Apakah itu Building Envelope?

Building envelope atau selubung bangunan dalam arsitektur merujuk pada komponen fisik yang membatasi ruang dalam bangunan dengan lingkungan luar. Selubung bangunan ini adalah lapisan pelindung yang memisahkan interior bangunan dari kondisi eksternal seperti cuaca, suhu, dan kelembapan. Tujuan utama dari selubung bangunan adalah untuk memastikan kenyamanan, efisiensi energi, dan perlindungan dari elemen-elemen luar seperti angin, hujan, dan suhu ekstrem.

Daftar Isi

A. Pendahuluan

B. Building Envelope dan Keberlanjutan

· Karakteristik Building Envelope yang Keberlanjutan

· Aspek Utama pada Performa Building Envelope

C. Pemilihan Material Building Envelope

· Pemilihan Material Building Envelope

· Rekomendasi Building Envelope pada Iklim Tropis

D. Kinerja Termal Building Envelope

· Persamaan Keseimbangan Termal

· Standar dan Sertifikasi Kinerja Energi

A. Pendahuluan

Building envelope atau selubung bangunan meliputi semua komponen bangunan yang memisahkan ruang dalam (indoors) dengan ruang luar (outdoors). Selubung bangunan mencakup komponen struktural seperti dinding, atap, lantai, jendela, dan pintu, yang berfungsi untuk melindungi bangunan dari faktor eksternal seperti cuaca, suhu, dan kebisingan.

Building envelope terdiri dari beberapa komponen utama yang bekerja sama untuk melindungi bangunan:

1. Dinding Eksterior: Melindungi dari cuaca dan memberikan insulasi.

2. Atap: Mencegah masuknya air dan memberikan perlindungan dari panas matahari.

3. Jendela dan Pintu: Memungkinkan cahaya dan ventilasi alami, sekaligus menjaga keamanan dan insulasi.

4. Lantai Dasar: Mencegah kelembapan dari tanah masuk ke dalam bangunan.

Building envelope memiliki beberapa fungsi utama yang sangat penting untuk kinerja bangunan:

1. Insulasi Termal

Building envelope membantu mengontrol perpindahan panas antara interior dan eksterior. Dengan insulasi yang baik, bangunan dapat
mempertahankan suhu yang nyaman, mengurangi kebutuhan pemanasan atau pendinginan, dan menghemat energi.

2. Kontrol Kelembapan

Salah satu fungsi utama building envelope adalah mencegah masuknya air dan kelembapan yang dapat merusak struktur bangunan. Ini
termasuk sistem waterproofing dan drainase yang efektif.

3. Ventilasi Udara

Building envelope yang dirancang dengan baik memastikan sirkulasi udara yang optimal, menjaga kualitas udara dalam ruangan
dan mencegah masalah seperti jamur atau akumulasi polutan.

4. Ketahanan terhadap Cuaca dan Bencana

Building envelope melindungi bangunan dari kondisi cuaca ekstrem seperti angin kencang, hujan deras, atau sinar matahari langsung.
Ini juga dapat meningkatkan ketahanan bangunan terhadap bencana alam seperti gempa bumi.

5. Estetika dan Desain

Building envelope menentukan tampilan visual bangunan. Desain yang baik dapat meningkatkan nilai estetika dan integrasi bangunan

dengan lingkungan sekitarnya.

Building envelope yang dirancang dengan baik dapat meningkatkan efisiensi energi, kenyamanan penghuni, dan daya tahan bangunan

Perpindahan Panas pada Building Envelope

Perpindahan panas merupakan konsep dasar dalam fisika dan teknik yang menjelaskan bagaimana energi termal berpindah dari satu objek atau sistem ke objek atau sistem lain. Ada tiga prinsip dasar atau cara perpindahan panas: konduksi, konveksi, dan radiasi. Memahami prinsip-prinsip ini penting untuk merancang selubung bangunan atau building envelope.

1. Konduksi

Konduksi adalah perpindahan panas melalui suatu material tanpa disertai perpindahan partikel material tersebut. Panas berpindah dari daerah dengan suhu tinggi ke daerah dengan suhu rendah melalui getaran molekul atau pergerakan elektron bebas dalam material. Hukum yang mendasari: Hukum Fourier, yang menyatakan bahwa laju perpindahan panas sebanding dengan gradien suhu dan luas penampang, serta berbanding terbalik dengan ketebalan material.

2. Konveksi

Konveksi adalah perpindahan panas yang terjadi melalui pergerakan fluida (cairan atau gas). Panas dipindahkan oleh gerakan massa fluida dari daerah bersuhu tinggi ke daerah bersuhu rendah. Hukum yang mendasari: Hukum Newton tentang pendinginan.

3. Radiasi

Radiasi adalah perpindahan panas dalam bentuk gelombang elektromagnetik (misalnya, inframerah). Tidak memerlukan medium untuk perpindahan panas, sehingga dapat terjadi dalam ruang hampa. Hukum yang mendasari: Hukum Stefan-Boltzmann, yang menyatakan bahwa energi yang dipancarkan sebanding dengan pangkat empat suhu absolut benda.

Prinsip Umum Perpindahan Panas

Panas selalu berpindah dari daerah dengan suhu lebih tinggi ke daerah dengan suhu lebih rendah.
Laju perpindahan panas dipengaruhi oleh perbedaan suhu, sifat material, dan luas permukaan.
Dalam banyak kasus, ketiga mekanisme perpindahan panas dapat terjadi secara bersamaan.

Perbandingan Mode Perpindahan Panas

Mode	Mekanisme	Media yang Diperlukan	Contoh
Konduksi	Getaran molekul dan kontak langsung	Padat atau cairan diam	Transfer panas melalui sendok logam
Konveksi	Gerakan fluida	Cair atau gas	Udara hangat naik ke dalam ruangan
Radiasi	Gelombang elektromagnetik	Tidak ada (berfungsi dalam ruang hampa)	Panas dari api unggun

Strategi untuk Mengoptimalkan Perpindahan Panas di Bangunan

1. Tingkatkan Insulasi: Gunakan bahan isolasi berkinerja tinggi di dinding, atap, dan lantai.

2. Pasang Jendela Hemat Energi: Gunakan jendela berlapis ganda atau tiga lapis dengan pelapis Low-E.

3. Tutup Kebocoran Udara: Kurangi aliran udara yang tidak terkendali dengan menutup celah dan retakan.

4. Gunakan Permukaan Reflektif: Terapkan pelapis reflektif ke atap dan dinding untuk meminimalkan perolehan panas matahari.

5. Gunakan Naungan: Gunakan atap yang menjorok, tirai, atau tanaman untuk menghalangi sinar matahari langsung.

6. Optimalkan Sistem HVAC: Pastikan ukuran, penyegelan, dan pemeliharaan sistem pemanas dan pendingin yang tepat.

7. Desain Pasif: Manfaatkan ventilasi alami, massa termal, dan orientasi matahari untuk mengurangi ketergantungan pada sistem mekanis.

B. Building Envelope dan Keberlanjutan

Karakteristik Building Envelope yang Keberlanjutan

Building Envelope atau selubung bangunan pada bangunan hijau berbeda dari bangunan konvensional karena bertujuan untuk mencapai berbagai tujuan yang lebih luas dan cenderung bekerja dengan cara yang berbeda. Beberapa karakteristik selubung bangunan hijau dijelaskan di bawah ini:

1. Responsif:

Selubung bangunan hijau dirancang untuk merespons konteks lokal dan bekerja dengan kondisi eksternal dan internal untuk mencapai lingkungan optimal di dalam dan di sekitar bangunan. Oleh karena itu, selubung bangunan mungkin memiliki penanganan akustik tambahan di area yang menerima kebisingan dari lingkungan eksternal dan memiliki koneksi visual dan fisik yang kuat (melalui balkon, jendela, dan pintu eksternal) di mana cahaya eksternal dan kondisi termal mendukung kenyamanan manusia.

2. Dinamis:

Untuk mencapai kondisi optimal secara berkelanjutan, selubung bangunan hijau bersifat dinamis dan beradaptasi dengan kondisi yang berubah. Dengan demikian, lebih banyak selubung bangunan yang memiliki naungan di musim panas daripada di musim dingin untuk meminimalkan perolehan panas yang tidak diinginkan. Di musim dingin, selubung dapat memungkinkan lebih banyak sinar matahari masuk ke dalam bangunan daripada di musim panas sehingga dapat menghangatkan bangunan.

3. Dapat dikendalikan:

Memberikan pengguna kontrol yang lebih besar atas lingkungan lokal merupakan strategi utama di sebagian besar bangunan hijau. Oleh karena itu, selubung bangunan cenderung memiliki banyak jendela yang dapat dibuka dan ditutup dengan mudah oleh penghuninya. Bangunan juga dapat memiliki tirai internal yang dapat dikontrol dan pelindung matahari eksternal yang dapat digunakan untuk memaksimalkan kualitas cahaya matahari internal dan menghindari silau dan sinar matahari.

4. Ekologis:

Selubung bangunan hijau bertujuan untuk mendukung pengembangan ekosistem dan kehidupan tumbuhan dan hewan di sekitar bangunan. Oleh karena itu, selubung dapat digunakan untuk menciptakan habitat bagi hewan seperti burung dan atap serta balkon dapat ditanami.

5. Dinding yang dapat bernapas:

Desainer bangunan hijau sering kali mencoba dan mencapai kualitas kinerja yang sama dengan yang ditemukan pada pakaian luar yang bagus. Lapisan luar selubung bangunan, seperti jas hujan dan payung, memberikan perlindungan terhadap cuaca seperti angin dan hujan. Lapisan tengah, seperti kemeja dan kaus, memberikan kehangatan dan isolasi termal. Lapisan dalam, seperti rompi, nyaman disentuh dan menyerap kelembapan berlebih.

6. Iklim mikro:

Selubung bangunan digunakan untuk mendukung perkembangan iklim mikro setempat. Dengan demikian, selubung dapat digunakan untuk menciptakan ruang yang terlindung dan terkena sinar matahari di sekitar bangunan sebagai area fasilitas bagi penghuninya. Selubung juga dapat digunakan untuk menciptakan area yang ditumbuhi tanaman dan teduh, tempat udara sejuk dan segar dapat masuk ke dalam bangunan.

7. Energi:

Selubung bangunan memberikan peluang yang sangat baik untuk menghasilkan energi terbarukan untuk digunakan di dalam bangunan. Hal ini dilakukan melalui panel pemanas air tenaga surya dan fotovoltaik serta turbin angin. Idealnya, hal ini terintegrasi dalam desain selubung bangunan untuk meningkatkan kualitas estetika bangunan dan meminimalkan kebutuhan material.

Aspek Utama pada Performa Building Envelope

Beberapa aspek utama pada performa selubung bangunan hijau antara lain:

1. Cahaya Alami

Desain selubung bangunan memastikan bahwa Daylight Factor (DF) rata-rata sebesar 2,5% tercapai di semua area yang ditempati (ruang tamu dan ruang kerja).

2. Ventilasi

Desain bangunan memastikan bahwa ruang dapat berventilasi secara alami. Area terbuka minimum di dalam selubung luar minimal 5% dari luas lantai internal disediakan untuk ventilasi alami.

3. Cahaya Matahari

Sinar matahari langsung dihindari di lingkungan kerja kantor, khususnya di tempat visual display unit (VDU) digunakan. Akses sinar matahari ke dalam bangunan hanya diperbolehkan sebagai bagian dari strategi pencahayaan pasif dengan perolehan langsung yang berperan penting dalam menghangatkan bangunan di musim dingin.

4. Kedap Udara

Selubung bangunan kedap udara untuk menghindari infiltrasi udara dingin atau panas yang tidak diinginkan melalui selubung bangunan. Standar kedap udara melebihi standar minimum yang dipersyaratkan oleh SANS 204.

5. Kebisingan

Kebisingan eksternal yang mengganggu dari lalu lintas, dll. tidak dialami di dalam gedung dan tingkat kebisingan internal tidak melebihi standar praktik yang baik (yaitu tingkat suara sekitar tidak melebihi 45dBAeq di kantor dengan denah terbuka)

6. Vegetasi

Setidaknya 10% dari selubung bangunan eksternal memiliki penutup vegetasi. Hal ini dapat disediakan dalam bentuk atap hijau, kotak jendela, teras dan balkon yang ditanami, dan tanaman merambat di dinding. Ini juga digunakan untuk mendukung terciptanya habitat satwa liar.

7. Kenyamanan Termal

Selubung ini bertujuan untuk mencapai tingkat kenyamanan termal internal praktik terbaik sebagaimana diukur menggunakan Predicted Mean Vote (PMV) dalam Standar ISO 7730.

8. Energi

Selubung bangunan mendukung strategi desain terpadu secara keseluruhan yang mencapai target konsumsi energi praktik yang baik dan secara signifikan melampaui standar efisiensi energi minimum yang tercantum dalam SANS 204.

9. Parkir Mobil

Semua ruang parkir mobil tertutup berventilasi alami.

10. Energi Terbarukan

Selubung bangunan mencakup pembangkitan energi terbarukan seperti fotovoltaik, turbin angin, dan pemanas air tenaga surya, dan 10% dari kebutuhan energi bangunan dihasilkan dari sumber-sumber ini.

11. Tampilan

Semua ruang kerja berada dalam jarak 7m dari jendela dan memiliki pemandangan langsung ke luar.

12. Elevasi Timur dan Barat

Jendela pada elevasi timur dan barat diminimalkan dan naungan yang sesuai disediakan jika ada untuk menghindari perolehan sinar matahari yang tidak diinginkan.

13. Jendela yang Dapat Dibuka

Jendela yang dapat dibuka disediakan di tempat yang dapat dengan mudah dikontrol oleh orang-orang di dekatnya. Setidaknya satu jendela yang dapat dibuka per 5 meter berjalan dari selubung bangunan disediakan di area yang ditempati.

14. Tirai internal

Semua jendela di area kerja dilengkapi dengan tirai internal.

15. Pemanenan Air Hujan

Atap digunakan untuk memanen air hujan dan target pengurangan 50% dalam konsumsi air minum utama (relatif terhadap bangunan konvensional) tercapai.

16. Cool Roof

Atap dan balkon serta teras luar yang besar dibangun dari bahan dengan nilai penyerapan di bawah 0,55 (berwarna terang) untuk menghindari perolehan panas yang tidak diinginkan.

17. Insulasi

Nilai insulasi dalam bangunan melebihi persyaratan minimum yang diuraikan dalam SANS 204.

18. Kontrol Lingkungan Pasif

Selubung bangunan mendukung strategi kontrol lingkungan pasif seperti yang dijelaskan dalam bab kontrol lingkungan pasif dengan menyediakan bukaan dan massa termal yang ditempatkan dan berukuran tepat, dsb.

C. Pemilihan Material Building Envelope

Pemilihan Material Building Envelope

Pemilihan material untuk selubung bangunan harus diperhatikan. Pertimbangan utama harus mencakup hal-hal berikut:

· Persyaratan kinerja: Material yang dipilih harus memastikan bahwa persyaratan kinerja yang dikembangkan untuk selubung bangunan dapat dipenuhi. Persyaratan ini dijelaskan di bawah ini dalam isolasi, massa termal, dan kedap udara.

· Material lokal: Material dan komponen harus bersumber secara lokal untuk meminimalkan dampak transportasi dan menciptakan lapangan kerja lokal.

· Dampak lingkungan: Material dengan dampak lingkungan negatif yang substansial, seperti material dengan energi terwujud tinggi, atau material dengan proses produksi yang berbahaya, harus dihindari.

· Material hasil produksi: Material hasil produksi seperti jerami, kayu, dan wol yang dapat diperbarui harus digunakan, jika memungkinkan.

Rekomendasi Building Envelope pada Iklim Tropis

Selubung bangunan beriklim tropis dirancang untuk menahan panas dan memaksimalkan ventilasi.

1. Atap reflektif: Atap reflektif membantu menahan panas matahari. Warna dan bahan atap memiliki efek signifikan pada sejauh mana panas dari matahari diserap dalam bangunan. Pilihan warna dan bahan dapat mengurangi perolehan panas yang tidak diinginkan dalam bangunan dengan menghindari, atau mengurangi, kebutuhan akan pendinginan mekanis. Secara umum, nilai penyerapan target sebesar 0,55 atau kurang harus dituju.

2. Material berwarna terang: Warna dan bahan permukaan luar bangunan memengaruhi sejauh mana panas dari matahari diserap atau dipantulkan. Warna yang lebih gelap dapat digunakan untuk menyerap panas dari matahari dan menghangatkan bangunan di musim dingin. Di musim panas, warna yang lebih terang mengurangi perolehan panas yang tidak diinginkan dari matahari dan dapat digunakan untuk membantu menjaga bangunan tetap sejuk.

3. Massa Termal Material: Massa termal dari selubung bangunan dapat berkontribusi pada keseluruhan massa termal bangunan dan digunakan dalam bangunan hemat energi untuk menyimpan panas dan ‘kesejukan’. Dengan udara malam yang dingin, massa termal bangunan dapat menyimpan ‘kesejukan’ sehingga mengurangi kebutuhan pendinginan buatan pada bangunan di siang hari. Untuk berkontribusi pada efek ini, selubung bangunan harus memastikan bahwa material bermassa termal tinggi seperti batu bata, batu, dan beton terekspos secara internal. Selain itu, bukaan pada selubung bangunan harus ditempatkan dengan tepat untuk menghangatkan massa termal atau membiarkannya dingin.

4. Dinding hijau

Tanaman merambat dapat berupa dinding yang tumbuh. Tanaman ini memiliki keuntungan untuk meningkatkan vegetasi dan pekerjaan lingkungan yang dilakukan oleh tanaman, seperti kontrol kelembaban dan suhu, penyerapan karbon dioksida, dan produksi oksigen. Selain itu, tanaman merambat dan vegetasi yang dekat dengan selubung membantu meningkatkan ukuran dan stabilitas lapisan udara eksternal sehingga meningkatkan nilai-R. Tanaman merambat peluruh juga dapat digunakan untuk menanggapi perubahan kebutuhan termal pada selubung bangunan. Di musim panas, warna daun yang relatif lebih terang dan lapisan udara eksternal yang terbentuk dapat digunakan untuk membantu menjaga bangunan tetap sejuk.

5. Insulasi termal: Insulasi termal dapat ditambahkan ke beton untuk mengurangi perpindahan panas. Nilai U adalah konduktansi termal dari elemen bangunan komposit dan merupakan kebalikan dari resistansi termal total elemen, nilai R. Ini mencakup jumlah material, rongga, dan resistansi lapisan udara permukaan di seluruh bagian elemen dan diukur sebagai aliran energi melalui satuan luas elemen per perbedaan suhu ^oC di seluruh elemen (Wm^2oC). Semakin rendah nilai U, semakin baik insulasi elemen bangunan tersebut. Selubung bangunan yang terinsulasi dengan baik mendukung efisiensi energi dengan mengurangi perolehan panas yang tidak diinginkan. Insulasi di atap bangunan sangat penting karena potensi perolehan panas di musim panas dari matahari di atas kepala dan kehilangan panas di musim dingin. Jika memungkinkan, insulasi harus ditempatkan di permukaan luar bangunan untuk memastikan bahwa massa termal selubung dapat berkontribusi pada strategi pengendalian lingkungan pasif di dalam bangunan.

6. Kaca

Kaca yang lebih canggih harus digunakan jika kinerja tinggi diperlukan. Karakteristik kaca berikut dapat digunakan untuk meningkatkan desain hemat energi.

§ Luas kaca: Luas kaca pada fasad harus memiliki keseimbangan optimal antara kualitas cahaya matahari dan perolehan serta kehilangan panas melalui selubung. Kaca umumnya memiliki nilai-R yang jauh lebih rendah daripada dinding padat.

§ Lokasi: Jika memungkinkan, jendela dan kaca harus dihindari pada fasad timur dan barat untuk menghindari perolehan panas yang tidak diinginkan. Jendela juga harus ditempatkan di tempat yang memberikan pemandangan yang bagus dan lebih tinggi di dinding untuk mendukung pencahayaan siang hari yang baik.

§ Kontrol: Kontrol bukaan jendela harus dirancang untuk memberi penghuni kendali atas lingkungan sekitar mereka. Ini dapat dilakukan dengan memiliki jendela yang diberi jarak teratur dan menyediakan setidaknya satu bagian bukaan per 5 m fasad.

§ Transmisi cahaya: Kaca dengan transmisi cahaya tinggi mendukung cahaya matahari yang baik di dalam bangunan, mengurangi kebutuhan akan pencahayaan buatan.

· Koefisien perolehan panas matahari: Ini adalah proporsi total radiasi matahari yang ditransfer melalui kaca pada kejadian normal. Kaca dengan koefisien yang lebih rendah mengurangi jumlah panas yang masuk dari matahari.

· Nilai U: Meningkatkan nilai U, misalnya dengan menggunakan kaca ganda, mengurangi kehilangan dan perolehan panas.

7. Ventilasi: Maksimalkan ventilasi dengan atap terbuka, dinding berpori, dan jendela jalusi. Bangunan dengan ventilasi alami harus memiliki luas bukaan yang setara (jendela atau pintu) minimal 5% dari luas lantai. Di area yang lebih hangat, luas ini dapat ditingkatkan hingga di atas 10%. Jendela dengan bagian bukaan pada tingkat tinggi dan rendah mendapat manfaat dari kemampuan menggunakan efek cerobong untuk menciptakan pergerakan udara dan dapat digunakan untuk mengeluarkan udara panas dari bagian atas ruangan dan menarik udara yang lebih dingin pada tingkat rendah. Pada bangunan yang menggunakan ventilasi silang sebagai strategi pendinginan, pergerakan udara harus diarahkan ke sekeliling orang dan ‘jalur angin’ antara jendela pada dinding yang berlawanan dibuat selurus mungkin untuk memastikan pergerakan udara efektif.

8. Naungan: Sinar matahari langsung melalui jendela harus dihindari untuk meminimalkan perolehan panas yang tidak diinginkan. Cara paling efektif untuk melakukannya adalah melalui peneduh. Berbagai strategi dapat digunakan tergantung pada orientasi kaca. Kaca yang menghadap ekuator harus memiliki perangkat peneduh horizontal dan kaca yang menghadap timur dan barat harus memiliki perangkat peneduh vertikal. Desain perangkat peneduh harus dirancang untuk memotong sinar matahari yang tidak diinginkan pada fasad dan didasarkan pada pemodelan atau perhitungan kondisi sepanjang tahun.

D. Tantangan pada Building Envelope

Mendesain Building Envelope yang berkinerja tinggi membutuhkan penanganan akan beberapa tantangan terkait the, kebocoran udara, dan pengendalian kelembapan.

Dengan memahami tantangan ini dan menerapkan solusi yang efektif, arsitek, desainer interior, dan perusahaan konstruksi dapat menciptakan selubung bangunan yang memberikan kinerja, kenyamanan, dan daya tahan yang optimal.