Abstrak —Enam  puluh  persen  energi  dunia  dihasilkan  dari energi yang tidak dapat diperbaharui dan 40% dihabiskan oleh bangunan.  Padahal  tidak  dapat  dipungkiri peningkatan jumlah bangunan  utamanya  hunian  akan  terus  bertambah.  Jumlah hunian  ini  tentu  saja  akan  meningkatkan  konsumsi  energi dalam  grid  sedangkan  hal  ini  tidak  diimbangi  dengan  supply energi.  Padahal,  terdapat  banyak  energi  yang  dapat  diserap/ absorb  bangunan  untuk  menghasilkan  energy.  TOWER TURBIN  HELIKS  merupakan  solusi  berupa  bangunan  ‘near zero  energy’  yang  mampu  memanfaatkan  potensi  lahan  secara maksimal.  Bentuk  bangunan  mempresentasikan  cara  dalam memanfaatkan energi angin dan matahari..
Kata Kunci —Hemat  Energi,  Hijau,  Turbin  Heliks, Conserving Energy.

## I. PENDAHULUAN
BAD  ke-21  telah  merubah  banyak  pola  kehidupan manusia,  salah  satunya  adalah  cara  bagaimana  kita tinggal  di  bumi  ini.  Dengan  meningkatnya  kebutuhan manusia  di  berbagai  bidang,    sumber  daya  alam  perlahan perlahan  terkikis  (lihat  gambar  1).  Alhasil,  kita  harus menghadapi  berbagai  masalah  seperti  krisisnya  air  bersih, kotornya  udara  oleh  polusi  CO2,  berkurangnya  cadangan minyak bumi, pemanasan global, dan krisis energi. [1]
Segala  permasalahan  yang  ada  di  alam  berasal  dari  apa yang  kita  desain  dan  kita  bangun  di  atasnya.  Itu  artinya, bangunan  memegang  peranan  penting  dalam  mewujudkan alam yang hijau dan bangunan ‘net zero energy´ merupakan alat  yang  tepat  untuk  membentuk  masa  depan  karena menawarkan  sebuah  integrasi  antara  kreatifitas,  inovasi,  dan tanggap terharap iklim. [1]
Bangunan  ‘net  zero  energy´  merupakan  bangunan  yang penggunaan  energi  operasional  pertahunnya  dapat  dicukupi oleh  energi  yang  dapat  diperbaharui.  [1]  Sedangkan bangunan  ‘near  zero  energy’  merupakan  bangunan  yang energi operasionalnya menuju kemandirian energi.
Dalam merancang bangunan ‘near zero energy’ diperlukan strategi untuk mengolah energi yang dapat diperbaharui serta kemampuan dalam menganalisa potensi
maksimal  lahan.  Lahan  menjadi  konteks  utama  dalam gubahan  bentuk  dan  pencarian  strategi  desain.  Jurnal  ini bertujuan untuk mencari strategi yang tepat dalam mendesain
bangunan  agar  dapat  menghasilkan  energi listrik dari energi yang dapat diperbaharui.

## II. METODE PERANCANGAN
Metode yang digunakan adalah hasil telaah dari cara kerja biro  arsitek  SOM  dalam  mendesain  bangunan  zero  energy Pearl  River  Tower  (Lihat  gambar  2).  Metode  tersebut  dibagi menjadi  tiga  bagian  yakni  Scooping,  Discovering,  Creating dan  Evaluating.    Scooping  merupakan  pemberian  konteks pada  design,  dalam  hal  ini  adalah  lahan  yang  memiliki potensi  spesifik  per  daerahnya.  Discovering  merupakan pencarian  preseden  dan  prinsip  yang  digunakan  setelah menemukan  potensi  lahan.  Creating  merupakan  tahap mendesain yang mensintesis segala permasalahan dan potensi lahan  yang  ada.  Evaluating  merupakan  pengujian  terhadap desain  yang  dihasilkan  dengan  menggunakan  aplikasi simulasi. [2]

## III. PROGRAM DESIGN

## A. Scooping
Lahan  terletak  di  Jalan  Kedung  Baruk  Surabaya  dan merupakan  daerah  komersil  dengan  kepadatan  kendaraan yang  cukup  tinggi  (Lihat  gambar  3)  Kepadatan  ini  akan bertambah  dengan munculnya banyak bangunan baru. Untuk mengurangi  kepadatan  tersebut,  desain  ini  mengelaborasi fungsi  bangunan  yakni  rumah  dan  kantor  menjadi  SOHO (Small  Office  Home  Office)  sehingga  dapat  mengurangi volume kendaraan yang turun ke jalan pada jam kerja.

## B. Discovering
Preseden  strategi  yang  digunakan  adalah  Pearl  River Tower yang  terletak di Guangzhou China setinggi 309 m dan terdiri  dari  71  lantai  [2]  (Lihat  gambar  4).  Gedung    ini merupakan  bangunan  tinggi  dengan  penggunaan  energi paling  efisien  di  dunia.  Tower  ini  dibangun  dengan    tujuan menuju    ‘net    zero    energy´    dan    berusaha    menetralkan penggunaan  karbon.  Strategi  yang  digunakan  adalah memanfaatkan  angin  dan  matahari  sebagai  penghasil energinya  yang  dituangkan  ke  dalam  bentuk  bangunan  itu sendiri.  Turbin  heliks  diletakkan  menyatu  dengan  bangunan sedemikian  rupa  sehingga  angin  yang  melewati  bangunan

## Tower Turbin Heliks: Analisa Bentuk Bangunan Penghasil Energi
Nyoman Apristhi Putri Yaniar dan Erwin Sudarma Jurusan Arsitektur, Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 Indonesia
e-mail : airwind@arch.its.ac.id
A
Gambar.  1.    Presentase  Sumber  Energi  Dunia  menurut  US  Energy Information
Gambar. 2. Metode Perancangan
Gambar. 3.  Peta Lahan dan Peta Peruntukan Lahan
Gambar. 4.  Pearl River Tower dan Turbin Heliks
Gambar. 5.  Perspektif lokasi lahan beserta wind rose
Gambar. 6.  Gradient wind velocity dan Venturi Effect
Gambar.  7.    Analisa  Pengaruh  bangunan  sekitar  terhadap  angin menuju lahan
Gambar. 8.  Tahapan gubahan bentuk Tower Turbin Heliks
Gambar. 9.  Studi bentuk runcing dan kotak terhadap aliran angin
Gambar. 10.  Studi Bentuk bangunan dengan alternatif
Gambar. 11.  Analisa Pada Ketinggian aliran angin pada ketinggian bangunan
Gambar. 12.  Analisa arah sudut datang angin pada bangunan
Gambar.  13.    Analisa  angin  dan  struktur  serta  aliran  vertikal  angin melalui bangunan
Gambar. 14.  Perspektif interior bangunan menggunakan PV
Gambar. 15.  Tampak Utara dan tampak Barat bangunan
Gambar. 16.  Siteplan Bangunan
Gambar. 17.  Perpsektif Bangunan
Gambar. 18.  Foto Maket
dapat  memutar  turbin  dan  menghasilkan  energi.  Selain  itu, penggunaan sistem PV (Photovoltaic) juga terlihat pada fasad bangunan.
Prinsip  desain  yang digunakan adalah prinsip humanizing megascale yang dipopulerkan oleh arsitek Mosche Safdie [3]. Beliau  merupakan  perancang  bangunan  tinggi  yang mengedepankan ruang terbuka bagi para penggunanya. Salah satu  karyanya  adalah  hotel  Marina  Bay  Sands  di  Singapura. Prinsip  ini  diwujudkan  dengan  membentuk  ruang  sosialisasi dan  ruang  hijau  untuk  pengguna  bangunan  tinggi  dan memprogram ruang dengan keunikan dan kespesifikan.[4]

## A. Creating
Potensi  pada  lahan  adalah  adanya  energi  angin  dan matahari,  merupakan  daerah  pinggir  kota  yang  belum memiliki  banyak  bangunan  tinggi,  dan  pemandangan  yang indah.
Kelemahan  pada  lahan  adalah  walaupun  saat  ini  lahan tidak  dikelilingi  oleh  bangunan  tinggi,  tetapi  melihat  dari peta  peruntukan  kota  Surabaya  [5]  lahan  sekitar  yang merupakan  area  komersil  memiliki  kemungkinan  tinggi untuk  dibangun  bangunan  tinggi  sewaktu-waktu.  Hal  ini mengakibatkan  perlunya  adanya  strategi  dalam  pengolahan energi angin.
Melihat potensi dan kelemahan lahan, digunakan 2 strategi utama untuk mewujudkan bangunan yang mampu memanfaatkan  potensi  lahannya  secara  maksimal  yakni gubahan bentuk untuk memperoleh angin dan gubahan fasad untuk memperoleh energi dari matahari

## IV. ANALISA DESAIN

## A. Analisa Angin Pada Lahan
Angin dominan pada tapak berasal dari arah Tenggara dan Barat  Laut  bangunan  dengan  kecepatan  bervariasi  antara  2- 8.5m/s [6] (Lihat gambar 5) sedangkan untuk menggerakkan turbin  secara  optimum,  diperlukan  angin  berkekuatan  10m/s [7].  Untuk  memaksimalkan  kecepatan  angin,  desain  ini menggunakan  dua  strategi  yakni  teori  efek  Venturi  sebagai pembentuk  utama  bangunan  dan  prinsip  gradient  wind velocity sebagai penentu tinggi bangunan (lihat gambar 6).
Efek venturi adalah penurunan tekanan fluida yang terjadi ketika  fluida  tersebut  bergerak  melalui  pipa  menyempit. Kecepatan  fluida  dipaksa  meningkat  untuk  mempertahankan debit  fluida  yang  sedang  bergerak  tersebut,  sementara tekanan  pada  bagian  sempit  ini  harus  turun  akibat pemindahan  energi  potensial  tekanan  menjadi  energi kinetik.[8]  Sedangkan  gradient  wind  velocity  merupakan fenomena  dimana  kecepatan  angin  pada  level  tinggi  akan semakin  meningkat.  Gradient  wind  velocity  dapat  berbeda beda  pada  tiap  daerahnya.  [9]  Lahan  berlokasi  di  daerah lapang  yang  jauh  dari  kepadatan  gedung  tinggi  karena merupakan kawasan komersial baru.
Walaupun angin dominan bertiup dari arah tenggara, akan tetapi  terdapat  angin  dari  arah  timur  laut  dan  barat  daya dalam  beberapa  waktu.  Oleh  karena  itu,  tipe  turbin  angin pembangkit  listrik  yang  digunakan  adalan  VAWT  (Vertical Axis  Wind  Turbine)  berupa  turbin  berbentuk  heliks.  [1] Kelebihan  dari  turbin  tipe  adalah  mampu  menangkap  angin dari sudut kedatangan angin manapun.
Untuk memperoleh bentuk bangunan yang tepat, dilakukan studi  mengenai  pengaruh  angin  pada  bentukan  bangunan dengan  ketinggian  yang  terskala.  Studi  ini  kemudian dijadikan  sebagai  acuan  dalam  proses  penggubahan  bentuk bangunan  yang  dibagi  menjadi  4  tahap  signifikan  yakni: (lihat gambar 8)
1. Bangunan dengan ketinggian 150 meter untuk mencapai tinggi  maksimal  bangunan.  Ketinggian  ini  berfungsi sebagai penangkap angin.
2. Bangunan  dibagi  menjadi  4  tower untuk merespon arah angin  yang  datang  dari  dari  berbagai  sudut  sehingga turbin  dengan  sumbu  vertikal  dapat  terus  berputar Bentuk  ini  memperoleh  kecepatan  yg  maksimal  dari angin  yang  datang  dengan  menggunakan  efek  venturi. Sumbu  celah  keempat  tower  ini  dihadapkan  pada sudut dominasi angin yakni arah tenggara dan barat laut
3. Bentuk kemudian diolah menjadi meruncing agar angin dapat  mengalir  dengan  mudah.  Pergerakan  angin  akan
mengikuti  bentuk  bangunan  yang  dilewatinya.  (Kec: 3m/s) Dapat dilihat bahwa angin yang melalui bentukan meruncing  memiliki  angin  berputar/  turbulensi  yang lebih minim dibanding bentukan kotak (Lihat gambar 9) Pengolahan  bentukan  ini  merupakan  hasil  dari  tiga alternatif  yang  diujikan  melalui  simulasi  model.  Ketiga alternatif  tersebut  memiliki  karateristik  sebagai berikut: (Analisa berdasarkan pustaka [8]) (Lihat gambar 10) 1.    Alternatif  1.  (Pengaturan  kecepatan  awal angin adalah 10 m/d) Hasil analisa simulasi menunjukkan bahwa:
a1. Terdapat turbulensi angin
b1.  Angin  tidak  melewati  ke  tengah  bangunan.  Angin sangat tipis pada bagian tengah bangunan.
c1. Patahan angin d1.  Patahan  angin  menyebabkan  kecepatan  angin  pada bagian samping bangunan meningkat
2.    Alternatif  2.  (Pengaturan  kecepatan  awal angin adalah 10 m/d) Hasil analisa simulasi menunjukkan bahwa:
a2.  Masih  terdapat  turbulensi  angin  tetapi  dengan  jumlah yg lebih sedikit dibanding a1
b2.  Angin  tidak  melewati  ke  tengah  bangunan  meningkat dibanding b1
c2. Patahan angin menipis karena angin melalui b2. d2. Peningkatan kecepatan menurun dibanding d1 3.    Alternatif  3.  (Pengaturan  kecepatan  awal angin adalah 10 m/d) Hasil analisa simulasi menunjukkan bahwa:
a3. Turbulensi angin yang terjadi sangat tipis
b3.  Angin  tidak  melewati  ke  tengah  bangunan  sangat banyak.
c3. Patahan angin menurun dibanding c2. d3. Peningkatan kecepatan menurun dibanding d2 Selain  itu,  untuk  memaksimalkan  penerimaan  angin  pada arah  tenggara,  dibentuklah  penangkap  angin  berupa pelebaran tower pada bagian atas.
4. Bentuk  merespon  agar  angin  yang  mengalir  ke bangunan tidak berhembus ke bawah/ ke area pengguna.
Hasil Simulasi Angin pada Model
Untuk mengetahui keberhasilan desain, dilakukan beberapa ujicoba terhadap model desain pada beberapa aspek yakni:
Simulasi  pengaruh  probabilitas  bangunan  sekitar  pada bangunan  pada  lahan.  Analisa  ini  dilakukan  dengan pengaturan  kecepan  angin  3  m/d  dari  sudut  200  derajat  dari arah barat. (lihat gambar 8)
Simulasi  pengaruh  ketinggian  angin  pada  bangunan. Analisa  ini  dilakukan  pada  sudut  200’  dari  arah  Barat dengan pengaturan kecepatan angin 3 m/d. (lihat gambar 11)
Simulasi  pengaruh  sudut  kedatangan  angin  pada bangunan. Analisa ini dilakukan dengan pengaturan kecepan angin 3 m/d. (lihat gambar 12).
Simulasi pengaruh sistem struktur pada angin. Analisa ini dilakukan  dengan  pengaturan  kecepan  angin  3  m/d.  (lihat gambar
13)
Simulasi  angin  vertikal  melalui  bangunan.  Analisa  ini dilakukan  dengan  pengaturan  kecepan  angin  10  m/d.  (lihat gambar 13)
Berdasarkan  hasil  simulasi  model  dengan  menggunakan Autodesk  Flow  Design,  dapat  dilihat  bahwa:  Pada  sudut kedatangan  angin  dominan  yakni  angin  tenggara  letak bangunan  sekitar  tidak  mempengaruhi  kinerja  angin  pada bangunan  secara  signifikan.  Angin  tetap  dapat  melewati bangunan dan memutar turbin.
Turbin dapat diletakkan pada setiap ketinggian antara 150 ke  atas  hingga  40  meter.  Untuk  itu,  turbin  diletakkan  pada ketinggian  150m-136m,  135m-121m,  120m-106m,  105m- 91m,  dan  37m-51m  (tinggi  turbin  adalah  14  meter).  Pada lokasi  tersebut,  turbin  tidak  akan  menimbulkan  polusi  suara dan getaran [7]
Terdapat  sudut  sudut  tertentu  yang  dapat  menerima  angin secara maksimal yakni pada sudut 190-210 derajat dan sudut 20-40  derajat.  Hal  ini  sesuai  dengan  arah  dominan  angin pada  lahan.  Selain  itu  dapat  kita  lihat  bahwa  bangunan  ini berhasil menerapkan efek venturi karena pada bagian tengah bangunan  berhasil  mempercepatan  kecepatan  angin  menjadi 8m/s.
Sistem  struktur  yang  berupa  eksoskeleton  tidak  membuat turbulensi  berarti  yang  mampu  mempengaruhi  angin  ke dalam  bangunan.  Angin  tetap  dipercepat  dan  dapat menggerakkan turbin.
Angin  dapat  memasuki  bagian  tengah  bangunan  dengan angin  yg  lebih  cepat  (berwarna  merah).  Kecepatan  angin  ini merupakan hasil dari teori efek venturi

## B. Analisa Matahari Pada Lahan
Lahan  terletak  pada  07º  15'  LS  112º  45'  BT.  Matahari menyinari  sebagian  besar  pada  bagian  utara  dan  barat.  Dari hasil pengamatan sinar matahari pada bulan dan jam tertentu, dapat  ditentukan  bagian  fasad  yang  terkena  matahari  paling intens.  Fasad  fasad  bangunan  ini  akan  dibagi  menjadi  tiga bagian yakni: (lihat gambar 15)
Fasad  dengan  sinar  matahari  paling  banyak  akan  dilapisi dengan  e-low  radition  dan  sistem  PV  (Photovoltaic)  dengan tipe  seperti  gambar  1.1.  Dengan  PV  tipe  ini,  selain  dapat menghasilkan  energi,  pembayangan  yang  dihasilkan  juga dapat  mengurangi  beban  pendingin  dalam  ruangan.  (lihat gambar 14)
Fasad  yang  tidak  intens  terkena  sinar  matahari  tetapi masih  terkena  sinar  matahari  langsung  pada  jam  tertentu akan digunakan PV dengan tipe seperti gambar 1.2. [8]
Fasad  yang  tidak  terkena  sinar  matahari  secara  langsung tidak diberikan PV.
Pada  bagian  atap  bangunan,  sudut  didesain  sedemikian rupa  sehingga  mampu  menerima  sinar  matahari  secara maksimal  sepanjang  tahun.  Pada  bagian  ini  akan menggunakan  sistem  PV  tanpa  lapisan.  (lihat  gambar 16,17,18)

## V. KESIMPULAN/RINGKASAN
Bentukan Tower Turbin Heliks mampu menyerap energi angin  dan  matahari.  Tower  Turbin  Heliks  diharapkan dapat  menjadi  perintis  bangunan  dengan  bentuk  yang  tidak hanya  estetis  tetapi  juga  berfungsi  sebagai  katalis  penghasil energi  dan  memberikan  inspirasi  kepada  para  arsitek  dalam merancang bangunan bertema hijau.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis  N.A.P.Y  mengucapkan  terima  kasih  kepada segenap  civitas  akademika  yang  membantu  dalam  proses penelitan ini.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Thomas  Hootman,  “Net  Zero  Energy  Design  A  Guide  for  Commercial Architecture”, New Jersey, John Wiley&Sons.inc (2013)
[2] Frachette  R.,  “‘Towards  Zero  Energy;’  A  Case  Study  of  Pearl  River Tower”, Guangzhou, China, CTBUH Technical Paper (2008)
[3] Moshe  Safdie,  Humanizing  The  Megascale  [Online],  diakses  pada http://www.msafdie.com/#/philosophy/visualessay
[4] Skirball  Cultural  Center,  Moshe  Safdie  on  “Humanizing  Megascale” Online video clip, Youtube, 19 Nov 2013, Web, 21 Jan 2016
[5] Kantor Dinas PU Cipta Karya dan Tata Ruang-Pemerintah Kota Surabaya, Peta Peruntukan Surabaya, diakses pada http://petaperuntukan.surabaya.go.id/cktr-map/
[6] Windfinder,  Wind  &  weather  statistics  Surabaya/Perak  ii,  diakses  pada https://www.windfinder.com/windstatistics/surabaya_perak_Ii
[7] Oy  Windside  Production  Ltd,  Robust.    Rugged.    Reliable,  diakses  pada www.windside.com
[8] Norbert  Lechner,  “Heating,  Cooling,  Lighting,  Metode  Desain  untuk Arsitektur  Edisi  Kedua”,  Indonesia,  PT  Rajagrafindo  Persada  (2007)  Pg 294-295
[9] Vivienne  Brophy,  “A  Green  Vitruvius  Principles  and  Practice  of Sustainable Architectural Design Edisi Kedua”, UK, earthscan (2011) Pg. 45-46