Pendahuluan
Artikel ini bertujuan untuk menjelaskan dan membahas gagasan Bioclimatic Architecture sebagai salah satu fenomena paling aktual dan penting dalam bangunan kontemporer [1, 2]. Meskipun kebutuhan untuk mengembangkan lingkungan binaan dengan rasa hormat terhadap alam secara umum dinyatakan [3, 4], sebagian besar bangunan masih didirikan tanpa pemahaman yang tepat tentang desain bioklimatik. Dengan tujuan untuk membuat masalah kompleks ini lebih jelas bagi para arsitek dan pengguna bangunan, penulis makalah ini menyajikan proses formatif dan evolusi arsitektur bioklimatik dari asal-usulnya hingga contoh kontemporer paling maju. Oleh karena itu, artikel ini menjelaskan bagaimana solusi iklim asli dari bangunan vernakular [5, 6] berevolusi dari sistem yang sederhana menjadi sistem yang lebih kompleks dan bagaimana Semuanya dipadukan secara cerdas dengan teknologi terkini untuk menciptakan arsitektur bioklimatik yang matang dan sadar. Berbagai cara untuk mengadaptasi hunian terhadap iklim dibandingkan dan dianalisis.
Artikel ini didasarkan pada analisis dua studi kasus, yang merupakan beberapa contoh terbaik yang menggambarkan bagaimana konsep arsitektur bioklimatik bekerja dalam praktik dan peluang apa yang diciptakan olehnya [7]. Analisis ini digunakan sebagai contoh bagaimana bangunan yang disajikan memanfaatkan kekhasan iklim lokal dan lingkungan alam. Penerapan energi bersih yang efektif dikombinasikan dengan pemahaman yang tepat tentang kompleksitas dan kerapuhan ekosistem yang ada adalah fitur pembeda lain dari studi kasus yang dipilih [8, 9]. Isu-isu ini sangat penting, terutama mengingat perubahan iklim yang semakin cepat, yang memaksa melakukan tindakan yang akan mengarah pada pengurangan langsung potensi pemanasan global serta eksploitasi sumber daya alam secara lebih sadar.
Konsep Arsitektur Bioklimatik
Aturan pertama arsitektur bioklimatik adalah memanfaatkan kondisi bioklimatik setempat dengan manfaat dari lingkungan alam dan buatan. Pendekatan tersebut harus selalu didasarkan pada penelitian mendalam multidisiplin tentang keadaan masing-masing: dari kekhususan ekosistem melalui faktor budaya hingga analisis ekonomi. Pada akhirnya, bangunan yang aman dan nyaman yang diciptakan tidak merusak lingkungan tetapi berkontribusi terhadap kesehatannya dan memperkaya keanekaragaman hayati.
Kenyamanan Pengguna di Bangunan Bioklimatik
Untuk memenuhi harapan kontemporer, lingkungan binaan perlu memastikan kisaran suhu yang sesuai, kelembaban dan pertukaran udara yang memadai, parameter akustik yang baik serta pencahayaan yang dirancang dengan benar. Harapan kenyamanan visual secara keseluruhan juga harus dipenuhi. Dalam banyak kasus, persyaratan pencahayaan dan iklim dalam ruangan cenderung menimbulkan beberapa masalah serius [10, 11]. Di gedung standar, meskipun banyak kritik, sistem pendingin udara tanaman paling sering digunakan untuk mengatur suhu dan kelembaban [11]. Namun, di arsitektur bioklimatik, penerapan bahan dan sumber energi terbarukan dipromosikan, sementara penggunaan sistem tanaman dikurangi secara signifikan demi metode yang dijelaskan lebih lanjut dalam teks.
Salah satu elemen kunci dari desain bioklimatik yang tepat adalah penggunaan cahaya matahari secara maksimal untuk memastikan pencahayaan interior yang memadai. Pengurangan, atau dalam beberapa kasus bahkan penghapusan konsumsi listrik untuk pencahayaan buatan, menghasilkan penghematan yang signifikan, baik bagi konsumen maupun lingkungan. Pencahayaan alami harus dikontrol dengan cermat untuk menghindari efek silau dan panas berlebih, tetapi jika dirancang dengan benar, merupakan faktor penting bagi kenyamanan pengguna. Terakhir, pencahayaan alami yang tepat memiliki pengaruh positif terhadap persepsi manusia terhadap lingkungan binaan, yang tidak boleh diremehkan.
Kenyamanan termal dalam bangunan bioklimatik dapat dicapai dengan berbagai cara. Beberapa sistem yang paling efisien didasarkan pada lantai dan langit-langit yang memancarkan radiasi. Tidak seperti bangunan berteknologi tinggi pada tahun delapan puluhan dan sembilan puluhan abad XX yang beroperasi dalam kisaran sempit dari apa yang disebut parameter suhu dan kelembaban optimal, struktur bioklimatik memungkinkan beberapa penyesuaian dan penyesuaian pengaturan termal yang lebih individual. Solusi yang paling maju dan sekaligus paling ekonomis adalah sistem hibrida, yang contohnya akan disajikan di bagian selanjutnya dari artikel ini.
Kandungan oksigen yang tepat merupakan faktor penting lain dari iklim mikro dalam ruangan yang nyaman. Parameter ini sering kali diremehkan, padahal seharusnya tidak terjadi karena kekurangan oksigen secara permanen di ruangan tempat orang menghabiskan beberapa jam sehari dapat mengakibatkan gejala seperti mengantuk, lelah, respons yang lambat, dan fungsi otak yang kurang efektif. Paparan kondisi hipoksia yang berkepanjangan juga dapat menyebabkan beberapa perubahan patologis pada organisme manusia, terutama pada tingkat biokimia tubuh [12]. Oleh karena itu, jumlah oksigen di lingkungan yang dibangun harus dikontrol dengan cermat. Namun, kadar oksigen di bagian dalam bangunan dapat ditingkatkan dengan relatif mudah melalui ventilasi yang dirancang dengan baik serta dengan memperkenalkan lebih banyak tanaman hijau ke dalam bangunan. Beberapa contoh yang sangat menarik tentang cara kerja sistem tersebut dalam praktik dapat diamati dalam arsitektur regional yang sudah ada. Analisis solusi tradisional yang digunakan dengan tujuan untuk menyediakan adaptasi bangunan terhadap iklim membantu memilih beberapa metode yang bertahan lama tetapi juga untuk mengembangkan strategi bioklimatik baru.
Pelajaran dari Arsitektur Vernakular: Pendinginan dan Pemanasan Pasif
Pengamatan terhadap hunian vernakular secara terusmenerus menghasilkan peluang untuk “mempelajari penerapan teknik pasif […] yang merupakan bagian integral dari arsitektur bangunan dan gaya hidup penghuninya” [5]. Di daerah beriklim panas, faktor yang paling jelas dari adaptasi bangunan terhadap kondisi lokal adalah pendinginan yang efisien, yang biasanya didasarkan pada ventilasi alami dan penggunaan air. Atap yang menjorok, kisi-kisi, pohon atau elemen peneduh lainnya membantu mengurangi beban termal pada fasad.
Massa termal serta berbagai sistem insulasi juga digunakan di daerah panas untuk melindungi dari panas berlebih pada siang hari dan secara bertahap melepaskan panas yang tersimpan pada malam hari. Di antara sistem pendinginan pasif berdasarkan ventilasi alami dan umum diterapkan di berbagai belahan dunia, ada 3 metode dasar yang dapat dibedakan [13]:
- Ventilasi Silang berdasarkan perbedaan tekanan di seluruh bangunan (Gambar 1a);
- Ventilasi Cerobong Asap berdasarkan efek cerobong yaitu tekanan rendah yang disebabkan oleh udara panas yang naik (Gambar 1b);
- Menara Angin dan Penangkap Angin berdasarkan tekanan berlebih dan tekanan kurang (Gambar 1c).
Gambar 1 Model dasar ventilasi alami: 1a-Ventilasi Silang; 1b-Ventilasi Cerobong Asap; dan 1c-Menara Angin dan Penangkap Angin.
Berdasarkan tiga solusi paling sederhana ini beberapa modifikasi lokal dikembangkan:
1. Ventilasi silang dikombinasikan dengan lantai tinggi dan radiasi pendinginan dari tanah di daerah panas dan lembab (Gambar 2) [14, 15];
Gambar 2 Pendinginan alami di rumah tradisional Thailand dengan Struktur kerawang yang dibangun di atas panggung tinggi. Ventilasi silang dikombinasikan dengan lantai yang ditinggikan.
2. Ventilasi silang dikombinasikan dengan bangunan panggung dan pendinginan melalui penguapan dari permukaan air di wilayah panas dan lembab yang terletak di dekat waduk (Gambar 3)
Gambar 3 Pendinginan alami pada rumah tradisional Karibia dengan struktur kerawang yang dibangun di atas panggung dan terletak di atas air. Ventilasi silang dikombinasikan dengan lantai yang ditinggikan dan pendinginan yang memancar dari permukaan air.
3. Ventilasi cerobong asap dikombinasikan dengan pendinginan evaporasi pasif di daerah panas dan kering (Gambar 4) [6].
Gambar 4 Sistem pendingin udara evaporatif di Mesir.
Fakta yang menyedihkan adalah bahwa terlepas dari semua teknik pendinginan alami yang dikembangkan di masa lalu, saat ini sistem pendingin udara pabrik tersebar luas di seluruh dunia dan umumnya digunakan baik di ruang pribadi maupun publik, terutama di kantor, toko, fasilitas administrasi dan transportasi, dll. Metode ini tidak hanya mahal dan menghabiskan banyak listrik tetapi juga berdampak negatif pada kesehatan manusia dan lingkungan.
Di daerah yang lebih dingin, ventilasi alami yang tepat dan pendinginan yang efektif selama hari-hari musim panas yang hangat juga penting, tetapi beberapa masalah lain menjadi pusat perhatian. Masalah ini terkait dengan pemanasan, terutama selama musim dingin. Strategi pasif utama yang secara tradisional digunakan untuk memberikan kenyamanan termal dalam ruangan di zona iklim sedang dan dingin adalah pemusatan termal dan isolasi yang memadai (Gambar 5).
Gambar 5 Strategi pasif di iklim sedang dan dingin: dinding masif tebal, massa termal dan insulasi tambahan yang disediakan oleh lereng alami, jendela besar di Selatan, jendela kecil di Utara, ventilasi alami dikombinasikan dengan pemanas cerobong asap.
Hasilnya adalah dinding, atap, dan lantai yang tebal dan masif. Elemen-elemen ini menyimpan panas di siang hari dan melepaskannya di malam hari.
Di belahan bumi utara, jumlah bukaan di sisi utara bangunan berkurang. Hanya jendela kecil yang ditempatkan di fasad utara yang terisolasi dengan baik untuk menyediakan cahaya matahari sekaligus mencegah hilangnya panas.
Bukaan kaca besar biasanya terletak di bagian selatan hunian untuk memungkinkan pemanasan surya pasif di musim dingin yang berkontribusi pada penghematan energi yang signifikan. Solusi yang sama berdampak positif pada insolasi interior selama musim dingin, yang merupakan masalah penting bagi kesejahteraan pengguna di daerah beriklim sedang dan lintang yang lebih tinggi.
Gagasan yang dikembangkan dalam arsitektur vernakular akan selalu bervariasi tergantung pada kondisi iklim serta sumber daya lokal yang tersedia yang memengaruhi teknik bangunan [16]. Metode adat di berbagai daerah disesuaikan dengan kebutuhan fungsional, kebiasaan, dan tradisi penghuninya. Namun, dalam beberapa kasus, solusi asli tidak memenuhi harapan pengguna generasi modern. Ini terutama terkait dengan kebutuhan keterbukaan terhadap cahaya dan ruang. Konsep arsitektur bioklimatik memungkinkan untuk menggabungkan teknologi mutakhir dengan metode tradisional adaptasi hunian terhadap iklim. Salah satu aspek penting dari fenomena ini adalah bahwa pendekatan bioklimatik membantu menerapkan strategi pasif dan aktif dengan cara yang paling efisien.
Pendekatan Bioklimatik: Integrasi Infrastruktur
Menurut Ken Yeang seluruh lingkungan yang dibangun harus didasarkan pada integrasi yang disebut Infrastruktur Ekologi, yang menghormati ekologi pada semua tingkatan yang memungkinkan dan karenanya melampaui infrastruktur teknologi sederhana [8]. Dalam Infrastruktur Ekologi dibedakan empat kelompok. Yang pertama, “Hijau”, terkait dengan kompleksitas ekosistem, habitat alami, keanekaragaman hayati lingkungan, migrasi satwa liar, hewan dan tumbuhan, dll. Kelompok kedua menyangkut sistem rekayasa “Abu-abu”, berorientasi pada energi berkelanjutan dan teknologi berdampak lingkungan rendah serta nol emisi CO2. Kelompok ketiga terkait dengan pengelolaan air dan dikenal sebagai “Biru”. Isu tentang penyelamatan sumber air bersih di planet ini merupakan hal yang sangat penting dan akibatnya pemanenan air hujan serta daur ulang air limbah menjadi perhatian serius. Akhirnya kelompok “Merah” terakhir menyangkut semua pengaruh budaya manusia. Itu melibatkan norma budaya dan sosial serta peraturan hukum tetapi juga harapan pengguna kontemporer mengenai iklim mikro dalam ruangan, kenyamanan akustik dan visual, dll. Bagian penting Yang perlu diperhatikan dalam kategori tersebut adalah dampak manusia terhadap lingkungan termasuk pemilihan material yang tepat, berdasarkan analisis Life Cycle Assessment. Metode ini memungkinkan untuk menilai dampak potensial yang terkait dengan produk dan proses dengan mengevaluasi semua fase yang diperlukan untuk memproduksi, mengoperasikan, dan membuang sebuah bangunan [17].
Konsep utama yang mendasari Eco Infrastructures adalah pendekatan yang berorientasi pada pelestarian, penyembuhan, dan pemulihan ekosistem secara terus-menerus, terutama yang menyangkut masalah keseimbangan dan keanekaragaman hayati. Strategi holistik tersebut merupakan ciri khas arsitektur bioklimatik, yang menonjolkan nilai studi ekstensif tentang kondisi biologis dan iklim dan tidak terbatas pada pencapaian sertifikasi energi.
Karena tingkat kerumitannya, konsep arsitektur bioklimatik mungkin tampak agak utopis. Namun demikian, dengan pengetahuan dan teknologi saat ini, kita mampu menerapkan ide ini ke dalam bangunan nyata. Bangunan-bangunan ini merupakan objek eksperimental yang memungkinkan untuk menilai solusi mana yang berhasil dalam praktik dan mana yang harus ditingkatkan lebih lanjut.
Pada bagian selanjutnya dari artikel ini dibahas dua studi kasus bangunan bioklimatik yang sangat canggih dan telah selesai dibangun. Bangunan-bangunan tersebut disajikan dalam urutan kronologis tanggal penyelesaian.
Studi Kasus: Bangunan Ekologis dan Hemat Energi Sino-Italia (SIEEB), 2005-2006, Beijing, Cina, Mario Cucinella Architects
SIEEB, yang merupakan singkatan dari Sino-Italian Ecological and Energy Efficient Building di Beijing (Tiongkok), dirancang oleh Mario Cucinella Architects (MCA) bersama dengan Politecnico di Milano dan selesai pada tahun 2005-2006 (Gambar 6).
Bangunan ini didirikan sebagai usaha patungan yang dilakukan bersama oleh Kementerian Lingkungan Hidup dan Wilayah Republik Italia dan Kementerian Sains dan Teknologi Republik Rakyat Tiongkok “untuk mengembangkan kerja sama bilateral jangka panjang antara kedua negara di bidang energi dan lingkungan dan merupakan contoh potensi pengurangan emisi CO2 di sektor bangunan di Tiongkok” [18].
Gambar 6 SIEEB, 2005-2006, Universitas Tsingua, Beijing, Cina. Dirancang oleh Mario Cucinella Architects, dilihat dari arah tenggara.
Bangunan ini terletak di dalam Kampus Universitas Tsinghua di Beijing. SIEEB merupakan pusat penelitian dan pendidikan Tiongkok-Italia untuk perlindungan lingkungan dan konservasi energi. Bangunan ini terletak di atas lahan seluas 60 × 60 meter, tingginya 40 meter, dan menyediakan lahan seluas 20.000 m2. Bangunan ini memiliki kantor, ruang kuliah, auditorium dengan 200 kursi dan zona hijau rekreasi.
Konsep arsitektur SIEEB didasarkan pada studi kondisi iklim lokal termasuk sudut matahari di musim panas dan musim dingin, arah angin yang dominan, suhu dan kelembaban. Simulasi komputer dilakukan dengan tujuan untuk menilai kinerja bangunan tergantung pada orientasi, bentuk, struktur, selubung, dll. Berbagai solusi teknologi juga dianalisis untuk memberikan keseimbangan antara efisiensi energi yang diharapkan, tuntutan fungsional, kenyamanan dalam ruangan dan estetika. Dampak lingkungan terendah dan terutama emisi CO2 minimum adalah hal yang sangat penting. Penulis proyek membandingkan SIEEB dengan daun, karena “[…] bangunan menggunakan dan mengubah cahaya matahari menjadi energi” [19]. Faktanya, kombinasi strategi pasif dan aktif,yang dikendalikan oleh Sistem Manajemen Bangunan (BMS), memungkinkan optimalisasi kinerja bangunan dengan konsumsi energi minimal (Gambar 7).
Gambar 7 SIEEB, 2005-2006, Universitas Tsingua, Beijing, Cina. Dirancang oleh Mario Cucinella Architects, strategi lingkungan, musim dingin.
Berdasarkan hasil penelitian, SIEEB dirancang sebagai struktur berbentuk U, yang terbuka maksimal ke selatan dan terlindungi dari utara. Seluruh idenya berorientasi pada pengurangan permintaan energi untuk pendinginan di musim panas dan pemanasan di musim dingin. Fasad selatan memiliki bentuk yang menonjol dan terbuka untuk menyediakan penetrasi udara dan sinar matahari ke area internal bangunan. Elevasi kaca dinaungi oleh elemen struktural kantilever, diperluas ke selatan untuk mencegah radiasi matahari yang berlebihan (Gambar 8).
Gambar 8 SIEEB, SIEEB, 2005-2006, Universitas Tsingua, Beijing, Cina. Dirancang oleh Mario Cucinella Architects, detail fasad selatan.
Perlindungan tambahan dicapai dengan sudut panel Photo Voltaik yang dipilih dengan tepat serta tanaman peluruh yang terlalu panas dari lantai atas. Teras yang teduh yang diperoleh dengan demikian menawarkan ruang hijau yang menarik bagi pengguna bangunan. Namun, area rekreasi yang paling menyenangkan terletak di halaman tengah di dasar bangunan. Lanskap yang dirancang khusus terdiri dari taman bertingkat dan kolam air. Air hujan yang dikumpulkan di atap disimpan dalam tangki air hujan di bawah permukaan tanah, diolah dalam unit pemulihan air dan digunakan untuk irigasi serta untuk kolam pasokan dan air terjun. Air yang menguap dikombinasikan dengan ventilasi silang memberikan pendinginan ambien yang sangat baik. Efek cerobong mendukung ventilasi alami sementara tanaman hijau berkontribusi untuk meningkatkan jumlah oksigen di udara (Gambar 9).
Gambar 9 SIEEB, SIEEB, 2005-2006, Universitas Tsingua, Beijing, Cina. Dirancang oleh Mario Cucinella Architects, pendinginan di sekitar atrium.
Menurut penulis, teras, taman, dan tanaman merambat yang tersebar di sekitar bangunan merupakan fitur pembeda yang penting dari proyek ini [18].
Tidak seperti bagian selatan SIEEB yang terbuka, fasad utara tidak tembus pandang, terisolasi dengan baik, dan terlindungi dari angin musim dingin yang dingin dan kencang, yang merupakan ciri khas Beijing. Di bawah dinding tirai berwarna biru terdapat panel isolasi tebal. Jendela kaca ganda memberikan nilai koefisien perpindahan panas yang sangat rendah U=1,4 W m-2. Satu-satunya bukaan pada cangkang pelindung yang menghadap ke utara ini adalah pintu masuk utama dari kampus dan koridor hijau yang terletak di bagian bawah bangunan yang memungkinkan ventilasi silang yang efektif di musim panas melalui taman yang terletak di bawah bangunan.
Fasad berlapis ganda di bagian timur dan barat dirancang untuk mengoptimalkan jumlah cahaya matahari di kantor internal. Dinding tirai biru membentuk komposisi geometris dari modul buram dan transparan. Panel berenamel dengan kaca ganda menciptakan latar belakang untuk fasad layar sutra eksternal. Panel kaca layar sutra ditutupi dengan pola linier yang tidak mencolok, yang tidak hanya memberikan bangunan tampilan yang modern dan elegan tetapi juga membantu mencegah silau dan memberikan penetrasi cahaya yang menguntungkan. Komponen lain dari sistem manajemen cahaya adalah tirai rol internal dan rak lampu eksternal, diikuti oleh rak lampu aluminium internal. Elemen-elemen ini memungkinkan pengendalian radiasi matahari serta penyaringan dan distribusi sinar matahari.
Sistem dinding gorden bagian dalam di sekeliling pelataran dalam dilengkapi kisi-kisi kaca luar horizontal dengan sudut berbeda guna mengendalikan insolasi dan perolehan sinar matahari (Gambar 10).
Gambar 10 SIEEB, SIEEB, 2005-2006, Universitas Tsingua, Beijing, Cina. Dirancang oleh Mario Cucinella Architects, atrium internal dengan tanaman hijau.
Sistem kogenerasi terpadu di dalam gedung memungkinkan pembangkitan panas dan listrik secara bersamaan. Sistem ini terdiri dari panel PV, kogenerator, boiler, pompa panas serapan, dan pendingin. Pendinginan dan pemanasan interior yang efisien dimungkinkan dengan langit-langit yang bercahaya.
Fungsi SIEEB dibagi menjadi dua kelompok. Kelompok pertama dapat diakses oleh publik dan terdiri dari aula utama, aula pameran, dan auditorium besar. Ruang-ruang ini terletak di bagian bawah bangunan, yaitu di bawah permukaan jalan, di lantai dasar dan di lantai pertama. Area umum di dalam gedung berhubungan dengan taman internal dan teras hijau. Akses dapat dilakukan melalui pintu masuk utara dan jalur pejalan kaki mengarah ke bagian selatan yang terbuka. Bagian kedua didedikasikan untuk kantor dan laboratorium, yang terletak di lantai atas dengan akses masuk yang lebih terbatas. Komunikasi vertikal di dalam gedung diatur dalam dua blok utama dengan lift dan tangga yang terletak di sayap timur dan barat.
Meskipun bangunannya simetris, tidak ada kesan geometri yang kaku karena bentuk teras dan landai yang tidak teratur, sumbu penyeberangan pejalan kaki yang patah, komposisi kolam dan air terjun, dan akhirnya kekayaan tutupan tanaman yang menciptakan lingkungan dan perspektif yang berbeda di area publik. Secara keseluruhan, elemen-elemen ini membuat karakter bangunan bioklimatik terlihat dan mudah dipahami.
Studi Kasus: Solaris, 2008-2010, Fusionopolis, Singapura, TR Hamzah & Yeang
Gedung Solaris di Singapura dirancang oleh TR Hamzah & Yeang dan selesai pada bulan Desember 2010. Bangunan ini terdiri dari dua menara, yang terdiri dari kantor serta fasilitas penelitian. Penentu terpenting dari proyek ini adalah iklim dan ekosistem setempat. Penelitian terperinci dan bertingkat tentang faktor lingkungan termasuk jalur matahari, kelembaban, suhu, arah angin, tetapi juga keanekaragaman hayati dilakukan sebagai bagian penting dari studi pendahuluan. Karena bangunan ini terletak di Fusionopolis, area tempat bekas pangkalan militer berada sebelumnya, para desainer memutuskan untuk fokus pada pemulihan dan pengayaan ekosistem yang rusak parah.
Posisi Solaris yang sangat dekat dengan garis khatulistiwa mengharuskan penerapan strategi bioklimatik dengan konstruksi fasad dan atap yang responsif terhadap iklim. Analisis jalur sinar matahari menghasilkan konsep elemen peneduh yang diperluas, di antaranya terdapat kisi-kisi peneduh matahari berwarna putih, atap, dan atap yang menjorok (Gambar 11).
Gambar 11 Solaris, 2008-2010, Fusionopolis, Singapura. Dirancang oleh TR Hamzah & Yeang. Pemandangan fasad bangunan dengan jalur hijau.
Bentuknya ditentukan langsung oleh lintasan matahari timur-barat dan berkontribusi pada pengurangan signifikan baik perolehan sinar matahari maupun silau. Namun, motif yang paling spektakuler dalam keseluruhan konsep arsitektur adalah jalan spiral hijau di sekeliling bangunan (Gambar 12).
Gambar 12 Solaris, 2008-2010, Fusionopolis, Singapura. Dirancang oleh TR Hamzah & Yeang. Jalan masuk di sekeliling dan naungan fasad.
Jalan landai dengan panjang 1500 meter dirancang untuk menyediakan kesinambungan lingkungan alam dan koneksi terbaik dengan lingkungan binaan. Jalan landai ini memiliki lebar 3 meter pada titik tersempitnya dan dilengkapi dengan jalur servis, yang diperlukan untuk pemeliharaan tanaman. Dengan cara ini TR Hamzah & Yeang menciptakan taman linear yang menghubungkan One-north Park di bagian bawah gedung Solaris dan menara taman atap di puncak dua menara, yang satu memiliki 9 dan yang lainnya 15 lantai. Pada titik tertinggi, struktur berukuran tinggi 79 meter dan kedua bagian dihubungkan oleh atrium besar yang terletak di antara keduanya. Jalan landai ini memungkinkan organisme hidup kecil untuk berkeliaran bebas di dalam semua zona hijau gedung. Dengan cara seperti itu, arsitektur tidak menciptakan penghalang dalam ekosistem tetapi malah berkontribusi pada integrasinya dan dengan demikian juga pada kesehatan dan keanekaragaman hayati yang lebih besar.
Untuk menutupi permukaan tanah secara maksimal dengan tanaman hijau dan menyediakan berbagai macam vegetasi, sudut bangunan diubah menjadi teras yang lebih lebar, yang juga digunakan untuk rekreasi. Konsep ini menghasilkan rasio yang mengesankan yaitu 108% dari total area lanskap (8.363 m2) ke area situs (7.734 m2). Jumlah tanaman hijau tersebut membutuhkan air dalam jumlah besar untuk keperluan irigasi. Karena curah hujan tahunan rata-rata yang tinggi di Singapura dan sebagai konsekuensi logis dari pendekatan bioklimatik, sistem daur ulang air hujan skala besar diterapkan. Sistem ini terdiri dari drainase simfoni di atap dan pipa pembuangan di jalur perimeter. Tangki transfer atap penampungan air hujan terletak di atas menara yang lebih tinggi, sementara tangki air hujan lainnya terletak di ruang bawah tanah dan digunakan sebagai tempat penyimpanan air yang dipanen. Dengan total kapasitas penyimpanan 700 m3, tangki air hujan dapat memenuhi sebagian besar kebutuhan irigasi di Solaris. Nutrisi organik yang diperlukan disalurkan oleh sistem fertigasi terpadu. Semua pupuk tanaman tidak berbahaya bagi lingkungan dan disebarkan dengan cara yang tidak mengganggu penghuni gedung.
Atrium yang terletak di antara kedua menara memberikan kontribusi pada distribusi udara dan cahaya matahari yang memadai di seluruh bangunan (Gambar 13).
Gambar 13 Solaris, 2008-2010, Fusionopolis, Singapura. Dirancang oleh TR Hamzah & Yeang. Bagian yang menyajikan konsep bioklimatik.
Di Solaris, ide arsitektur bioklimatik secara efektif menghubungkan metode pendinginan vernakular yang diamati di zona iklim panas dan lembab dengan teknologi kontemporer. Atrium didinginkan sepenuhnya secara pasif dengan penerapan ventilasi silang dan konveksi. Namun, aliran udara di atrium dianalisis dengan simulasi Computational Fluid Dynamics (CFD) untuk memastikan bahwa sistem akan mencukupi dan akan memberikan kenyamanan termal yang tinggi tanpa pergerakan udara yang terlalu cepat. Atapnya dilengkapi dengan skylight berjeruji kaca yang dapat dioperasikan yang dikontrol oleh sensor yang responsif terhadap iklim untuk memungkinkan pendinginan cerobong dan secara bersamaan melindungi ruang dalam selama hujan. Sistem yang sama mengontrol dinding layar hujan. Di dalam atrium, ide keseimbangan antara lingkungan alam dan budaya telah dilanjutkan dengan vegetasi yang diperkenalkan di banyak tingkatan.
Atrium dengan dinding dan langit-langit kaca memungkinkan penetrasi sinar matahari ke area publik Solaris secara maksimal. Elemen visual kuat lainnya yang berkontribusi pada pencahayaan alami yang optimal di kantor yang disebut poros surya. Poros ini melintasi struktur secara diagonal dan memasukkan cahaya alami ke area yang diposisikan di bagian bangunan yang lebih dalam. Kisi-kisi peneduh fasad juga dirancang untuk mengarahkan cahaya ke dalam gedung dengan menciptakan rak cahaya ganda. Distribusi cahaya diselesaikan dengan sel eko, yang terletak di bagian timur laut gedung. Peran sel eko adalah untuk memungkinkan pasokan udara ventilasi serta penetrasi cahaya matahari ke area parkir. Pada saat yang sama, hubungan antara jalan landai dan bagian bawah dibuat, yang memungkinkan perluasan tanaman di bawah permukaan tanah.
Strategi lingkungan yang diterapkan di Solaris tidak hanya menghasilkan bangunan spektakuler dan tingkat kenyamanan pengguna yang tinggi, tetapi juga pengurangan signifikan dalam hal konsumsi energi. Kinerja sistem di dalam gedung dioptimalkan dalam banyak hal. Misalnya, sensor cahaya mengukur tingkat pencahayaan dan ketika jumlah cahaya matahari yang cukup tercatat, pencahayaan buatan dimatikan secara otomatis. Dengan naungan fasad yang dirancang dengan cermat dan kaca ganda rendah-e, nilai transfer termal eksternal (ETTV) dari seluruh sistem adalah 39 W/m2. Pengurangan konsumsi energi secara keseluruhan di Solaris mencapai 36% dibandingkan dengan bangunan terkait [20].
Dua bangunan bioklimatik: SIEEB dan Solaris menunjukkan arah baru bagi pengembangan arsitektur kontemporer dan anggaran mereka memungkinkan beberapa solusi teknologi yang patut dicontoh. Kedua bangunan tersebut didedikasikan untuk penelitian dan pendidikan. Contoh-contoh tersebut memungkinkan penerapan praktis konsep dan teknologi baru yang seharusnya mengarah pada efisiensi energi tertinggi dan pada hubungan yang seimbang antara budaya manusia dan lingkungan alam. Oleh karena itu, sangat penting untuk menganalisis bangunan-bangunan ini dengan tujuan untuk mempelajari dan menarik kesimpulan tentang cara memanfaatkan pengetahuan kontemporer untuk menciptakan arsitektur yang secara sempurna sesuai dengan determinan biologis dan iklim setempat.
Arsitektur Vernakular versus Arsitektur Bioklimatik
Terdapat banyak kesamaan antara arsitektur vernakular dan bioklimatik. Pertama-tama, kedua gagasan tersebut dicirikan oleh adaptasi bangunan yang tepat terhadap kekhasan iklim. Isu kedua adalah konsep hidup dalam keseimbangan dengan lingkungan alam yang sangat jelas terlihat dalam bangunan vernakular dan secara sadar diciptakan dalam bangunan bioklimatik. Pendekatan bioklimatik melibatkan pemahaman mendalam tentang kompleksitas dan kepekaan ekosistem. Penghormatan terhadap warisan budaya tempat bangunan tersebut didirikan juga dapat terlihat dalam kedua fenomena arsitektur tersebut.
Namun, bangunan vernakular dan bioklimatik sangat berbeda dalam hal tingkat teknologi yang diterapkan. Hunian tradisional biasanya didasarkan pada pengetahuan yang dikembangkan di wilayah tertentu di dunia dan diwariskan dari satu generasi ke generasi berikutnya sebagai bagian dari warisan. Arsitektur bioklimatik kontemporer menggabungkan metode adat dengan teknologi paling maju teknologi. Meskipun demikian, titik kritis dalam pendekatan ini adalah kombinasi cerdas antara metode pasif dan aktif, berdasarkan penelitian multidisiplin (termasuk misalnya efisiensi energi, dampak lingkungan, analisis biaya, dll.) dan bukan hanya penegasan teknologi itu sendiri. Akhirnya, "perbedaan utama antara bangunan vernakular dan bioklimatik terletak pada kemampuan untuk memilih solusi teknologi yang paling sesuai dengan iklim" [7]. Akibatnya, arsitektur bioklimatik harus menggunakan metode tradisional yang paling sesuai bersama dengan teknologi mutakhir dengan tujuan untuk mencapai penyesuaian optimal terhadap iklim setempat dan harapan pengguna modern. Sistem hibrida dan modifikasi waktu nyata diterapkan untuk mengoptimalkan kinerja bangunan yang dianggap secara keseluruhan.
Analisis studi kasus yang disajikan membuktikan bahwa ide-ide asli, yang awalnya dikembangkan dalam arsitektur vernakular dan dijelaskan di bagian pertama makalah ini, membentuk dasar yang menjadi dasar pembentukan bangunan bioklimatik kontemporer. Penelitian menunjukkan bagaimana metode pasif dasar dan teknologi paling maju berhasil dipadukan dengan tujuan untuk menyediakan kenyamanan iklim mikro dalam ruangan tingkat tinggi dan kinerja sistem bangunan yang optimal. Proyek SIEEB dan Solaris dibuat sebagai hasil dari proses desain terpadu dan kolaborasi antara arsitek, konsultan, dan peneliti dari berbagai bidang termasuk misalnya ahli biologi dan spesialis di bidang perlindungan lingkungan. Di kedua bangunan yang dianalisis, desain holistik, yang melibatkan tidak hanya teknologi, tetapi juga studi lingkungan berkelanjutan sangat dipromosikan.
Kajian ini juga menunjukkan bahwa perancang SIEEB dan Solaris telah secara serius mempertimbangkan karakter individu ekosistem dan menciptakan lingkungan binaan yang seimbang dengan lingkungan alam. Akibatnya, kedua bangunan yang dianalisis tidak merusak lingkungan tetapi malah memperkaya ekosistem dan sangat disesuaikan dengan konteks alam dan budaya setempat. Struktur baru menanggapi kondisi iklim dan biologis pada banyak tingkatan.
Kajian ini menghasilkan kesimpulan bahwa elemen penting dari strategi bioklimatik adalah: desain selubung luar bangunan yang tepat, diikuti oleh desain fasad yang responsif terhadap iklim. Masalah utamanya adalah bahwa solusi yang berbeda harus disediakan untuk orientasi elemen bangunan yang berbeda. Selain itu, masalah persiapan dan distribusi udara di seluruh bangunan merupakan hal yang paling penting. Di kedua bangunan tersebut, ventilasi alami efisien dan memungkinkan penghematan energi yang signifikan. Di SIEEB, sistem pemanas dan pendingin radiasi yang inovatif dipadukan dengan teknologi mutakhir dan energi terbarukan. Di Solaris, pemulihan ekosistem yang hancur dan peningkatan keanekaragaman hayati dianggap sebagai aspek utama proyek.
Perlu diperhatikan bahwa meskipun bangunan yang disajikan bersifat eksperimental dan pionir dalam skala global, biayanya tidak lebih tinggi daripada fasilitas yang sebanding. Pada saat yang sama, bangunan tersebut beradaptasi dengan baik terhadap kondisi bioklimatnya dan dampaknya terhadap lingkungan sangat minimal. Hal itu mengarah pada kesimpulan bahwa arsitektur bioklimatik muncul dari rasa hormat terhadap lingkungan alam dengan pemahaman yang tepat tentang kompleksitas ekosistem dan atas dasar kombinasi metode tradisional yang sadar dan berbasis pengetahuan yang telah terbukti seiring berjalannya waktu dengan pencapaian teknologi terkini. Hasilnya adalah arsitektur bioklimatik yang maju dan matang yang tidak hanya nyaman dan sehat tetapi juga mengarah pada keanekaragaman hayati yang diperkaya dan pembangunan berkelanjutan lingkungan alam dan budaya.
Kesimpulan
Artikel ini menggambarkan gagasan arsitektur bioklimatik dari asal-usulnya dan menunjukkan bagaimana metode dasar adaptasi arsitektur terhadap iklim lokal yang berasal dari bangunan vernakular berevolusi dari sistem yang sederhana menjadi sistem yang lebih kompleks. Dijelaskan bagaimana solusi lokal, yang dikembangkan di berbagai wilayah di dunia, memperoleh dukungan melalui penerapan teknologi mutakhir dan bagaimana transfer pengetahuan kontemporer meningkatkan kesadaran akan kemungkinan yang tersedia. Hal itu memungkinkan untuk memilih strategi yang paling sesuai dengan iklim dan ekosistem yang khususnya membantu di wilayah yang tidak mengembangkan contoh vernakular yang sesuai. Kajian ini mengungkap bagaimana metode pasif dasar berhasil dipadukan dengan teknologi paling canggih untuk menyediakan iklim mikro dalam ruangan yang nyaman dan kinerja bangunan yang optimal. Kajian ini menjelaskan pentingnya analisis individual terhadap determinan biologis dan iklim yang harus dilakukan untuk setiap lokasi yang mengecualikan praktik menyalin beberapa teknik dan memproduksi hunian tanpa memeriksa dampak lingkungan potensialnya secara menyeluruh.
Akhirnya, hasil kajian ini menyimpulkan bahwa arsitektur bioklimatik kontemporer dapat didefinisikan sebagai arsitektur yang didasarkan pada sistem tradisional untuk mengadaptasi hunian terhadap iklim tetapi menggabungkannya secara kreatif dengan penelitian, desain, dan metode teknologi yang canggih. Pendekatan ini menghasilkan pengembangan sistem inovatif yang dirancang khusus untuk kebutuhan lokasi. Sasaran utamanya adalah lingkungan arsitektur yang nyaman bagi pengguna dan terintegrasi secara maksimal dengan ekosistem dengan tujuan untuk mempertahankan harmoni dan keberlanjutan alaminya.
Referensi
[1] C. Gallo, Bioclimatic Architecture, Marchesi, Rome, Italy, 1995, pp. 5-11.
[2] A. Almusaed, Biophilic and Bioclimatic Architecture: Analytical Therapy for the Next Generation of Passive Sustainable Architecture, Springer, London, United Kingdom, 2011, pp. 129-227
[3] European Commission Directorate General for Energy, Energy 2020-A Strategy for Competitive, Sustainable and Secure Energy, Luxembourg, 2011, pp. 3-8.
[4] B. Edwards, Sustainable Architecture: European Directives and Building Design, Architectural Press, Oxford, United Kingdom, 1999, pp. 4-9.
[5] W. Weber, S. Yannas, Lessons from Vernacular Architecture, Routledge, London, New York, 2014, pp.2-3.
[6] H. Fathy, Natural Energy and Vernacular Architecture: Principles and Examples with Reference to Hot Arid Climates, United Nations University, New York, 1986, pp. 4-17.
[7] B. Widera, Bioclimatic architecture as an opportunity for developing countries, in: Proceedings of the 30th International PLEA Conference, Sustainable Habitat for Developing Societies: Choosing the Way Forward, Centre for Advanced Research in Building Science and Energy CEPT University, Ahmedabad, India, 2014, pp. 801-809.
[8] K. Yeang, The Skyscraper Bioclimatically Considered, Academy Editions, Chichester, United Kingdom, 1996, pp. 15-30.
[9] S. Hart, Eco Architecture: The Work of Ken Yeang, John Wiley & Sons, Chichester, United Kingdom, 2011, p. 235.
[10] D.A. McIntyre, Indoor Climate, Applied Science Publishers, London, United Kingdom, 1980, pp.120-122.
[11] K. Mahdavi, Implications of indoor climate control for comfort, energy and environment, Energy and Buildings 24 (3) (1996) 167-177.
[12] L. Revelli, S. Vagnoni, A. D’Amore, E.D. Stasio, C.P. Lombardi, G. Storti, et al., EPO modulation in a 14-days undersea scuba dive, International Journal of Sports Medicine 34 (2013) 1-5.
[13] P. Sørensen, Wind and Ventilation, in: T. Dahl (Ed.), Climate and Architecture, Routledge, Oxon, United Kingdom, 2008, pp. 90-113.
[14] C. Tantasavasdi, D. Jareemit, A. Suwanchaiskul, T. Naklada, Evaluation and design of natural ventilation for houses in Thailand, Journal of Architectural/Planning Research and Studies 5 (1) (2007) 85-98.
[15] C. Tantasavasdi, J. Srebric, Q. Chen, Natural ventilation design for houses in Thailand, Energy and Buildings 33 (8) (2001) 815-824.
[16] R. Balbo, A lesson in urban design from Dakhleh Oasis, in: W. Weber, S. Yannas (Eds.), Lessons from Vernacular Architecture, Routledge, London, New York, 2014, pp. 37-49.
[17] EPA, Life Cycle Assessment: Principles and Practice, Cincinnati, OH: National Risk Management Research Laboratory, Andrew W. Breidenbach, Environmental Research Center, Sustainable Technology Division, 2006, p. 2.
[18] Mario Cucinella Architects S.r.l., SIEEB Sino Italian, [Online], http://www.divisare.com. (accessed February 1, 2015)
[19] A. Giorgi, Mario Cucinella, Edilstampa, Roma, Italy, 2006, p. 86.
[20] CTBUH, Solaris, Singapore, 2012, [Online],http://www.ctbuh.org. (accessed February 1, 2015
*** Artikel ini disadur dari Barbara Widera, Bioclimatic Architecture, J. Civil Eng. Architect. Res., Vol.2, No.4, 2015, pp.567-578, Bioclimatic Architecture ***
Posting Komentar