KINERJA TERMAL, ENERGI DAN BENEFIT EKONOMI INSULASI CELAH UDARA BERLAPIS DI INDONESIA ; Studi Pengaruh Sudut Kemiringan, Material, Jumlah dan Ketebalan Lapisan Celah Udara terhadap Kinerja Insulasi Celah Udara Berlapis pada Atap

Ilham Sukarno Puji Muri, Dr. Eng. Agus Hariyadi, S.T., M.Sc.

2024 | Tesis | S2 Teknik Arsitektur

Urbanisasi yang cepat menuntut pertumbuhan infrastruktur dasar yang signifikan, terutama kebutuhan hunian yang terjangkau. Seiring dengan perkembangan yang semakin pesat, kebutuhan energi ikut meningkat. Pada tahun 2020 bangunan menyumbang 36% energi yang dikonsumsi di seluruh dunia. Salah satu strategi untuk mengurangi konsumsi energi yang tinggi adalah dengan mengoptimalkan selubung bangunan, misalnya atap, yang memiliki iradiasi matahari paling tinggi di daerah tropis. Penelitian ini bertujuan untuk menginvestigasi pengaruh insulasi celah udara berlapis terhadap kinerja termal, energi dan benefit ekonomi melalui identifikasi pengaruh sudut kemiringan, material, jumlah lapisan dan ketebalan celah udara pada atap pelana dengan vaulted ceiling di Indonesia. Roof Thermal Transfer Value (RTTV) dan energi untuk pendinginan diinvestigasi pada empat sudut kemiringan atap, berbagai material atap dan plafon yang konvensional, serta beberapa variasi jumlah dan ketebalan lapisan celah udara dianalisis menggunakan  Ladybug Tools dan Honeybee. Cost-benefit di semua konfigurasi turut dianalisis dengan melihat payback period dan NPV akumulasi benefit selama usia bangunan, 50 tahun. Studi awal menunjukkan bahwa atap tanpa insulasi di semua jenis material dan sudut kemiringan tidak memenuhi SNI 6389:2020 dengan RTTV maksimum 10 Watt/m2. . Hasil simulasi menunjukkan bahwa insulasi celah udara berlapis mampu menurunkan RTTV hingga memenuhi kriteria SNI di semua konfigurasi material dan sudut kemiringan atap dengan jumlah dan ketebalan celah udara yang beragam, sesuai dengan material dan kemiringan atap yang digunakan. Sudut kemiringan atap, material atap dan spacer, jumlah, serta ketebalan lapisan celah udara secara signifikan memengaruhi kinerja termal, kebutuhan energi pendinginan, dan keuntungan ekonomi dari sistem insulasi atap berlapis. Konfigurasi yang memenuhi standar RTTV menunjukkan kinerja yang optimal dengan payback period di bawah tujuh tahun, menjadikannya pilihan yang layak untuk investasi dalam efisiensi energi bangunan. Semakin besar sudut kemiringan, kebutuhan energi pendinginan meningkat meskipun nilai RTTV menurun yang disebabkann oleh volume ruang yang bertambah,  meskipun kebutuhan energi pendinginan dalam satuan volume juga ikut menurun seperti RTTV. Penambahan jumlah lapisan dan ketebalan celah udara mampu menurunkan kebutuhan energi pendinginan, dengan titik optimal pada empat lapisan celah udara. Kombinasi material genteng beton dan spacer GRC menunjukkan efisiensi termal dan ekonomi terbaik, sementara material metal dan gypsum memiliki kinerja terendah. Hubungan antara kinerja termal, energi, payback period, dan NPV menunjukkan bahwa peningkatan efisiensi termal berdampak positif pada penghematan energi dan keuntungan finansial jangka panjang. Kesimpulan ini menegaskan bahwa pemilihan konfigurasi insulasi atap yang tepat dapat memaksimalkan kinerja termal, efisiensi energi dan memberikan manfaat ekonomi yang signifikan bagi bangunan residensial.

Rapid urbanization demands significant growth in basic infrastructure, particularly in affordable housing. Concurrently, the escalating development necessitates an increased demand for energy. In 2020, buildings contribute to 36% of the global energy consumption. mong the strategies to mitigate high energy consumption is the optimization of building envelopes, such as roofs, which receive the highest solar irradiation in tropical regions. This research aims to investigate the impact of multilayer airgaps insulation on thermal performance, energy efficiency, and economic benefits by examining the effects of roof inclination, material, the number of layers, and the thickness of air gaps in gable roofs with vaulted ceiling in Indonesia. Roof Thermal Transfer Value (RTTV) and cooling energy were analyzed across four roof inclination angles, various conventional roofing and ceiling materials, as well as several configurations of the number and thickness of air gap layers, using Ladybug Tools and Honeybee. The cost-benefit analysis of all configurations considered the payback period and NPV of benefits accumulated over the lifespan of the building, 50 years. Preliminary studies found that uninsulated roofs, regardless of material or inclination angle, did not meet the SNI 6389:2020 standard, which specifies a maximum RTTV of 10 Watts/m². The simulation results showed that multilayer airgaps insulation reduced RTTV to comply with the SNI across all materials and roof inclination configurations, with varying numbers and thicknesses of air gaps, depending on the material and roof inclination used. The roof inclination angle, roofing and spacer materials, as well as the number and thickness of air-gap layers, exert significant influence on thermal performance, cooling energy, and the economic benefits of multilayered air-gap roof insulation systems. Configurations conforming to the RTTV standard exhibit optimal performance, achieving a payback period of less than seven years, thereby constituting a compelling investment in building energy efficiency. Importantly, an increase in roof inclination is associated with a rise in cooling energy, despite a decrease in RTTV values due to the expanded air volume. Cooling energy per unit volume similarly decreases in proportion to the RTTV reduction. Additional layers and increased thickness of air gaps contribute to further reductions in cooling energy, with four air-gap layers identified as the most effective configuration. Among materials, concrete tile roofing paired with GRC spacers yields the highest thermal and economic efficiency, while metal and gypsum materials demonstrate lower performance. The observed correlation between thermal performance, energy efficiency, payback period, and the net present value (NPV) of cumulative financial benefits highlights that enhancements in thermal efficiency produce substantial energy savings and long-term financial returns. These findings emphasize the critical role of optimized roof insulation configurations in maximizing thermal performance, improving energy efficiency, and generating significant economic benefits for residential buildings.

Kata Kunci : Insulasi Celah Udara Berlapis, Atap, Roof Thermal Transfer Value, Energi Pendinginan, Cost-Benefit