31 Aug 2017

Perbandingan Perhitungan OTTV dan RETV Gedung Residensial – Apartement.

 

Abstrak

Besar panas yang masuk ke dalam gedung melalui proses konduksi dan radiasi bergantung dari desain selubung bangunan tersebut. Di Indonesia, formula yang dapat memperhitungkan nilai perpindahan panas dari luar ke dalam gedung adalah OTTV atau Overal Thermal Transfer Value yang dibakukan dalam SNI 6389: 2011 tentang Konservasi Energi Selubung Bangunan pada Gedung. Sementara, Singapura memiliki formula tersendiri dalam menghitung perpindahan panas tersebut yang dikenal dengan RETV atau Residential Thermal Transfer Value. Mengingat kondisi iklim Singapura tidak berbeda jauh dengan Indonesia, maka artikel ini mencoba membandingkan kedua formula tersebut terhadap sebuah gedung yang sama.Perhitungan OTTV dilakukan dengan dua cara melaluiΔT5 dan ΔT8 sehingga terdapat 3 perbandingan yaitu OTTVΔT5; OTTVΔT8; RETV. Masing-masing formula dihitung melalui variasi: 3 kondisi nilai Uf, 5 kondisi WWR dan 11 kondisi SC. Dari setiap variasi dapat dilihat perbandingan bobot beban panas dari konduksi masif (Qw); konduksi transparan (Qf1) dan radiasi transparan (Qf2).Sementara dari setiap variasi dapat dilihat optimalisasi antara WWR maksimum dan nilai SC optimum serta sebaliknya pada setiap kondisi Uf. Berdasarkan studi yang dilakukan, proporsi beban konduksi transparan  pada RETV membesar dibanding dengan beban konduksi masif pada OTTV. Sementara proporsi beban konduksi transparan pada RETV lebih rendah dibanding beban konduksi transparan pada OTTV. Hasil studi juga menunjukkan perhitungan OTTV ΔT 5 maupun OTTV ΔT 8 membutuhkan kriteria spesifikasi kaca dan rentang nilai WWR yang jauh lebih ketat dibanding pada perhitungan RETV.

 
 

Latar Belakang OTTV dan ETTV

Kolaborasi antara desain pasif dan aktif sangat diperlukan untuk mewujudnya gedung yang ramah lingkungan terutama dalam kaitannya efsiensi energi. Pada konteks daerah tropis seperti Indonesia, sistem pengondisian udara untuk sistem pendingin merupakan salah satu komponen yang cukup signifikan terkait konsumsi energi gedung. Sementara, beban pendinginan tidak hanya ditentukan oleh beban panas internal saja. Beban panas ekstenal yang berasal dari selubung bangunan dianggap memiliki peran yang signifikan dalam menentukan beban pendinginan. Tentunya dalam memperhitungkan beban panas dari selubung bangunan sangat erat kaitannya dengan orientasi gedung dan spesifikasi material yang digunakan. Hal ini menunjukan bahwa optimalisasi desain pasif pada fasad sangat dibutuhkan.

Pada tahun 1975, OTTV atau Overal Thermal Transfer Value tersebut pertama diajukan oleh American Sociaty of Heating, Refrigeration and Air-conditioning Engineers (ASHRAE) yang dibakukan dalam ASHRAE Standard 90-75 dan 90-80A. Pada tahun 1979, Singapura merupakan negara pertama yang mengadopsi formula OTTV tersebut dan menyusunnya dengan melakukan berbagai adaptasi kondisi iklim setempat. Sementara, Indonesia, Malaysia, Thailand dan Filipina menjadikan formulasi OTTV yang dilakukan Singapura sebagai acuan untuk menyusun standar energi gedung di negara masing-masing.  Untuk Indonesia, standar terkait formula OTTV yang dibakukan dalam SNI 6389:2011 tentang Konservasi Energi Selubung Bangunan pada Bangunan Gedung. OTTV merupakan suatu nilai perpindahan panas dari luar ke dalam melalui selubung bangunan. Semakin rendah nilai OTTV dari suatu bangunan, berarti semakin rendah pula beban panas yang masuk ke dalam bangunan sehingga mengakibatkan rendahnya beban sistem pendinginan.

OTTV memiliki tiga komponen utama yang diperhitungkan yaitu: beban panas konduksi dari area fasad masif (Qw) yaitu dengan formula: a[Uw (1-WWR) TDek]; beban panas konduksi dari area fasad transparan (Qf1) yaitu dengan formula: (Uf  *WWR *ΔT); dan beban panas radiasi dari area fasad transparan (Qf2) yaitu dengan formula (SC*WWR*SF). Sehingga peformulaan OTTV adalah sebagai berikut (SNI 6389, 2011):

OTTV = a[Uw (1-WWR) TDek] + (Uf  *WWR *ΔT) + (SC*WWR*SF)
 

Sementara, OTTV untuk setiap bidang dinding luar bangunan gedung dengan orientasi tertentu dengan lebih dari satu jenis material dinding, berikut persamaan yang digunakan:

OTTV = [a1{Uw1 A1/SA (1-WWR) TDek + a2{Uw2 A2/SA (1-WWR) TDek} + …… + an{Uwn An/SA (1-WWR) TDek}] + (Uf WWR ΔT) + (SC WWR SF)

Sehingga, OTTV untuk fasad seluruh bangunan, berikut persamaan yang digunakan.

OTTV = [(A01 OTTV01) + (A02 OTTV02) + ……. + (A0i OTTV0i)] / A01 + A02 + A0i

Keterangan:
a : absortans radiasi matahari, tergantung pada material dan warna dinding eksterior
Uw : transmitans termal dinding tidak tembus cahaya (W/m2K)
WWR : perbandingan luas jendela dengan luas seluruh dinding luar pada orienasi tersebut
TDek : beda temperature ekuivalen (K) ( 1Delta T5 untuk dinding dengan berat jenis ≤ 125)
SF : faktor radiasi matahari (W/m2). Tergantung orientasi fasad. Lihat SNI 6389:2011
SC : koefisien peneduh dari sistem fenetrasi. Spesifikasi dari manufaktur
Uf : transmitans termal fenetrasi (W/m2K)
ΔT : beda temperatur antara bagian luar dan bagian dalam (diambil 8K)
A1 : area dinding dengan material 1
SA : A1+A2+A3
Aoi : luas dinding pada bagian dinding luar i (m2), termasuk semua dinding masif dan jendela yang terdapat pada bagian tersebut
OTTVi : nilai OTTV pada bagian dinding i (W/m2)

Sejak tahun 1979 Singapore Building and Construction Authority (BCA) mengadopsi formula OTTV untuk perhitungan beban panas dari fasad gedung yang menggunakan sistem pengkondisian udara dan memiliki fungsi non residensial. Selanjutnya, pada tahun 2000 Singapore BCA dan National University of Singapore melakukan studi bersama untuk menyusun formula baru yang dianggap dapat lebih akurat menghitung kinerja transfer panas dari selubung bangunan. Formula baru tersebut diberi nama ETTV atau Envelope Thermal Transfer Value. Secara garis besar, komponen ETTV sama dengan komponen yang ada dalam formula OTTV yang juga memperhitungkan beban panas konduksi dari permukaan masif fasad serta beban panas konduksi dan radiasi dari permukaan transparan fasad.    

Perhitungan OTTV maupun ETTV tidak berlaku untuk gedung yang tidak dikondisikan seperti dengan fungsi residensial. Namun, pada tahun 2008, seiring dengan pesatnya pertumbuhan bangunan gedung residensial yang dikondisikan, maka diperlukan suatu formula tersendiri untuk menghitung beban panas eksternal untuk fungsi bangunan residensial. Formula tersebut dikenal dengan RETV atau Residensial Envelope Transmittance Value. RETV tidak hanya memperhitungkan beban panas ekternal di siang hari saja seperti ETTV. Namun, RETV juga memperhitungkan beban panas eksternal pada malam hari mengingat karakteristik gedung yang aktivitas di dalamnya tetap berlangsung pada malam hari.  

 
Persamaan
 
Konduksi Transparan
Radiasi Transparan
RETV 1.3 WWR Uf 58.6 WWR CF SC
ETTV 3.4 WWR Uf 211 WWR CF SC

Tabel 1. Perbandingan Persamaan RETV dengan ETTV

Sehingga hal ini membuat konstanta yang digunakan pada persamaan RETV relatif lebih kecil dibanding ETTV, dengan komposisi sebagai berikut:
• Konstanta komponen beban konduksi masif RETV adalah 0.28 dari ETTV.
• Konstanta komponen beban konduksi transparan RETV adalah 0.38 dari ETTV.
• Konstanta komponen beban radiasi transparan RETV adalah 0.28 dari ETTV.
 
Selanjutnya, untuk menghitung RETV untuk fasad seluruh bangunan adalah sebagai berikut: 
 
RETV = [(A01 RETV01) + (A02 RETV02) + ……. + (A0i RETV0i)] / A01 + A02 + A0i
Keterangan:
CF = faktor koreksi untuk beban matahari
 
Pada awalnya SNI 03-6389-2000 menetapkan nilai maksimal OTTV yaitu 45 W/m2. Namun, pada tahun 2011 SNI 03-6389-2011 merubah nilai maksimal OTTV menjadi 35 W/m2. Sementara sejak tahun 2008 BCA menetapkan nilai maksimal RETV 25 W/m2.

 

Lingkup Studi

Studi yang dilakukan oleh penulis adalah untuk memberikan gambaran seberapa ketat persyaratan baik OTTV maupun RETV terkait dengan nilai SC dan Uf yang harus dipenuhi pada WWR tertentu pada gedung fungsi residensial. Fokus terletak pada nilai SC dan Uf kaca dikarenakan area transparan memiliki kontribusi yang cukup signifikan dibanding area masif dalam menentukan beban panas dari fasad. Untuk itu, artikel ini mengambil studi kasus dari sebuah gedung yang telah terbangun dan dipandang cukup dapat mewakili gedung dengan fungsi residensial. Selain berlantai banyak, gedung ini juga memiliki bentuk lantai tipikal seperti gedung-gedung bertingkat pada umumnya. Berikut adalah data gedung yang dimaksud:

Lokasi : Menteng, Jakarta Pusat
Fungsi Gedung : Apartemen  
GFA : 21.571 m2 
Orientasi : Utara - Selatan - Barat - Timur
Lantai yang dihitung : 37 Lantai  
Floor to Floor : Lantai 20                             : 4.2 meter  
  : Lantai 6-19 & 21-29            : 4.1 meter  
  : Lantai 5                               : 5 meter  
  : Lantai 2 s.d.4                      : Unconditioned  
  : Lantai 1, Mezzanine            : F&B @ 4 meter
Rata-rata keliling lantai : ± 118.3 meter, dengan  
  : Rata-rata lebar sisi Utara : ± 42.05 meter
  : Rata-rata lebar sisi Selatan : ± 42.05 meter
  : Rata-rata lebar sisi Barat : ± 17.10 meter
  : Rata-rata lebar sisi Timur : ± 17.10 meter

Spesifikasi material masif:

 
Jenis Material
 
Spesifikasi
 
Letak
ACP Abu-Abu
Aluminium Composite Oanel + Udara + Beton + Plester Aci
Uw= 1.19
TDek= 10ºC
Semua sisi
Dinding Bata.
Aluminium Composite Panel + Bata + Plester Aci
Uw= 6.25
TDek= 10ºC
Barat dan Timur
Tabel 2. Jenis Material Fasad yang Digunakan

Sedangkan parameter desain selubung bangunan yang akan direkayasa adalah spesifikasi material transparan atau kaca yaitu SC, Uf, dan WWR. Artikel ini membuat 165 variasi kombinasi sebagai berikut:

Nilai SC : 0.40-0.60 dengan selisih 0.02 
Nilai Uf : 2.1, 3.1, dan 4.1 
    Nilai SC dan Nilai U menggunakan spesifikasi kaca yang memiliki kinerja tinggi untuk efisiensi energi.
Nilai WWR : Terdapat 5 kondisi, yaitu
    A : WWR Utara Selatan 60%, WWR Barat Timur 20%
    B : WWR Utara Selatan 65%, WWR Barat Timur 25%
    C : WWR Utara Selatan 70%, WWR Barat Timur 30%
    D : WWR Utara Selatan 75%, WWR Barat Timur 35%
    E : WWR Utara Selatan 80%, WWR Barat Timur 40%
Nilai ΔT : Delta T5 dan 8K
    Terdapat beberapa pendapat apakah nilai ini harus mengacu pada SNI yaitu Delta T5 atau mengacu pada standar perencanaan, yang umumnya 8K)
 

Hasil Perhitungan dan Pembahasan

Jika membandingkan per komponen, formula konduksi masif pada OTTV dan ETTV terlihat bahwa ETTV tidak menggunakan variabel adan TDek dan menggantinya dengan konstanta angka 12. Begitu pula dengan formula konduksi transparan pada ETTV yang tidak menggunakan variabel ΔTnamun menggantinya dengan konstanta angka 3.4. Sementara formula radiasi transparan pada ETTV tidak lagi memperhitungkan SF yang bergantung pada orientasi fasad. Pada formula radiasi ini juga digunakan konstanta berupa angka 211 dan variabel CF yang nilainya bergantung pada arah orientasi gedung dan sudut kemiringan fasad yang rentang kemiringannya 70º-120º dari bidang horizontal. Perbedaan formula tersebut tentunya memberikan pengaruh terhadap pembobotan beban panas di setiap komponen perhitungannya. 

Berdasarkan hasil studi, terdapat perbedaan komposisi dalam berkontribusi terhadap besarnya panas yang berasal dari fasad. Berikut ini adalah grafik perbandingan dalam bentuk prosentase : 
 

Gambar 1. Perbandingan Bobot Beban Panas antara OTTV ΔT 5; OTTV ΔT 8 dan RETV pada kondisi Uf 3.1 dan SC 0.50

(atas: bobot beban konduksi masif; kiri bawah: bobot beban konduksi transparan; kanan bawah: bobot beban radiasi transparan)
 

Secara garis besar, terdapat perbedaan bobot beban panas dari ketiga komponen baik OTTV maupun RETV. Dari seluruh perhitungan yang dilakukan, bobot persentase beban panas yang ingin disajikan penulis adalah perbandingan antara OTTV ΔT 5 dengan RETV dan perbandingan OTTV ΔT 8 dengan RETV. Untuk perbandingan OTTV ΔT 5 dengan RETV menghasilkan: bobot beban panas konduksi masif OTTV ΔT 5 berkisar antara 0.96 s.d. 1,02 bobot beban panas konduksi masif RETV; bobot beban panas konduksi transparan OTTV ΔT 5 berkisar antara 1.42 s.d. 1.51 bobot beban panas konduksi transparan RETV; dan bobot beban panas radiasi transparan OTTV ΔT 5 berkisar antara 0.90 s.d. 0.96 bobot beban panas radiasi transparan RETV.

Sementara, perbandingan OTTV ΔT 8 dengan RETV menghasilkan bahwa bobot beban panas konduksi masif OTTV ΔT 5 berkisar antara 0.83 s.d. 0.96 bobot beban panas konduksi masif RETV; bobot beban panas konduksi transparan OTTV ΔT 8 berkisar antara 1.96 s.d. 2.27 bobot beban panas konduksi transparan RETV; dan bobot beban panas radiasi transparan OTTV ΔT 8 berkisar antara 0.78 s.d. 0.90 bobot beban panas radiasi transparan RETV.

Panas konduksi transparan dihasilkan oleh formula yang memperhitungkan perbedaan suhu antara di dalam dan di luar gedung. Grafik hasil perbandingan bobot konduksi transparan antara RETV dengan OTTV juga sejalan dengan dasar pemikiran dilahirkannya perhitungan RETV yang juga memperhitungkan beban panas eksternal malam hari. Pada grafik tersebut, bobot panas konduksi transparan menjadi paling rendah dibanding dengan dua perhitungan OTTV lainnya.

Pembahasan selanjutnya adalah menganalisa hasil perhitungan 495 variasi kombinasi SC, Uf, dan WWR. Variasi perhitungan dilakukan dengan variabel yang sesuai dengan data gedung dan tentunya untuk pemenuhan nilai OTTV maksimum sebesar 35 watt/m2 dan nilai RETV maksimum sebesar 25 watt/m2

 

Tiga warna berbeda menunjukkan perbedaan sebagai berikut: warna biru merupakan perhitungan OTTV dengan ΔT 5 yang hasilnya lebih dari 35 watt/m2, warna merah merupakan perhitungan OTTV dengan ΔT 8 yang hasilnya lebih dari 35 watt/m2 dan warna hijau merupakan perhitungan RETV yang hasilnya lebih dari 25 watt/m2. Pada hasil perhitungan variasi ini, pembahasan akan dilakukan di setiap kondisi Uf 2.1; 3.1; dan 4.1. 

Berikut adalah tabel yang memperlihatkan kondisi tersebut


Kondisi

OTTV ΔT 5 OTTV ΔT 8 ETTV
SC Maks. WWR Opt. SC Maks. WWR Opt SC Maks WWR Opt.
Uf 2.1 0.44 WWR A -- -- 0.60 WWR E
Uf 3.1 0.40 WWR A -- -- 0.60 WWR E
Uf 4.1 -- -- -- -- 0.60 WWR D
Tabel 4. Optimalisasi Nilai WWR saat Nilai SC Maksimum

 


Kondisi
OTTV ΔT 5 OTTV ΔT 8 ETTV
SC Opt. WWR Maks. SC Opt. WWR Maks. SC Opt. WWR Maks.
Uf 2.1 0.44 WWR A -- -- 0.60 WWR E
Uf 3.1 0.40 WWR A -- -- 0.60 WWR E
Uf 4.1 -- -- -- -- 0.58 WWR E
Tabel 5. Optimalisasi Nilai SC saat Nilai WWR Maksimum

 

Bangunan gedung yang distudi oleh penulis memiliki desain yang WWR pada bagian Utara dan Selatan masing-masing sebesar 70%, sementara WWR bagian Barat dan Timur masing-masing sebesar 30% (kondisi WWR C). Pemilihan batas nilai WWR dipilih dengan  mengambil WWR Utara Selatan dan Barat Timur 60% dan 20% (Kondisi WWR A) untuk batas bawah serta 80% dan 40% (Kondisi WWR E) serta untuk batas atas. Kondisi WWR B dan WWR D memiliki rentang 5% di antara WWR A dengan WWR C dan WWR C dengan WWR E. Sementara, pemilihan batas nilai Uf  (2.1; 3.1; dan 4.1) dan SC (0.40 s.d. 0.60) pada studi kasus ini didasarkan pada batas maksimum spesifikasi kaca tersebut dalam pemenuhan OTTV sebesar 35 watt/m2 dan RETV sebesar 25 watt/m2.
 
Pada tabel 4 diperlihatkan bahwa nilai SC maksimum yang dibutuhkan untuk mencapai nilai OTTV  ΔT 5 agar tidak melebihi 35 watt/m2 merupakan nilai SC batas bawah, yaitu 0.40 s.d, 0.44. Sementara SC maksimum yang dibutuhkan untuk mencapai nilai RETV agar tidak melebihi 25 watt/m2 merupakan nilai SC batas atas, yaitu 0.60. Untuk pencapaian nilai OTTV ΔT 8 agar tidak melebihi 35 watt/m2, rentang WWR dan SC yang ada tidak dapat memenuhi batas maksimum nilai OTTV berdasarkan SNI, yaitu 35 watt/m2.
 
Pada tabel 5 diperlihatkan bahwa nilai WWR maksimum yang dibutuhkan untuk mencapai OTTV ΔT 5 agar tidak melebihi 35 watt/m2 merupakan nilai WWR batas bawah, yaitu WWR Kondisi A. Sementara WWR maksimum yang dibutuhkan untuk mencapai nilai RETV agar tidak melebihi 25 watt/m2 merupakan nilai WWR batas atas, yaitu Kondisi E. Untuk pencapaian nilai OTTV ΔT 8 agar tidak melebihi 35 watt/m2, rentang WWR dan SC yang ada tidak dapat memenuhi batas maksimum nilai OTTV  berdasarkan SNI, yaitu 35 watt/m2.

Kesimpulan

Berdasarkan studi yang dilakukan, urutan peringkat beban dari yang terbesar hingga terkecil pada RETV dan OTTV adalah sebagai berikut: radiasi transparan, konduksi transparan dan konduksi masif. Pada perhitungan RETV dan OTTV ΔT 5, proporsi beban konduksi masif relatif sama. Sedangkan dan proporsi beban konduksi masif pada RETV terlihat lebih tinggi dibanding OTTV ΔT 8. Sementara proporsi beban konduksi transparan pada perhitungan RETV menjadi paling rendah dibanding beban konduksi transparan pada perhitungan OTTV. Hal ini sejalan dengan dasar pemikiran lahirnya pemikiran RETV dengan konstanta pada komponen konduksi transparan yang memperhitungkan perbedaan suhu antara di dalam dan di luar gedung baik siang maupun malam hari. Berbeda dengan komponen konduksi transparan OTTV yang hanya memperhitungkan beban panas eksternal siang hari (di saat puncak).

Untuk optimalisasi antara nilai SC dan WWR antara perhitungan OTTV ΔT 5 maupun OTTV ΔT 8 dengan RETV terdapat perbedaan yang cukup signifikan. Hasil studi menunjukkan bahwa perhitungan OTTV ΔT 5 maupun OTTV ΔT 8 membutuhkan kriteria spesifikasi kaca dan rentang nilai WWR yang lebih ketat dibanding pada perhitungan RETV.

Penerapan standar OTTV akan sulit tecapai untuk bangunan residential. Hal ini dikarenakan penerapannya memerlukan optimalisasi fasad yang cukup menantang. Pertama, yaitu dengan memperkecil WWR. Namun hal ini memiliki risiko ketidaknyamanan calon penghuni, karena kecilnya bukaan transparan pada huniannya. Kedua, yaitu dengan menggunakan kaca yang memiliki kinerja tinggi atau high performance glass. Hal ini dapat menyebabkan besarnya investasi awal dinilai memberatkan investor.

 

Referensi

Building and Construction Authority. (n.d.). Code on Envelope Thermal Performance for Buidings.
           Retrieved from https://www.bca.gov.sg/.../others/retv.pdfBuilding and Construction Authority

Loekita, L., & Priatman, J. (2015). OTTV (SNI 03-6389-2011) and ETTV (BCA 2008) Calculation
           for Various Building's Shapes, Orientation, Envelope Building Materials: Comparison and Analysis. Civil Engineering
           Dimension,
108-116.

SNI. (2011). SNI 6389-2011 tentang Konservasi Energi Selubung Bangunan pada Bangunan Gedung.
           Jakarta: Badan Standarisasi Nasional.

Vijayalaxmi, J. (2010). Concept of Thermal Transfer Value (OTTV) in Design of Building Envelope
           to Achieve Energy Efficiency. International Journal of Thermal & Environmental Engineering, 75-80.



Baca Selengkapnya Unduh Disini