Perancangan Sekolah berbasis Simulasi Konfigurasi Massa dan Bukaan untuk Mengoptimalkan Performa Pencahayaan Alami dan Kenyamanan Termal Adaptif

Muhammad Afi Tegar Ramadhan, Dr. Eng. Agus Hariyadi, S.T., M.Sc.

2025 | Tesis | S2 Teknik Arsitektur

Sekolah di lingkungan urban dan massa bangunan sekitar yang padat mengalami kendala untuk mengakses pencahayaan alami. Diperlukan optimasi integratif antara konfigurasi massa dan bukaan untuk menghasilkan solusi desain dengan pencahayaan optimal dan menjaga kenyamanan termal di ruangan ventilasi alami. Tesis ini terdiri dari tahap riset, tahap desain, dan tahap riset pasca desain untuk menguji performa dari desain tersebut. Tahap riset dilakukan dengan metode simulasi Rhino-Grasshopper berbasis Radiance untuk simulasi pencahayaan alami dan Energyplus untuk simulasi kenyamanna termal adaptif. Variabel simulasi ini adalah jarak dan tinggi massa konteks, rasio jendela terhadap dinding (WWR), jenis langit-langit dan rasio skylight, orientasi bukaan, panjang tritisan, window operable area, dan kecepatan udara. Hasil simulasi dianalisis dan difiltrasi untuk disusun menjadi panduan desain. Panduan desain ini menggunakan standar 80% Useful Daylight Illuminance (UDI), 30% Spatial Daylight Illuminance (sDA), dan mempertahankan kenyamanan termal selama 90% waktu dengan rentang suhu nyaman 27,2°C ± 3°C. Panduan desain kemudian diterapkan pada desain dan menghasilkan 3 desain alternatif dengan performa yang mampu mencapai standar pencahayaan alami dan kenyamanan termal adaptif. Alternatif pola radial memiliki performa yang lebih baik dan dipilih sebagai desain utama. Studi ini menemukan bahwa kesesuaian antara jarak dan besaran bukaan sangat penting untuk desain yang optimal di lingkungan urban. Desain sesuai panduan mampu meningkatkan nilai Useful Daylight Illuminance hingga 89.4 poin persentase lebih tinggi dari desain eksisting. Penerapan WWR 30-40% sukses menaikkan performa pencahayaan dan rasio skylight 2,5?pat membuka peluang desain di berbagai kondisi. Strategi kenyamanan termal adaptif dapat dicapai dengan menjaga kecepatan udara 0,6m/s – 1,2m/s dan window operable area hingga 16,5%. Desain konfigurasi massa yang telah menerapkan panduan juga membuka peluang untuk meningkatkan Koefisien Dasar Hijau sebesar 110,5?n area bermain sebesar 28%. Peningkatan ini mewujudkan area bermain yang lebih hijau dan teduh tanpa menghalangi akses pencahayaan ke dalam ruang karena telah melalui proses simulasi perancangan.

Schools in dense urban environments often face challenges in accessing daylight due to surrounding building mass. An integrative optimization between massing and opening configuration is essential to achieve design solutions that maximize daylight while maintaining thermal comfort in naturally ventilated spaces. This thesis consists of three stages: research, design, and post-design performance testing. The research stage uses Rhino-Grasshopper simulations with Radiance for daylight and EnergyPlus for adaptive thermal comfort simulations. Simulation variables include contextual building height and distance, window-to-wall ratio (WWR), ceiling type and skylight ratio, opening orientation, overhang length, window operable area, and air velocity. Simulation results were analyzed and filtered to produce a design guideline. The guideline targets 80% Useful Daylight Illuminance (UDI), 30% Spatial Daylight Autonomy (sDA), and 90% thermal comfort hours within a comfort range of 27.2°C ± 3°C. The guideline was applied to generate three alternative school designs, all achieving both daylight and adaptive thermal comfort standards. The radial layout showed superior performance and was selected as the final design. This study finds that the relationship between building distance and opening size is crucial for optimal school design in urban contexts. The proposed design increased UDI by up to 89.4 percentage points compared to the existing condition. A WWR of 30–40% enhanced daylight performance, and a 2.5% skylight ratio enabled broader design flexibility. Adaptive thermal comfort was supported by maintaining airspeed between 0.6–1.2 m/s and operable window area up to 16.5%. Implementing the design guidelines also led to a 110.5% increase in Green Coverage Ratio and a 28% increase in play area. These improvements create greener, shaded outdoor spaces without compromising indoor daylight access, thanks to a simulation-based design process.

Kata Kunci : simulasi bangunan, performa pencahayaan alami, kenyamanan termal adaptif, konfigurasi massa, desain arsitektur