BUILDING SKIN ARCHITECTURE-CLIMATE-TECHNOLOGY
“Buildings are like organisms, sucking in resources and emitting wastes. The larger and more complex they become, the greater the necessity of infrastructures and the greater their dependence on surrounding areas, and last but not least, the greater their vulnerability to change around them. With recent and coming perturbations of the weather as well as constantly increasing demand of energy, water and materials, this aspect of vulnerability and dependence is becoming essential for sustainability, as the world may be entering a period of scarcity.” Timmeren dalam Knaack & Klein, 2009
http://www.som.com/FILE/2 1822/pearlriver_diagram_83 0x630_lsi-ye_zhangrsom.jpg
Selubung bangunan tinggi tidak hanya dituntut untuk dapat memenuhi kebutuhan aspek struktural saja, namun juga harus memperhatikan fungsinya sebagai mediator antara ruang dalam dan ruang luar bangunan, sehubungan dengan kondisi iklim di luar bangunan.
The basic function of the envelope or enclosure of a building or structure is to protect the covered or otherwise conditioned interior spaces from the surrounding environment. This fundamental need for shelter is a concept that is as old as the recorded history of mankind. However, as our needs have evolved and technologies have advanced, the demand placed on designers to both understand, and integrate, a wide range of increasingly complex materials, components, and systems into the building enclosure has grown in equal proportion.
Haase, et.al, 2006
Arsitek seharusnya tidak hanya merancang fasad bangunan yang indah,
http://www.wikipedia.or.ke/images/thumb/4/4a/World_m ap_torrid.svg/300px-World_map_torrid.svg.png
Di daerah tropis, bangunan berlantai banyak memperoleh paparan panas matahari yang tinggi pada selubung dinding bangunannya.
Material selubung bangunan akan sangat mempengaruhi kondisi kenyamanan termal dalam bangunan.
http://www.sabmagazine.com/blog/wpcontent/uploads/2010/05/hirise-ph09.jpg
http://misfitsarchitecture.com/2013/06/17/its -not-rocket-science-8-more-from-less/
Penggunaan material selubung bangunan juga akan mempengaruhi penggunaan sistem pengkondisian udara buatan dalam bangunan, dan konsumsi energi yang dibutuhkannya. Seier + seier dalam http://www.riorenewables.com/efficientdesign/orientation-zoning
http://www.yugo.hk/Images/Photos%20and%20Videos%20for%20City%20environment/secondimage.jpg
http://www.yugo.hk/Images/Photos%20and%20Videos%20for%20City%20environment/firstimage.jpg
Shutterstock
...serta seberapa besar dampak yang ditimbulkan terhadap lingkungan.
https://heatisland.lbl.gov/sites/all/files/imagec ache/front_slideshow/heatisland-main_0.jpg
http://www.ucar.edu/communications/staffnotes/0603/images/urbanheat.jpg
http://revistapesquisa.fapesp.br/wp-content/uploads/2013/01/078-081_Ilhas-deCalor_200-3_novo.jpg?2e87e7
Fourth World Congress on Tall Buildings 1995 melaporkan suatu studi dari 23 bangunan tinggi perkantoran di Canada dan hasil survei yang melibatkan 25 arsitek, insinyur, fabrikator selubung bangunan dari 10 negara menyatakan beberapa mekanisme utama yang menyebabkan
kegagalan fungsi dari selubung bangunan tinggi : 1. Kandungan uap air pada komponen selubung, disebabkan kegagalan kemampuan menahan air 2. Distorsi bangunan yang disebabkan karena pergerakan, baik karena beban lateral (angin, gempa), maupun beban gravitasi (berat komponen cladding yang berkelebihan, berat sendiri) 3. Pengaruh ultra violet dari sinar matahari langsung dan reaksi kimia pada material karena polusi udara yang terus menerus. Akibat dari kegagalan fungsi selubung bangunan tersebut dapat dibuktikan secara nyata dari pecahnya kaca, keretakkan, kerapuhan, pergeseran yang menyolok, deformasi, lembab, berkarat, membusuk, bernoda, rusak dan memudar karena ultra violet, dan menurunnya “usia estetik”. Priatman, 1999
_
_
+
_
Performa Aliran Udara di Sekitar Bangunan (Koenigsberger, dkk., 1972).
a
b a
Kondisi Fasad yang Terbayangi oleh Sumber Angin pada Bangunan Berdenah Persegi dalam Kondisi Arah Angin 45 dan 90 (Koenigsberger, dkk., 1972: 124). °
°
Selubung bangunan tinggi di daerah tropis menerima radiasi panas matahari berlebih
Penggunaan AC untuk kenyamanan termal dalam bangunan
Pasive design: Fixed external shading devices, high shading coeficient of building skin material, double skin facade with natural airflow, adding secondary skin facade, etc
Active design:
Pendinginan selubung bangunan
Reduksi temperatur dalam bangunan
Electric movable shading devices or secondary skin facade, double skin facade with mechanical air supply, etc
Reduksi konsumsi energi untuk pengkondisian udara buatan Reduksi dampak negatif ke lingkungan –
Komponen Dasar Sistem Selubung Bangunan Tinggi
1. Support Framing Rangka penunjang ini memikul beban material eksterior kebangunan dan mengalihkan beban beban lateral (gempa maupun angin) maupun beban gravitasi (berat sendiri, termasuk material eksterior) ke struktur rangka utama. Juga harus mampu mengakomodasi perbedaan perbedaan material eksterior karena pergerakkan, uap air, pemuaian dan penyusutan karena temperatur.
2. Insulation Material spesifik untuk tujuan khusus melindungi manusia dari: panas yang berlebihan (konduktivitas termal “k”, nilai transmisi panas”U”, resistansi panas “R”), kebisingan yang tinggi (sound transmission class “STC”), kemampuan meneruskan cahaya (nilai transmisi “t”, kemampuan pembayangan “SC”), kemampuan menahan kebakaran (fire rating).
3. Joints Diperlukan untuk tujuan kemudahan dalam pelaksanaan konstruksi maupun untuk keperluan mengantisipasi pergerakkan (sealants).
4. Internal Drainage Untuk melindungi ruang dari penetrasi air hujan yang juga umumnya diiringi tekanan angin yang kuat, diperlukan sistim saluran pembuangan air hujan dalam komponen selubung. Dinding selubung juga harus mampu melepaskan uap air yang ada kembali ke udara bebas dengan sistim selubung yang bisa bernafas (breathable cladding system). Perlu penanganan tertentu dengan sistim pencegah uap air (vapor barrier system).
5. Interior Finishes Umumnya produk arsitektural yang berhubungan dengan ruang dalam dari rangka penunjangnya dan pada umumnya tidak berpengaruh langsung terhadap kinerja sistim selubung, kecuali untuk tujuan tertentu dibutuhkan tingkat integrasi khusus terhadap sistim sistim bangunan lainnya.
6. Exterior Material Fungsi utama material eksterior adalah menahan: penetrasi air dan kondisi cuaca alam (radiasi matahari transmisi panas tekanan angin kelembaban udara transmisi, refleksi atau absorpsi cahaya, ketahanan terhadap jamur dan serangga, ketahanan terhadap api, ledakan, tahan peluru tahanan terhadap interferensi elektromagnit estetika fasade bangunan
Contoh-contoh Teknologi Material Selubung Bangunan
1. Cementitious Materials Meliputi jenis material yang menggunakan semen sebagai pengikat utama. Bisa berupa beton bertulang (precast maupun cast in place) dengan aditif, pembesian, plesteran maupun lembaran semen. Perkembangan bahan semen yang relatif baru adalah fiber reinforced concrete (FRC) yang merupakan kombinasi semen portland dan serat serat khusus, yaitu baja, kaca, polimer organik, keramik dan material lainnya. Glass-fiber reinforced concrete (GFRC) merupakan material fasade dengan kelebihannya yang lebih ringan, lebih lentur, kemampuan menahan tarik dan penghematan biaya struktur akibat reduksi berat material.
glass fiber reinforced concrete
fiber cement facade material
http://www.equitone.com/sites/default/files/imageobjects/
http://www.equitone.com/sites/default/files/i mageobjects/1_EQUITONE_facade_panel_Wro claw-university_0.jpg
fiber cement facade material
http://www.equitone.com/sites/default/files/i mageobjects/EQUITONE_facade_panel_Erl.jpg
fiber cement facade material
2. Masonry Materials Disain fasade dengan cladding bata untuk bangunan tinggi modern menggunakan bata tipis (thin veneer wall) memerlukan kemampuan ketahanan cuaca, kemampuan ikatan bata-mortar, kekakuan rangka penunjang dan peralatan pengikat unit hingga detail detail khusus yang diperlukan untuk menghindari problem dengan faktor faktor cuaca.
Steel-backed Brick Cladding System
http://masonry.hw.curationdesk.com
http://www.realbrickcladding.co.uk/brick-
http://www.realbrickcladding.co.uk/brickcladding-system-flexible-brick.html
http://www.realbrickcladding.co.uk/i mages/11-crop-u8125.jpg
http://www.cmb.ie/wpcontent/uploads/2012/11/brick-cladding-2.jpg
Clay Cladding
3. Stone Materials (Bahan Batu Alam) Sering digunakan dalam bangunan modern yang membutuhkan ekspresi disain monumental. Digunakan dalam bentuk stone veneers (+50 mm) untuk mereduksi beban pada struktur utamanya. Merupakan produksi alam dengan karakter fisik yang berbeda menurut tempat dan waktu sehingga perlu penanganan terhadap pelapukan dan pengaruh kimia. Pemasangan kering memerlukan keahlian tertentu dengan anker khusus maupun ikatan adesif antar unitnya.
Natural Stone Cladding System
http://www.linea-cladding.com/en/
http://www.henleystone.co.uk/images/natural-stone.jpg
reconstituted stone cladding http://www.barbourproductsearch.info/pe1
4. Metal Tiga kategori metal cladding digunakan saat ini dalam bentuk plat, lembaran laminasi dan panel komposit yang dirangkai dalam sistim dinding tirai (curtain wall). Merupakan material yang paling digemari karena relatif ringan, fabrikasi dengan kontrol yang akurat (pre-cut) serta perkembangan teknologi yang mampu memenuhi kreatifitas disain dengan beragam bahan metal mulai dari plat besi cor, stainless steel, aluminium panel hingga titanium.
http://sumberdjajaperkasa.com/img/products /luminate/luminate.jpg
Aluminium Composite Panel
http://www.barbourproductsearch.info/rainscreen-
Per erforated forated Metal Cladding
http://www.hendrickarchproducts.com/products/metal
Perforated Metal Cladding
http://www.hendrickarchproducts.com/products/metal
Perforated Copper Cladding http://www.proteusfacades.com/products/proteus-sc/
Solid & Mesh Cladding
Aluminium Composite Panel
5. Kaca Fasade dengan sistim dinding tirai kaca (glass curtain wall) diproduksi dengan beragam aditif dan kombinasi lapisan film menimbulkan karakteristik berbeda dari segi kemampuan memikul beban, penampilan, kinerja termal dan visual.
https://www.reminetwork.com/articles/creating-high-performance-curtain-walls/
Beragamnya produk kaca menuntut kemampuan para arsitek untuk secara tepat menentukan karakteristik dan kinerja kaca sebagai material fasade yang sesuai dengan fungsi bangunannya.
http://www.barbourproductsearch.info/rainscreen-cladding-
http://www.aeconline.ae/13/company/22/54/
6. Keramik ceramic cladding resists changes in temperature and atmospheric attack from pollution, acid rain and smog http://www.ceramicsolutions.com.au/cladding-systems
http://www.barbourproductsearch.info/rainscreen-
7. Polimer Beberapa karakteristik material plastik/ polimer dalam sistim selubung bangunan antara lain kemampuan insulasi listrik yang prima, ketahanan terhadap karat, deformasi pelahan lahan dibawah tekanan, kekuatan tarik rendah sampai menengah, modulus elastisitas yang kecil, koefisien pemuaian yang tinggi, mudah terbakar, konduktivitas termal rendah, beratnya ringan, perubahan dimensi plastik dibawah beban dalam periode tertentu.
http://www.bpindex.co.uk/supplier/10360/
Recycled Plastic Cladding
http://www.kedel.co.uk/recycled-plastic-
8. Technical Textile
Tekstil memiliki kekuatan tarik besar, serta resistansi terhadap kimia dan pelarut. Sistim ini membuktikan tahan penetrasi air dan terdapat ventilasi uap air keluar. Kemudahan penggantian panel baru dimasa depan untuk mempertahankan usia estetik Tahan api dan dapat ditambah insulasi untuk meningkatkan kinerja termal.
http://assets.inhabitat.com/wpcontent/blogs.dir/1/files/2011/06/Fr iedrichstrasse-40-Office-Building-
http://www.special-
Sistem Selubung Bangunan Tinggi
CURTAIN WALL SYSTEM A curtain wall is defined as thin, usually aluminum-framed wall, containing in-fills of glass, metal panels, or thin stone. The framing is attached to the building structure and does not carry the floor or roof loads of the building. The wind and gravity loads of the curtain wall are transferred to the building structure, typically at the floor line. Aluminum framed wall systems date back to the 1930's, and developed rapidly after World War II when the supply of aluminum became available for non-military use.
Curtain walls can be classified by their method of fabrication and installation into the following general categories: stick systems and unitized (also known as modular) systems. In the stick system, the curtain wall frame (mullions) and glass or opaque panels are installed and connected together piece by piece. In the unitized system, the curtain wall is composed of large units that are assembled and glazed in the factory, shipped to the site and erected on the building.
http://www.nyccurtainwall.com/wp-
http://www.building.co.uk/cpd-19-2012-specifyingaluminium-curtain-walling/5046684.article
DOUBLE SKIN FACADE Menurut Arons dalam Poirazis (2006: 25), fasad ganda (double skin façade) merupakan sebuah fasad yang terdiri dari dua buah bidang elemen terpisah yang memunginkan terjadinya pertukaran udara ruang dalam dan ruang luar melalui sistem tersebut.
Keunggulan sistem fasad ganda dalam hal peningkatan kualitas termal menurut Poirazis (2004) antara lain adalah:
Meningkatkan kenyamanan termal dalam bangunan dengan memperlambat aliran kalor yang masuk ke dalam bangunan. Mendinginkan bangunan terutama saat musim panas. Memfilter radiasi matahari yang masuk ke dalam bangunan. Memberikan perlindungan lebih dari tekanan angin pada bangunan tinggi. Dapat digunakan sebagai media ventilasi alami untuk ventilasi ruang dalam bangunan.
Kemudian kelemahan dari sistem selubung fasad ganda dalam hal kualitas termal menurut Poirazis (2006) adalah bila tidak didesain dengan baik dan tepat, rongga antar selubung dapat mengalami peningkatan temperatur (overheating) yang turut meningkatkan temperatur ruang dalam bangunan, sehingga aliran udara/ventilasi pada celah udara harus ditingkatkan. Untuk permasalahan overheating pada fasad ganda, mode dan jenis ventilasi memegang peranan penting dalam menjamin sirkulasi udara pada celah udara.
Tipe Fasad Ganda (Saelens, 2002, dan Lee, dkk. , 2002, dalam Poirazis, 2004)
Box-Window
Shaft-Box
Corridor
Multi-Storey
Mode ventilasi pada fasad ganda
http://www.mdpi.com/buildings/buildings-0300689/article_deploy/html/images/buildings-
http://www.a10.eu/thumbs/file/4787/sty
http://qe1pr67o4hj19lx494tvhiwf.wpengine.netdna-cdn.com/wp-content/uploads/2014/02/05Weill-Cornell-Medical-College-Belfer-Research-Center-Ennead-Architects-Heintges-Associates-
http://www.archnewsnow.com/features/images/Feature0062_06x.jpg
SECONDARY SKIN Sedangkan menurut Claessens and De Herde dalam Poirazis (2006), second skin facade merupakan sebuah selubung bangunan tambahan yang dipasang di atas fasad bangunan eksisting
e g l i p j f . / l l t l a u a m f s e _ d 2 / e s g e t i a s m / i _ g r 1 o . 1 . l i 3 c 0 n . u 5 1 o / c s n e e r g n a b r u / / : p t t h
http://www.designboom.com/wpcontent/uploads/2012/11/henn08.jpg
http://i.kinja-img.com/gawker-media/image/upload/s--bxx4Xe0R-/c_fit,fl_progressive,q_80,w_636/18z6ez38iafx9jpg.jpg
The exterior skin of the Doha Tower is composed of four “butterfly” aluminium elements of different scales. The internal layer is a slightly reflective glass skin that completes the solar protection. Lastly, a system of interior, user controlled roller-blinds is provided to permit the occupants personal control of their environment. The façade system is projected to reduce cooling loads by 20%.
The O-14 Tower in Business Bay, Dubai
In this instance the exterior screen component is a fixed load bearing reinforced concrete wall with a pattern of perforations that range in size, lighten the self-weight of the wall and facilitate reduced solar radiation. The concrete exoskeleton acts as a second skin where the mass and limited openings allow the interior skin to be fully glazed from floor to ceiling. This provides occupants with the impression of an all glass building without the excessive heat gain of an all glass façade. The interior curtain wall has fixed glazing and excludes natural
TRIPLE SKIN FACADE
Ming Hu, Facade Design for Super HighRise Building in Subtropic Region in China
MULTIPLE SKIN FACADE
https://progressivetimes.files.wordpress.com/2010/05/outsude2.jpg
http://www.building.co.uk/cpd-19-2012specifying-aluminium-curtainwalling/5046684.article
Perawatan Selubung Bangunan Tinggi
Facade Cleaning Robotic System
http://viuglobal.com/
Automated Facade Cleaning System
www.windowcleaningmaryland.com
www.rcm-enterprise.com
TUGAS 2 1. Cari 1 buah obyek bangunan gedung bertingkat rendah dengan fungsi pusat perbelanjaan, dan 1 buah obyek bangunan gedung bertingkat tinggi dengan fungsi apartemen/hotel/kantor, bersumber dari data sekunder (buku/majalah/internet). 2. Data bangunan setidaknya meliputi gambar denah dan foto perspektif eksterior bangunan. 3. Jelaskan dan analisis kedua obyek tersebut dalam hal: a. Bentuk denah bangunan b. Posisi inti bangunan atau zona servis dan sirkulasi vertikal c. Karakteristik selubung bangunan (material, bukaan, pembayang, elemen-elemen lain pada selubung dinding bangunan) sehubungan dengan performa termal bangunan d. Sistem pengkondisian udara dalam bangunan
