Penelitian ini dilakukan melalui pengujian laboratorium terhadap material dan simulasi termal bangunan. Artikel tidak mencantumkan periode kalender khusus kapan seluruh eksperimen dilakukan, tetapi mencatat bahwa naskah penelitian diterima untuk diproses pada Juli 2026, direvisi pada Agustus 2026, dan diterima pada September 2026.
Kebutuhan Pendinginan Bangunan Terus Meningkat
Konsumsi energi untuk pendinginan menjadi tantangan penting bagi bangunan, terutama di wilayah beriklim panas dan lembap. Ketika suhu lingkungan meningkat, penggunaan sistem pendingin mekanis juga dapat bertambah karena penghuni membutuhkan kondisi ruangan yang nyaman.
Peneliti menjelaskan bahwa kondisi tersebut mendorong kebutuhan terhadap teknologi pasif yang dapat mengelola panas tanpa secara langsung menambah penggunaan listrik. Salah satu pendekatan yang dikaji adalah PCM.
PCM bekerja dengan menyerap panas ketika material mengalami perubahan dari fase padat ke cair. Ketika lingkungan kembali lebih dingin, panas yang tersimpan dilepaskan saat material kembali ke fase padat. Mekanisme tersebut memungkinkan PCM menyerap sebagian panas yang masuk ke bangunan dan menunda perpindahannya ke ruang dalam. Material ini dapat diterapkan pada bagian selubung bangunan seperti dinding, atap, plafon, atau lantai.
Namun, PCM memiliki tantangan berupa konduktivitas termal yang relatif rendah. Kondisi ini dapat memperlambat proses penyerapan dan pelepasan panas. Karena itu, penelitian Astika dan rekan-rekannya menguji penambahan bahan yang dapat meningkatkan perpindahan panas.
Empat Formulasi PCM Diuji
Penelitian menggunakan empat formulasi, yaitu satu formulasi dasar dan tiga formulasi yang diberi bahan tambahan dengan konsentrasi rendah, sedang, dan tinggi. Setiap formulasi dibuat dalam tiga pengulangan sehingga terdapat 12 sampel independen.
Para peneliti mengukur beberapa karakteristik material, termasuk konduktivitas termal, kapasitas penyimpanan panas laten, suhu perubahan fasa, serta kemampuan mempertahankan panas setelah siklus pemanasan dan pendinginan berulang.
Data laboratorium kemudian dimasukkan ke dalam model simulasi bangunan menggunakan EnergyPlus versi 23.2. Lima kondisi dibandingkan, yaitu bangunan tanpa PCM, bangunan dengan formulasi dasar, serta bangunan dengan masing-masing dari tiga formulasi modifikasi.
Formulasi Tingkat Sedang Memberikan Keseimbangan Terbaik
Hasil pengujian menunjukkan bahwa semakin tinggi konsentrasi bahan tambahan, semakin tinggi pula konduktivitas termalnya. Formulasi dasar memiliki konduktivitas termal rata-rata 0,210 W/m·K. Angka tersebut meningkat menjadi 0,241 W/m·K pada formulasi dengan tambahan rendah, 0,281 W/m·K pada tambahan sedang, dan 0,310 W/m·K pada tambahan tinggi.
Meski formulasi dengan tambahan tinggi memiliki konduktivitas termal paling besar, formulasi tersebut bukan yang menghasilkan kapasitas penyimpanan panas laten terbaik. Formulasi tingkat sedang atau F2 justru mencapai kapasitas panas laten tertinggi, yakni 183,9 J/g, meningkat 5,1% dibandingkan formulasi dasar.
F2 juga menunjukkan stabilitas termal yang baik. Setelah siklus pelelehan dan pembekuan berulang, material mempertahankan 99,1% kapasitas panas latennya. Seluruh formulasi mempertahankan lebih dari 98% kapasitas awal dan tidak menunjukkan kebocoran atau kerusakan struktural yang terlihat selama pengujian.
Analisis statistik menunjukkan bahwa perbedaan formulasi berpengaruh signifikan terhadap konduktivitas termal dan kapasitas panas laten. Dengan kata lain, peningkatan performa bukan sekadar akibat variasi acak dalam pengujian.
Suhu Bangunan Turun hingga 2,4°C
Keunggulan F2 semakin terlihat ketika karakteristik material diterapkan dalam simulasi bangunan. Pada bangunan tanpa PCM, suhu maksimum dalam simulasi mencapai 33,8°C. Penggunaan F2 menurunkannya menjadi 31,4°C, atau 2,4°C lebih rendah.
F2 juga menurunkan fluktuasi suhu dalam ruangan sebesar 32,1%, beban pendinginan puncak sebesar 17,2%, kebutuhan pendinginan kumulatif sebesar 13,8%, dan konsumsi energi sebesar 14,3% dibandingkan bangunan referensi tanpa PCM.
Temuan tersebut menunjukkan bahwa formulasi PCM yang efektif tidak cukup hanya memiliki kemampuan menghantarkan panas yang tinggi. Kapasitas menyimpan panas, suhu perubahan fasa, dan stabilitas material juga perlu dipertimbangkan secara bersamaan.
I Made Astika dan rekan-rekannya menekankan bahwa formulasi dengan tambahan sedang memberikan keseimbangan antara kemampuan perpindahan panas dan penyimpanan energi. Formulasi dengan tambahan tinggi memang memiliki konduktivitas lebih besar, tetapi kapasitas panas latennya menurun dan performa energi bangunan tidak melampaui F2.
Potensi untuk Dinding, Atap, dan Plafon
Hasil penelitian memberikan dasar awal untuk mengembangkan material bangunan yang dapat membantu mengendalikan panas secara pasif. Formulasi tingkat sedang dapat dipertimbangkan untuk penerapan awal pada komponen selubung bangunan seperti dinding, atap, dan plafon, terutama pada bangunan yang membutuhkan pendinginan.
Namun, para peneliti belum menyatakan bahwa formulasi tersebut siap diterapkan secara luas. Simulasi yang digunakan belum divalidasi menggunakan ruang uji fisik, sementara penelitian laboratorium hanya menggunakan tiga pengulangan untuk setiap formulasi. Faktor seperti keselamatan terhadap kebakaran, kompatibilitas mekanis, toksisitas, biaya produksi, ukuran partikel, kualitas penyebaran bahan tambahan, dan ketahanan jangka panjang juga masih perlu dikaji.
Penelitian lanjutan disarankan menggunakan lebih banyak sampel, melakukan ratusan hingga ribuan siklus termal, serta menguji material pada sel bangunan yang dilengkapi instrumen pengukuran. Pengujian pada berbagai iklim, ketebalan material, posisi dalam selubung bangunan, ventilasi, dan pengaturan pendinginan juga diperlukan untuk mengetahui apakah hasil tersebut tetap konsisten pada kondisi yang berbeda.
Profil Penulis
I Made Astika — Afiliasi: Department of Mechanical Engineering, Faculty of Engineering, Udayana University, Bali, Indonesia. Gelar akademik dan bidang keahlian spesifik tidak dicantumkan dalam artikel sumber.
I Ketut Suarsana — Department of Mechanical Engineering, Faculty of Engineering, Udayana University, Bali, Indonesia.
I Nyoman Budiarsa — Department of Mechanical Engineering, Faculty of Engineering, Udayana University, Bali, Indonesia.
Dewa Ngakan Ketut Putra Negara — Department of Mechanical Engineering, Faculty of Engineering, Udayana University, Bali, Indonesia.
Sumber Penelitian
Astika, I Made; Suarsana, I Ketut; Budiarsa, I Nyoman; dan Negara, Dewa Ngakan Ketut Putra. “Thermal Performance Enhancement of Phase Change Materials for Energy Efficient Building Applications.” Formosa Journal of Multidisciplinary Research, Vol. 5 No. 9, 2026, hlm. 3005–3022.
0 Komentar