Jurnal AGORA Vol. 16 No. 2 Desember 2018 : 76-81 DOI: http://dx.doi.org/10.25105/agora.v16i2.3231
ISSN 1411-9722 (Print) ISSN 2622-500X (Online)

## TINJAUAN TERHADAP STRATEGI PENGHAWAAN RUANG PERKOTAAN MELALUI ATAP HIJAU

## REVIEW ON THE EFFECTIVENESS OF ROOF-GARDEN AS A VENTILATED CITY STRATEGY
Mochamad Donny Koerniawan, 1 Suhendri, 2
1 Kelompok Keahlian Teknologi Bangunan, SAPPK ITB, Jalan Ganesha 10 Bandung, 40132
2 Kelompok Keahlian Teknologi Bangunan, SAPPK ITB, Jalan Ganesha 10 Bandung Email: mdkoerniawan@gmail.com

## ABSTRAK
Kenyamanan  termal  di  ruang  luar  menjadi  isu  yang  penting  saat  ini  akibat  kenaikan  yang signifikan  pada  suhu  udara  perkotaan.  Kenaikan  suhu  ini  diakibatkan  oleh  perubahan  iklim global dan fenomena pulau panas perkotaan (Urban Heat Island) faktor pulau panas perkotaan ini  dapat  direduksi  salah  satunya  dengan  penghawaan  pasif  di  ruang-ruang  perkotaan.  Dalam rancangan  kota,  penghawaan  perkotaan  dapat  berupa  pengaturan  massa-massa  bangunan, orientasi jalan, sampai ke detail desain bagunan yang dirancang untuk mengalirkan angin. Kota dengan penghawaan perkotaan yang baik dapat melepaskan panas yang terperangkap di antara bangunan  melalui  angin,  juga  dapat  memberikan  kenyamanan  termal  pada  ruang  luar. Penelitian  ini  bertujuan  untuk  mengetahui  efektivitas  strategi  pengahawaan  perkotaan  dengan perletakan  atap  hijau  di  bangunan  tinggi.  Efektivitas  ini  ditinjau  dari  hasil  simulasi Computational  Fluid  Dynamics  (CFD)  terhadap  berbagai  posisi  perletakan  atap  hijau  pada bangunan tinggi. Hasil simulasi didapat dari dua  metode simulasi,  yaitu  CFD 3 dimensi  pada skala  kota  dan  CFD  2  dimensi  pada  urban  canyon.  Kedua  simulasi  tersebut  menunjukkan bahwa  atap  hijau  yang  diletakkan  pada  posisi  yang  tepat  di  sebuah  bangunan  tinggi  dapat memicu  pergerakan  angin  yang  potensial  bagi  reduksi  pulau  panas  perkotaan  sekaligus memberikan kenyamanan termal ruang luar di perkotaan.
Kata kunci: kenyamanan termal ruang luar, pulau panas perkotaan, atap hijau, CFD

## ABSTRACT
Cities are facing temperature increase due to global warming and urban heat island. Although the global warming needs to be solved with global acts, the urban heat island presumably can be  reduced  by  ventilated  city  strategies.  Ventilated  cities  are  designed  to  create  a  preferable wind flow in the city’s spaces. Thus, it releases heat that is trapped in the urban canyon and reduces urban heat island. Wind generated by the strategy could also provide outdoor thermal comfort in the cities. One of the ventilated city strategies are by utilizing roof garden for high rise  buildings.  Therefore,  this  research  is  aimed  to  identify  the  effectivity  of  roof  garden  in delivering wind flow. Two computational fluid dynamics (CFD) simulation schemes had been analyzed,  and  this  paper  reviews  the  results.  The  schemes  are  3D  CFD  simulation  for  urban area and 2D CFD simulation for urban canyon. Review of the result analysis shows that roof garden is potential to drive a sufficient wind flow as long as its position is appropriate.
Keywords : outdoor thermal comfort, urban heat island, roof garden, CFD

## A. PENDAHULUAN
Kota  yang  layak  huni  adalah  kota  yang masyarakatnya  bisa  beraktivitas  di  ruang  luar dengan aman, nyaman, dan selamat. Padatnya aktivitas  pekerjaan  warga  kota  membuat kebutuhan  rekreasi  menjadi  lebih  penting. Ruang-ruang luar seperti taman  yang nyaman menjadi  salah  satu  alternatif  tempat  rekreasi yang dekat, murah, dan terbuka bagi siapapun. Hanya saja, kenaikan suhu udara yang dialami kota-kota  di  dunia  membuat  warga  kota enggan untuk beraktivitas di luar ruangan.
Riset-riset  terdahulu  mengenai  kenyamanan ruang  luar  di  Kota  Jakarta  menunjukkan bahwa  ruang  luar  di  Kota  Jakarta  berada  di level  “agak  panas”  (slightly  warm).  Dengan meningkatnya  suhu  di  Jakarta  tiap  tahunnya, semakin  lama  warga  kota  akan  semakin enggan untuk beraktivitas di ruang luar. Untuk itu,  sudah  saatnya  perancangan  ruang  luar  di perkotaan  dan  perancangan  kota  itu  sendiri perlu  mempertimbangkan  aspek  kenyamanan termal  ini.  Berbagai  strategi  penyuasanaan kenyamanan  termal  secara  pasif  perlu diterapkan.  Pada  iklim  tropis,  penyediaan kenyaman  termal  bisa  dilakukan  dengan pembayangan,  dehumidifikasi,  dan  evaporasi melalui angin (Szokolay 2014).
Jika  ditilik  lebih  lanjut,  kenaikan  suhu  udara perkotaan  disebabkan  oleh  fenomena  pulau panas  perkotaan  (Urban  Heat  Island-UHI). Pemicu  UHI  ini  telah  diteliti  oleh  para  ahli meteorologi  dan  peneliti  bangunan.  Di  antara sebabnya antara lain polusi udara akibat emisi kendaraan  bermotor,  material  bangunan  dan perkerasan,  morfologi  bangunan,  serta  urban canyon (Arnfield, Herbert, dan Johnson 1999; Santamouris dkk. 2001; Koerniawan dan Gao; Perini dan Magliocco 2014).
Bourdic  (2012)  dalam  penelitiannya  tentang penilaian kota yang berkelanjutan,
mengatakan  bahwa  salah  satu  indikator terjadinya  pemanasan  pada  kota  dapat dihitung berdasarkan tiga hal, yaitu: volumetric  compactness,  size  factor  dan  form factor.  Faktor  pembentuk  kota  yang  terdiri dari  bangunan,  jalan  dan  jalinan  antar keduanya memberikan dampak terhadap iklim mikro  kota.  Volumetric  compactness,  adalah indikator  hubungan  surface  bangunan  dan volume  bangunan  yang  terbentuk  pada  area pengukuran.  Sedangkan  size  factor  dan  form
factor  berhubungan  dengan  dimensi  massa bangunan pada sebuah area.
Selain  tiga  hal  diatas,  ada  dua  hal  yang diperkenalkan  dalam  penelitian  Bourdic (2012)  untuk  menghitung  laju  angin  yang bergerak  dalam  sebuah  kota,  yaitu  morfologi jalan  (Index  of  Street  form)  dan  indeks ketinggian (verticality index). Morfologi jalan berimplikasi  pada  kecepatan  angin    yang bergerak  dan  penyebarannya  dalam  kota. Indeks  ketinggian  menggambarkan  tingkat ketinggian  (verticality)  kota,  semakin  besar nilai indeksnya menggambarkan kota tersebut semakin vertikal.
Di antara beberapa strategi dalam penyuasanaan kenyamanan termal dan mitigasi  terhadap  pulau  panas,  ada  beberapa yang  potensial  untuk  menjadi  solusi  bagi keduanya sekaligus. Sebagai contoh, pemanfaatan  atap  hijau  (roof  garden)  pada bangunan  tinggi  dapat  menurunkan  suhu  di sekitar  bangunan  sekaligus  juga  dapat mengalirkan  udara.  Kedua  efek  positif tersebut bisa membantu mengurangi pemanasan yang terjadip ada ruang kota, yang pada  akhirnya  memberikan  kenyamanan termal di ruang luar perkotaan.
Menurut  Koerniawan  dan  Gao  (2014),  atap hijau pada bangunan tinggi akan menjadi tren ke depannya di Jakarta. Atap hijau adalah atap bangunan  atau  bagian  atap  bangunan  yang dijadikan  taman  atau  ditanami  tanaman.  Atap hijau  dipercaya  memiliki  beberapa  manfaat bagi  bangunan  dan  lingkungan  sekitarnya.  Di antara  manfaat  tersebut  adalah  menjadi elemen estetis pada bangunan, menjadi tempat menanam tanaman produktif (urban farming), memberikan efek pendinginan bagi lingkungan sekitarnya, serta beberapa manfaat ekologis  lainnya.    Selain  itu,  atap  hijau  juga dianggap  mampu  menjadi  strategi  pasif  bagi penghawaan bangunan dan lingkungan perkotaan  (Wong  dkk.  2003;  Santamouris 2014).
Melihat  potensi  yang  dimiliki  oleh  atap  hijau untuk penghawaan perkotaan, kajian terhadap optimalisasinya penting untuk dilakukan. Oleh karena itu, penelitian ini mencoba mengidentifikasi  efektivitas  penggunaan  atap hijau  untuk  penghawaan  perkotaan  dan kenyamanan  termal  ruang  luar.  Pembahasan dilakukan hanya pada aspek posisi perletakan
atap  hijau  di  bangunan  tinggi.  Kajian dilakuakn  untuk  berbagai  proporsi  perletakan atap  hijau  terhadap  keseluruhan  tinggi bangunan  dan  perbandingan  jarak  bangunan terhadap  tinggi  atap  hijau.  Hasil  dari penelitian  ini  diharapkan  bisa  menjadi masukan  bagi  arsitek  dan  perencana  dalam merancang  dan  membuat  peraturan  tata  guna lahan dan bangunan.

## B. METODE
Penelitian ini menggunakan tinjauan
kuantitatif  terhadap  beberapa  data  hasil simulasi  Computational  Fluid  Dynamics (CFD).  Terdapat  dua  studi  kasus  yang  sudah disimulasikan  di  software  ANSYS  Fluent. Studi  kasus  pertama  berupa  model  imajiner sebuah  kota  dengan  bangunan  tinggi  di pusatnya  serta  bangunan-bangunan  yang sangat rapat dengan ketinggian yang serupa di sekitarnya  (Gambar  1).  Simulasi  dilakukan dengan  model  terskala,  dengan  perbandingan 1  :  100.    Oleh  karena  itu,  rumus  Reynolds Number  diterapkan  untuk  mencapai  aliran udara yang serupa dengan skala sesungguhnya (Petrila dan Trif, 2004).
(1)
dimana: ρ: massa jenis udara (kg/m3) u:  kecepatan  udara,  relatif  terhadap  model (m/s) L: panjang model (m) μ: viskositas dinamis udara (kg/m·s)
Untuk kasus pertama, arah angin diasumsikan tegak  lurus  terhadap  salah  satu  sisi  kota. Kecepatan angin diasumsikan sebesar 0.1 m/s di  skala  sesungguhnya,  atau  jika  dihitung dengan  rumus  Reynolds  Number  10  m/s  di model.  Titik  pengukuran  diambil  di  setiap ruang  antar  bangunan,  setinggi  1.5  m  dari tanah.  Grid  pengukuran  dapat  dilihat  pada Gambar 2.
Gambar 1. Model terskala dari kota yang menjadi studi kasus
Gambar 2. Grid pengukuran
Pada  kasus  pertama  terdapat  tiga  skema peletakan  atap  hijau  seperti  yang  ditunjukkan oleh Gambar 3. Dari Gambar 3 terlihat bahwa skema  perletakan  atap  hijau  tersebut  adalah tanpa  atap  hijau,  tepat  di  atas  podium,  dan  di tengah bangunan.

## Skema 1
Skema 2

## Skema 3
Gambar 3. Tiga skema perletakan atap hijau pada kasus pertama
Sementara  itu,  jika  pada  kasus  pertama dilakukan simulasi CFD 3D, studi kasus yang kedua  merupakan  simulasi  CFD  2D.  Selain berbeda  di  level  dimensi,  perbedaan  juga terdapat  di  skala.  Model  di  kasus  kedua  ini
sesuai  dengan  ukuran  riil,  1:1.  Fokus  pada kasus  kedua  adalah  melihat  efektifvitas  dari berbagai  proporsi  perletakan  atap  hijau terhadap  kecepatan  angin  di  urban  canyon. Ada enam skema perletakan yang disimulasikan  pada  kasus  kedua,  seperti ditunjukkan  oleh  Gambar  4.  Kecepatan  angin adalah  0.1  m/s.  Titik  pengukuran  diambil  di urban canyon (ruang antara bangunan) dengan tinggi 1.5 m dari tanah.
Pembahasan  terhadap  kedua  studi  kasus  di atas  dilakukan  secara  kuantitatif  dengan membandingkan  dan  menganalisis  kecepatan angin di titik-titik pengukuran.
Gambar 4. Enam skema perletakan atap hijau pada kasus kedua

## C. HASIL DAN PEMBAHASAN

## Studi Kasus 1
Pembahasan  untuk  studi  kasus  pertama ditinjau dari paper ilmiah mengenai pengaruh perletakan atap hijau di pusat kota pada iklim tropis  (Mochamad  Donny  Koerniawan  dan Suhendri, 2017).
Artikel tersebut
menunjukkan  bahwa  perletakkan  bahwa perletakkan roof garden pada bangunan tinggi mempengaruhi  angin  di  level  pejalan  kaki. Distribusi  dari  kecepatan  angin  di  level pejalan  kaki  untuk  setiap  skema  perletakan atap hijau dapat dilihat pada Gambar 6 dan 7.
Terlihat  bahwa  dengan  adanya  bangunan tinggi  menurunkan  kecepatan  angin  di sekitarnya  pada  ketinggian  pejalan  kaki. Namun,  skema    perletakan  atap  hijau  di tengah  bangunan  tinggi  membuat  kecepatan angin  lebih  tinggi  di  area  sekitar  bangunan (ditandai  dengan  lingkaran  biru).  Hal  ini tampak  pada  grafik  yang  ditampilkan  oleh Gambar  6  mengenai  distribusi  kecepatan angin  pada  sumbu-z  (sejajar  arah  angin). Begitupun jika dilihat dari sisi sumbu-x  tegak lurus arah datangnya angin (Gambar 7), ketiga
skema memberikan pola peningkatan kecepatan  angin  di  sekitar  bangunan  tinggi. Hanya saja, skema tanpa atap hijau memberikan  nilai  yang  paling  tinggi  untuk kecepatan  angin.  Gabungan  dari  kedua  data tersebut  mengarahkan  preferensi  ke  skema perletakan  atap  hijau  di  tengah  bangunan, karena  skema  ini  dapat  meningkatkan kecepatan  angin  di  sekitar  bangunan  (pusat kota) pada level pejalan kaki .
Gambar 5. Perbandingan distribusi kecepatan angin untuk tiga skema perletakan atap hijau pada studi kasus pertama (arah sumbu-z)
Gambar 6. Perbandingan distribusi kecepatan angin untuk tiga skema perletakan atap hijau pada studi kasus pertama (arah sumbu-x)
Walaupun  demikian,  data  kecepatan  angin rata-rata untuk seluruh area kota menunjukkan bahwa  skema  tanpa  atap  hijau  memberikan nilai  yang  paling  tinggi  (Gambar  7).    Hal  ini disebabkan oleh tingginya  kecepatan angin di area bagi skema tanpa atap hijau di area dekat dengan pinggir kota (ditandai dengan lingkaran merah).
Gambar 7. Perbandingan kecepatan angin rata-rata

## Studi Kasus 2
Analisis  untuk  studi  kasus  kedua  dilakukan secara  kualitatif  dengan  meninjau  pergerakan angin  dari  gambar  kontur  dan  vektor  angin. Perbandingan  pola  pergerakan  angin  pada studi kasus kedua ditunjukkan oleh Gambar 8.
Pola  pergerakan  angin  pada  setiap  skema perletakan atap hijau sangat serupa. Pengaruh perletakan  atap  hijau  dapat  dianalisis  lebih detail pada area urban canyon . Aliran udara di area  tersebut  menunjukkan  bahwa  terdapat bagian  dengan  kecepatan  angin  rendah  di level pejalan kaki. Kondisi kecepatan angin di area  ini  berubah  seiring  dengan  perbedaan perletakan  atap  hijau  dan  jarak  antar bangunan.
Dari Gambar 8, dapat terlihat bahwa semakin posisi atap hijau yang rendah lebih memungkinkan  aliran  udara  mencapai  level pejalan kaki. Jarak antar bangunan yang lebih lebar  juga  memungkinkan  angin  untuk bergerak lebih ke bawah. Tapi, pengaruh jarak antar  bangunan  tersebut  tidak  sesignifikan pengaruh ketinggian atap hijau. Selain itu, jika jarak  antar  bangunan  diperlebar  tanpa mengurangi  ketinggian  posisi  atap  hijau, angin  yang  dihasilkan  di  level  pejalan  kaki tidak  merata,  masih  terdapat  area  dengan kecepatan angin yang rendah.
Lebih  lanjut  lagi,  ada  hal  lain  yang  menarik terkait perletakan atap hijau yang tidak sejajar. Perletakan atap hijau yang tidak sejajar antara bangunan  satu  dengan  bangunan  lainnya juga mengubah  pola  pergerakan  angin  menjadi lebih  rendah.  Akan  tetapi,  yang  perlu diperhatikan  adalah,  atap  hijau  yang  lebih tinggi diletakkan di arah datangnya angin.
A B C D E F
Gambar 8. Perbandingan pola pergerakan angin untuk setiap skema di Studi Kasus 2

## D. KESIMPULAN
Kajian terhadap hasil simulasi dua studi kasus menunjukkan bahwa atap hijau dapat
Angin mencapai level yang lebih rendah Angin mencapai level yang lebih rendah, namun hanya tidak merata
membantu  penghawaan  kota.  Perletakan  atap hijau yang tepat dapat menciptakan pergerakan udara di ketinggian yang diinginkan untuk ruang luar. Pada studi kasus pertama,  dengan  simulasi  model  terskala  dari sebuah  kota,  disimpulkan  bahwa  atap  hijau yang  diletakkan  di  tengah  bangunan  tinggi dapat  meningkatkan  kecepatan  angin  di  level pejalan  kaki  di  sekitarnya.  Ini  berarti  bahwa, dengan  bangunan-bangunan  tinggi  di  pusat kota, perletakan atap hijau di tengah bangunan dapat menyediakan salah satu elemen kenyamanan termal di level pejalan kaki.
Sementara  itu,  pelajaran  yang  dapat  diambil dari  hasil  simulasi  pada  studi  kasus  kedua adalah  bahwa  dalam  hal  urban  canyon, perletakan  atap  hijau  yang  lebih  rendah  lebih baik  bagi  penyaluran  angin  di  level  pejalan kaki.  Namun,  variasi  pada  keitniggian  atap hijau tetap dimungkinkan dengan mempertimbangkan arah angin.
Studi  ini  belum  memperhitungkan  unsur pendinginan  oleh  vegetasi  yang  terdapat  di atap  hijau.  Dengan  asumsi  bahwa  vegetasi dapat menurunkan suhu sekitar dan menggerakan lebih banyak angin, perhitungan serupa  dengan  memperhitungkan  efek  dari vegetasi  akan  meunjukkan  efek  pendinginan yang  lebih  baik  lagi  bagi  penghawaan perkotaan.  Studi  tersebut  bisa  menjadi kelanjutan dari studi ini.

## E. PENELITIAN LANJUTAN
Penelitian  dengan  topik  penghawaan  dan kenyamanan termal ruang luar perkotaan akan ditersukan  dengan  pendekatan  yang  lebih komprehensif.
Eksplorasi
kemungkinan strategi penghawaan perkotaan untuk menyediakan  kenyamanan  termal  di  ruang luar  masih  sangat  luas.  Metode  numerik dengan CFD tetap digunakan dengan tambahan  metode  pengukuran  langsung  di lapangan.

## DAFTAR RUJUKAN
Arnfield,  A  J,  J  M  Herbert,  and  G  T  Johnson. 1999.  “Urban  Canyon  Heat  Source  and  Sink Strength Variations: A Simulation-Based Sensitivity  Study.”  In Sydney:  Congress  of Biometerology  and  International  Conference  on Urban Climate, WMO .
Koerniawan,  M  Donny,  and  Weijun  Gao.  2013. “Comfortability  In  Urban  Open  Space:  Thermal Comfort  Measurement  In  3  Biggest  Recreation Park In Jakarta.”
Koerniawan,  M  Donny,  and  Weijun  Gao.  2014. “Addressing  Climate  to  Make  Better  Places, Thermal  Comfort  in  Outdoor  Open  Space  in Mega Kuningan Superblock, Jakarta.”
Koerniawan,  M  Donny,  and  Gao  Weijun.  n.d. “The  Effect  of  Roof  Garden  Placement  Toward Wind Distribution on Multi Stories Building,” 2– 7.
Koerniawan,  Mochamad  Donny,  and  Suhendri. 2017. “A Computational Approach in The  Wind Distribution to Evaluate the Pedestrian Thermal Comfort  Through  the  Effect  of  Roof  Garden Placement.” In Proceedings of PLEA 2017 , edited by Louisa Brotas, Susan Roaf, and Fergus Nicol,
1773–80. Edinburgh: NCEUB.
http://nceub.org.uk/.
Perini,  Katia,  and  Adriano  Magliocco.  2014. “Effects  of  Vegetation,  Urban  Density,  Building Height,  and  Atmospheric  Conditions  on  Local Temperatures  and  Thermal  Comfort.” Urban Forestry and Urban Greening 13 (3). Urban und Fischer  Verlag  GmbH  und  Co.  KG:  495–506. doi:10.1016/j.ufug.2014.03.003.
Petrila,  Titus,  and  Damian  Trif.  2004. Basics  of Fluid
Mechanics and Introduction to Computational  Fluid  Dynamics .  Vol.  3.  Springer Science & Business Media.
Santamouris,  Matheos.  2014.  “Cooling  the Cities–a  Review  of  Reflective  and  Green  Roof Mitigation  Technologies  to  Fight  Heat  Island and  Improve  Comfort  in  Urban  Environments.”
Solar Energy 103. Elsevier: 682–703.
Santamouris,  Matheos,  Nikos  Papanikolaou,  Iro Livada,  Ioannis  Koronakis,  Chrysa  Georgakis, Athanasios  Argiriou,  and  D  N  Assimakopoulos. 2001.  “On  the  Impact  of  Urban  Climate  on  the Energy Consumption of Buildings.” Solar Energy 70 (3). Elsevier: 201–16.
Szokolay,  Steven  V.  2014. Introduction  to Architectural  Science:  The  Basis  of  Sustainable Design . Routledge.
Wong,  N.H.,  Y.  Chen,  C.L.  Ong,  and  A.  Sia.  2003. “Investigation  of  Thermal  Beneÿts  of  Rooftop Garden  in  the  Tropical  Environment.” Building and Environment 38: 261–70.