Keberlanjutan
Penyaringan ‘Solar Gate’ Adaptif Mengambil Inspirasi dari Alam untuk Meningkatkan Efisiensi HVAC
Tambahkan Securities.io ke sumber pilihan Anda di Google
Krisis iklim menimbulkan ancaman besar bagi lingkungan kita dan kehidupan kita. Ini telah menjadikan pengurangan emisi karbon dioksida (CO2) sebuah kebutuhan global yang mendesak.
Lingkungan binaan sebenarnya bertanggung jawab atas sekitar 42% emisi CO2 global tahunan. Meskipun operasi bangunan sebagian besar bertanggung jawab, material bangunan dan infrastruktur juga memainkan peran besar di sini.
Hal ini menjadikannya kekuatan pendorong perubahan iklim, yang efek negatifnya sudah dapat dilihat dalam peristiwa cuaca yang sering dan lebih merusak.
Oleh karena itu, kita harus membangun tidak hanya fasad adaptif yang berpotensi mengurangi kebutuhan pemanasan dan pendinginan aktif, sehingga mengurangi konsumsi energi dan dampak lingkungan bangunan, tetapi juga arsitektur yang lebih tahan banting yang dapat menghadapi tantangan yang ditimbulkan oleh perubahan iklim.
Untuk membangun fasad adaptif seperti itu, arsitek harus menggunakan strategi desain yang menggabungkan karakteristik lingkungan lokal yang unik. Ini secara sederhana berarti memprioritaskan arsitektur yang responsif terhadap iklim.
Arsitektur jenis ini berfokus pada merancang bangunan hemat energi yang sesuai dengan iklim tempat mereka dibangun. Ini memerlukan pertimbangan faktor-faktor seperti musim, naungan alami, pola curah hujan, kelembapan, dll.
Alih-alih melawan iklim lokal, bangunan yang responsif terhadap iklim bekerja dengan kondisi regional untuk memberikan kenyamanan maksimal bagi penghuni sambil menggunakan energi sesedikit mungkin.
Dengan mengambil pendekatan ini dalam menerapkan strategi desain pasif, kota dan kota dapat dibangun untuk melindungi mereka dari frekuensi yang meningkat dan kekejaman peristiwa cuaca ekstrem yang merupakan hasil perubahan iklim.
Selain meningkatkan ketahanan bangunan dengan membuatnya lebih siap menghadapi cuaca dan bencana alam, arsitektur yang responsif terhadap iklim menawarkan manfaat pengurangan biaya operasional dengan memanfaatkan sistem alami dan pasif.
Dengan menggunakan cahaya siang dan ventilasi alami alih-alih sistem yang menggunakan listrik, biaya operasional terkait energi dapat secara signifikan ditekan. Penggunaan luas sistem pasif ini memiliki kemampuan untuk mengurangi konsumsi energi hingga 90%. Sistem pasif ini, seperti aliran udara alami, bahkan membantu meningkatkan produktivitas penghuni.
Dengan meningkatkan efisiensi energi, mengurangi emisi karbon, dan melindungi sumber daya alam, arsitektur ini juga membantu memfasilitasi keberlanjutan lingkungan.
Namun, bangunan yang responsif terhadap iklim juga menghadapi tantangan biaya awal yang tinggi karena penggunaan material berkelanjutan serta proses konstruksi yang panjang dan kompleks. Kemudian ada masalah hambatan regulasi.
Memang, pemerintah telah mengambil inisiatif, dan regulasi mengenai efisiensi energi HVAC serta isolasi termal telah berkembang, tetapi masih kurang aturan pendukung untuk desain yang responsif terhadap iklim. Meningkatkan adopsi arsitektur ini juga memerlukan fokus pada pendidikan dan investasi dalam keahlian terkait.
Meskipun tantangan, kami melihat minat yang meningkat terhadap bangunan semacam itu. Beberapa elemen inti dari desain adaptif ini meliputi pemanfaatan sumber alami untuk aliran udara dan ventilasi, desain surya pasif yang mempertimbangkan posisi matahari, material alami berkelanjutan seperti kayu dan bambu, serta fitur hijau pada atap dan dinding.
Penyaringan adaptif yang responsif terhadap cuaca terinspirasi dari alam
Di antara arsitektur yang responsif terhadap iklim, sistem penyaringan adaptif merupakan cara yang bagus untuk mengatur iklim interior secara lebih efisien dengan mengubah bentuk, orientasi, atau properti termal secara dinamis sebagai respons terhadap kondisi cuaca eksternal.
Namun, masalahnya terletak pada ketergantungan sistem penyaringan kinetik ini pada energi operasional untuk mengaktifkan perangkat elektro-mekanik yang menggerakkan banyak bagian bergerak. Rangkaian kompleks ini rentan terhadap kerusakan, yang kemudian memerlukan perbaikan mahal.
Meskipun ada alternatif berupa kaca anti-matahari berwarna gelap pasif, mereka menyaring terlalu banyak cahaya alami. Jadi, apa solusinya? Nah, solusinya ada di alam.
Sebuah studi baru1 oleh peneliti di Universitas Freiburg dan Stuttgart beralih ke alam dan menemukan bahwa sudah ada solusi untuk adaptasi. Mereka terinspirasi oleh material biologis dan merespons secara pasif terhadap rangsangan eksternal.
Solusi yang dijadikan model oleh peneliti adalah kerucut pinus, yang bereaksi terhadap lingkungan dan mengubah bentuknya meskipun terbuat dari material mati sepenuhnya. Kerucut pinus membuka dan menutup diri sebagai respons terhadap perubahan suhu dan kelembapan tanpa mengonsumsi energi metabolik.
Dengan menggunakan kerucut pinus sebagai model, peneliti mengembangkan sistem fasad baru yang otonom energi dan secara pasif beradaptasi dengan cuaca. Diberi nama “Solar Gate,” sistem ini telah dipasang pada Shell Biomimetik livMatS Universitas Freiburg. livMatS, atau ‘Living, Adaptive and Energy-autonomous Materials Systems’ (livMatS), adalah sebuah bangunan penelitian.
Alih-alih bergantung pada “perangkat teknis yang rumit,” seperti kebanyakan upaya responsif pada fasad arsitektur, penelitian ini “mengeksplorasi bagaimana kita dapat memanfaatkan respons material itu sendiri melalui desain komputasional canggih dan manufaktur aditif,” kata Profesor Achim Menges, kepala Institut Desain Komputasional dan Konstruksi (ICD) di Universitas Stuttgart.
Menurut Menges, yang juga juru bicara Cluster of Excellence Integrative Computational Design and Construction for Architecture (IntCDC), pendekatan mereka memungkinkan pencapaian sistem penyaringan yang secara otonom membuka dan menutup sebagai respons terhadap perubahan cuaca.
Efek ini dicapai tanpa menggunakan elemen mekatronik atau energi operasional. Di sini, “struktur biomaterial itu sendiri adalah mesin”.
Sistem penyaringan adaptif yang responsif terhadap cuaca ini adalah yang pertama beroperasi tanpa energi listrik. Selain desain terinspirasi alam, peneliti menggunakan material alami dan teknologi yang mudah diakses untuk “Solar Gate”.
Teknologi yang digunakan di sini adalah pencetakan 3D, yang juga dikenal sebagai manufaktur aditif, yang memungkinkan pembuatan bentuk dan struktur kompleks. Dalam proses ini, objek tiga dimensi dibuat dari file digital dengan menumpuk lapisan material secara berurutan. Pencetakan 3D memungkinkan prototipe cepat, kustomisasi, penghematan biaya, dan akurasi tinggi, selain memberikan kebebasan desain.
Tim ini menggunakan printer 3D standar untuk meniru struktur selulosa yang bergantung pada arah dalam jaringan tanaman.
Selulosa adalah biomassa paling melimpah di Bumi. Ini juga merupakan material alami, murah, dapat terurai secara hayati, dan terbarukan yang yang paling penting memiliki karakteristik higromorfik bawaan, memungkinkan penyaringan yang beradaptasi menjadi berkelanjutan.
Properti higromorfik ini, yang menggambarkan pembengkakan dan penyusutan dengan perubahan kelembapan, sering diamati di alam. Pembukaan dan penutupan sisik kerucut pinus adalah salah satu contohnya.
Dengan memanfaatkan properti ini, tim merancang serat selulosa berbasis bio secara khusus dan kemudian mencetaknya dalam 4D menjadi struktur berlapis ganda menggunakan sisik kerucut pinus sebagai inspirasi.
Teknik fabrikasi komputasional juga dikembangkan oleh peneliti untuk mengontrol ekstrusi material selulosa melalui printer 3D FFF.
Sistem material yang dihasilkan di sini dapat secara otonom mengubah bentuknya sebagai respons terhadap rangsangan eksternal. Material selulosa menyerap kelembapan dan mengembang ketika kelembapan tinggi, menyebabkan elemen melengkung dan terbuka. Sementara itu, pada kelembapan rendah, material ini melepaskan kelembapan dan menyusut, menyebabkan elemen cetak menjadi datar dan menutup.
“Terinspirasi oleh gerakan higroskopik sisik kerucut pinus dan braktus thistle perak, Solar Gate berhasil menerjemahkan tidak hanya fungsionalitas tinggi dan ketangguhan model biologis ke dalam sistem penyaringan terinspirasi alam tetapi juga estetika gerakan tanaman.”
– Profesor Thomas Speck, juru bicara livMatS dan kepala Grup Biomekanika Tanaman Freiburg di Universitas Freiburg
Sistem penyaringan adaptif terinspirasi bio ini sudah diuji di dunia nyata untuk fungsionalitas dan daya tahannya. Tim memasangnya pada skylight menghadap selatan dari Shell Biomimetik livMatS, yang membantu regulasi iklim dalam ruangan bangunan.
Selama periode lebih dari satu tahun, diamati bahwa pada musim dingin, elemen penyaringan yang dicetak 4D terbuka dan memungkinkan pemanasan alami dengan membiarkan sinar matahari masuk, dan tertutup pada musim panas untuk mengurangi radiasi matahari.
‘Solar Gate’ sepenuhnya digerakkan oleh siklus cuaca dan tidak memerlukan energi listrik, menjadi alternatif yang efisien sumber daya dan otonom energi dibandingkan sistem penyaringan tradisional. Sistem penyaringan 4D-printed terinspirasi bio ini juga menawarkan keunggulan biaya rendah, konsumsi material rendah, konstruksi ringan, dan peningkatan ketangguhan operasional.
Sistem ini, menurut peneliti, memiliki implikasi yang jauh lebih besar daripada sekadar fasad bangunan. Mereka menulis bahwa sistem ini juga dapat memengaruhi bidang arsitektur, teknik, dan konstruksi secara lebih luas.
Dalam pekerjaan mendatang, peneliti akan meneliti lebih dalam tentang degradasi yang disebabkan UV dan efek jangka panjangnya bersama dengan keausan mekanik pada Solar Gate serta mengukur peningkatan regulasi iklim dalam ruangan.
Ubin Atap Adaptif
Di masa lalu, kami juga membahas bagaimana ilmuwan di University of California, Santa Barbara, mengembangkan ubin atap adaptif. Ubin ini dapat memangkas biaya energi secara signifikan. Rahasianya adalah “saklar radiasi” yang beralih antara mode pemanasan dan pendinginan, merespons suhu di luar. Ubin menyesuaikan diri dalam rentang 3 derajat Celsius dari target. Dan dibandingkan dengan sistem reguler, mereka lebih efisien lebih dari 2,5 kali. Hasilnya adalah tagihan lebih rendah dan ketergantungan yang lebih sedikit pada bahan bakar fosil.
Inti inovasi ini adalah perangkat kecil berbentuk kotak 4 inci. Ia menyesuaikan berapa banyak panas yang dipancarkan tergantung pada cuaca. Tujuannya adalah menjaga suhu dalam ruangan tetap stabil—sekitar 65°F (18°C) tanpa kebutuhan daya terus-menerus. Namun, teknologi ini belum tersedia di pasar, tetapi ketika tersedia, ia dapat menghemat energi, mengurangi biaya, dan membantu membuat bangunan lebih hijau.
Perusahaan
Sekarang, mari kita lihat beberapa perusahaan publik yang terlibat dalam arsitektur adaptif melalui fokus mereka pada solusi inovatif untuk efisiensi energi, keberlanjutan bangunan, dan kinerja material.
1. Johnson Controls International
Johnson Controls menawarkan portofolio terbesar peralatan dan kontrol HVAC untuk lingkungan bangunan yang lebih nyaman, sehat, dan berkelanjutan. Solusi HVAC perusahaan dapat menyediakan udara bersih yang terukur dan menawarkan kontrol iklim total. Layanan prediktif dan diagnostiknya sekaligus mendeteksi masalah terkait struktur sebelum kerusakan akibat masalah seismik terjadi. Selain itu, mereka menawarkan pemeliharaan terencana dan preventif serta manajemen bangunan jarak jauh.
Dengan perlombaan dekarbonisasi yang sedang berlangsung, Johnson Controls memastikan keberlanjutan melalui sistem pemanasan dan pendinginan yang efisien yang menyediakan kontrol iklim efektif bersama penggunaan energi yang dioptimalkan. Portofolio peralatan HVAC perusahaan dirancang untuk memaksimalkan efisiensi energi.
Selain HVAC, perusahaan juga menawarkan platform IOT, OpenBlue, yang memungkinkan operasi dan optimisasi cerdas serta proaktif. Platform ini dapat memproses satu juta titik data per menit dan bertujuan membuat bangunan lebih pintar dan lebih efisien.
Johnson Control juga sangat memanfaatkan AI dalam solusi keamanan untuk lingkungan perusahaan, komersial, dan residensial. Perusahaan telah memperluas kemampuan AI-nya dalam OpenBlue Enterprise Manager, dengan tujuan meningkatkan wawasan data ke tingkat berikutnya. Peningkatan ini, bersama dengan upgrade peralatan dan layanan proaktif, memberikan pelanggan pengurangan hingga 30% pengeluaran energi, hingga 20% pengeluaran pemeliharaan, dan peningkatan pemanfaatan ruang sebesar 10%.
“Fitur AI baru ini tidak hanya meningkatkan efisiensi operasional dan keberlanjutan tetapi juga memberdayakan pemilik dan operator bangunan dengan tingkat wawasan dan kontrol yang belum pernah ada sebelumnya. Kami berkomitmen untuk mempelopori inovasi yang mendorong otomatisasi dan menciptakan lingkungan yang lebih pintar dan responsif bagi pelanggan kami.”
– CTO Vijay Sankaran
Pada saat penulisan, saham JCI diperdagangkan pada $82.10, naik 4.02% YTD, dengan kapitalisasi pasar $54.19 bln. Johnson Controls memiliki EPS (TTM) sebesar 2.09, sementara rasio P/E (TTM) adalah 39.27. Perusahaan membayar dividen dengan hasil 1.80%.
JCI Grafik Harga
Untuk kuartal terakhir yang dilaporkan, yaitu Q3 2024, pendapatan Johnson Controls kurang dari harapan dengan mencapai $6.25 billion. Namun, laba non-GAAP sebesar $1.28 per saham melampaui perkiraan konsensus analis sebesar 2.6%. CEO dan Ketua George Oliver pada saat itu menyatakan bahwa mereka sangat senang telah mencapai “pertumbuhan penjualan organik dua digit dan ekspansi margin yang kuat”.
Menurut Statista, Johnson Controls menghasilkan penjualan bersih global hampir $26.8 billion pada tahun fiskal 2023, peningkatan hampir 6% dibandingkan tahun sebelumnya.
Baru-baru ini, perusahaan mengakuisisi Webeasy yang berbasis di Belanda, penyedia otomasi dan kontrol bangunan yang akan selaras dengan misi Johnson Controls untuk berinovasi dalam solusi bangunan hemat energi dan berkelanjutan.
2. Owens Corning
Penyedia material bangunan dan konstruksi, Owens Corning (OC ) memiliki empat bisnis: atap, pintu, komposit, dan isolasi.
Solusi isolasi perusahaan cocok untuk hampir semua situasi bangunan, mencakup dinding eksterior, sistem atap, dan HVAC. Solusi bangunannya menawarkan kepatuhan energi dan kode bangunan, kinerja termal tingkat tinggi, ketahanan udara/air, kontrol kelembapan, dan kinerja akustik.
Pengguna menyukai layanan isolasi perusahaan karena efisiensi energi, daya tahan, kinerja jangka panjang, kemudahan pemasangan, dan perawatan minimal.
OC Grafik Harga
Pada saat penulisan, saham OC diperdagangkan pada $187.57, naik 10.13% YTD, dengan kapitalisasi pasar $16.09 bln. Owens Corning memiliki EPS (TTM) sebesar 11.76, sementara rasio P/E (TTM) adalah 15.96. Perusahaan membayar dividen dengan hasil 1.47%.
Mengenai keuangan perusahaan, pada kuartal ketiga 2024, perusahaan melaporkan penjualan bersih $3 billion, meningkat 23% dari tahun sebelumnya. Bisnis pintu yang baru diakuisisi menyumbang lebih dari setengah miliar dolar. EPS terdilusi yang disampaikan perusahaan adalah $3.65 dan EPS terdilusi yang disesuaikan $4.38. Arus kas bebas selama periode ini sebesar $558 million.
Owens Corning mengembalikan total $252 juta kepada pemegang sahamnya melalui dividen dan pembelian kembali saham. Berbicara tentang kekuatan keuangannya, Chief Financial Officer Todd Fister berkata:
“Kami menunjukkan kekuatan pendapatan yang kuat dan potensi generasi kas perusahaan. Tim kami menghasilkan pertumbuhan pendapatan dan laba bersih sebagai hasil dari eksekusi komersial dan operasional kelas satu.”
Mengenai upaya keberlanjutan perusahaan, portofolio produk Owens Corning membantu pelanggannya menghemat energi dan mengurangi emisi. Dalam laporan keberlanjutan 2023, Owens Corning memiliki 14 produk yang disertifikasi dibuat dengan listrik 100% terbarukan dan menyumbang seperempat total pendapatan perusahaan.
Perusahaan juga melaporkan pencapaian pengurangan 28% emisi Lingkup 1 dan 2 dari baseline 2018, mendekatkan pada target pengurangan 50% emisi GRK pada 2030. Kemajuan juga telah dicapai Owens Corning dalam upaya mendaur ulang dua juta ton genteng per tahun di AS pada akhir dekade ini.
Perusahaan material konstruksi ini juga telah berinvestasi dalam fasilitas manufaktur mat kaca seluas 52,000-meter square untuk memasok industri dengan material bangunan yang berkelanjutan dan lebih kuat.
Kesimpulan
Emisi karbon global meningkat dengan cepat, menyebabkan suhu Bumi naik dan mengakibatkan cuaca ekstrem, kebakaran hutan yang meningkat, serta gangguan pasokan makanan. Dengan bangunan menyumbang proporsi signifikan dari emisi karbon global, sangat penting bagi kita untuk mengurangi energi yang diperlukan untuk pemanasan, pendinginan, dan ventilasi. Pada saat yang sama, struktur harus mampu menahan bencana iklim.
Jawaban untuk kedua kebutuhan ini adalah arsitektur yang responsif terhadap iklim, yang memerlukan perhatian dan penggabungan iklim lokal serta karakteristik geografis wilayah dalam desain bangunan. Mengingat kemampuan tinggi arsitektur responsif iklim untuk mengurangi emisi karbon global di sektor ini dan membatasi produksi limbah, diperlukan dukungan regulasi dan, tentu saja, inovasi terus-menerus.
Studi seperti “Solar Gate” menghadirkan solusi menjanjikan untuk masalah yang dapat mengatasi tantangan lingkungan dan memenuhi kebutuhan fungsional lingkungan binaan. Mereka juga menyoroti potensi teknologi yang dapat diakses seperti manufaktur aditif dan material terbarukan melimpah seperti selulosa dalam berkontribusi pada solusi arsitektur berkelanjutan.
Dengan mengadopsi material alami dan desain terinspirasi bio serta memanfaatkan teknik manufaktur digital, kita dapat membangun struktur yang aman, tahan lama, dan masa depan yang tangguh!
Referensi Studi:
1. Cheng, T., Tahouni, Y., Sahin, E. S., Ulrich, K., Lajewski, S., Bonten, C., Wood, D., Rühe, J., Speck, T., & Menges, A. (2024). Penyaringan adaptif yang responsif terhadap cuaca melalui material higromorfik berbasis bio dan terinspirasi bio. Nature Communications, 15, Article 54808. https://www.nature.com/articles/s41467-024-54808-8
