HUBUNGAN ILMU FISIKA TENTANG SUHU YANG BERKAITAN DENGAN LINGKUNGAN

HUBUNGAN ILMU FISIKA TENTANG SUHU YANG BERKAITAN DENGAN LINGKUNGAN

“ Thermal Comfort for Physic Education’s Room ”

A.   Masalah

            Indor climate adalah kondisi fisik sekeliling dimana kita melakukan aktifitas tertentu yang meliputi hal-hal sebagai berikut : temperatur udara, temperatur permukaan sekeliling, kelembaban udara, dan aliran perpindahan udara.

Untuk menunjang pembahasan mengenai indoor climate, berikut dianalisa tentang keteraturan panas dalam tubuh manusia yang meliputi : temperature badan, pengendalian proses panas, transportasi panas oleh aliran darah, berkeringat, gerakan otot cepat, dan pertukaran panas.

Kenyamanan suhu terdiri dari dasar fisiologi suatu kenyaman, efek sampingan dari suatu ketidak nyamanan, daerah temperatur secara fisiologi, rentang temperatur yang nyaman, empat faktor klimatik dan kenyamanan.

ketidaknyamanan merupakan suatu proses biologi yang sederhana untuk semua jenis mahluk yang berdarah panas untuk menstimulasi agar melakukan suatu langkah utama untuk meretorasi kembali suatu proses pertukaran panas yang benar. Ketidaknyamanan akan mengakibatkan perubahan fungsional pada organ yang bersesuaian pada tubuh manusia.

Jika seseorang ditempatkan pada suatu ruangan dan diberikan temperatur yang berbeda maka akan terjadi rentang pertukaran panas yang menyatakan kondisi tubuh dalam keadaan setimbang karena dalam rentang ini pertukaran panas akan dapat dijaga dengan mengalirnya darah keseluruh organ tubuh. Rentang temperatur dimana manusia merasakan kenyamanan adalah sangat bervariasi bergantung pada, pertama dari jenis pakaian yang dipakai dan kedua dari aktivitas fisik yang telah dilakukan.

Basaria Talarosa dalam abstraksi yang dimuat dalam Jurnal Sistem Teknik Industri Volume 6, No. 3 Juli 2005, yang berjudul “ Menciptakan kenyamanan thermal dalam bangunan”, menulis :

Secara geografis Indonesia berada dalam garis khatulistiwa atau tropis, namun secara thermis (suhu) tidak semua wilayah Indonesia merupakan daerah tropis. Daerah tropis menurut pengukuran suhu adalah daerah tropis dengan suhu rata-rata 20^oC, sedangkan rata-rata suhu di wilayah Indonesia umumnya dapat mencapai 35^oC dengan tingkat kelembaban yang tinggi, dapat mencapai 85% (iklim tropis panas lembab). Keadaan ini terjadi antara lain akibat posisi Indonesia yang berada pada pertemuan dua iklim ekstrim (akibat posisi antara 2 benua dan 2 samudra), perbandingan luas daratan dan lautannya, dan lain-lain. Kondisi ini kurang menguntungkan bagi manusia dalam melakukan aktifitasnya sebab produktifitas kerja manusia cenderung menurun atau rendah pada kondisi udara yang tidak nyaman seperti halnya terlalu dingin atau terlalu panas. Suhu nyaman thermal untuk orang Indonesia berada pada rentang suhu 22,8°C - 25,8°C dengan kelembaban 70%. Langkah yang paling mudah untuk mengakomodasi kenyamanan tersebut adalah dengan melakukan pengkondisian secara mekanis (penggunaan AC) di dalam bangunan yang berdampak pada bertambahnya penggunaan energi (listrik). Cara yang paling murah memperoleh kenyamanan thermal adalah secara alamiah melalui pendekatan arsitektur, yaitu merancang bangunan dengan mempertimbangkan orientasi terhadap matahari dan arah angin, pemanfaatan elemen arsitektur dan material bangunan, serta pemanfaatan elemen-elemen lansekap.

Sejalan dengan teori Humphreys dan Nicol, Lipsmeier (1994) menunjukkan beberapa penelitian yang membuktikan batas kenyamanan (dalam Temperatur Efektif/TE) berbeda-beda tergantung kepada lokasi geografis dan subyek manusia (suku bangsa) yang diteliti seperti pada tabel di bawah ini:

Menurut penelitian Lippsmeier, batas-batas kenyamanan manusia untuk daerah khatulistiwa adalah 19°C TE (batas bawah) – 26°C TE (batas atas). Pada temperatur 26°C TE umumnya manusia sudah mulai berkeringat. Daya tahan dan kemampuan kerja manusia mulai menurun pada temperatur 26°C TE – 30°C TE. Kondisi lingkungan yang sukar mulai dirasakan pada suhu 33,5°C TE– 35,5 °C TE, dan pada suhu 35°C TE – 36°C TE kondisi lingkungan tidak dapat ditolerir lagi. Produktifitas manusia cenderung menurun atau rendah pada kondisi udara yang tidak nyaman seperti halnya terlalu dingin atau terlalu panas. Produktifitas kerja manusia meningkat pada kondisi suhu (termis) yang nyaman (Idealistina , 1991).

            Berbagai penelitian kenyamanan suhu yang dilakukan di daerah iklim tropis basah, seperti halnya Mom dan Wiesebron di Bandung, Ellis, de Dear di Singapore, Busch di Bangkok, Ballabtyne di Port Moresby, kemudian Karyono di Jakarta, memperlihatkan rentang suhu antara 24⁰C hingga 30⁰C yang dianggap nyaman bagi manusia yang berdiam pada daerah iklim tersebut.

Sementara itu, Standar Tata Cara Perencanaan Teknis Konservasi Energi pada Bangunan Gedung yang diterbitkan oleh Yayasan LPMB-PU membagi suhu nyaman untuk orang Indonesia atas tiga bagian sebagai berikut:

Basaria, menyimpulkan bahwa bukanlah hal yang mustahil untuk menciptakan kenyamanan termal di dalam bangunan walaupun Indonesia memiliki iklim yang berada di atas garis kenyamanan suhu tubuh. Arsitek hanya perlu memberikan perhatian yang ‘lebih’ terhadap penyelesaian masalah iklim ini.

           

Seperti yang kita ketahui di gedung perkuliahan fisika masalah yang dihadapi mahasiswa pada saat proses perkuliahan yaitu tentang panas yang sangat erat kaitannya dengan suhu. Masalah ini menjadi salah satu masalah yang menjadi pusat perhatian karena hampir semua mahasiswa fisika mengalaminya. Masalah ini terjadi dikarenakan banyak faktor yaitu seperti jumlah mahasiswa yang terlalu banyak yang mengikuti perkuliahan, ruangan yang kurang memadai, ketersediaan kipas angin dan AC yang penggunanaannya belum bisa di1            optimalkan.

B.     Analisis

1.      Menurut Didaktif

Proses belajar mengajar merupakan hal yang wajib dilakukan di berbagai institusi pendidikan baik itu dari tingkat dasar yang dimulai dari TK, SD, SMP, SMA hingga tingkat perguruan tinggi. Proses Belajar Mengajar itu sendiri juga ditunjang oleh beberapa faktor, salah satunya yaitu selain cara penyampaian materi yang harus benar dan mudah dimengerti siswa atau mahasiswa, kenyamanan ruangan kelaspun menjadi faktor penunjang berhasil atau tidaknya proses belajar mengajar. Suasana kelas yang tidak nyaman menjadi salah satu masalah yang sering dihadapi khususnya dilingkungan kampus fisika yaitu di gedung M. Masalah suhu yang tinggi terkadang sangat mengganggu proses belajar mengajar dan membuat tidak nyaman,itu dikarenakan ruangan kelas yang tidak kondusif dan banyaknya mahasiswa yang mengikuti mata kuliah yang di ajarkan. Karena terganggu sehingga mahasiswa pada umumnya menjadi kurang atau malah tidak konsentrasi terhadap mata kuliah yang sedang diajarkan oleh dosen. Sehingga sering juga karena itu proses belajar mengajar menjadi tidak berhasil . sebagai contohnya yaitu banyak mahsiswa yang tidak lulus yang dikarenakan selain karena mata kuliahnya yang sulit juga karena faktor ruangan kelas yang tidak nyaman,

2.      Menurut Ilmu Fisika

Manusia juga menghasikan kalor atau panas, sama halnya dengan peralatan mekanis seperti mesin atau peralatan elektronika. Panas yang dihasilkan adalah berdasarkan jenis aktivitas yang dilakukannya. Jika panas yang dihasilkan berlebihan karena proses aktivitas yang terus menerus maka harus segera didinginkan. Bila ini terjadi pada peralatan mekanis maka pendinginan dapa dilakukan dengan cara pemberian fan atau kipas untuk mengeluarkan panas dengan segera jika tidak maka akan rusaklah peralatan mekanik tersebut. Jika panas yang berlebihan terjadi pada tubuh manusia maka hal ini akan mengganggu kenyamanan kita dalam beraktivitas, keseimbangan suhu pada manusia harus dipertahankan atau dikendalikan agar kenyamanan suhu dapat tercapai.

Dalam ilmu fisika banyak sekali materi yang membahas tentang panas dimana panas disini yang dimaksudkan adalah suhu. Suhu itu sendiri menurut ilmu fisika adalah derajat panas dinginnya suatu benda. Panas berkaitan erat dengan suhu dan kalor. Dimana kalor itu sendiri merupakan energi panas yang dimiliki oleh suatu zat. Secara umum untuk mendeteksi adanya kalor yang dimiliki oleh suatu benda yaitu dengan mengukur suhu benda tersebut. Jika suhunya tinggi maka kalor yang dikandung oleh benda sangat besar, begitu juga sebaliknya jika suhunya rendah maka kalor yang dikandung sedikit. Jika dikaitkan dengan permasalahan yang  sedang dibahas yaitu tentang panas khususnya suhu, yang dialami sebagaian besar mahasiswa yang sedang mengikuti perkuliahan. Dimana jumlah mahasiswa yang mengikuti perkuliahan melebihi kapasitas, fasilitas untuk mendinginkan ruangan ( kipas angin dan AC) tidak berfungsi secara optimal, serta desain arsitektur yang kurang tepat. Beberapa faktor tersebut menyebabkan suhu ruangan menjadi tinggi dan membuat mahasiswa merasa panas karena kalor yang dihasilkan juga banyak.

secara matematis dapat dirumuskan :

Q = m.c.(t2 – t1)

Dimana :

Q adalah kalor yang dibutuhkan (J)

m adalah massa benda (kg)

c adalah kalor jenis (J/kgC)

(t2-t1) adalah perubahan suhu (C)

Dengan melihat rumus diatas kita dapat mengkaitkannya dengan permasalahan yang ada . jika dilihat banyaknya kalor yang dibutuhkan itu berbanding lurus dengan massa , kalor jenis dan perubahan suhu. Sehingga jika kita memerlukan kalor yang banyak maka massa, kalor jenis dan perubahan suhu juga di tambah begitu juga sebaliknya.

Tubuh manusia mempunyai mekanisme alam untuk mempertahankan keseimbangan suhu tersebut, mekanisme itu adalah berkeringat atau menggigil. Bila laju perpindahan panas tubuh terlalu lambat maka tubuh akanmemberi peringtan kepada kita melalui keringat yang berlebih sedangkanbila perpindahan panas terlalu cepat maka yang terjadi adalah menggigil. Hal tersebut tentunya sangat berkaitan dengan perpindahan kalor.

Dimana kita tahu bahwa ada tiga jenis perpindahan panas yaitu konduksi, konveksi dan radiasi. Tetapi pada permasalahan ini yang berkaitan dengan perpindahan kalor yaitu perpindahan kalor secara radiasi. Radiasi merupakan proses peripandahan kalor yang tidak memerlukan medium (perantara). Radiasi ini biasanya dalam bentuk Gelombang Elektromagnetik (GEM) yang berasal dari matahari. Dimana pada gedung M di saat perkuliahan berlangsung disiang hari, matahari sangat terik sehingga meyebabkan dinding ruangan menjadi panas karena panasnya terserap oleh dinding. Selain itu masalah ini juga berkaitan dengan ilmu fisika yang membahas tentang perpindahan kalor yaitu secara konveksi. Konveksi merupakan perpindahan panas berdasarkan gerakan fluida dalam hal ini adalah udara, artinya panas tubuh dapat dihilangkan bergantung pada alian udara yang melintasi tubuh manusia contohnya kita akan merasa nyaman bila terkena hembusan angin ada saat kita berkeringat. Sedangkan itu berbanding terbalik dengan suasana di ruangan yang sekarang menjadi permasalahan. Pada ruangan kelas sirkulasi udaranya tidak lancar sehingga menimbulkan suhunya meningkat dan mahasiswa merasa kepanasan. 

              Selain itu masalah ini juga berkaitan dengan teori kinetik gas. Teori ini menjelaskan tentang sifat-sifat makroscopik gas, seperti tekanan, suhu, atau volume, dengan memperhatikan komposisi molekular mereka dan gerakannya. Teori ini bedasarkan pada anggapan bahwa zat disusun oleh partikel-partikel sangat kecil yang selalu bergerak. Bunyi teori Kinetik adalah sebagai berikut:

“Dalam benda yang panas, partikel-partikel bergerak lebih cepat dan karena itu memiliki energi yang lebih besar daripada partikel-partikel dalam benda yang lebih dingin.”

Dalam teori ini ada kaitannya dengan permasalahan yang ada diruang kelas yaitu pada saat ruang kelas masih dalam keadaan kosong dan udara dalam ruangan tersebut suhunya masih dalam batas kenyamanan ruangan yaitu sekitar 22°C - 26°C. Ketika mahasiswa mulai memasuki ruang kelas secara bersamaan maka suhu ruangan menjadi tinggi karena jumlah partikel di dalam ruang kelas semakin banyak. Berdasarkan teori kinetik gas ruangan dapat kita umpamakan sebagai benda dan mahasiswa sebagai partikel. Maka ruang kelas akan menjadi panas dan partikel yang ada didalamnya akan bergerak lebih cepat.

3.      Pengukuran

Ditinjau dari segi suhu, suhu ruangan yang ideal yaitu berkisar antara 22^oC – 25^oC. Sedangkan suhu yang berada diruangan saat ruangan tersebut di penuhi oleh para mahasiswa berkisar 30^oC - 33^oC sehigga ruangan tersebut menjadi lebih panas dari sebelumnya.

Kemudian ditinjau dari segi arsitektur, luas bangunan suatu ruang kelas ideal berkisar 12x9x4=432 m³ dengan kapasitas maksimal 50 orang. Dengan adanya jendela luasnya minimum 20% dan ventilasi 15% dari luas ruangan ideal tersebut. Sedangkan  ruangan yang ada pada saat ini memiliki luas berkisar 12x8x3=288 m³ dan berisi lebih dari 50 orang. Dan tata letak jendela dan ventilasi ruangan hanya berkisar 10% dari idealnya.

C.    Solusi

Dalam merencanakan bangunan khususnya untuk ruang belajar mengajar, ada beberapa faktor teknis yang harus dipikirkan dengan baik agar diperoleh bangunan yang nyaman, yaitu faktor cahaya dan udara. Perbandingan ideal antara luas ruang dengan luas jendela adalah 20% . Bila luas ruang kelas 108m² maka kebutuhan luas bukaan/jendela adalah 20% x 108m² = 21,6m² (berdasarkan SNI DPU). Penataudaraan atau ventilasi alami terjadi bila ada perbedaan tekanan luar suatu bangunan yang disebabkan oleh angin atau perbedaan temperatur. Ventilasi alami akan menyediakan bukaan permanen yang terdiri dari jendela, pintu, dan sarana lain seperti jalusi atau roster. Bukaan-bukaan tersebut data mengalirkan udara ke dalam ruangan. Perhitungan praktisnya adalah dengan menggunakan persyaratan ventilasi yang tidak boleh kurang dari 5% terhadap luas lantai ruangan untuk bangunan hunian/rumah dan tidak boleh kurang dari 10% untuk bangunan kantor, perdagangan, gudang, pabrik, dan lain-lain. Bila ruang kelas berukuran 12m x 9m, maka luas ventilasi yang dibutuhkan adalah 10% x 108m² = 10,8m². Bagaimana bila tidak dapat diperoleh bukaan dengan ukuran 1m² atau 2m² untuk kasus ukuran tersebut? Solusinya adalah pada ruang tersebut dapat dibuat pencahayaan dan ventilasi buatan. Kenyamanan sebuah bangunan khususnya hunian/rumah menjadi tuntutan setiap orang karena berpengaruh langsung pada betah tidaknya seseorang dalam ruangan tersebut. Hal ini dipengaruhi oleh temperature, kelembaban, kebersihan, dan keamanan. Selain itu juga terkait dengan pencahayaan, pengudaraan, dan lingkungan sekitar. Hal-hal yang perlu dipikirkan dalam perencanaan bangunan  supaya menjadi nyaman, tidak panas, dan terasa lega antara lain:

1. Ketinggian bangunan (jarak antara lantai dan plafon/langit-langit)

            Untuk bangunan yang tidak menggunakan penghawaan buatan maka ketinggian plafon sangat berpengaruh bagi suhu di dalam ruang. Hal ini karena volume ruang berpengaruh pada suhu ruangan. Supaya suhu ruangan terjaga tetap sejuk maka ketinggian plafon bangunan jangan terlalu rendah, ditinggikan sesuai dengan proporsinya (minimum adalah 2,8m dari level lantai), sehingga hal ini juga berdampak pada ketinggian ruangan. Selain itu peninggian kemiringan atap juga salah satu solusi dalam mengontrol suhu rumah selain bahan penutup atap yang digunakan.

2. Cukup ventilasi dan jendela

Pemasangan ventilasi tidak hanya pada dinding bangunan, tetapi juga dapat diletakkan pada sopi-sopi atap atau dibuat semacam cerobong asap bila model atap rumah tidak memungkinkan diberi ventilasi. Sementara untuk mendapatkan cahaya secara maksimal tentu harus dibuatkan bukaan sinar dari jendela, bovenlight, roster atau kaca motif. Dengan banyaknya cahaya alami yang masuk dan kombinasi tata udara menyilang akan didapat rumah yang sejuk. Cahaya yang dimaksud di sini adalah cahaya matahari tidak langsung (terang langit/sky light).

3. Adanya teras atau beranda

Fungsi teras yaitu meredam masuknya cahaya dan angin secara langsug. Teras, beranda, dan konsol di daerah pintu masuk dan jendela akan mengurangi radiasi matahari yang masuk secara langsung sehingga suhu di dalam akan tidak panas.

4. Kombinasi warna yang tepat

Pemakaian warna secara tepat antara warna gelap dan terang berdasarkan fungis ruang akan diperoleh kenyamanan tersendiri yang terkait dengan sifat warnanya.

5. Penggunaan material alami

Bahan bangunan yang bersumber dari alam seperti batu belah, batu paras, batu candi, serta batu bata mampu menyerap panas lebih maksimal dan menahan suhu sejuk lebih lama. Dapat dilihat pada bangunan tradisional yang umumnya lebih tinggi dan memakai material alam sehingga lebih nyaman dihuni.

6. Arah hadap / orientasi bangunan

Diusahakan jangan menghadap ke arah barat, karena di saat matahari di arah barat suhu sedang panas-panasnya, sehingga berpengaruh pada suhu rungan. Orientasi yang baik yaitu menghadap ke selatan, utara, atau timur, disesuaikan juga dengan pergerakan matahari terutama di daerah tropis seperti Indonesia. Selain itu juga memperhatikan arah angin, misal di daerah pantai arah angin dari laut dan di daerah gunung arah angin dari wilayah gunung/ pegunungan. Jika ruangan sudah terlanjur menghadap ke barat, bisa diatasi dengan menanam pohon penghalang sinar matahari langsung, atau konsol yang cukup lebar.

7. Penggunaan unsur air sebagai pengendali suhu

Air merupakan salah satu elemen pengendali suhu. Jika ruang dan anggaran memungkinkan bisa dibuat di sekitar teras gedung. Di saat suhu luar cukup panas maka uap air bisa menurunkan temperature di dalam ruang kelas dan mempengaruhi aliran udara. Pada lingkungan gedung M dapat dibangun gazebo yang sekaligus terdapat kolam, dengan begitu akan lebih praktis. Persyaratan tersebut di atas mutlak harus diperhatikan saat akan membangun rumah bila diinginkan bangunan yang nyaman, sejuk, dan sehat, terutama jika luas lahan yang dimiliki mencukupi dan biaya tersedia. Tetapi bila lahan sempit dan biaya terbatas maka perlu pemikiran teknis untuk merekayasa syarat-syarat tersebut. Rekayasa teknis tersebut berupa perencanaan arsitektur atau dengan tata cahaya dan tata udara buatan.

Selain tata letak ruangan penggunaan teknologi juga dapat digunakan untuk memberikan solusi terhadap masalah yang dihadapi dalam ruangan gedung M. Teknologi tersebut yaitu penggunaan pendingin ruangan seperti kias angin dan AC. Teknologi ini sangat membantu untuk menurunkan suhu pada ruangan. Adapun teknologi lain selain kipas dan AC yaitu cooler turbine ventilator adalah alat penghisap panas,debu,udara kotor yang bisa digunakan di semua jenis bangunan,yang penggunaannya tanpa listrik. Alat ini berfungsi untuk menghisap udara panas,debu dan bau di dalam ruangan.

Kesimpulan

Panas merupakan salah satu masalah yang menjadi perhatian yaitu khususnya menjadi salah satu masalah yang cukup besar untuk mahasiswa program studi fisika. Panas itu sendiri khususnya yaitu yang berkaitan dengan suhu. Beberapa faktor yang menjadi penyebabnya yaitu tentang jumlah mahasiswa yang melebihi kapasitas, ruangan yang kurang memadai karena fasilitas untuk pendingin ruangan seperti Kipas angin dan AC kurang berfungsi secara opimal, tata letak ruangan yang kurang baik. Adapun solusi yang bisa dilakukan untuk mengurangi dan menanggulangi nya, seperti antara lain, menata ulang tata letak ruangan, pendingin ruangan yang di fungsinya lebih dioptimalkan, dan mengurangi jumlah mahasiswa yatu disesuaikan dengan kapasitas ruangan supaa ruangan menjadi ruangan yang nyaman digunakan untuk proses belajar mengajar.