Dalam beberapa tahun terakhir, penghematan pemakaian energi serta masalah
lingkungan telah mengubah persepsi terkait penggunaan pencahayaan elektrik
sebagai sumber cahaya utama pada bangunan dan membuat pencahayaan alami
kembali menjadi faktor utama dalam perancangan suatu bangunan. Ruang kelas
pada sekolah merupakan contoh di mana pemanfaatan cahaya alami diperlukan
dalam bangunan, terutama untuk memastikan proses belajar-mengajar yang efektif,
khususnya untuk siswa sekolah dasar yang lebih sensitif terhadap cahaya. Di
wilayah dengan iklim tropis, pencahayaan alami mempunyai potensi yang besar
untuk dimanfaatkan sebagai sumber cahaya utama pada ruang kelas pada sekolah.
Hal tersebut dikarenakan cahaya matahari pada daerah iklim tropis tersedia
sepanjang tahun dengan waktu penyinaran yang relatif konstan. Namun,
pencahayaan alami yang tidak dikendalikan dengan baik dapat mengakibatkan
ketidaknyamanan visual, sehingga diperlukan strategi-strategi untuk
mengendalikan cahaya matahari yang masuk ke dalam bangunan.
Penanggulangan dampak negatif dari pencahayaan alami tersebut telah dilakukan
oleh beberapa peneliti, di mana perangkat peneduh yang bersifat kompleks seperti
kerai memiliki efek yang signifikan terhadap peningkatan kualitas pencahayaan
alami dan penghematan energi dalam ruang. Hal tersebut dikarenakan perangkat
peneduh tersebut dapat mencegah masuknya sinar matahari secara langsung dan
dapat mendistribusikan cahaya dari luar ruangan dengan baik. Kinerja perangkat
kerai dipengaruhi oleh desain bilah yang tersusun pada perangkat. Penelitian
mengenai evaluasi dari desain perangkat kerai pada bangunan dengan iklim tropis
sudah dilakukan pada berbagai penelitian terdahulu, tetapi simulasi kinerja
pencahayaan alami pada bangunan masih menggunakaan metode matriks Radiance
2PH, sedangkan bangunan dengan perangkat kerai melibatkan sistem fenestrasi
kompleks, sehingga perlu metode matriks Radiance 3PH perlu digunakan dalam
mensimulasikan kinerja pencahayaan alami. Akan tetapi, penggunaan metode
matrik Radiance 3PH untuk bangunan dengan perangkat kerai masih terbatas dalam
simulasi maupun dengan kondisi iklim non-tropis.
Untuk mendapatkan desain bangunan yang memiliki kinerja pencahayaan alami
yang optimum diperlukan proses optimisasi dari desain bangunan yang digunakan.
Beberapa metode optimisasi telah dikembangkan dengan kinerja yang berbedabeda,
di mana dilakukan sebuah perbandingan kinerja antara algoritma-algoritma
optimisasi black-box objektif tunggal lainnya, di mana metode algoritma Radial
Basis Function Optimization (RBFOpt) mempunyai kinerja yang terbaik dengan
jumlah iterasi yang lebih rendah serta cukup robust, di mana kedua hal tersebut menjadi
faktor yang cukup penting pada desain kerai yang melibatkan fenomena sistem
fenestrasi yang kompleks. Maka dari itu, diperlukan optimisasi desain bukaan
bilateral dengan perangkat peneduh kerai untuk peningkatan kinerja pencahayaan
alami pada ruang kelas dengan iklim tropis, khususnya di Indonesia menggunakan
algoritma RBFOpt.
Pada tesis ini, bangunan ruang kelas dimodelkan pada dua lokasi yaitu
Lhokseumawe dan Bandung, empat orientasi bangunan yaitu 0°, 45°, 90°, 135°,
serta tanpa dan dengan peneduh eksternal. Lalu, analisis sensitivitas dilakukan
untuk mendapatkan parameter masukan desain yang terdiri dari window to wall
ratio (WWR), rasio luas sistem kerai terhadap luas jendela (BWR), lebar bilah
kerai, jarak antara bilah kerai, sudut kemiringan bilah kerai, kedalaman dan elevasi
dari peneduh eksternal yang paling mempengaruhi parameter keluaran desain yaitu
kinerja pencahayaan alami. Kinerja pencahayaan alami diwakili oleh metrik
ASE1000,250, sDA300/50%, UDI100-3000lx, UDI250-750lx. Analisis sensitivitas dilakukan
menggunakan koefisien regresi standar, dilanjutkan dengan optimisasi desain
bukaan bilateral dengan perangkat kerai pada kedua desain kelas menggunakan
algoritma RBFOpt. Pada kondisi awal dengan bukaan bilateral tanpa perangkat
kerai, hasil simulasi menunjukkan bahwa terdapat cahaya matahari langsung
berlebih pada ruang kelas, terutama pada daerah yang dekat dengan bukaan, yang
ditunjukkan oleh nilai metrik ASE1000,250 .
Hasil analisis sensitivitas menunjukkan bahwa parameter WWR dan BWR menjadi
parameter yang paling mempengaruhi kinerja pencahayaan alami pada desain ruang
kelas tanpa peneduh eksternal. Pada desain ruang kelas dengan dengan peneduh
eksternal, parameter WWR, BWR, dan elevasi peneduh eksternal menjadi
parameter yang paling berpengaruh. Lalu, berdasarkan hasil optimisasi desain, nilai
WWR optimum berada pada rentang 15% - 25%, nilai BWR optimum pada rentang
75% - 100%, serta nilai WWR, BWR, dan elevasi peneduh lebih tinggi pada kondisi
yang relatif lebih banyak cahaya matahari. Kinerja pencahayaan alami yang
dihasilkan oleh desain yang optimum tersebut yaitu ASE1000,250 pada rentang 0% -
3,6%, sDA300/50% sebesar 100%, UDI100-3000lx pada rentang 88,5% - 99,5%, serta
UDI250-750lx pada rentang 70,4% - 91,7% pada kedua lokasi bangunan, keempat
orientasi bangunan, dan kedua desain ruang kelas.