Secara konvensional, jendela berfungsi untuk ventilasi dan penerangan pada siang hari. Namun berbagai penelitian di bidang fisika bangunan menunjukkan bahwa jendela pada suatu bangunan juga dapat meningkatkan kesehatan, kenyamanan, dan produktivitas orang-orang yang ada di dalamnya (Menzies, 2004). Terlebih di masa pandemi Covid-19 seperti saat ini, keberadaan jendela sebagai ventilasi (penukar udara) menjadi semakin penting untuk mengurangi risiko penyebaran virus SARS-CoV-2 (penyebab Covid-19) melalui udara (airborne) (Chen, 2020). Namun, jendela juga dapat menimbulkan permasalahan seperti menjadi sumber kalor/panas dari luar ruangan terutama sinar matahari, permasalahan kondensasi udara, dan sumber polusi udara yang berasal dari luar ruangan (Liu, 2015).
Pada beberapa tahun terakhir, jendela telah mengalami suatu revolusi teknologi. Jendela dengan performa tinggi dan dapat beradaptasi pada berbagai keadaan telah tersedia sehingga dapat mengurangi konsumsi energi listrik hingga 50% (Ander, 2016). Performa tinggi dari jendela modern meliputi kemampuan untuk menahan aliran panas, kebocoran udara yang semakin kecil, dan permukaan jendela yang hangat sehingga dapat meningkatkan kenyamanan dan memperkecil terjadinya kondensasi udara menjadi uap air yang menempel di permukaan jendela.
Berikut adalah video salah satu teknologi jendela cerdas
Performa dari suatu jendela modern dapat dinilai dari spesifikasi yang ditawarkan oleh fabrikator jendela. Pada umumnya parameter yang menjadi spesifikasi dari suatu jendela modern ada 5 yakni:
- Faktor U atau Nilai U
- Solar Heat Gain Coefficient (SHGC)
- Visible Transmittance
- Kebocoran udara
- Light-to-Solar-Gain (LSG) ratio
Mari kita bahas satu persatu.
1. Faktor U atau Nilai U
Ketika terdapat perbedaan antara temperatur dalam ruang dan temperatur luar ruang, panas/kalor dapat mengalir melalui jendela (bingkai dan kacanya) karena efek konduksi, konveksi, maupun radiasi. Faktor U atau nilai U dari suatu jendela mengkarakterisasi keseluruhan laju perpindahan panas yang mengalir melalui jendela. Semakin tinggi faktor U maka semakin besar laju perpindahan panas melalui jendela. Satuan dari faktor U adalah Watt per meter persegi (W/m2) atau bisa juga dinyatakan dalam satuan British sebagai Btu/(jam · ft² · °F) .
Faktor U biasanya berada dalam rentang 1,3 Btu/(jam · ft² · °F) sebagai nilai tertinggi untuk jendela dengan bingkai alumunium dan satu lapis kaca, hingga 0,2 Btu/(jam · ft² · °F) untuk jendela berperforma tinggi dengan kaca yang lebih dari 1 lapis dengan coating beremisivitas rendah dan bingkai yang terisolasi tidak dapat menghantarkan panas. Pada kondisi lingkungan yang sama, sebuah jendela dengan faktor U sebesar 0,6 akan mentransfer panas dua kali lebih cepat dibandingkan jendela dengan nilai faktor U sebesar 0,3 .
2. Solar Heat Gain Coefficient (SHGC)
Tanpa mempertimbangkan temperatur luar ruangan, jendela juga dapat melewatkan kalor/panas yang disebabkan oleh paparan sinar matahari baik secara langsung maupun tidak langsung. Sinar matahari termasuk gelombang elektromagnetik yang memiliki rentang panjang gelombang dari 100 nm hingga 3000 nm dengan puncaknya pada rentang cahaya tampak (400 nm – 700 nm). Panjang gelombang yang paling pendek yakni UV (<400 nm) tidak dapat dilihat secara langsung oleh mata dan menjadi penyebab perubahan warna pada kain dan kerusakan kulit. Cahaya matahari terdiri dari cahaya tampak sebesar 47%, cahaya inframerah 46%, dan sisanya yakni 7% adalah sinar UV seperti ditunjukkan oleh gambar berikut:
Spektrum panjang gelombang yang dapat menimbulkan panas/kalor ketika mengenai suatu permukaan adalah spektrum infra merah (panjang gelombang di atas 700 nm). Kemampuan untuk mengatur seberapa banyak kalor akibat sinar matahari yang dapat melalui jendela disebut dengan solar heat gain coefficient (SHGC).
SHGC merupakan suatu rasio yang bernilai dari 0 hingga 1, semakin tinggi rasio SHGC maka semakin besar kalor akibat sinar matahari yang dapat melewati jendela. SHGC bernilai 0 artinya tidak ada kalor akibat sinar matahari yang dapat melewati jendela sedangkan SHGC bernilai 1 berarti seluruh energi matahari yang melalui jendela diteruskan sebagai kalor/panas. Sebagai contoh, sebuah jendela dengan rasio SHGC sebesar 0,6 akan memindahkan kalor akibat sinar matahari 2x lebih banyak dibandingkan SHGC yang bernilai 0,3 (Ander, 2016). Oleh karena itu, jendela dengan nilai SHGC besar dibutuhkan pada bangunan yang membutuhkan pemanasan pasif berasal dari sinar matahari, sedangkan nilai SHGC yang kecil dibutuhkan pada ruangan yang memakai pendingin ruangan (Air Conditioner). Istilah SHGC relatif baru dan dimaksudkan untuk mengganti istilah koefisien naungan (Shading Coefficient). Koefisien naungan didefinisikan sebagai rasio dari kalor akibat cahaya matahari yang melalui suatu kaca dibandingkan terhadap kaca standar panel tunggal dengan ketebalan 1/8 inch (Ander, 2016).
- Transmisi Cahaya Tampak (Visible Transmittance (VT))
Transmisi cahaya tampak mengindikasikan persentase dari cahaya tampak pada spektrum sinar matahari yang ditransmisikan melalui kaca jendela. Apabila hanya cahaya tampak yang ditransmisikan dan gelombang inframerahnya diserap, maka sinar matahari yang melalui jendela tidak lagi membawa kalor/panas. Parameter ini mempengaruhi konsumsi energi listrik suatu bangunan dengan menyediakan cahaya matahari yang dapat mengurangi pengunaan sistem pencahayaan pada siang hari dan beban pendingin suatu bangunan.
- Kebocoran udara
Parameter ini mengacu pada banyaknya udara yang dapat lewat melalui luasan jendela pada kondisi tekanan yang diberikan. Kebocoran udara juga dapat menyebabkan perpindahan panasmelalui retakan disekitar bingkai jendela yang timbul dalam proses perakitan jendela (Pierucci, 2018).
- Rasio Light-to-Solar-Gain (LSG)
Parameter ini adalag rasio dari VT terhadap SHGC yang telah distandarisasi oleh industri kaca untuk membandingkan secara akurat performa dari suatu jendela (Pierucci, 2018).
LSG = VR/SHGC
Semakin tinggi nilai rasio LSG artinya sinar matahari dapat memasuki ruangan dengan lebih efisien untuk pencahayaan di siang hari, khususnya pada kondisi ketika cuaca cerah dan panas ketika lebih banyak cahaya yang diinginkan dengan kalor sinar matahari yang lebih sedikit. Rasio ini adalah ukuran yang digunakan untuk menentukan apakah jendela dapat bersifat selektif terhadap spektrum cahaya tamoak. Pada bentuk persentase, rasio yang lebih besar dari 1 menandakan bahwa cahaya matahari yang melalui jendela melebihi kalor cahaya matahari yang melaluinya. Kaca selektif yang tersedia di pasaran memiliki transmittansi cahaya tampak sebesar 34% hingga 69% dan nilai SHGC diantara 24% dan 56%, sehingga nilai LSGnya memiliki rentang diantara 1,28 dan 2,29 [18].
Jadi parameter-parameter tersebut pada jendela modern diharapkan dapat adaptif menyesuaikan dengan cuaca atau keinginan pengguna.
Referensi
- Menzies, G. F., & Wherrett, J. R. (2005). Windows in the workplace: examining issues of environmental sustainability and occupant comfort in the selection of multi-glazed windows. Energy and buildings, 37(6), 623-630.
- Chen, C., & Zhao, B. (2020). Makeshift hospitals for COVID-19 patients: where health-care workers and patients need sufficient ventilation for more protection. Journal of Hospital Infection, 105(1), 98-99.
- Liu, C., Hsu, P. C., Lee, H. W., Ye, M., Zheng, G., Liu, N., … & Cui, Y. (2015). Transparent air filter for high-efficiency PM 2.5 capture. Nature communications, 6(1), 1-9.
- Ander, G.D. Windows and glazing 2016. https://www.wbdg.org/resources/windows-and-glazing.
- Pierucci, A., A. Cannavale, F. Martellotta, and F. Fiorito, Smart windows for carbon neutral buildings: A life cycle approach. Energy and Buildings, 2018. 165: p. 160–171.