Pengendalian Radiasi Matahari (Solar Radiation Control) dan Konsep Perpindahan Panas

Pengaturan sinar matahari yang masuk kedalam bangunan merupakan langkah utama yang harus dilakukan dalam proses pendinginan secara pasif. Modulasi sinar matahari dalam proses pengaturan ini dapat dicapai dengan memperhatikan (Santamouris dkk,1996) aspek berikut ini.

Orientasi dan Bentuk bukaan (Orientation dan aperture geometry)

Orientasi dan bukaan jendela merupakan aspek yang selalu berkaitan erat dalam mengendalikan radiasi matahari yang masuk bangunan. Bangunan dengan kebutuhan sinar matahari untuk menghangatkan ruangan membutuhkan bukaan dan arah orientasi menuju sinar matahari. Sebaliknya bangunan dengan tingkat kebutuhan radiasi panas yang rendah membutuhkan bukaan dan arah orientasi yang menghindari bertatapan langsung dengan sinar matahari. Dengan mengatur bentuk dan arah orientasi radiasi langsung matahari dapat diatur sesuai dengan posisi lokasi dari equator.

Secara umum tentang teori bukaan dalam konteks penerangan terhadap ruangan terdapat 3 jenis yaitu Sidelighting, toplighting, atrium. Dalam kontek radiasi matahari sidelighting mempunyai peluang lebih banyak mendapatkan radiasi matahari yang membawa panas bersama sinar UV.
Untuk panas akibat sinar matahari langsung sebaiknya dihindari untuk daerah tropis, karena akan mengakibatkan pemansan ruang. Ruangan lebih memerlukan cahaya alami tanpa radiasi panasnya untuk menerangi ruangan saat siang hari.

Perangkat Pembayangan (Shading devices)

Penggunaan elemen pembayangan merupakan langkah lanjutan yang dapat ditempuh setelah mengendalikan orientasi dan bukaan. Jika orientasi dan bukaan tak dapat ditoleransi dikarenakan kebutuhan perancangan, maka elemen pembayangan menjadi sangat penting. Elemen pembayangan dapat dirancang sesuai dengan posisi dan arah kedatangan radiasi matahari sehingga bukaan dapat terlindung dari radiasi sinar langsung.Terdapat 2 klasifikasi elemen pembayangan (Santamouris dkk, 1996), yaitu :

- Elemen pembayangan permanen (fixed shading elements), disini termasuk dalam posisi eksternal antara lain dalam bentuk overhang, vertical fins, kombinasi horizontal dan vertikal (egg-crate type), balkon. Jika dalam posisi internal antara lain dalam bentuk light-shelves dan louvre di atas jendela.

- Elemen yang dapat diatur (adjustable /retracable shading elements), yang termasuk elemen eksternal adalah tenda, awning, blinds, pergola, dan yang internal seperti curtains, rollers, venetian blinds.

Operasional dari elemen-elemen tersebut sangat tergantung dari kebutuhan ruangan tersebut. Faktor diluar bangunan yang juga dapat berfungsi sebagai elemen pembayangan adalah vegetasi disekitar bangunan. Vegetasi yang berada dekat dengan jendela dapat memberikan efek pembayangan dan mengakibatkan berkurangnya radiasi langsung sinar matahari.

Elemen pembayangan ini menjadi bagian yang sangat menarik untuk dikembangkan dalam teknik rancangan. Varian dan kreasi dalam membuat perangkat pembayangan pada bangunan sangatlah terbuka luas. Hasil dari eksplorasi dalam membuat perangkat pembayangan ini akan memperkaya hasil rancangan kita.

Sifat Kepadatan dan Transparansi Permukaan Bahan (Property of opaque dan transparent surfaces)

Penetrasi radiasi matahari menuju bangunan melalui jendela juga ditentukan oleh kualitas solar optical dari material kaca tersebut. Bahan yang bersifat opaque dan transparan mempunyai sifat yang berbeda dalam meneruskan radiasi langsung sinar matahari. Dengan mengendalikan thermal property dari material kaca penetrasi dapat diatur jumlahnya. Sifat material transparan dikendalaikan melalui aspek reflectivity, solar transmittance, dan absorptance.

KONSEP PERPINDAHAN PANAS

Kondisi termal bangunan merupakan faktor–faktor yang merupakan karakteristik dari aspek-aspek susunan bangunan yang berhubungan dengan persoalan termal. Secara sistematik kondisi termal bangunan menyangkut pertama, segala sesuatu yang berhubungan dengan bagaimana proses keseimbangan termal tersebut berjalan dalam status kondisi tertentu. Selain hal tersebut proses penghantaran dan kelakuan panas yang terjadi juga merupakan persoalan-persoalan dasar yang harus dipahami secara menyeluruh.

Sistem termal (thermal system) dalam bangunan dapat dijelaskan bahwa selalu terjadi keseimbangan termal antara dalam bangunan dan luar bangunan. Untuk mencapai kondisi nyaman, maka kondisi termal dalam bangunan harus seimbang (Szokolay, 1980).

Qi + Qs ± Qv ± Qc ± Qm – Qe = 0

Dimana :

Qi :Internal Heat Gain Panas yang timbul dari dalam ruangan (dari tubuh manusia , artificial lighting, alat-alat elektronik)

Qs :Solar Heat Gain Panas yang masuk akibat radiasi matahari

Qc :Conduction Heat Panas akibat konveksi dan konduksi/ transmisi

Qv :Ventilation Heat Panas akibat aliran udara ventilasi

Qe :Evaporation Cooling Pendinginan evaporative

Qm :Mechanical Heating Untuk active control

Kemampuan bangunan dalam memberikan respon terhadap lingkungan termal terkait erat dengan performa elemen-elemen pembentuknya. Performa ini berupa desain bentuk, material, susunan ruang dan teknologi konstruksi, serta orientasinya. Menurut Evans (1980) keberhasilan bangunan dalam merespon lingkungan termal secara keseluruhan terkait dengan aspek-aspek pembentuk kinerja termal, yaitu antara lain desain atap, plafon, lantai, serta building envelopes (dinding luar/ exterior wall, jendela/ bukaan pencahayaan, ventilasi / bukaan udara).Pada prinsipnya, kenyamanan termal suatu bangunan dapat dicapai bila aliran panas (heat flow) dari ruang luar (outdoor environment) dan ruang dalam (indoor environment) atau sebaliknya dapat diminimalkan.Terdapat 4 (empat )cara terjadinya heat flow dalam bangunan, yaitu

(1) Conduction; melalui selubung bangunan dan partisi interior, 

(2) Convection; melalui infiltrasi udara lewat celah-celah atau bukaan pada selubung bangunan,

(3) Radiation; disebabkan oleh radiasi panas matahari yang masuk kedalam bangunan

Dalam bangunan didaerah tropis perpindahan panas ini sangat besar kemungkinan terjadi dari luar menuju kedalam bangunan. Hal tersebut sumber panas yang cukup besar sehingga aliran panas secara alami terjadi keseimbangan menuju kedalam bangunan.