Dipublikasikan: Jumat, 24 Juli 2026

---

Teknologi Passive Solar Thermal dan Energi Surya dalam Perencanaan Bangunan Hemat Energi & Energi Bersih

---

01 Pendahuluan

Sektor bangunan komersial meliputi supermarket, perkantoran, restauran, sekolah, dan tempat kerja lainnya mengkonsumsi sekitar 30% dari konsumsi energi nasional (data ESDM 2015). Sebagian besar energi yang dikonsumsi di sektor bangunan komersial adalah energi listrik. Energi listrik tersebut sebagian besar digunakan untuk sistem pengkondisian udara, tata cahaya, dan peralatan lain seperti lift, computer, dll. Dari beberapa hasil studi (Gb.2-4) menunjukkan bahwa komposisi potensi pemakaian energi di bangunan komersial adalah sebagai berikut:

a. Sistem tata udara: 55 – 70%

b. Sistem tata cahaya : 15 – 18%

c. Peralatan lain: 5 – 20%

Berdasarkan audit yang dilakukan di Jakarta dan beberapa kota besar di Indonesia, konsumsi energi bangunan di Indonesia masih tergolong tidak hemat energi, dimana nilai konsumsi energi di hitung dengan Indeks Konsumsi Energi (IKE):

Dengan standard nasional IKE: 150KWh/m² per tahun, bangunan komersil di Jakarta memiliki indeks IKE rata2: 196.54 KWh/ m² per tahun.

Nilai konsumsi energi pada gedung komersial ini masih bisa di hemat dengan penggunaan passive thermal cooling pada design bangunan, sehingga penggunaan energi untuk sistem tata udara (AC) dan tata cahaya (lighting) bisa dikurangi.

        1. Passive Solar Thermal

Passive solar thermal adalah process menangkap, menyimpan, mendistribusi dan mengontrol aliran energi dalam bangunan dengan process yang alami (natural) tanpa melibatkan peralatan listrik atau mekanikal rotating dengan tujuan untuk menciptakan kenyamanan thermal di dalam bangunan tersebut. Energi yang mengalir dalam bangunan terjadi secara natural melalui radiasi, konduksi, dan konveksi.

Energi ini sangat tergantung iklim dari lokasi bangunan yang akan di rancang, sebagai contoh bangunan yang akan di bangun di daerah beriklim dingin (subtropis) harus dirancang dengan memaksimal kan energi panas matahari yang masuk, sedangkan untuk daerah beriklim panas (tropis), bangunan dirancang dengan meminimalkan energi panas matahari yang masuk dan memaksimalkan aliran udara agar kondisi bangunan menjadi sejuk.

Penggunaan passive solar thermal dalam design bangunan bertujuan untuk mengurangi beban sistem pemanasan, pendinginan, sirkulasi udara dan pencahayaan (heating, cooling, ventilation & lighting) dengan cara mengatur orientasi bangunan, pemilihan material yang dapat menyimpan dan merefleksikan panas, pengaturan sirkulasi udara dan pencahayaan alami di siang hari. Beberapa opsi lainnya adalah penggunaan double wall, wind tower, solar chimney, evaporative cooling dll bisa digunakan tergantung dari kebutuhan bangunan.

Pemanfaatan Passive solar thermal dalam design bangunan mencakup 2 kategori yaitu sebagai passive solar heating dan passive solar cooling, dimana terdapat dua metode dalam pemanfaatan passive solar thermal sebagai passive heating yaitu dengan direct method dan indirect method.

Teknologi passive solar thermal baik sebagai passive heating maupun sebagai passive cooling di tunjukkan pada diagram alur gambar 1 berikut ini:

        2. Passive Cooling

Pada passive solar cooling, energi thermal matahari tidak di gunakan secara langsung untuk mendinginkan ruangan, tetapi bangunan di design agar proses perpindahan panas kedalam bangunan berlangsung lebih lambat dan proses perpindahan panas yang tidak diinginkan dari ruangan bisa berlangsung cepat. Ini merupakan dasar dari perencanaan bangunan dengan ‘zero energi’ di daerah tropis (iklim panas).

Passive thermal cooling menggunakan proses perpindahan alami untuk memindahkan panas dari gedung, misalnya melalui proses evaporasi, konveksi dan radiasi tanpa menggunakan alat2 yang di gerakkan oleh listrik, sep: pompa, AC, kipas dll. Terdapat beberapa metode Passive thermal cooling pada bangunan, seperti: Penggunaan ventilasi, Wing walls, Thermal chimney, Passive Downdraft Evaporative Cooling (PDEC), Earth Air Tunnel (EAT), roof pound, dll.

Pada tulisan ini akan di bahas penggunaan Passive thermal cooling dengan metoda Thermal Chimney (TC) di kombinasikan dengan Earth Air Tunnel (EAT) sistem.

        a. Solar Chimney

Thermal chimney adalah cara untuk mendinginkan ruangan dengan meningkatkan aliran udara melalui ventilasi bangunan menggunakan aliran konveksi udara yang dipanaskan oleh tenaga matahari.

Udara yang dipanaskan oleh matahari akan menjadi lebih ringan karena densitas nya menurun, udara yang lebih ringan ini secara natural akan naik ke atas, jika udara di bagian atas lebih tinggi dari udara ambient ruangan maka udara di dalam ruangan akan mengalir kedalam duct chimney. Hal ini di tujukkan pada gambar 2 di bawah:

Hal-hal yang perlu di perhatikan dalam mendesign Thermal Chimney (TC) adalah:

a. Total Solar radiasi dan variasi Solar radiasi pada permukaan horizontal secara tahunan (climate date)

b. Total konduksi, konveksi dan radiasi yang terjadi pada selubung bangunan (Material data)

c. Jumlah okupansi, internal gain, air exchange (Building usage data)

d. Building orientation, window, wall, roof types, (Design Data)

e. Berdasarkan hukum Bernoulli, besarnya draft power pada solar chimney:

f. Perubahan massa jenis udara (ρ) didalam solar chimney:

        b. Earth Air Tunnel (EAT)

Pada kedalaman 4 meter di bawah permukaan tanah, temperature akan relative konstan dan sama dengan temperature rata2 tahunan di tempat tersebut, jka temperature tahunan di suatu lokasi berkisar dari 15 ~ 30 ^oC, maka temperature udara di kedalam 4 meter di bawah permukaan tanah berkisar ~22^oC.

Kondisi temperature udara inilah yang kemudian di manfaatkan untuk process pendinginan udara di dalam sebuah bangunan, dengan menggunakan aliran pipa untuk mengalirkan udara ke dalam bangunan dengan menggunakan kontruksi pipa dan cerobong udara luar.  Lihat gambar 3:

Bila dikombinasikan dengan thermal chimney maka udara dari EAT dapat di salurkan ke bangunan dengan metode konveksi yang di hasilkan oleh Thermal Chimney.

        3. Solar Chimney + EAT

 Penggabungan teknologi Thermal Chimney (TC) dengan Earth Air Tunnel (EAT) bisa memberikan keuntungan dalam penggunaan energi passive solar thermal untuk kebutuhan pendinginan bangunan, dimana udara yang relative dingin dari dapat disalurkan kedalam bangunan dengan menggunakan metode konveksi udara yang dihasilkan oleh Thermal Chimney.

Perhitungan pertukaran panas melalui metode penggabungan ini dapat dilakukan dengan menghitung pertukaran panas melalui:

• Radiasi yang di terima Thermal Chimney melalui radiasi matahari:

• Konveksi yang di terima Fluida udara dalam Thermal Chimney

• Ventilasi: Heat Transfer yang di sebabkan oleh aliran udara dari dalam bangunan ke luar bangunan, bergantung dari jumlah udara yang mengalir.

02. Analisis

A. Radiasi: (Banda Aceh, 14 Maret 2018, S= 3.24 Mj/m2) àperhitungan dari tugas EST

• Q_surface= 3.240.000/3600 = 900 watt/m2

 

B. Konveksi: (h= 75 watt/m2.K), To=30 C

• Q_Konveksi = Q_surfaceà 900 watt/m2= 75 watt/m2.Kx 1 x (T1-30) = 175 watt/m² 
• T1 = 42 C

 

C. Ventilasi using EAT & not:

• Q_v = 1.23 kg/m3 x (0.03 kg/s : 1.23 Kg/m3) x (1007 J/Kg . K) x (42-22)
• Q_{v EAT=} 2 watt/m²

 

• Q_{v non EAT}= 1.23 kg/m3 x (0.03 kg/s: 1.23 Kg/m3)x (20/6) x (1007 J/Kg . K) x (42-30)
• Q_{v non EAT}= 362.5 watt/m²

 

Berdasarkan perhitungan yang dilakukan, untuk jumlah total solar radiasi 500 watt/m2, temperature luar 30^oC maka per m² Chimney dapat mengisap 0.03kg/s udara dalam ruangan (mathur, 2011), sehingga:

• Q_v = 1.23 kg/m3 x (0.03 kg/s : 1.23 Kg/m3) x (1007 J/Kg.K) x (30-22)
• Q_{v =} 241.68 watt/m² (air from EAT)

03. Penutup

Berdasarkan perhitungan, total heat transfer yang di dapat dengan kombinasi passive cooling TC dan EAT lebih tinggi daripada tanpa EAT, yaitu: (604.2 – 362.5) watt/m2 = 241.7 watt/m2 dimana penggunaan kombinasi TC dan EAT dapat menaikkan jumlah panas yang dipindahkan keluar bangunan. Apabila dikombinasikan dengan suplai energi dari pembangkit tenaga surya PLTS), maka kombinasi penghematan energi akan makin maksimal untuk menuju zero nett-energy building. PT Horizon Teknologi berkomitmen untuk berkontribusi dalam target Zero net -Energy Building di indonesia pada tahun 2060.