Live my life to the fullest, Survival to the fittest, Loving you to the endless

penulis: Ign. Widanta / 13307047 (sebagai tugas kapita selekta tahun 2010)

ini pertama kalinya saya bercerita tentang jurusan teknik yang saya ambil, teknik fisika.

apakah itu teknik fisika? pertanyaan itu sering sekali muncul dalam pemikiran banyak orang, termasuk saya sendiri pada awalnya juga bingung, begitu juga dengan orang-orang disekitar saya, dan pertanyaanya kadang sebuah ujung cerita: “nanti lulusan teknik fisika mau jadi apa?”

teknik fisika yang saya ikuti selama ini, telah mempelajari dasar-dasar dalam engineering termasuk dalam realisasinya di kehidupan nyata, sehingga diharapkan lulusan dari teknik fisika ini bisa menggunakan dasar keilmuannya untuk bekerja di setiap bidang yang didalamnya mengandung prinsip kerja fisika.

artinya tentang dimana lulusan teknik fisika akan bekerja adalah tergantung pada kebidangan yang ia minati, seperti yang saya tau, di teknik fisika terdapat beberapa kebidangan seperti instrumentasi dan kontrol, laser dan serat optik, optika, material dan pemrosesannya, sistem otomatisasi seperti PLC dan penggunaan mikrokontroler lainnya, fisika medis, roket, manajemen energi serta fisika bangunan yang terdiri dari sistem pencahayaan, sistem tata suara dan sistem tata udara.

pada kesempatan kali ini dan sesuai judul, saya akan membahas perihal cahaya matahari sebagai penerangan. Loh? apa hubungannya dengan teknik fisika? tentu saja ada, seperti disebut diatas, terdapat bisang keahlian fisika bangunan, dan didalamnya terdapat teknik pencahayaan, entah itu buatan dari lampu ataupun alami yang asalnya dari matahari.

Interior Bangunan Klasik

dulu, ketika penerangan buatan belum ditemukan, para pembuat bangunan dan ahli arsitektur merancang bangunan sedemikian rupa sehingga cahaya matahari dapat masuk sampai ke tengah bagian bangunan pada saat siang hari menjelang, sehingga pada bangunan-bangunan kuno, seperti pada kuil-kuil atau bangunan romawi kuno, termasuk bangunan tempat ibadah yang tinggi dan terdapat celah di langit-langit atau di sekeliling bangunan, ada pula yang menambahkan cermin, dengan maksud memperpanjang jalur cahaya matahari untuk masuk ke dalam ruang yang tertutup. Dengan begitu pula, bangunan kuno penuh dengan ornamen serta ukiran di sekujur bangunannya, karena dengan adanya cahaya matahari, yang memiliki rasio kontras yang kental dan kuat sehingga dapat memberikan aksen pada ornamen ketika bagian yang terkena cahaya membentuk kontras yang tinggi, semetara bagian lainnya membentuk bayangan sehingga terciptalah kontur-kontur yang artistik, selain daripada fungsi awal penerangan alami pada bangunan tersebut.

Namun, ketika era berubah, ketika penerangan mulai ditemukan, sehingga malam hari berhasil disulap menjadi terang seperti pada pencahaan lilin, obor, atau yang paling mengubah standar dunia, bola lampu pijar ciptaan Thomas Alva Edison. Semua penjuru tempat menggunakan teknologi ini kedalam bangunan, sehingga tetap terang terus sampai pagi menjelang dan akhirnya produktivitas pada era industri itu menjadi panjang sampai pada malam hari, mengingat sebelumnya pekerjaan hanya dapat dilakukan sebatas matahari terbit atau menggunakan lilin/obor yang memiliki batas nyala tertentu. Pada era-era berikutnya adanya lampu atau pencahayaan buatan serta temuan-temuan barunya seperti teknologi lampu gas discharge, dan kemudian pada akhirnya LED(light emitting diode) mengubah tata dimensi ruang yang dahulu digunaka pada era bangunan kuno, yang paling signifikan dan jelas nampak adalah, rendahnya jarak lantai dengan langit-langit,, karena apa? tentu saja karena adanya pencahayaan buatan, dan pengguna lebih menggunakan pencahayaan buatan daripada adanya jendela yang dapat melewatkan cahaya matahari.

Tetapi tetap saja, semakin maju zaman, semakin terlihat bahwa lampu membutuhkan sumber daya listrik, dan efek demi efek yang berkelanjutan berujung pada perusakan lingkungan, sehingga pemikiran pun terbersik bahwa penggunaan cahaya buatan harus dikurangi dan lebih baik menyertakan kembali pencahayaan alami dengan struktur bangunan yang sudah ada sekarang, dan salah satu konsep ini ada pada konsep bangunan hijau(green building)

Selain pencahayaan buatan memakan banyak energi yang semakin langka, dari beberapa responden, terutama ibu-ibu rumah tangga

Pencahayaan Buatan dalam Ruang

atau penghuni rumah yang sering meninggalkan rumahnya, misalnya punya rumah lebih dari satu atau memang sering berkelana ke luar kota, dan apabila rumah yang ditinggalkan memiliki daerah dengan kelembapan relatif yang tinggi, maka rumahnya akan berjamur, misalnya pada kursi atau tembok dan berbagai wilayah lainnya yang berpori. Ujung-ujungnya semua perabot tersebut dijemur dan semua pintu dibuka demi menurunkan kelembapan dengan begitu jamur pun menghilang. Lalu apa guna pencahayaan buatan? saat itu lampu juga nyala, dan tetap berjamur, kecuali menggunakan lampu yang menghasilkan radiasi, namun, lampu yang seperti ini lebih memakan banyak energi daripada generasi lampu gas discharge seperti pada lampu TL (compact flourescent) atau LED. Dan seterang apapun lampu ini yang berhasil diciptakan tetap belum bisa mengalahkan kemampuan total cahaya matahari (walaupun ada pencahayaan khusus untuk holtikultura dan untuk sterilisasi ruang pada rumah sakit, begitu juga lampu pemanas, namun lampu-lampu ini tidak dapat begitu saja digunakan secara umum dan luas oleh masyarakat).

Pada akhirnya, konsep lama digunakan kembali, memasukkan cahaya matahari baik dari jendela atau atap, fenomena yang telah terjadi di sekitar saya dan pengalaman saya adalah sebagai berikut

1. menggunakan jendela dan ventilasi, seperti pada umumnya jendela memberikan penerangan yang baik apabila ruangan tidak

Jendela di dalam Ruang

besar, dan interiornya berwarna terang dan lebih baik tidak mengkilap karena justru memberikan kesan dan masalah baru berupa silau. luas jendela menentukan seberapa banyak cahaya yang masuk, namun untuk seberapa hebat cahaya masuk tentu saja dipengaruhi oleh posisi menghadap rumah serta penghalang-penghalang yang ada disekitar rumah (misalnya didepan rumah ada fly over, tentu saja tetap tidak efektif cahaya matahari masuk walaupun jendelanya besar)

2. pemantul dalam bentuk sekat (light shelf) yang cara kerjanya adalah dipasang di jendela, dibentuk sekat melintang pada jendela sehingga cahaya dari arah atas akan terpantul pada sekat dan memantul lagi ke langit-langit dengan harapan langit-langit memberikan efek pantulan difus, sedangkan pantulan cahaya matahari dari bawah(misalnya dari tanah) akan terpantul ke shelf lalu masuk ke dalam ruang.

3. yang terakhir dan yang memang terpasang di rumah saya sendiri adalah mengganti genteng dengan genteng kaca sehingga membentuk suatu bujur sangkar dari kira-kira 4 susunan genteng, dan tepat di bawahnya yaitu pada langit-langit yang berbatasan dengan ruang dipasang kaca difus(bukan bening) berbentuk kotak juga, yang besarnya relatif terhadap bentuk langit-langit(dan selera pemilik rumah) dengan harapan cahaya matahari menembus masuk kedalam rumah, ketengah ruangan dari atas atap

itu tadi adalah beberapa contoh penggunaaan yang pernah saya lihat, dan tentu saja pemikiran manusia selalu berkembang, seingga terdapat temuan-temuan sebagai berikut

1. anidolic daylighting. menggunakan kolektor yang diletakkan pada bagian atas ruang tepat dibawah langit-langit, atau dapat juga

Sistem Anidolic

dimasukkan kedalam celah didalam langit-langit bangunan(dak) lalu dibelokkan kebawah, menggunakan bentuk balok atau yang bersesuaian dengan bahan yang memiliki faktor refleksi tinggi, dimana dengan faktor refleksi yang tinggi, kemungkinan daya cahaya matahari menghilang dapat berkurang; kemudian pada bagian luar ruangnya diberikan suatu wadah penangkap cahaya matahari yang diberi tutup kaca atau material lain(sehingga tidak masuk air). nantinya selain pencahayaan dari jendela utama, kolektor anidolic ini akan membawa cahaya matahari sampai ketengah ruangan, sehingga pencahayaan alami pada siang hari menjadi lebih efektif daripada hanya menggunakan jendela.

2. light pipe. cara kerja alat ini adalah sama dengan prinsip mengganti genteng kaca dan membuat kaca difus pada langit-langit,

Light Pipe

namun lebih diarahkan dalam bentuk pipa, dan sekali lagi di atap tetap dilubangi dan ditutup dengan suatu bahan akrilik yang memiliki durabilitas yang tinggi dan air tidak dapat masuk, serta menggunakan bahan di dalam pipa tersebut dengan faktor refleksi yang tinggi dengan maksud yang sama dari metode pada sistem pertama, kemudian pada bagian bawah, misalnya pada langit-langit ruangan, dipasang lagi penyebar cahaya matahari yang tadi melewati pipa, dengan digunakannya difuser, sehingga cahaya matahari lebih tersebar, daripada terpusat di suatu titik tersebut(sehingga rasio antara daerah kerja dan surrounding tidak terlalu besar)

3. light pipe namun menggunakan serat optik. ini merupakan salah satu yang lebih fleksibel dari pipa cahaya biasa, karena cahaya ditangkap dalam pengumpul cahaya, dengan menggunakan lensa cembung sehingga darimanapun cahaya matahari berasal tetap terfokus ditengah, tetapi untuk menjaga agar serat optik tidak terbakar atau rusak, dipasang lagi kaca anti panas yang prinsipnya membelokkan radiasi sehingga tidak melewati lapisan kaca tersebut, langkah selanjutnya serat optik baik dalam bentuk benang-benang optik atau pun menggunakan serat optik dari tabung kaca yang di belok-belokka dengan cermin, pada akhirnya akan sampai pada bagian bangunan yang diinginkan dan dengan bahan

Serat Optik

sama berupa bahan difus, cahaya alami matahari kembali ditransmisikan ke dalam ruangan. Pada suatu sistem otomatisasi yang pernah saya baca, digunakan suatu prinsip serat optik yang di gabungkan dengan penggunaan lampu juga, namun lampu tersebut sama-sama melewati serat optik. Bagaimana pencahayaan itu saling terganti adlah pada saat cahaya matahar mulai meredup sampai suatu tingkat pencahayaan tertentu, suatu sensor dalam ruang memacu lampu untuk menyala dan menggantikan cahaya matahari(dapat menggunakan rangkaian LDR, light dependant resistor dengan tegangan refrensi yang disesuaikan dengan kebutuhan minimum iluminansi dalam ruang yang dipakai)

4. light pipe, namun dengan prinsip atrium dengan/tanpa cermin, maksud dari atrium ini adalah seperti nampak pada departement store atau mal yang memiliki suatu wilayah dengan ketinggian maksimum sampai pada atap tertinggi(tidak terpengaruh tinggi setiap lantai mal) yang pada atapnya digunakan bahan kaca (atau kaca dengan transparansi dibawah 100%-kaca gelap misalnya) sehingga  cahaya masuk ke dalam bangunan dan nantinya dapat menyebar di beberapa wilayah pada bangunan tersebut, ada yang menggunakan cermin, sehingga cahaya yang lewat pada suatu pipa/jalur inti ditengah bangunan, dibelokkan untuk setiap lantai dan mungkin menggunakan pipa dengan refleksi yang tinggi dan sistem penyaluran ini mendapat sebutan tubular lighting yang lebih konkritnya pencahayaan dengan suatu saluran, tapi horizontal

5. Heliostat sebagai pengumpul cahaya yang nantinya akan disalurkan ke dalam bangunan dengan pipa cahaya atau dengan serat

Heliostat yang Mengarah Pada Jendela

optik, tujuannya adalah memaksimalkan cahaya matahari yang masuk ke dalam pipa dengan memusatkannya terlebih dahulu, kemudian baru disalurkan. atau dapat juga heliostat digunakan dan nantinya cahaya akan masuk melewati jendela. Heliostat pada penggunaan super besarnya, berupa ratusan cermin berbentuk melingkar yang intinya dipusatkan ke suatu titik sehingga mencapai suatu panas tertentu yang nantinya digunakan untuk pembangkit listrik cahaya matahari skala besar(nantinya panas akan digunakan untuk memanaskan air dan akan menghasilkan upa kemudian menggerakkan turbin, penggunaan selanjutnya adalah dengan memasang heliostat dengan didepannya terdapat cermin cekung yang sangat terarah, sehingga pada suatu titik fokus cermin, cahaya matahari pada suhu yang sangat tinggi, yang nantinya suhu ini akan digunakan untuk mendapatkan hidrogen dari air.

Suatu Showroom Mobil dengan Kaca

6. bangunan dengan atap kaca semua. seperti nampak pada beberapa show room di kota megapolitan dan juga suatu kantor pemasaran yang juga demikian rupanya, digunakan kaca yang tebal atau kaca dobel, atu juga disebut double glazed yang dapat mengurangi atau bahkan menghilangkan panas yang masuk, namun kaca tetap terlihat bening(tidak kaca hitam) dan cahaya matahari masuk dengan sempurna.

masih banyak upaya lain dalam menghadirkan suasana pencahayaan alami yang dahulu dipakai oleh para leluhur dalam menerangi ruang dalam bangunan dan segalanya itu berada dalam tahap yang terus disempurnakan, banyak kelemahan dalam memasukkan cahaya matahari kedalam ruangan misalnya adalah kondisi iklim setempat, akan lebih efektif jikalau segala sistem diatas terjadi pada saat matahari dalam posisi direct sunlight atau semi overcast sunlight. Overcast adalah matahari yang cahayanya terdifusi oleh awan sehingga pencahayaan lebih merata namun daya cahaya nya berkurang dibanding pencahayaan direct. Sehingga apabila yang hadir selalu awan mendung atau selalu hujan, sehingga cahaya matahari hanya sedikit berada di langit, maka sekuat apapun lensa untuk memusatkan cahaya dan juga cermin serta setinggi apapun faktor refleksi serta sekecil apapun faktor loss dari serat optik, cahaya yang masuk kedalam ruang tetap saja sedikit, dan inilah salah satu kendala yang akan dikembangkan sehingga prinsip green building tercapai dengan salah satunya menyertakan cahaya alami matahari kedalam ruangan.

-sekian dan terima kasih-

sumber tulisan:

- situs wikipedia dan situs katalog light pipe dari beberapa perusahaan

- beberapa buku tentang daylighting dari perpustakaan TF

- pengalaman pribadi dan rekan sekitar

- hasil diskusi dengan seorang dosen

- catatan kuliah teknik pencahayaan