikan dari suhu 20°C ke 24°C. Sebagai hasilnya, penghuni tetap merasa nyaman, produktivitas dapat meningkat sebesar 75%, dan biaya konsumsi energi tahunan dapat dihemat 25,6%.5

ALTA Integra merupakan adalah perusahaan konsultan teknis dalam bidang Thermal Comfort Natural dan Green Building Design. Kami berkeyakinan bahwa mengintegrasikan arsitektur bangunan dengan fisika bangunan dapat meningkatkan produktivitas, kenyamanan, dan keberlangsungan hidup manusia. Untuk konsultasi perihal kenyamanan termal pada bangunan, ALTA Integra siap melayani kebutuhan Anda.

Angela Michelle Sutopo

Intern ALTA Integra – Juni 2021

NIM: 00000028253

Teknik Fisika 2018

Universitas Multimedia Nusantara

for

ALTA Integra

Jl. Hayam Wuruk No. 2 R – S

Jakarta Pusat, 10120

Telp: 021 351 3351

Fax: 021 345 8143

Referensi:

[1]   A. M. Bueno, A. A. de Paula Xavier, and E. E. Broday, “Evaluating the Connection between Thermal Comfort and Productivity in Buildings: A Systematic Literature Review,” Buildings, 2021, vol. 11, no. 6, p. 244, doi: 10.3390/buildings11060244.

[2]   ASHRAE, ASHRAE Standard 55-2017 – Thermal environmental conditions for human occupancy. Atlanta, GA: ASHRAE, 2017.

[3]   T. Kubota, H. B. Rijal, and H. Takaguchi, “Chapter 11 Thermal Comfort in Indonesia,” in Sustainable Houses and Living in the Hot-Humid Climates of Asia, Singapore: Springer Singapore, 2018, pp. 115–121.

[4]   V. Gunes, S. Peter, and T. Givargis, “Improving Energy Efficiency and Thermal Comfort of Smart Buildings with HVAC Systems in the Presence of Sensor Faults,” in 2015 IEEE 17th International Conference on High Performance Computing and Communications, 2015 IEEE 7th International Symposium on Cyberspace Safety and Security, and 2015 IEEE 12th International Conference on Embedded Software and Systems, 2015, doi: 10.1109/hpcc-css-icess.2015.154.

[5]   M. Krarti and K. Dubey, “Energy productivity evaluation of large scale building energy efficiency programs for Oman,” Sustainable Cities and Society, 2017, vol. 29, pp. 12–22, doi: 10.1016/j.scs.2016.11.009.

Recent Posts
Contact Us

We're not around right now. But you can send us an email and we'll get back to you, asap.

Start typing and press Enter to search