Modul 7-Pencahayaan Alami dan Buatan PDF

Preview

Summary

FISIKA  BANGUNAN 101 SENTAGI  SESOTYA  UTAMI,  ST.,  M.,  Ph MODUL  AJAR 7 TEKNIK  PENCAHAYAAN  ALAMI  dan  BUATAN Tujuan Pembelajaran Mampu memahami standar pencahayaan, metode dan kriteria pencahayaan Mampu merekayasa optimalisasi kualitas pen...

Description

FISIKA&BANGUNAN& 101&

MODUL&AJAR&7! TEKNIK&PENCAHAYAAN&ALAMI&dan&BUATAN&!

Tujuan Pembelajaran 1. Mampu memahami standar pencahayaan, metode dan kriteria pencahayaan 2. Mampu merekayasa optimalisasi kualitas pencahayaan buatan 3. Mampu merekayasa optimalisasi kualitas pencahayaan alami

Substansi 1. Prinsip-prinsip tata pencahayaan 2. Teknik Perancangan Pencahayaan Buatan 3. Teknik Perancangan Pencahayaan Alami

Waktu Pertemuan Minggu ke-7 3 sks (3 x 50 menit)

SENTAGI(SESOTYA(UTAMI,(ST.,(M.Sc.,(Ph.D(( Program(Studi(Teknik(Fisika(UGM

102&

7

FISIKA&BANGUNAN&

TEKNIK PENCAHAYAAN ALAMI dan BUATAN

7.1 Prinsip-prinsip tata pencahayaan Prinsip-prinsip tata pencahayaan dapat merujuk pada berbagai standar yang tersedia baik yang berlaku internasional maupun nasional. Dalam modul pembelajaran Fisika Bangunan ini, prinsip-prinsip akan mengacu pada Standard Nasional Indonesia (SNI). 7.1.1 SNI$+untuk+Menentukan+Tingkat+Penerangan+ Standar Nasional Indonesia (SNI) pada bidang pencahayaan dibuat sebagai petunjuk teknis dalam membuat sistem pencahayaan pada interior bangunan gedung, baik dari perencanaan, pelaksanaan, pengawasan, dan pengelolaan bangunan gedung, sehingga sistem pencahayaan dan kenyamanan di dalam bangunan gedung dapat dilakukan seefektif mungkin [7]. SNI tersebut dibuat dengan tujuan untuk melengkapi peraturan-peraturan kenyamanan dan konservasi energi yang telah ada dan merupakan persyaratan minumum bagi bangunan gedung. Pembahasan pada SNI tersebut meliputi kriteria perancangan, cara perancangan pencahayaan alami siang hari, pengujian, dan pemeliharaan. 7.1.2 Kriteria+Pencahayaan+ Pencahayaan dalam ruang setidaknya harus memenuhi fungsi berikut [16]: a. Menjamin keamanan dari orang-orang yang berada di ruangan tersebut b. Memfasilitasi kinerja tugas visual c. Membantu penciptaan lingkungan visual yang tepat Sistem pencahayaan mempengaruhi keamanan, performansi kerja, dan juga lingkungan visual. Keamanan dipastikan dengan membuat berbagai hal bahaya menjadi terlihat. Performansi akan terfasilitasi dengan membuat detail yang relevan terhadap pekerjaan mudah untuk dilihat. Lingkungan visual yang berbeda dapat diciptakan dengan mengubah kondisi pencahayaan dan memberi penekanan relatif terhadap berbagai objek dan material interior ruangan. Dalam pencahayaan ruang, orang-orang cenderung lebih senang dengan pencahayaan alami (daylight) yaitu pencahayaan alami dari sinar matahari, entah melalui lubang cahaya atau jendela. Tetapi pada prakteknya, beberapa gedung tidak mendapati pencahayaan alami yang

SENTAGI(SESOTYA(UTAMI,(ST.,(M.Sc.,(Ph.D(( Program(Studi(Teknik(Fisika(UGM

FISIKA&BANGUNAN& 103& memadai sehingga membutuhkan pencahayaan buatan pada siang hari. Untuk membuat sistem pencahayaan yang efisien, pencahayaan buatan dan pencahayaan alami harus disusun secara komplementer agar tercipta sistem pencahayaan yang efisien baik secara energi maupun performansi. Hal ini berarti menambah satu kriteria lagi dalam sebuah perancangan sistem pencahayaan, yaitu memiliki efisiensi dari sisi konsumsi energi.

7.2 Faktor-faktor Perancangan Cahaya Buatan Untuk penerangan buatan di dalam ruangan digunakan SNI 03-6574-2011: Tata cara perancangan sistem pencahayaan buatan pada bangunan gedung [6]. Petunjuk teknis sistem pencahayaan buatan digunakan sebagai pegangan dalam merancang sistem pencahayaan buatan dan sebagai pegangan pemilik/pengelola gedung didalam mengoperasikan dan memelihara sistem pencahayaan buatan. Hal ini dimaksudkan agar diperoleh sistem pencahayaan buatan yang sesuai dengan syarat kesehatan, kenyamanan, keamanan, dan memenuhi sistem ketentuan yang berlaku untuk bangunan gedung. Standar tersebut mencakup persyaratan minimal sistem pencahayaan buatan dalam bangunan gedung. Acuan dari standar ini yaitu: a. National Electric Code (NEC) b. Illuminating Engineering Society (IES) c. Internasional Electrotechnical Comission (IEC) d. Australian Standard Pada SNI ini, diberikan standar tingkat pencahayaan minimum dan renderasi warna yang direkomendasikan untuk berbagai fungsi ruangan. 1. Tingkat pencahayaan minimum Tingkat pencahayaan minimum dan renderasi warna yang direkomendasikan untuk berbagai fungsi ruangan: Tabel 7.1 Tingkat pencahayaan minimum dan renderasi warna menurut fungsi ruangan [6] Fungsi Ruangan Rumah Tinggal Teras Ruang tamu

Tingkat Pencahayaan (Lux)

Kelompok Renderasi Warna

60 120 – 250

1 atau 2 1 atau 2

SENTAGI(SESOTYA(UTAMI,(ST.,(M.Sc.,(Ph.D(( Program(Studi(Teknik(Fisika(UGM

Keterangan

104&

FISIKA&BANGUNAN&

Ruang makan Ruang kerja Kamar tidur Kamar mandi Dapur Garasi

120 – 250 120 – 250 120 – 250 250 250 60

1 atau 2 1 1 atau 2 1 atau 2 1 atau 2 3 atau 4

Perkantoran Ruang direktur Ruang kerja Ruang komputer

350 350 350

1 atau 2 1 atau 2 1 atau 2

Ruang rapat Ruang gambar

300 750

1 atau 2 1 atau 2

Gudang arsip 150 Ruang arsip aktif 300 Lembaga Pendidikan

3 atau 4 1 atau 2

Ruang kelas Perpustakaan Laboratorium Ruang gambar

1 atau 2 1 atau 2 1 1

250 300 500 750

Gunakan armatur berkisi untuk mencegah silau akibat pantulan layar monitor Gunakan pencahayaan setempat pada meja gambar

Gunakan pencahayaan setempat pada meja gambar

Kantin 200 Hotel dan Restauran

1

Lobby, koridor

100

1

Pencahayaan pada bidang vertikal sangat penting untuk menciptakan suasana / kesan ruang yang baik

Ballroom/ruang sidang

200

1

Sistem pencahayaan harus dirancang untuk menciptakan suasana yang sesuai. Sistem pengendalian “switching” dan “dimming” dapat digunakan untuk memperoleh berbagai

SENTAGI(SESOTYA(UTAMI,(ST.,(M.Sc.,(Ph.D(( Program(Studi(Teknik(Fisika(UGM

FISIKA&BANGUNAN& 105& sistem pencahayaan Ruang makan Cafetaria Kamar tidur

250 250 150

1 1 1 atau 2

Dapur 300 Rumah Sakit / Balai Pengobatan

1

Ruang rawat inap Ruang operasi/bersalin

1 atau 2 1

250 300

Laboratorium 500 Ruang rekreasi 250 Pertokoan / Ruang Pamer

1 atau 2 1

Ruang pamer dengan objek berukuran besar

500

1

Toko kue dan makanan Toko buku dan alat tulis/gambar Toko perhiasan, arloji Toko barang kulit, sepatu Toko pakaian Pasar swalayan

250

1

300

1

500

1

500

1

500 500

1 1 atau 2

Toko alat listrik Tempat Umum

250

1 atau 2

Ruang parkir Gudang Pekerjaan kasar Pekerjaan sedang Pekerjaan halus Pekerjaan amat halus

50 100 100 – 200 200 – 500 500 – 1000 1000 – 2000

3 3 2 atau 3 1 atau 2 1 1

SENTAGI(SESOTYA(UTAMI,(ST.,(M.Sc.,(Ph.D(( Program(Studi(Teknik(Fisika(UGM

Diperlukan lampu tambahan pada bagian kepala tempat tidur dan cermin

Gunakan pencahayaan setempat pada tempat yang diperlukan

Tingkat pencahayaan ini harus dipenuhi pada lantai. Untuk beberapa produk tingkat pencahayaan pada bidang vertikal juga penting

Pencahayaan pada bidang vertikal pada rak barang

106&

FISIKA&BANGUNAN&

Pemeriksaan warna

750

1

Masjid

200

1 atau 2

Gereja vihara

200 200

1 atau 2 1 atau 2

Rumah Ibadah Untuk tempat-tempat yang membutuhkan tingkat pencahayaan yang lebih tinggi dapat digunakan pencahayaan setempat Idem Idem

Sumber cahaya putih dikelompokkan 3 kelompok menurut tampak warna yang dihasilkan dari temperatur warna. Hubungan dari tingkat pencahayaan dan temperatur warna akan mempengaruhi tingkat kenyamanan visual. Tabel 7.2 Kategori warna berdasarkan temperatur [6] Temperatur Warna K (Kelvin) > 5300 3300 – 5300 < 3300

Tampak Warna Dingin Sedang Hangat

Tabel 7.3 Hubungan tingkat pencahayaan dengan tingkat kenyamanan visual [6] Tingkat pencahayaan (Lux) < 500 500 – 1000 1000 – 2000 2000 – 3000 > 3000

Tampak warna lampu Hangat Sedang

Dingin

Nyaman Nyaman Stimulasi Stimulasi Tidak Alami

Dingin Dingin Netral Netral Nyaman

Netral Netral Nyaman Nyaman Stimulasi

Renderasi warna dikelompokkan menjadi 4 nilai berdasarkan nilai rentang indeks renderasi warna (Ra) yang dimiliki oleh suatu sumber cahaya. Tabel 7.4 Pengelompokkan renderasi warna [6] Kelompok Renderasi Warna

Rentang Indeks Renderasi Warna (Ra)

Tampak Warna

SENTAGI(SESOTYA(UTAMI,(ST.,(M.Sc.,(Ph.D(( Program(Studi(Teknik(Fisika(UGM

FISIKA&BANGUNAN& 107&

1

Ra > 85

2

70 < Ra < 85

3 4

40 < Ra < 70 Ra < 40

Dingin Sedang Hangat Dingin Sedang Hangat

Nilai renderasi warna (Ra) ditentukan dari temperatur warna dan jenis lampu dari sumber cahaya. Tabel 2.9 adalah beberapa contoh nilai Ra dari beberapa jenis lampu. Tabel 7.5 Nilai Ra untuk beberapa jenis lampu [6] Lampu Fluoresen standar White Cool daylight Flouresen super Warm white Cool white Cool daylight Merkuri tekanan tinggi Natrium tekanan tinggi Halida metal

Temperatur Warna (K)

Re

4200 6200

60 70

3500 4000 6500 4100 1950 4300

85 85 85 50 25 65

Pemasangan lampu terhadap armatur (rumah lampu) mempengaruhi intensitas cahaya yang dipaparkan oleh lampu itu ke arah mana sebaran lampu tersebut dipaparkan. Tabel 7.6 Jumlah cahaya terpapar terhadap kelas armatur Jumlah cahaya Kelas armatur

langsung

SENTAGI(SESOTYA(UTAMI,(ST.,(M.Sc.,(Ph.D(( Program(Studi(Teknik(Fisika(UGM

ke arah atas (%)

ke arah bawah (%)

0 ~ 10

90 ~ 100

108&

FISIKA&BANGUNAN&

semi langsung

10 ~ 40

60 ~ 90

difus

40 ~ 60

40 ~ 60

langsung-tidak langsung

40 ~ 60

40 ~ 60

semi tidak langsung

60 ~ 90

10 ~ 40

tidak langsung

90 ~ 100

0 ~ 10

Pengkajian awal harus dibuat terhadap jenis pencahayaan yang dibutuhkan, seringkali keputusan dibuat sebagai fungsi dari estetika dan ekonomi.

SENTAGI(SESOTYA(UTAMI,(ST.,(M.Sc.,(Ph.D(( Program(Studi(Teknik(Fisika(UGM

FISIKA&BANGUNAN& 109& Mulai

Tentukan tingkat pencahayaan maksimum

Fungsi ruangan

Tentukan sumber cahaya yang paling efisien sesuai dengan penggunaan

Tentukan warna muda untuk langit-langit & dinding

Tentukan armatur yang efisien

Upayakan koefisien penggunaan (Kp) besar

Tentukan tata letak armatur

Lakukan pemeliharaan kebersihan terjadwal armatur & ruang

Upayakan koefisien depresiasi (Kd) besar

Hitung: E = (F/A) x Kp x Kd

Diperoleh jumlah armatur dan jumlah lampu

Lakukan pengendalian, pengelompokkan, penyalaan, dan disesuaikan dengan cahaya alami siang hari

Diperoleh konfigurasi sistem pencahayaan

Tentukan pencahayaan merata dan setempat

Diperoleh daya yang diperlukan Watt/m2

Periksa Watt/m2 < Target

STOP

Gambar 7.1 Flowchart perancangan sistem pencahayaan pada SNI [7]

SENTAGI(SESOTYA(UTAMI,(ST.,(M.Sc.,(Ph.D(( Program(Studi(Teknik(Fisika(UGM

110&

FISIKA&BANGUNAN&

7.2.1 Tingkat+Pencahayaan+RataKrata+(E)+ Tingkat pencahayaan (iluminansi) pada suatu ruangan secara umum didefinisikan sebagai tingkat pencahayaan rata-rata pada bidang kerja. Bidang kerja yang dimaksud pada perhitungan iluminansi rata-rata ialah bidang horizontal imajiner yang membentang di seluruh area yang dihitung. Ketika seseorang duduk terletak pada 0,75 – 0,9 m di atas lantai seluruh ruang, sedangkan bila berdiri, bidang kerja terletak pada 0,85 – 1,2 m di atas lantai. Pada perhitungan ini, nilai bidang kerja diletakkan pada asumsi yang sama, yaitu 0,75 m di atas lantai dengan asumsi tinggi tersebut merupakan tinggi optimal dari pencahayaan yang diterima oleh okupan pada bidang kerja. Maka dari itu, iluminansi rata-rata (Eav) dapat diketahui dengan:

𝐸!" =

φ!"!#$ 𝑈𝐹×𝑀𝐹 𝐴

(1.6)

Eav

= Rata-rata iluminansi horizontal (lux)

φ total

= Total flux luminansi yang menerangi bidang kerja (lumen)

A

= Luas ruangan (m2)

UF

= Faktor utilitas

MF

= Faktor maintenance

Gambar 7.2 Skema zona dalam ruangan [16]

SENTAGI(SESOTYA(UTAMI,(ST.,(M.Sc.,(Ph.D(( Program(Studi(Teknik(Fisika(UGM

FISIKA&BANGUNAN& 111& 7.2.2 Faktor+Utilitas+(UF)+ Faktor Utilitas (UF) adalah faktor cahaya yang hilang karena diserap oleh permukaan ruangan. Faktor utilitas bergantung pada 3 faktor [17]: 1. Tipe dari luminaire Luminaire dengan cahaya yang arahnya terkonsentrasi pada bidang kerja akan memiliki UF dibandingkan dengan luminaire dengan cahaya yang tersebar.

2. Indeks Ruangan (RI) Nilai indeks ruangan bergantung kepada panjang (L) dan lebar (W) ruangan, dan juga tinggi dari peletakan luminaire dari bidang kerja (Hm).

Gambar 7.3 Indeks ruangan [18] Pada bidang horisontal: 𝐴! = 2×𝐿×𝑊

(1.7)

Pada bidang vertikal: 𝐴! = 2×(𝐿 + 𝑊)×𝐻!

(1.8)

Maka, untuk mendapatkan nilai indeks ruangan:

𝑅𝐼 =

𝐿×𝑊 𝐴! = 𝐴! (𝐿 + 𝑊)×𝐻!

(1.9)

3. Reflektansi dari permukaan ruangan Warna permukaan yang cerah dengan tingkat reflektansi yang tinggi akan menimbulkan UF yang juga tinggi. Faktor utilitas yang tinggi berarti jumlah lampu yang dibutuhkan akan semakin sedikit, sehingga energi yang digunakan akan lebih efisien.

SENTAGI(SESOTYA(UTAMI,(ST.,(M.Sc.,(Ph.D(( Program(Studi(Teknik(Fisika(UGM

112&

FISIKA&BANGUNAN& Tabel 7.7 Tipikal Reflektansi [17] Warna

Reflektansi

Putih, Cream

0,7 atau 0,8

Kuning

0,6

Hijau muda, Pink

0,5

Biru langit, Abu-abu

0,4

Krem, Coklat

0,3

Tabel 7.8 Nilai tipikal UF [17] Reflektansi Ruang C W F 0,7 0,5 0,2 0,3 0,1 0,5 0,5 0,2 0,3 0,1 0,3 0,5 0,2 0,3 0,1 0,0 0,0 0,0

Indeks Ruang (RI) 0,75 N/A N/A N/A N/A N/A N/A N/A N/A N/A N/A

1,00 0,61 0,58 0,56 0,60 0,58 0,56 0,59 0,57 0,55 0,54

1,25 0,65 0,62 0,59 0,63 0,61 0,59 0,62 0,60 0,58 0,57

1,50 0,67 0,64 0,62 0,65 0,63 0,61 0,64 0,62 0,60 0,58

2,00 0,70 0,67 0,65 0,68 0,66 0,64 0,66 0,64 0,63 0,61

2,50 0,71 0,69 0,68 0,69 0,68 0,66 0,67 0,66 0,65 0,62

3,00 0,73 0,71 0,69 0,70 0,69 0,68 0,68 0,67 0,66 0,63

4,00 0,74 0,73 0,72 0,72 0,71 0,69 0,69 0,68 0,68 0,65

5,00 0,75 0,74 0,73 0,73 0,72 0,71 0,70 0,69 0,68 0,65

Nilai reflektansi biasanya dapat diperoleh di datasheet yang diberikan oleh manufaktur dari cat dan furniture yang dipakai. Dari ketiga faktor tersebut, untuk mendapatkan nilai UF, maka langkah yang harus dilakukan adalah: 1. Ketahui nilai faktor reflektansi pada langit-langit (ceiling), dinding (wall), dan lantai (floor) 2. Ketahui data manufaktur untuk lumanaire yang diteliti 3. Hitung nilai indeks ruang (RI) 4. Cari nilai UF berdasarkan pada Tabel 7.8

SENTAGI(SESOTYA(UTAMI,(ST.,(M.Sc.,(Ph.D(( Program(Studi(Teknik(Fisika(UGM

FISIKA&BANGUNAN& 113& 7.2.3 Faktor+Maintenance+(MF)+ Faktor maintenance (biasa disebut koefisien depresiasi atau koefisien pemeliharaan) merupakan perbandingan antara tingkat pencahayaan setelah jangka waktu tertentu dari instalasi pencahayaan digunakan terhadap tingkat pencahayaan pada instalasi baru. Pada SNI, faktor maintenance memiliki nilai standar yaitu 0,8. 7.2.4 Perhitungan+Jumlah+Luminaire+(N)+ Untuk menghitung jumlah luminaire yang dibutuhkan, berikut adalah metode yang digunakan: 𝑁=

𝐸×𝐴 φ×n×MF×UF

N

= Jumlah luminaire yang dibutuhkan

E

= Iluminansi rata-rata yang dibutuhkan (lux)

A

= Luas ruangan

Φ

= Jumlah lumen pada lampu (lm)

n

= jumlah lampu per luminaire

MF

= Faktor maintenance

UF

= Faktor utilitas

(1.11)

Jumlah luminaires yang dibutuhkan dapat didapatkan menggunakan Persamaan (1.11). Tetapi, perhitungan ini tidak dapat memberikan variasi iluminansi dalam bidang kerja karena nilai yang dihitung berdasarkan nilai iluminansi rata-rata yang diberikan oleh standar. 7.2.5 Menghindari+Glare/Silau+ Setiap luminer akan memiliki ruang yang direkomendasikan terhadap perbandingan tinggi. Pada metodologi perancangan sebelumnya, perbandingan keseragaman, yakni perbandingan terang minimum terhadap terang rata-rata dijaga pada 0,8 dan ruang yang cocok untuk perbandingan tinggi ditentukan untuk mencapai keseragaman. Dalam perancangan modern memadukan efisiensi energi dengan tugas pencahayaan, konsep yang muncul adalah memberi keseragaman 1/3 hingga 1/10 tergantung pada tugasnya. Nilai luminer diatas yang direkomedasikan adalah 1,5. Jika perbandingan aktual lebih dari nilai yang direkomendasikan, keseragaman pencahayaan akan menjadi lebih kecil. Contoh untuk peralatan yang pantas,

SENTAGI(SESOTYA(UTAMI,(ST.,(M.Sc.,(Ph.D(( Program(Studi(Teknik(Fisika(UGM

114&

FISIKA&BANGUNAN&

mengacu ke gambar 12. Luminer yang lebih dekat ke dinding besarnya harus setengah atau lebih kecil dari jarak spasi. •

Jarak spasi antara luminer = 10/3 = 3,33 meters

•

Tinggi mounting = 2,0 m

•

Perbandingan jarak spasi terhadap tinggi = 3,33/2,0 = 1,66

•

Nilai ini mendekati batas yang ditentukan, jadi diterima.

Akan lebih baik bila memilih luminer dengan SHR yang lebih besar. Hal ini akan mengurangi jumlah peralatan dan beban pencahayaan yang terhubung.

7.3 Faktor-faktor Perancangan Cahaya Alami Tingkat pencahayaan alami dalam ruang ditentukan oleh intensitas cahaya matahari pada bidang datar di ruang terbuka pada saat yang sama. Perbandingan tingkat pencahayaan alami di dalam ruangan dengan di ruang terbuka ditentukan oleh: a. Hubungan geometris antara titik ukur dan lubang cahaya b. Ukuran dan posisi lubang cahaya c. Distribusi terang langit d. Bagian langit yang dapat dilihat dari titik ukur Komponen dari faktor pencahayaan ada tiga, yaitu: a. Faktor langit (fl), yaitu komponen pencahayaan langsung dari cahaya langit. b. Faktor refleksi luar (flr), yaitu komponen pencahayaan yang berasal dari refleksi benda di sekitar bangunan. c. Faktor refleksi dalam (fld), yaitu komponen pencahayaan yang berasal dari refleksi permukaan benda di dalam ruangan. Faktor langit (fl) adalah faktor pada suatu titik pada suatu bidang di dalam suatu ruangan dimana merupakan perbandingan tingkat pencahayaan langsung dari langit di titik tersebut dengan intensitas cahaya alami di ruang terbuka. Pengukuran ini dilakukan pada saat yang sama, dengan tidak memperhitungkan hambatan pada jendela (jendela dianggap tidak ada). Dalam perhitungan faktor langit, tingkat intensitas matahari di ruang terbuka pada keadaan puncak (cerah) dianggap sama dan merata (uniform luminance distribution), yait...