BAB II DASAR TEORI. Tugas Akhir

Transkripsi

1 BAB II DASAR TEORI 2.1 Definisi dari Penyegaran Udara Penyegaran udara adalah suatu proses untuk mendinginkan udara sehingga di peroleh temperature dan kelembaban relatif yang sesuai dengan yang dipersyaratkan terhadap kondisi udara dari suatu ruangan tertentu. Selain itu, mengatur aliran udara dan kebersihannya. Di beberapa Negara, beberapa faktor kesegaran tersebut di atas di tetapkan dalam Undang- Undang, sesuia dengan tujuan penggunaan ruangan, misalnya untuk kantor, hotel, dan sebagainya. Sistem penyegaran udara pada umumnya dibagi menjadi dua golongan utama, yaitu: Penyegaran Udara untuk Kenyamanan Menyegarkan udara dari ruangan untuk memberikan kenyamanan kerja bagi yang melakukan kegiatan tertentu Penyegaran Udara untuk Industri Menyegarkan udara dari ruangan karena diperlukan oleh proses, bahan, peralatan atau barang yang ada di dalamnya Sistem penyegaran udara untuk industri di rancang untuk memperoleh temperature, kelembaban relatif, serta distribusi udara sesuai dengan yang dipersyaratkan oleh proses serta peralatan yang di pergunakan di dalam ruangan yang bersangkutan, lihat Tabel 2.1. Dalam hal tersebut juga tercakup persyaratan yang diperlukan untuk memberikan kenyamanan lingkungan kerja bagi para karyawan. Hasil penelitian tentang lingkungan kerja menunjukkan bahwa di dalam ruang kerja berudara segar, karyawan dapat bekerja lebih baik adan jumlah kesalahan dapat dikurangi, sehingga efisiensi kerja dapat di tingkatkan. Penyegaran udara juga sangat penting untuk rumah sakit, bukan saja untuk memberikan ketenangan dan mengurangi penderitaan pasien, tetapi juga untuk Perubahan Temperature dan RH Page 6

2 memberikan kesegaran kerja bagi para dokter dan perawat sehingga dapat melakukan tugasnya dengan sebaik-baiknya, lebih teliti dan efisien. Industri Tabel 2.1: Kondisi temperatur dan kelembaban untuk penyegaran udara industri. Proses Musim panas Musim dingin Kelembaban Kelembaban Temperature relatif Temperature relatif ( C) (%) ( C) (%) Percetakan Mencetak Optika Menggosok Fotografi Membuat film " Mencuci film Bir Membuat bir Gula gula Membuat manisan " Menyimpan manisan " Membuat coklat Menyimpan coklat Farmasi Membuat obat Pecah belah (dari tanah) Membentuk Mesin pembuat Mesin roda gigi " Alat listrik Listrik Mengisolasi " Membuat rokok Rokok Menganyam Pemintalan (kapas) Memintal " Menganyam Pemintalan (sutera) Memintal " Menenun Pemintalan (wol) Memintal " Menenun Sumber: Penyegaran Udara, Wiranto Arismunandar hal Teori Kenyamanan Ada beberapa faktor yang mempengaruhi kenyamanan termal orang, kenyamanan dalam ruangan pada umumnya ditentukan oleh beberapa parameter tersebut di bawah ini: Temperatur Bola Kering dan Temperatur Bola Basah dari Udara (Dry Bulb & Wet Balb). 1. Temperatur udara kering sangat besar pengaruhnya terhadap besar kecilnya kalor yang dilepas melalui penguapan (evaporasi) dan melalui konveksi. Perubahan Temperature dan RH Page 7

3 2. Daerah kenyamanan termal untuk daerah tropis dapat dibagi menjadi : a. Sejuk nyaman, antara temperatur efektif 20,5ºC ~ 22,8ºC. b. Nyaman optimal, antara temperatur efektif 22,8ºC ~ 25,8ºC. c. Hangat nyaman, antara temperatur efektif 25,8ºC ~ 27,1ºC Kelembaban Udara Relatif (Relative Humidity/RH). 1. Kelembaban udara relatif dalam ruangan adalah perbandingan antara jumlah uap air yang dikandung oleh udara tersebut dibandingkan dengan jumlah kandungan uap air pada keadaan jenuh pada temperatur udara ruangan tersebut. 2. Untuk daerah tropis, kelembaban udara relatif yang dianjurkan antara 40%~50%, tetapi untuk ruangan yang jumlah orangnya padat seperti ruang pertemuan, kelembaban udara relatif masih diperbolehkan berkisar antara 55%~60% Pergerakan Aliran Udara / Kecepatan Udara (Air Flow). 1. Untuk mempertahankan kondisi nyaman, kecepatan udara yang jatuh diatas kepala tidak boleh lebih besar dari 0,25 m/detik dan sebaiknya lebih kecil dari 0,15 m/detik. 2. Kecepatan udara ini dapat lebih besar dari 0,25 m/detik tergantung dari temperature udara kering rancangan, lihat Tabel 2.2. Tabel 2.2: Kecepatan udara dan kesejukan. Kecepatan udara, m/detik 0,1 0,2 0,25 0,3 0,35 Temperature udara kering, 25 26,8 26,9 27,1 27,2 Sumber: SNI Pada Gambar 2.1 menunjukkan kebutuhan peningkatan kecepatan udara untuk mengkompensasi kenaikan temperatur udara kering agar tingkat kenyamanannya tetap terpelihara. Perubahan Temperature dan RH Page 8

4 Gambar 2.1: Kebutuhan peningkatan kecepatan udara untuk mengkompensasi kenaikan temperatur udara kering. (SNI ) Penjelasan: Misalnya temperatur udara kering dalam ruangan berubah dari 25ºC menjadi 27,2ºC atau naik 2,2ºC untuk mengkompensasi kenaikan temperatur ini maka kecepatan udara yang mula-mula hanya 0,15 m/detik harus dinaikkan menjadi 0,625 m/detik Radiasi Permukaan yang Panas. 1. Apabila di dalam suatu ruangan dinding - dinding sekitarnya panas, akan mempengaruhi kenyamanan seseorang di dalam ruangan tersebut, meskipun temperatur udara disekitarnya sesuai dengan tingkat kenyamannya (misalnya di dekat oven atau dapur). 2. Usahakan temperatur radiasi rata-rata sama dengan temperatur udara kering ruangan. 3. Apabila temperatur radiasi rata-rata lebih tinggi dari temperatur udara kering ruangan, maka temperatur udara ruangan rancangan dibuat lebih rendah dari temperature rancangan biasanya. 4. Temperatur operatif didefinisikan sebagai temperatur rata-rata dari temperatur radiasi rata-rata dan temperatur udara kering ruangan. 5. Untuk kecepatan udara yang rendah (V = 0,1 m/detik), besarnya temperatur operatif : trad + t RUANGAN t OP =...(2.1) 2 Perubahan Temperature dan RH Page 9

5 Dimana : t OP = temperatur operatif t RAD t RUANGAN = temperatur radiasi = temperatur ruangan Aktivitas Orang. 1. Untuk perhitungan sistem pengkondisian udara, orang lebih tertarik terhadap besarnya kalor yang dihasilkan dari sesorang pada suatu aktifitas tertentu. 2. Tabel 2.3 menunjukkan besarnya kalor total yang dihasilkan untuk suatu aktivitas yang dilakukan oleh seorang pria dewasa. Untuk wanita dewasa dapat diambil 85% dari kalor yang dihasilkan pria dewasa dan anak-anak 75% dari kalor yang dihasilkan pria dewasa. Tabel 2.3: Laju Pertambahan Kalor dari Penghuni dalam Ruang yang Dikondisikan. Sumber: SNI Catatan: a) Nilai dalam tabel didasarkan pada temperatur udara kering 24ºC. Untuk 27ºC temperatur udara kering, total panas tetap sama, tetapi nilai kalor sensibel harus diturunkan mendekati 20%, dan nilai kalor laten menyesuaikan naik. Perubahan Temperature dan RH Page 10

6 b) Penambahan kalor yang diatur, didasarkan pada prosentase normal pria, wanita dan anak-anak sesuai daftar penggunaan, dengan rumus bahwa penambahan untuk wanita dewasa 85% dari pria dewasa, dan penambahan untuk anak-anak 75% dari pria dewasa. c) Penambahan total kalor yang diatur untuk pekerjaan yang menerus, restoran, termasuk 17.6 Watt makanan per orang (8.8 Watt sensibel dan 8.8 Watt laten). d) Untuk Bowling, gambaran satu orang bermain bowling, dan lainnya duduk ( Watt) atau berdiri atau berjalan perlahan ( Watt) Pakaian yang Dipakai. 1. Besarnya kalor yang dilepas oleh tubuh dipengaruhi oleh jenis pakaian yang sedang dipakai pada saat itu, terutama mengenai besar kecilnya isolasi termal dari bahan pakaian dan tebalnya. 2. Isolasi termal dari bahan pakaian yang dipakai dinyatakan dalam clo, dimana : 1 clo = 0,155 m².k / Watt 3. Besarnya isolasi termal dari bahan pakaian yang dipakai ditunjukkan pada Tabel 2.4 Tabel 2.4: Isolasi termal untuk beberapa jenis baju. Sumber: SNI Perubahan Temperature dan RH Page 11

7 Catatan: (a) Dikurangi 10% jika tanpa lengan atau lengan pendek. (b) Ditambah 5% jika panjangnya dibawah dengkul, dikurangi 5% jika diatas dengkul. 4. Untuk menghitung seluruh clo dari pakaian yang dipakai, ditunjukkan dengan rumus: Untuk pria: Nilai clo = 0,727. (masing-masing clo) + 0,113...(2.2) Untuk wanita: Nilai clo = 0,770. (masing-masing clo) + 0,050...(2.3) Penjelasan: Untuk pakaian kantor yang biasa dipakai oleh pria dewasa (celana panjang, sepatu kulit, kemeja lengan pendek/panjang), nilai clo-nya berkisar antara 0,5 ~ 0,65, sedangkan apabila memakai tambahan jas, nilai clo total menjadi Pengaruh Aktivitas dan Pakaian yang Dipakai Orang terhadap Temperatur Operatif. 1. Besarnya kalor yang dihasilkan dari aktivitas orang selain ditunjukkan dalam Table 2.5, dapat pula dinyatakan dalam satuan met, 1 met = 58,2 Watt/m 2 m² menunjukkan luas permukaan kulit tubuh, dan besarnya dinyatakan dengan rumus : A Kulit tubuh = 0,202. m 0,425. h 0,72...(2.4) m = massa tubuh, kg. h = tinggi tubuh, m. Penjelasan: Untuk pria dewasa dengan berat badan 70 kg dan tinggi badan 1, 8 m, luas kulit tubuhnya: A Kulit tubuh = 0, ,425.1,8 0,725 = 1,9 m 2 2. Besarnya kalor yang dihasilkan dari aktifitas orang dinyatakan dalam met, ditunjukkan dalam Tabel 2.5 Perubahan Temperature dan RH Page 12

8 Tabel 2.5: Macam Metabolik Pembangkit Panas untuk Beragam Aktivitas. Sumber: SNI Penjelasan: Orang dengan aktifitas berdansa menurut Tabel 2.5, kalor yang dihasilkan sebesar 3 met, atau sebesar = 3 (met) x 58,2 (Watt/m².met) x 1,9 (m²) = 332 Watt. Sedangkan menurut Tabel 2.3, nilainya sebesar 264 Watt untuk pria dan 249 Watt untuk wanita. 3. Pengaruh pakaian yang dipakai yang dinyatakan dengan clo terhadap temperature operatif ditunjukkan pada Gambar 2.2 untuk kelembaban Perubahan Temperature dan RH Page 13

9 udara relatif 50%, kecepatan udara 0,15 m/detik serta aktifitas kurang dari 1,2 met. Gambar 2.2: Pengaruh clo pakaian yang dipakai terhadap temperatur operatif ruangan. (SNI ) Gambar 2.3: Temperatur operatif optimal untuk orang yang aktif dalam lingkungan dengan kecepatan udara rendah (V < 30 fpm atau 0,15 m/detik). (SNI ) 4. Makin besar clo pakaian, makin rendah temperatur operatif yang dibutuhkan untuk memperoleh tingkat kenyamanan yang optimal. 5. Gambar 2.3. menunjukkan temperatur operatif optimal untuk orang dengan aktifitas dari 1 ~ 3 met dan clo pakaiannya dari 0,1 clo ~ 0,9 clo pada kecepatan udara tidak lebih dari 0,15 m/detik. Penjelasan: Apabila aktifitas dari orang yang berada di ruangan sebesar 1,2 met, dan pakaian yang dipakai 0,5 clo, maka temperatur ruangan harus 24,5ºC. Perubahan Temperature dan RH Page 14

10 Apabila aktifitasnya berubah menjadi 2 met, dengan pakaian yang sama, maka temperatur ruangan harus diubah menjadi 20,5ºC agar kondisi kenyamanan tetap sama. 2.3 Sistem Pengkondisian Udara Jenis-jenis sistem pengkondisian udara meliputi: a) Sistem ekspansi langsung (Direct Expansion / DX) b) Sistem ekspansi tak langsung (Indirect Expansion), meliputi: - Sistem air penuh - Sistem udara penuh - Sistem air udara Sistem Ekspansi Langsung (Direct Expansion / DX) Pada sistem ini udara ruang yang akan dikondisikan langsung didinginkan oleh refrigerant yang dialirkan melalui koil pendingin. Udara disirkulasikan dengan cara dihembuskan oleh blower melintasi koil pendingin tersebut. Sistem ini digunakan untuk beban pendinginan ruangan yang tidak terlalu besar dan hanya terdiri dari kipas udara, koil pendingin dan mesin refrigerasi yang berada di dalam satu kotak. Mesin refrigerasi yang ada didalamnya terdiri dari kondenser (jenis pendingin air atau udara) dan kompressor yang terpisah dari unit Fan Koil, tetapi dihubungkan dengan pipa refrigran. Ada 4 jenis alat pengkondisian udara yang termasuk dalam sistem ini, yaitu: a. Jenis Paket (Package Airconditioner) b. Jenis Jendela (AC Window) c. Jenis Lantai (Floor Standing) d. Jenis Atap (Roof Type) Gambar 2.4: Sistem ekspansi langsung. (SNI ) Perubahan Temperature dan RH Page 15

11 Gambar 2.5: Sistem Paket Sistem Ekspansi tak Langsung (Indirect Expansion) Pada sistem ini udara yang akan dikondisikan didinginkan oleh air sejuk (chilled water) yang dihasilkan oleh mesin chiller. Udara yang akan didinginkan disirkulasikan dengan cara diserempetkan pada koil-koil pendingin yang berisi air sejuk. 1. Sistem Air Penuh Pada sistem air penuh, air sejuk (chilled water) dialirkan melalui unit fan koil di tiap ruangan untuk pengkondisian udara. Sedang udara ventilasi dialirkan melalui celah-celah pintu atau jendela dan dimasukan ruangan melalui saluran khusus. Gambar 2.6: Sistem air penuh. (SNI ) Perubahan Temperature dan RH Page 16

12 Gambar 2.7: Unit fan koil dengan pemasukan udara langsung dari luar. (SNI ) 2. Sistem Udara Penuh Pada sistem ini campuran udara luar dan udara ruangan didinginkan dan dikurangi kadar uapnya di ruang AHU (Air Handling Unit), kemudian udara dialirkan kembali ke ruangan melalui saluran udara. Sistem udara penuh dibagi menjadi 2 jenis, yaitu sistem saluran tunggal dan sistem dua saluran. a. Sistem Saluran Tunggal Gambar 2.8: Sistem udara penuh saluran tunggal. Sistem ini paling banyak digunakan, campuran udara ruang dan udara luar didinginkan dan dilembabkan kemudian dialirkan kembali keruangan melalui saluran udara. Pada dasarnya sistem pengaturan untuk sistem saluran tunggal meliputi pengaturan temperatur udara melalui saluran-saluran udara. Dalam hal ini laju aliran air dingin, air panas atau uap diatur sedemikian rupa sehingga temperatur udara dapat diubah-ubah. Sistem ini dinamakan constan volume variable temperatur. Dalam keadaan dimana beban kalor pada beberapa ruangan yang dilayani berbeda, tidak mungkin mempertahankan udara ruangan pada temperatur tertentu. Masalah ini dapat diatasi dengan Perubahan Temperature dan RH Page 17

13 melayani ruangan yang memiliki kondisi sama dengan satu alat pengkondisian udara. Sistem saluran tunggal yang lain yaitu sistem pemanasan ulang, dimana udara segar yang mengalir melalui saluan utama dapat dipertahankan konstan pada temperatur rendah. Kemudian udara tersebut dialirkan kedalam ruangan melalui alat pemanas (reheater) yang dipasang pada masing-masing saluran cabang. Pemanas tersebut memanaskan udara dan diatur sedemikian rupa, sehingga dapat diperoleh suhu ruang yang didinginkan. Sistem saluran tunggal yang bekerja dengan volume variabel dinamakan sistem VAV (Variable Air Volume). Pada sistem ini volume udara yang mengalir ke saluran cabang diatur sedemikian rupa oleh unit volume variabel damper. Volume udara diatur menurut beban kalor ruangan, jadi volume aliran udara akan turun jika beban kalor ruangan turun. Pemasukan udara minimum harus diatur supaya distribusi udara dalam ruangan berlangsung sebaik-baiknya, dengan ventilasi minimum. Jumlah udara yang masuk ruangan akan berkurang menurut beban kalor, sehingga bila udara yang masuk ruangan lebih kecil dari jumlah udara masuk minimum, maka temperatur udara masuk akan berubah. Dalam sistem volume variable ini, putaran blower dapat diatur sesuai kebutuhan, sehingga memungkinkan penghematan daya listrik yang diperlukan untuk menggerakkan blower pada beban parsial. b. Sistem Dua Saluran Gambar 2.9: Sistem udara penuh dua saluran. Sistem dua saluran dapat menutupi kekurangan sistem saluran tunggal. Sistem ini banyak dipakai dalam gedung-gedung besar. Dalam hal ini udara Perubahan Temperature dan RH Page 18

14 dingin dan panas dihasilkan secara terpisah oleh mesin penyegar udara. Udara dingin dan panas dialirkan melalui saluran yang berbeda, kemudian dicampur sedemikian rupa sehingga diperoleh tingkat keadaan yang sesuai beban kalor dari ruangan yang dikondisikan. Sistem dua saluran dapat menghasilkan pengaturan udara yang lebih teliti. Tetapi lebih banyak memerlukan energy kalor dan biaya awal yang tinggi. Sistem dua saluran ada 2 macam, yaitu sistem volume konstan dan sistem volume variabel. 3. Sistem Air Udara Dalam sistem air udara, unit fan koil atau unit induksi dipasang dalam ruangan yang akan dikondisikan. Air dingin dialirkan kedalam unit tersebut, udara ruangan juga dialirkan ke unit tersebut sehingga menjadi dingin. Selanjutkan udara ruangan disirkulasikan ke dalam ruangan. Untuk ventilasi, udara luar yang telah didinginkan dan dikeringkan oleh AHU dialirkan keruangan yang akan dikondisikan. Udara luar yang telah didinginkan ini disebut udara primer. Pada umumnya sebagian kalor sensible ruangan diatasi oleh unit ruangan (unit skunder). Sedang kalor laten diatasi oleh udara primer. Gambar 2.10: Sistem air udara. (SNI ) Perubahan Temperature dan RH Page 19

15 Gambar 2.11: Sistem air udara dengan unit induksi. (SNI ) Terminal Unit Terminal unit dipasang pada sistem pengkondisian udara yang memiliki banyak ruangan dengan fungsi yang berbeda-berbeda. Pemasangan terminal unit dipilih karena faktor ekonomis. Bila salah satu ruangan yang dikondisikan tidak memerlukan pendinginan, maka hanya terminal unit itu saja yang dimatikan sehingga kerja chiller berkurang dan menghemat daya listrik. Yang termasuk dalam terminal unit yaitu: - AHU (Air Handling Unit). - FCU (Fan Coil Unit). - Unit Ventilasi. - Unit Induksi. - VAV boxes (Variable Air Volume). - Double duct mixing boxes. - Terminal unit lain seperti convector dan radiator AHU (Air Handling Unit) AHU merupakan terminal unit yang digunakan untuk mendinginkan atau memanaskan ruangan. Unit ini menggunakan air sebagai media penukar kalor dan dipakai pada beban pendinginan yang besar. Air dingin diproduksi oleh mesin chiller sedang air panas diproduksi oleh boiler. Unit ini biasanya ada 2 macam, yaitu unit pendingin dan pemanas (cooling and heating) dan unit pendingin saja (cooling only). Perubahan Temperature dan RH Page 20

16 Pada AHU udara ruangan dihisap melalui saluran udara dan dicampur dengan udara luar pada ruang koil pendingin, kemudian udara didistribusikan keruangan melalui saluran udara. Komponen-komponen pada AHU yaitu: casing, koil pendingin, filter udara dan fan blower. Gambar 2.12: Horisontal AHU Keterangan: 1. Motor, 2. Centrifugal blower, 3. Bak drain, 4. Frame, 5. Vibration isolator, 6. Casing wall, 7. Koil pendingin dan Filter. Gambar 2.13: Vertikal AHU 2.4 Dasar-dasar Psikometrik Psikometrik adalah pengetahuan termodinamika yang membahas sifat-sifat udara dan pengaruhnya terhadap bahan-bahan dan kenyamanan manusia. Psikometrik membahas sifat-sifat campuran udara dengan uap air. Kandungan uap air dalam udara harus dikurangi atau ditambah untuk mendapatkan kondisi yang nyaman. Perubahan Temperature dan RH Page 21

17 2.4.1 Definisi Istilah dan Plotting pada Diagram Tugas Akhir Diagram psikometrik menampilkan secara grafikal sifat-sifat termodinamika udara antara lain suhu, kelembaban, enthalpy, kandungan uap air dan volume spesifik. Untuk dapat memahami proses-proses yang terjadi pada diagram psikometrik, perlu adanya pemahaman tentang istilah-istilah dalam diagram psikometrik. 1. Dry-bulb Temperatur (DB) DB Temperatur (temperatur bola kering) adalah suhu udara yang diperoleh melalui pengukuran dengan slink psikometer pada thermometer sensor kering. Suhu DB diplotkan sebagai garis vertikal yang berawal dari garis sumbu mendatar yang terletak dibagian bawah diagram. Temperatur bola kering merupakan ukuran panas sensible. Perubahan temperatur bola kering menunjukan adanya perubahan panas sensible. 2. Wet-bulb Temperatur (WB) WB Temperatur (temperatur bola basah) adalah suhu udara yang diukur dengan slink psikometer pada thermometer sensor basah. Suhu WB diplotkan sebagai garis miring kebawah yang berawal dari garis saturasi yang terletak disamping kanan diagram. Suhu WB ini merupakan ukuran panas total (enthalpy). Perubahan temperatur bola basah menunjukan adanya perubahan panas total. 3. Dew-point Temperatur (DP) DP Temperatur (temperatur titik embun) adalah suhu dimana udara mulai menunjukan gejala pengembunan ketika didinginkan. Suhu titik embun ditandai sebagai titik sepanjang garis saturasi. Pada saat udara mengalami saturasi (jenuh) maka suhu bola kering sama dengan suhu bola basah, demikian juga suhu titik embunnya. Suhu titik embun merupakan ukuran dari panas laten. Adanya perubahan suhu titk embun menunjukan adanya perubahan panas laten atau adanya perubahan kandungan uap air dalam udara. 4. Spesific Humidity (w) Kelembaban spseifik adalah jumlah kandungan uap air di udara yang diukur dalam satuan grains per kilogram udara kering [1grains (1/7000 lb) = Perubahan Temperature dan RH Page 22

18 g] dan diplotkan pada garis sumbu vertikal yang ada di bagian samping kanan diagram. 5. Relative Humidity (%RH) %RH merupakan perbandingan jumlah aktual dan jumlah maksimal (saturasi) dari uap air yang ada pada suatu ruang atau daerah tertentu. 100% RH berarti saturasi dan diplotkan menurut garis saturasi. Untuk ukuran yang lebih kecil diplotkan sesuai arah garis saturasi. 6. Enthalpi (h) Enthalpi adalah jumlah panas total dari campuran udara dan uap air diatas titik nol. Dinyatakan dalam satuan kilojoule per kilogram (kj/kg) udara. Harga enthalpy dapat diperoleh sepanjang skala diatas garis saturasi. Gambar 2.14: Grafik Psikometrik satuan metric (Carrier Handbook) Persamaan dalam Psikometrik Pw a) W = 0.622x... (2.5) P Pw WACTUAL b) RH = x 100%... (2.6) W SAT Perubahan Temperature dan RH Page 23

19 PW c) RH = x 100%... (2.7) P SAT d) H S = m x cp x ΔT... (2.8) e) H L = LV x m x ΔW... (2.9) f) H T = m x Δh... (2.10) g) W = ( T )( ) ( ) WB WSAT WB TDB TWB ( T T ) h) W = DB ( TWB )( WSAT WB ) ( 0.240)( TDB TWB ) ( T T ) DB WB WB... (2.11).... (2.12) Dimana: W = Spesific Humidity (kg.h 2 O/kg.DA or g.h 2 O/kg.DA) W ACTUAL = Actual Spesific Humidity (kg.h 2 O/ kg.da or g.h 2 O/kg.DA) W SAT = Saturation Spesific Humidity at the Dry Bulb Temperatur W SAT WB = Saturation Spesific Humidity at the Wet Bulb Temperatur P W = Partial Pressure of Water Vapor (kg/m 2 ) P = Total Absolute Pressure of Air/Water Vapor Mixture (kg/m2) P SAT = Saturation Partial Pressure of Water Vapor at the Dry Bulb Temperatur (kg/m 2 ) RH = Relative Humidity (%) H S H L H T m = Sensible Heat (Watt) = Latent Heat (Watt) = Total Heat (Watt) = Mass Flow Rate (g.da/s or g.h 2 O/s) c p = Spesific Heat (Air : kj/kg.da, Water : kj/kg.h 2 O) T DB = Dry Bulb Temperatur ( o C) T WB = Wet Bulb Temperatur ( o C) ΔT = Temperatur Difference ( o C) ΔW = Spesific Humidity Difference (kg.h 2 O/kg.DA or g.h 2 O/kg.DA) Δh = Enthalpy Difference (kj/kg.da) L V = Latent Heat of Vaporization (kj/kg.h 2 O) Perubahan Temperature dan RH Page 24

20 i) Temperatur Udara Campuran T MA = CFM CFM... (2.13) RA OA TROOM x + TOAx CFM SA CFM SA T MA = CFM CFM... (2.14) RA OA TRAx + TOAx CFM SA CFM SA Dimana: T MA = Mixed Air Temperatur ( o C) T ROOM = Room Design Temperatur ( o C) T RA = Return Air Temperatur ( o C) T OA = Outside Air Temperatur ( o C) CFM SA = Supply Air (L/s) CFM RA = Return Air (L/s) CFM OA = Outside Air (L/s) Proses Pengkondisian Udara Untuk memplotkan sistem pengkondisian udara pada diagram psikometrik dapat dipergunakan langkah-langkah berikut: Gambar 2.15: Diagram Psikometrik untuk sistem pengkondisian udara ruangan (SNI ) a) Udara luar (2) dicampur dengan udara balik dari ruang (1) dan masuk ke dalam koil pendingin (3) (apparatus). Perubahan Temperature dan RH Page 25

21 Udara mengalir melalui koil pendingin (3-4) dan dipasok ke ruangan (4). Udara yang dipasok keruangan bergerak sepanjang garis (4-1) mengambil beban ruangan, dan siklus berulang. b) Secara normal udara yang dipasok keruangan oleh sistem pengkondisian udara, dikembalikan ke koil pendingin. Jadi pencampuran dengan udara luar adalah untuk ventilasi. Campuran kemudian mengalir melalui koil pendingin diamana kalor dan pengembunan ditambahkan atau dipindahkan, sesuai yang dipersyaratkan untuk memelihara kondisi yang diinginkan. c) Pemilihan peralatan yang tepat untuk melengkapi pengkondisian ini dan untuk mengendalikan sifat thermodinamis dari udara tergantung pada keragaman elemen - elemen. Jadi, hanya yang berpengaruh terhadap sifatsifat psychrometric udara yang dibicarakan. Elemen-elemen ini adalah: 1. Faktor kalor sensibel ruangan (RSHF) 2. Faktor kalor sensibel total (GSHF) 3. Temperatur efektif permukaan (TES) 4. Faktor bypass (BF) 5. Faktor kalor sensibel efektif (ESHF) 2.5 Tingkat Class Standart Kebersihan pada Ruang Steril Kondisi operasional dan non-operasional hendaklah ditetapkan untuk tiap ruang bersih. Keadan non-operasional adalah kondisi dimana fasilitas telah terpasang dan beroperasi, lengkap dengan peralatan produksi tetapi tidak ada personil. Kondisi operasional adalah kondisi dimana fasilitas dalam keadaan jalan sesuai modus pengoperasian yang di tetapkan dengan sejumlah tertentu personel yang sedang bekerja. Agar tercapai kondisi operasional maka area tersebut hendaklah didesain untuk mencapai tingkat kebersihan udara tertentu pada kondisi non-operasional. Pada pembuatan produk steril dibedakan 4 kelas kebersihan: Kelas A: Zona untuk kegitan yang berisiko tinggi, misalnya zona pengisian, wadah tutup karet, ampul dan fial terbuka penyambungan Perubahan Temperature dan RH Page 26

22 secara aseptik. Umumnya kondissi ini dicapai dengan memasang unit aliran udara laminar (laminar air flow) di tempat kerja. Sistem udara laminar hendaklah mengalirkan udara dengan kecepatan merata berkisar 0,36-0,54 m/detik (nilai acuan) pada posisi kerja dalam ruang bersih terbuka. Kelas B: Untuk pembuatan dan pengisian secara aseptik, kelas ini adalah lingkungan latar belakang untuk zona kelas A. Kelas C dan D: Area bersih untuk melakukan tahap pembuatan produk steril dengan tingkat resiko lebih rendah. Berbagai Class Standar Kebersihan, Jumlah partikel dan kecepatan udara (Velocity) dari F 209 dan ISO/FDIS bisa dilihat pada Tabel 2.6.: Tabel 2.6: Perbandingan antara batas konsentrasi jumlah partikel per satuan volume dengan tingkat Class kebersihan. Sumber: 2007 ASHRAE Handbook CD, Clean Space Pertukaran udara (Air Changes) dalam tiap jam dengan kecepatan aliran udara (Airflow) vertikal, ruangan yang bersih, dan standart kebersihan class bisa dilihat pada Tabel 2.7 dan Tabel 2.8. Tabel 2.7: Pertukaran udara per jam dibandingkan kecepatan aliran udara vertical, tinggi ruangan dan Class kebersihan. Sumber: 2007 ASHRAE Handbook CD, Clean Space Perubahan Temperature dan RH Page 27

23 Tabel 2.8: Kriteria dalam tiap-tiap standart class kebersihan. Sumber: 2007 ASHRAE Handbook CD, Clean Space Tabel 2.9: Perhitungan pertukaran udara (Air Changes) pada tiap-tiap standart class kebersihan. Sumber: 2007 ASHRAE Handbook CD, Clean Space Perubahan Temperature dan RH Page 28

24 2.6 Zona Kenyamanan Ruangan. Temperatur efektif didefinisikan sebagai indeks lingkungan yang menggabungkan temperatur dan kelembaban udara menjadi satu indeks yang mempunyai arti bahwa pada temperatur tersebut respon termal dari orang pada kondisi tersebut adalah sama, meskipun mempunyai temperatur dan kelembaban yang berbeda, tetapi keduanya harus mempunyai kecepatan udara yang sama. Standar ASHRAE untuk temperatur efektif ini didefinisikan sebagai temperature udara ekuivalen pada lingkungan isotermal dengan kelembaban udara relatif 50%, dimana orang memakai pakaian standar dan melakukan aktifitas tertentu serta menghasilkan temperatur kulit dan kebasahan kulit yang sama. Untuk memperoleh daerah zona yang dapat diterima sebagai daerah temperature operatif dan kelembaban udara relatif yang memenuhi kenyamanan untuk orang melakukan aktifitas ringan dengan met kurang dari 1,2, serta memakai pakaian dengan clo = 0,5 untuk musim panas dan clo = 0,9 untuk musim dingin, ASHRAE mengeluarkan standar untuk zona kenyamanan (comfort zone) seperti ditunjukkan pada Gambar 5.2. Gambar ini mempunyai batasan ketidak puasan sebesar 10%, dengan batasan koordinat sebagai berikut: a) Musim dingin. Temperatur operatif t OP berkisar antara 20ºC ~ 23,5ºC pada kelembaban udara relatif 60% dan berkisar antara 20,5ºC ~ 24,5ºC pada 20ºC dew point dan dibatasi oleh temperatur efektif 20ºC dan 23,5ºC. b) Musim panas. Temperatur operatif t OP berkisar antara 22,5ºC ~ 26ºC pada kelembaban udara relatif 60% dan berkisar antara 23,5ºC ~ 27ºC pada 20ºC dew point dan dibatasi oleh temperatur efektif 23ºC dan 26ºC. Zona kenyamanan termal untuk orang Indonesia seperti disebutkan dalam butir 2.2.1, dan untuk perancangan umumnya diambil: 25ºC ± 1ºC dan kelembaban udara relatif 55 % ± 10 %. Perubahan Temperature dan RH Page 29

25 Gambar 2.16: Daerah zona yang dapat diterima sebagai daerah temperatur operative, dan kelembaban relative yang memenuhi kenyamanan untuk orang-orang yang melakukan aktivitas ringan dengan met < 1,2. (SNI ) 2.7 Pengkondisian Udara Prosedur Perhitungan Beban Pendingin Prosedur perancangan sistem pengkondisian udara pada bangunan gedung dilakukan mengikuti flow chart seperti ditunjukkan Gambar 1.1, pada bab sebelumnya Fungsi Ruang Dalam Gedung. Terdiri dari: a) Kegiatan utama yang berlangsung dalam ruang (aktifitas). b) Waktu kegiatan puncak. c) Pola pakaian penghuni Kondisi Termal Dalam Gedung. Terdiri dari: a) Temperatur udara. b) Kelembaban udara relatif. c) Kuantitas udara yang diperlukan. d) Tuntutan ketelitian untuk pengendalian besaran termal dalam ruangan. Perubahan Temperature dan RH Page 30

26 2.7.4 Data Gedung. Terdiri dari: a) Data fisik bangunan gedung. b) Karakteristik termal selubung bangunan. c) Data pemakaian gedung, seperti misalnya profil beban pendinginan Data Cuaca dan Iklim. Terdiri dari: a) Data cuaca tahunan. b) Data temperatur udara luar di lokasi. c) Data kelembaban udara relatif di lokasi Beban Pendinginan. 1. Jenis Kalor. a) Kalor Sensibel. Adalah suatu kalor yang berhubungan dengan perubahan temperatur dari udara. Penambahan kalor sensibel (sensible heat gain) adalah kalor sensibel yang secara langsung masuk dan ditambahkan ke dalam ruangan yang dikondisikan melalui konduksi, konveksi atau radiasi. b) Kalor Laten. Adalah suatu kalor yang berhubungan dengan perubahan fasa dari air. Penambahan kalor laten (latent heat gain) terjadi apabila ada penambahan uap air pada ruangan yang dikondisikan, misalnya karena penghuni ruangan atau peralatan yang menghasilkan uap. 2. Beban Pendinginan Ruangan. Adalah laju aliran kalor yang harus diambil dari dalam ruangan untuk mempertahankan temperatur dan kelembaban udara relatif ruangan pada kondisi yang diinginkan. Perubahan Temperature dan RH Page 31

27 Gambar 2.17: Contoh beban pendinginan ruangan. (SNI ) Beban pendinginan ruangan dibagi dalam 2 bagian: a) Beban Pendinginan Luar (External Cooling Load). Beban pendinginan ini terjadi akibat penambahan panas di dalam ruangan yang dikondisikan karena sumber kalor dari luar yang masuk melalui selubung bangunan (building envelope), atau kerangka bangunan (building shell) dan dinding partisi. Sumber kalor luar yang termasuk beban pendinginan ini adalah: 1) Penambahan kalor radiasi matahari melalui benda transparan seperti kaca. 2) Penambahan kalor konduksi matahari melalui dinding luar dan atap. 3) Penambahan kalor konduksi matahari melalui benda transparan seperti kaca. 4) Penambahan kalor melalui partisi, langit, langit dan lantai. 5) Infiltrasi udara luar yang masuk ke dalam ruangan yang dikondisikan. 6) Ventilasi udara luar yang masuk ke dalam ruangan yang dikondisikan. b) Beban Pendinginan Dalam (Internal Cooling Load). Beban pendinginan ini terjadi karena dilepaskannya kalor sensibel maupun kalor laten dari sumber yang ada di dalam ruangan yang dikondisikan. Sumber kalor yang termasuk beban pendinginan ini adalah: Perubahan Temperature dan RH Page 32

28 1) Penambahan kalor karena orang yang ada di dalam ruang yang dikondisikan. 2) Penambahan kalor karena adanya pencahayaan buatan di dalam ruang yang dikondisikan. 3) Penambahan kalor karena adanya motor-motor listrik yang ada di dalam ruang yang dikondisikan. 4) Penambahan kalor karena adanya peralatan-peralatan listrik atau pemanas yang ada di dalam ruangan yang dikondisikan. Penjelasan: Yang termasuk beban pendinginan ruangan seperti ditunjukkan dalam Gambar Beban Koil Pendingin. a) Koil pendingin selain harus mampu melayani beban pendinginan ruangan, juga harus mampu melayani penambahan kalor dan kebocoran pada saluran udara (ducting). b) Koil pendingin juga harus mampu melayani beban pendingin dari motor listrik penggerak fan AHU bila motor listriknya berada di dalam AHU atau di ruang yang dikondisikan. Gambar 2.18: Kurva psikometrik beban pendinginan ruangan dan beban koil pendingin. (SNI ) Perubahan Temperature dan RH Page 33

29 4. Kurva Psikrometri Beban Pendinginan Ruangan dan Beban Koil Pendingin. Gambar 2.23 merupakan kurva psikrometri yang menunjukkan besarnya beban pendinginan ruangan dan beban koil pendingin. Penjelasan: Penjelasan Gambar 2.23 q rc = beban pendinginan ruangan. q ss = penambahan kalor pada sistem pasokan udara (supply air). q rs = penambahan kalor pada sistem udara kembali (return air). q 0 = beban pendinginan dari udara luar, baik kalor sensibel maupun kalor laten yang diperlukan untuk memenuhi kebutuhan penghuni dan lain sebagainya. = beban koil pendingin. q c 5. Beban Pendinginan Refrigerasi. a) Beban pendinginan refrigerasi merupakan laju pengambilan kalor oleh refrigeran di koil pendingin (evaporator) pada sistem ekspansi langsung (DX = Direct expansion). b) Pada sistem chiller (sistem dengan air sejuk), beban pendinginan refrigerasi merupakan penjumlahan dari beban koil pendingin (q c ) dengan penambahan kalor pada pipa air sejuk, pompa air sejuk dan tanki ekspansi air sejuk. Penjelasan: Penambahan kalor pada pipa air sejuk, pompa air sejuk dan tanki ekspansi air sejuk berkisar antara 5 sampai 10% dari beban koil pendingin Metoda Perhitungan Beban Pendinginan. Bagian ini menjelaskan tiga metoda perhitungan beban pendinginan untuk menentukan besarnya mesin pengkondisian udara. Keseimbangan kalor, merupakan konsep dasar dalam perhitungan beban pendinginan. Prosedur perhitungan beban pendinginan yang sangat dekat dengan konsep keseimbangan kalor adalah Metoda Fungsi Transfer (TFM = Transfer Function Method), yang diperkenalkan oleh ASHRAE pada tahun Prosedur perhitungannya menempuh dua langkah: Perubahan Temperature dan RH Page 34

30 Langkah pertama :menetapkan penambahan kalor dari semua sumber. Langkah kedua :menentukan konversi dari penambahan kalor menjadi beban pendinginan. Versi yang lebih sederhana dari TFM selanjutnya dikembangkan oleh ASHRAE pada tahun Prosedur perhitungannya menempuh hanya satu langkah, yaitu menggunakan Metoda Perbedaan Temperatur Beban Pendinginan (CLTD = Cooling Load Temperature Difference), faktor beban pendinginan karena matahari (SCL = Solar Cooling Load Factor), dan faktor beban pendinginan internal (CLF = Internal Cooling Load Factor). Pilihan lain dari teknik keseimbangan kalor menggunakan Metoda Perbedaan Temperature Ekuivalen Total (TETD = Total Equivalent Temperature Diffrenece) dan Waktu Rata-rata (TA = Time Average), dalam menghitung beban pendinginan, Prosedurnya juga menempuh dua langkah, yaitu: 1) Langkah pertama : Penambahan kalor. 2) Langkah kedua : Beban pendinginan. Metoda ini diperkenalkan ASHRAE tahun 1967, dan oleh Carrier pada tahun 1965 dengan metoda ETD (tanpa TA). Gambar 2.19: Perbedaan besarnya penambahan kalor sesaat dan beban pendinginan sesaat. (SNI ) Perubahan Temperature dan RH Page 35

31 1. Metode Perbedaan Temperature Ekuivalen Total (TETD/TA). a) Penambahan Kalor dari Luar Ruangan yang Dikondisikan. Tugas Akhir 1) t = t + α. l / h - εδ.. R/ h... (2.15) e o t o o ( ) t = t + α/ h. l / 24 - ε. α. R/ h... (2.16) ea oa o DT o t e = temperatur udara matahari. t o = temperatur udara kering pada jam tertentu. α = absorbtansi permukaan untuk radiasi matahari. α/ho = faktor warna permukaan. = 0,15 untuk warna terang. = 0,30 untuk warna gelap. I t = beban kejadian matahari total. = 1,15 (SHGF). ε.δ.r/h o = faktor radiasi gelombang panjang. = ºC untuk permukaan horisontal. = ºC untuk vertikal. t ea = temperatur udara matahari rata-rata 24 jam. t oa = temperatur udara kering rata-rata 24 jam. I DT = penambahan kalor matahari harian total. 2) Atap dan dinding luar. q = U.A.(TETD)... (2.17) TETD = t ea t i + λ.(t eδ - t ea )... (2.18) U = koeffisien perpindahan kalor rancangan untuk atap atau dinding luar. A = luas permukaan atap atau dinding luar, dihitung dari gambar bangunan. TETD = perbedaan temperatur ekuivalen total, dari atap atau dinding luar. t i = temperatur udara kering di dalam ruangan. λ = faktor pengurangan. = temperatur udara matahari pada waktu tertinggal 0 jam. t eδ Perubahan Temperature dan RH Page 36

32 3) Kaca. Konveksi : q = U.A.( t 0 t i )... (2.19) Matahari : q = A.(SC).(SHGF)... (2.20) U = koeffisien perpindahan kalor rancangan untuk kaca. SC = koeffisien peneduh. SHGF = faktor penambahan kalor matahri, sesuai orientasi, asimut, jam dan bulan. t 0 = temperatur bola kering udara luar pada jam tertentu. 4) Partisi, langit-langit dan lantai. q = U.A.( t b t i )... (2.21) t b = temperatur di dalam ruangan yang bersebelahan. t i = temperatur di dalam ruangan yang direncanakan. b) Penambahan Kalor dari Dalam Ruangan yang Dikondisikan. 1) Orang. q Sensibel = N. (penambahan kalor sensibel)... (2.22) q Laten = N. (penambahan kalor laten)... (2.23) N = jumlah orang yang berada di dalam ruangan yang dikondisikan. 2) Pencahayaan. q el = W. F ul. F sa... (2.24) W = Watt dari listrik untuk pencahayaan atau armatur lampu. F ul = faktor penggunaan pencahayaan. F sa = faktor toleransi khusus. 3) Daya (tenaga). q p = P.EF... (2.25) P = daya listrik. EF = faktor effisiensi. Perubahan Temperature dan RH Page 37

33 4) Peralatan lain. q Sensibel = q is. F ua. F ra... (2.26) atau: q Sensibel = (q is. F ua. F ra )/F fl... (2.27) q Laten = q il. F ua.... (2.28) q is, q il = penambahan kalor sensibel dan laten dari peralatan. F ua, F ra, F fl = faktor pemakaian, faktor radiasi, faktor cerobong asap. c) Udara Ventilasi dan Infiltrasi. q Sensibel = 1,23. Q. (t o t i )... (2.29) q Laten = Q. (W o W i )... (2.30) Q = aliran udara ventilasi atau infiltrasi, liter/detik. t o, t i = temperatur udara di luar dan di dalam ruangan C. W o, W i = kandungan uap air di luar dan di dalam ruangan (kg.uap air/kg.udara kering). d) Beban Pendinginan. 1) Sensibel. q Sensibel = q cf + q arf + q c... (2.31) q cf = [q s,l.(1-rf 1 )]+ [q s,2.(1-rf 2 )]+.rf n... (2.32) q arf = ( qs,1. rf1 ) + ( qs,2. rf2) +... rfn) γ / θ... (2.33) = + y h α 1 θ q c = (q sc,1 + q sc,2 + q sc,β )... (2.34) q Sensibel = beban pendinginan sensibel, Watt. q cf q sc,1 rf 1 = sebagian kecil konveksi penambahan kalor sensibel jam (jam tertentu) untuk elemen beban n, Watt. = penambahan kalor sensibel jam untuk elemen beban 1,.n. = sebagian kecil radiasi penambahan kalor sensibel jam untuk elemen beban 1,. n. Perubahan Temperature dan RH Page 38

34 q arf θ h α γ q c Tugas Akhir = sebagian kecil radiasi rata-rata penambahan kalor sensibel jam untuk n elemen beban, watt. = jumlah jam di atas sebagian kecil radiasi rata-rata penambahan panas sensible. = jam tertentu, 1 sampai 24, dimana beban pendinginan dihitung = satu dari jam perhitungan, dari h α+1-θ hampai h α, untuk sebagian kecil radiasi dari penambahan kalor sensibel yang akan dirataratakan untuk setiap n elemen beban. = penambahan kalor sensibel konveksi jam (jam tertentu) untuk unsur beban β yang tidak mempunyai komponen radiasi, Watt. 2) Laten. q Laten = (q l,1 + q l,2 + q l,β )... (2.35) q Laten = beban pendinginan laten, Watt. q l = penambahan kalor laten jam (jam tertentu) untuk elemen beban, watt. 2. Metoda Fungsi Transfer (TFM Method). a) Penambahan Kalor dari Luar Ruangan yang Dikondisikan. 1) t e = t o + α.i t /h o ε.δ.r/h o... (2.36) t ea = t oa + α /h o.(i DT /24) - ε.δ.r/ho... (2.37) t e = temperatur udara matahari. t o = temperatur udara kering pada jam tertentu α = absorbtansi permukaan untuk radiasi matahari. α/h o = faktor warna permukaan. = 0,026 untuk warna terang. = 0,052 untuk warna gelap. I t = beban kejadian matahari total. = 1,15 (SHGF). ε.δ.r/h o = faktor radiasi gelombang panjang. = - 3,9 ºC untuk permukaan horisontal. = 0º C untuk vertikal. Perubahan Temperature dan RH Page 39

35 t ea t oa I DT = temperatur udara matahari rata-rata 24 jam. = temperatur udara kering rata-rata 24 jam. = penambahan kalor matahari harian total. 2) Atap dan dinding luar. qeo = A. bn.( te, θ nδ) dn. ( qe, θ nδ) / A trc cn n= 0 n= 1 n= 0... (2.38) b, c dan d = koefisien fungsi transfer konduksi atap atau dinding luar. U tabel U aktual = koefisien perpindahan kalor konstruksi atap atau dinding luar. = koefisien perpindahan kalor rancangan konstruksi atap atau dinding luar. Penyesuaian b dan c dengan perbandingan U aktual / U tabel. θ = jam dimana perhitungan dibuat δ = interval waktu (1 jam) n = jumlah jam dimana b dan d nilainya cukup berarti. e = elemen yang dianalisa, atap atau dinding. A = luas elemen yang dianalisis. 3) Kaca. Konveksi : q = U.A.( t 0 t i )... (2.39) Matahari : q = A.(SC).(SHGF)... (2.40) U = koeffisien perpindahan kalor rancangan untuk kaca. SC = koeffisien peneduh. SHGF = faktor penambahan kalor matahari, sesuai orientasi, asimut, jam dan bulan. A = luas area kaca. 4) Partisi, langit-langit dan lantai. q = U.A.( t b t i )... (2.41) t b = temperatur di dalam ruangan yang bersebelahan. t i = temperatur di dalam ruangan yang direncanakan. Perubahan Temperature dan RH Page 40

36 b) Penambahan Kalor dari Dalam Ruangan yang Dikondisikan. Tugas Akhir 1) Orang. q Sensibel = N. (penambahan kalor sensibel)... (2.42) q Laten = N. (penambahan kalor laten)... (2.43) N = jumlah orang yang berada di dalam ruangan yang dikondisikan. 2) Pencahayaan. q el = W.F ul. F sa... (2.44) dimana : W = Watt dari listrik untuk pencahayaan atau armatur lampu. F ul = faktor penggunaan pencahayaan. F sa = faktor toleransi khusus. 3) Daya (tenaga). q p = P.E F... (2.45) P = daya listrik. E F = faktor effisiensi. 4) Peralatan lain. q sensibel = q is. F ua. F ra... (2.46) atau: q sensibel = (q is.f ua. F ra )/F fl... (2.47) q laten = q il. F ua... (2.48) q is, q il = penambahan kalor sensibel dan laten dari peralatan. F ua, F ra, F fl = faktor pemakaian, faktor radiasi, faktor cerobong asap. c) Udara Ventilasi dan Infiltrasi. q sensibel = 1,23. Q. ( t o t i )... (2.49) q laten = Q. (W o W i )... (2.50) q total = 1,20. Q. ( H o H i )... (2.51) Q = aliran udara ventilasi atau infiltrasi, liter/detik. t o, t i = temperatur udara di luar dan di dalam ruangan C. Perubahan Temperature dan RH Page 41

37 W o, W i = kandungan uap air di luar dan di dalam ruangan (kg.uap air/kg.udara kering). H o, H i = entalpi udara di luar dan di dalam ruangan, kj/kg(udara kering). d) Beban Pendinginan. 1) Sensibel: Q θ = Q tf + Qsc... (2.52)... (2.53) o θ,i 1 θ,i-δ 2 θ,i-2δ 1 θ-δ 2 θ-2δ i=1 Q tf = ( v.q +v.q +v.q +... ) + ( w.q +w.q +... ) Q sc = ( qc, j)... (2.54) j= 1 Q tf = beban pendinginan sensibel dari elemen penambah kalor yang mempunyai komponen konveksi dan radiasi. v, w = koeffisien fungsi transfer ruangan. q θ, = setiap i elemen penambah kalor yang mempunyai komponen radiasi. δ = interval waktu (1 jam). Q sc q c 2) Laten. = beban pendinginan sensibel dari elemen penambah kalor yang hanya mempunyai komponen konveksi. = setiap i elemen penambah kalor yang hanya mempunyai komponen konveksi.... (2.55) Q l = ( qcn, ) n= 1 q c = setiap n elemen penambah kalor laten. 3. Metoda CLTD/SCL/CLF. a) Penambahan Kalor dari Luar Ruangan yang Dikondisikan. 1) Beban radiasi matahari melalui kaca. q = A.(SC).(SCL)... (2.56) A = luas permukaan kaca luar. SC = koeffisien peneduh. Perubahan Temperature dan RH Page 42

38 SCL Tugas Akhir = faktor beban pendinginan matahari dengan tanpa peneduh dalam, atau dengan peneduh dalam. 2) Konduksi matahari melalui kaca, atap dan dinding. q = U.A.(CLTD)... (2.57) U = koeffisien perpindahan kalor rancangan untuk atap atau dinding, atau untuk kaca. A = luas permukaan atap, dinding luar, atau kaca luar, dihitung dari gambar bangunan. (CLTD) = perbedaan temperatur beban pendinginan atap, dinding atau kaca. 3) Beban pendinginan dari partisi, langit-langit dan lantai. q = U.A.(t b t rc )... (2.58) U = koeffisien perpindahan kalor rancangan untuk partisi, langit-langit, atau lantai. A = luas permukaan partisi, langit-langit atau lantai, dihitung dari gambar bangunan. t b = temperatur ruangan yang bersebelahan. t rc = temperatur ruangan yang direncanakan. b) Beban Pendinginan Dalam. 1) Orang. q sensibel = N.(penambahan kalor sensible).(clf)... (2.59) q laten = N.(penambahan kalor laten).(clf)... (2.60) N = jumlah orang di dalam ruangan. Penambahan kalor sensibel dan laten dari penghuni. CLF = faktor beban pendinginan sesuai jam penghunian. Catatan: CLF = 1,0 dengan kepadatan tinggi atau 24 jam penghunian dan/atau jika pendinginan dimatikan pada malam hari atau selama libur. 2) Pencahayaan. q = W.F ul.f sa.(clf)... (2.61) Perubahan Temperature dan RH Page 43

39 W = watt dari listrik atau data armatur pencahayaan. F ul = faktor penggunaan pencahayaan. F sa = faktor toleransi khusus. CLF = faktor beban pendinginan, sesuai jam penghunian. Tugas Akhir Catatan: CLF = 1,0 dengan 24 jam pemakaian pencahayaan dan/atau jika pendinginan dimatikan pada malam hari atau selama libur. 3) Daya listrik. q = P.E F. (CLF)... (2.62) P = daya listrik yang digunakan. E F = faktor efisiensi. CLF = faktor beban pendinginan sesuai jam penghunian. Catatan: CLF = 1,0 dengan 24 jam beroperasinya daya listrik dan/atau jika pendinginan mati pada malam hari atau selama libur. 4) Peralatan lainnya. q Sensibel = q is. F ua. F ra. (CLF)... (2.63) atau: q Sensibel =[q is.f ua. F ra. (CLF)]/F fl... (2.64) q Laten = q il. F ua... (2.65) q is, q il = penambahan kalor sensibel dan laten dari peralatan. F ua, F ra, F fl =faktor penggunaan, faktor radiasi, faktor kerugian pembakaran. CLF = faktor beban pendinginan, sesuai skedule jam. Catatan 1: CLF = 1,0 dengan 24 jam peralatan beroperasi dan/atau jika pendinginan mati pada malam hari atau selama libur. Catatan 2: Set beban laten = 0 jika peralatan menggunakan tudung pembuangan. Perubahan Temperature dan RH Page 44

40 c) Udara Ventilasi dan Udara Infiltrasi. q Sensibel = (1,23).Q.(t O t I )... (2.66) q Laten = (3010).Q.(W O W I )... (2.67) q Total = (1,20).Q. (H O H I )... (2.68) Q = ventilasi dalam liter per detik, dan infiltrasi. t O, t I = temperatur udara luar dan temperatur udara di dalam ruangan. W O, W I = kandungan uap air di luar dan di dalam ruangan, (kg.uap air/kg.udara kering). H O, H I = entalpi udara di luar dan di dalam ruangan, kj/kg (udara kering) Komparasi Metoda Perhitungan Beban Pendinginan. Hasil perhitungan dengan metoda TFM, CLTD/SCL/CLF dan TETD/TA untuk bangunan gedung yang sama ditunjukkan pada Gambar 2.24 Gambar 2.20: Perhitungan Beban Pendinginan dengan Metoda TFM/ CLTD/CLF dan TETD/TA. (SNI ) Perubahan Temperature dan RH Page 45

41 2.8 Metode Perhitungan Beban Pendingin dengan Program TRACE Tahapan dalam Menghitung Beban Kalor Pada tahapan ini menghitung beban kalor sensibel dan laten, seperti halnya kalor sensibel dan kalor laten sebuah bangunan. Sebagai tambahan, tiap jam kalor sensible dan laten, keduanya tergantung pada cuaca, dihitung pada masing-masing area, berlandaskan data cuaca setempat. Beban kalor tersebut terdefinisi pada hitungan: 1. Beban Eksternal 2. Beban Tembok atau dinding 3. Beban Gelas (kaca, jendela, pintu) 4. Beban Atap 5. Beban Lantai 6. Beban Internal 7. Pencahayaan 8. Jumlah Orang 9. Bermacam-macam beban yang dapat menimbulkan kalor lain. Secara spesifik yang perlu dimasukan untuk memudahkan hitungan ini adalah: 1. Beban Kalor Eksternal a. Cuaca Data cuaca (letak geografis dari suatu daerah) Desain udara luar(musim dingin, musim panas) b.matahari Garis lintang dan Garis Bujur. Waktu setempat Angka Kecerahan Perencanaan Desain Orientasi Bangunan c. Konstruksi Heat transfer atap Luas Atap Heat transfer kaca Perubahan Temperature dan RH Page 46

42 Nilai factor U pada gelas (kaca) Prosentasi kaca Koifisien Shadding kaca 2. Beban Kalor Internal Tugas Akhir a. Desain temperatur ruang (set point) pada musim panas atau musim dingin, b.nilai Perencanaan Penerangan Kalor sensible dan kalor laten yang dihasilkan dari orang Jumlah orang Kalor sensible dan kalor laten dari mesin yang lain. c. Jadwal penggunaan/ pemanfaatan: Penerangan Orang Mesin. 3. Penghitungan Beban per Hari Data cuaca untuk satu hari Waktu matahari terbit dan matahari terbenam, sudut kemiringan dari matahari, derajat penyamaan pada waktu jam yang sama. 4. Penghitungan Beban per Jam Arah kosinus dari matahari, intensitas matahari yang normal secara langsung, dan kecerahan langit. 5. Penghitungan Beban per Daerah Kecerahan tanah, sudut masuk, radiasi matahari langsung, radiasi cahaya langit, radiasi pancaran balik tanah, total radiasi matahari. Beban dinding Transmisi dan faktor penyerap dari kaca Koefisien Kaca film Panas matahari yang melewati kaca Beban kaca Beban transmisi kalor Atap Beban transmisi kalor Lantai Beban transmisi kalor Partisi Perubahan Temperature dan RH Page 47

43 Beban internal, orang, Penerangan, dan mesin Tahap Pemilihan System Mesin Pendingin Tahap Desain dari Program TRACE 700 ini menghitung temperatur udara masuk, kapasitas pemanas dan pendingin, dan memberikan data jumlah udara yang masuk pada saat beban puncak yang dihasilkan pada tahap penghitungan beban. Untuk aplikasi ketika merancang sebuah bangunan ada ketentuan yang perlu diketahui, kita dapat menggunakan perhitungan dengan memasukkan pilihan nilai pada tahap sistem ini. Ini memberikan kita sebuah kemudahan untuk melakukan simulasi pada gedung yang ada dengan installasi peralatan yang belum diketahui ukurannya untuk melakukan perhitungan beban pada tahap ini. Diperlukan beberapa item pada hitungan ini sebagai berikut: Keluaran dari tahap perhitungan Zone peak Load.(Beban daerah Puncak) Building Block Load.(Beban Kalor Bangunan) Desain kondisi ruangan Kondisi udara luar Prosentase kondisi udara luar Persentase internal dan beban dinding untuk mengembalikan udara Type Sistem yang digunakan Sistem fan tekanan statik Efisiensi motor fan Infiltrasi (penghembusan) Nilai panas yang diakibatkan aliran udara minimum Pada tahap desain pertama akan menentukan perhitungan beban puncak atau perhitungan beban penahan oleh tahap beban menuju sistem penyedia dingin. Ketika beban menjadi penentuan, komponen laten dan sensible adalah total beban dan sensible heat ratio (SHR) untuk penentuan masing-masing sistem. Perubahan Temperature dan RH Page 48

44 Mengetahui desain kondisi ruangan, desain kondisi udara luar, persentase dari udara keluar dipergunakan unruk ventilasi, dan kipas pemanas, temperature bola kering udara masuk untuk masing-masing sistem yang berbentuk psychrometrically. Penerapan temperatur bola kering udara masuk pada tiap tiap area, yang di perlukan aliran udara puncak pada masing-masing area untuk area itu sendiri. Untuk sistem udara puncak, sistem aliran udara ditentukan oleh total dari area aliran udara puncak.untuk system penahan udara, system aliran udara didasarkan pada sistem penahan beban. Dari simulasi pengulangan psychrometricl, entalpi pada udara masuk ke coil dan udara keluar dari koil dapat di tentukan. Program memodifikasi perbedaan entalpi untuk membenarkan desain tekanan barometer. Memodifikasi perbedaan entalpi sesudah itu dipergunakan untuk menghitung desain kapasitas pendinginan. Desain kapasitas pemanasan untuk sistem primer adalah perhitungan dari penjumlahan beban dinding, kaca, lantai, dan atapi ditambah beban ventilasi dan beban infiltrasi pada desain temperature musim dingin. Sebagai tambahan, mencampur dan memanaskan lagi sistem akan bersama memanaskan ulang beban panas. Semua beban internal dan beban dari matahari yang di jadwalkan tak tersedia ketika memasuki desain kapasitas pemanasan akhir Menentukan Beban Pendingin Langkah pertama dalam tahap perencanaan untuk menentukan zona sensible load ke sistem itu pada akhirnya akan di tangani oleh beban partikular. Penentuan beban untuk udara balik juga memerlukan. Persentase dari beban pencahaya, tembok, dan beban atap ditentukan untuk mengurangi udara balik pada area beban sensibel. Untuk menentukan apakah sistem ruang beban pendingin didasarkan pada sistem beban penahan penjumlahan dari area beban puncak. Jika sistem kulit tidak ditetapkan, semua beban pemanasan dan pendinginan di tetapkan ke sistem utama. Q SYSc = Q LITEs (1-PCLRA) + Q PEOPs + Q MISCs + Q WALLc (1- PCWRA) + Q GLASSc + Q ROOFc (1-PCRRA) + Q FLOORc + Q INFc...(2.69) Perubahan Temperature dan RH Page 49

45 Q SYSh = Q WALLh (1-PCWRA) + Q GLASSh + Q ROOFh (1-PCRRA) + Q FLOORh + Q INFh... (2.70) Dimana: QINFc = K CFMINF (SDDB - RMDBc)...(2.71) QINFh = K CFMINF (SDDB - RMDBh)...(2.72) Dimana: QSYSc : beban kalor pendingin sistem. QLITEs : beban kalor sensible penerangan. QPEOPs : Beban kalor sensible Orang. QMISCs : beban kalor sensible mesin yang lain. QWALLc : beban kalor pendingin dinding. QGLASSc : beban kalor pendingin kaca. QROOFc : beban kalor pendingin atap. QFLOORc : Beban kalor pendingin lantai. QINFc : Beban kalor pendingin infiltrasi. Jika hanya system pemanasan kulit ditetapkan, hanyalah beban pemanasan tembok, kaca, dan lantai ditentukan ke sistem kulit, dan menungu beban panas ditentukan ke sistem utama. Jika sistem pemanasan kulit / pendingin kulit di tetapkan, keduanya pemanasan dan pendinginan tembok, kaca dan beban atap ditentukan ke sistem kulit, sementara menunggu beban di tentukan ke sistem utama. Hanyalah sistem utama yang bisa mengatasi beban laten Sistem Temperatur Bola Kering pada Pendinginan Udara Masuk (System Cooling Supply Air Dry Bulb) Saat sistem beban digunakan untuk menentukan, berulang-ulang psychrometric digunakan untuk menemukan SADBc pergunakan prosedur berikut. Langkah A. Perhitungan pada sistem SHR dan penambahan temperatur untuk supply dan return fans. Langkah B.1. Asumsi dari nilai untuk temperature bola kering yang meninggalkan coil dan kemudian. B.2. Menentukan temperatur bola kering pada udara masuk, Perubahan Temperature dan RH Page 50

46 SADBc. Berikan garis SHR dan SADBc, Temperature bola basah dapat diambil dari psychacart. Langkah C. Perhitungan aliran udara coil pendingin. Aliran udara pada coil mungkin adalah penjumlahan dari puncak aliran udara, atau penahan aliran udara. Langkah D. Menentukan penambahan temperatur untuk beban udara balik dan udara kipas balik. Gunakan selalu penahan beban udara balik. Langkah E. Menentukan temperatur udara balik. Langkah F. Menentukan kondisi campuran udara balik/udara keluar. Catat itu RA CFM = Coil CFM - OA CFM. Langkah G. Menentukan kondisi temperature yang masuk ke coil. Untuk diteruskan ke konfigurasi kipas, temperature yang masuk ke coil sama dengan campuran udara balik atau keluar. Untuk kipas konfigurasi blow-through, kipas penambah panas harus ditambahkan terlebih dahulu. Langkah H. Kondisi perbedaan udara yang baru meninggalkan coil. Mengikuti baris coil dari arah masuk coil pada saat kondisiturun untuk menunjukkan asumsi dari CLDB. Jika perbedaan antara rasio kelembaban kurang dari satu persen, pengulangan akan berhenti. Jika tidak, ikuti baris coil bawah untuk dimana teknologi informasi memotong garis SHR (for draw through) atau dimana teknologi informasi memotong garis SHR pengurangan kipas panas (for blow through). Ulangi pada langkah B2. Ketika kamu memasukkan temperatur bola kering aliran udara dingin, Saat psychrometric melakukan pengulangan akan di hitung rasio kelembaban ruangan seperti pengulangan pada psychrometric dari Program pusat TRACE 700 Perubahan Temperature dan RH Page 51

47 2.8.5 Area Aliran Udara dan Temperatur Bola Kering Aliran Udara Panas Masuk Setelah menentukan temperature bola kering aliran udara dingin masukdari sistem program perhitungan aliran udara dingin dari tiap tiap area dilakukan oleh sistem itu. Perhitungan aliran udara ini berdasarkan area beban sensibel punacak, menmpilkan perhitungan dan penugasan. Saat area aliran udara dingin ditentukan keduanya yaitu sistem primer dan sistem kulit, temperature bola kering aliran udara panas (SADBh) dapat di hitung. Ketika sistem type FC atau VTCV dipergunakan seperti sistem kulit, kulit SADBh pada awalnya menggunakan perhitungan desain beban total kulit musim dingin (QSKINh) dan penjumlahan dari kulit area aliran udara dingin. Jika, bagaimanapun, perhitungan bagian kulit SADBh lebih besar dibandingkan kulit SADBh memasuki oleh pengguna, atau lebih besar dari C, nilai akhir SADBh akan ditata ulang ke nilai yang lebih rendah di antara C dan pengguna masukkan kulit SADBh. Jika perhitungan nilai dari kulit SADBh dikesampingkan oleh pengguna, sistem desain kulit SADBh harus di lakukan perhitungan ulang.perhitungan ulang pada area aliran udara dingin bagian luar. Untuk sistem utama, temperatur udara panas yang masuk adalah berdasarkan pada area kasus yang terburuk (perkiraan 20 persen desain berlebih) dan area aliran udara dingin. Jika, bagaimanapun, perhitungan nilai dari SADBh adalah lebih besar dibandingkan sistem SADBh yang kamu masuki atau lebih dari C, nilai akhir akan ditata ulang ke nilai yang lebih rendah, yang mana C atau kamu masukan SADBh. Pada saat temperature bola kering dari sistem udara panas yang masuk diketahui, nilai sementara dari area aliran udara panas dapat dihitung. Dalam posisi ini, keduanya aliaran udara "panas" dan "dingin" diketahui untuk semua area. Seperti area panas hanya mempunyai area aliran udara akhir tertentu untuk nilai aliran udara panas. Perubahan Temperature dan RH Page 52

48 Seperti area pemanasan/pendinginan mempunyai area akhir aliran udara tertentu untuk menembah lebih besar nilai dari aliaran udara dingin atau panas. Catatan: Semua aliran udara dihitung pada satu basis aliran udara standar kecuali jika yang lain tidak ditetapkan pada isi kotak dialog Parameter Sistim Aliran Udara (System Airflow) Untuk sistem udara puncak, aliran udara kipas adalah penjumlahan dari aliran udara pada area yang di layani oleh sistem tersebut. Untuk sistem udara penghalang, aliran udara kipas berdasarkan dari system penahan beban sensibel Sistem Kapasitas Pendingin (System Cooling Capacity) Berikutnya, desain kapasitas adalah perbedaan kondisi udara yang masuk ke coil dan meninggalkan coil. Saat rasio kelembaban disesuaikan untuk mengkoreksi ketinggian, Hitunglah campuran enthalpi udara balik dan udara luar dan enthalpi udara yang meninggalkan coil. Kemudian hitung kapasitas pendinginan. Untuk saluran ganda, multizone dan jalan pintas sistem multizone, adalah aliran udara coil ditingkat lima persen untuk menghitung kebocoran pada logam plat. Beban ventilasi termasuk dalam keseluruhan kapasitas pendinginan Sistem Kapasitas Pemanasan (System Heating Capacity) Kapasitas pemanasan mengambil perhitungan untuk sistem luar. Ulangi proses ini untuk sistem utama Rangkuman Desain Perhitungan Menentukan beban (Assign Load) Membaca gedung dan area beban puncak (Read Building dan Zone Pek Loads) Menentukan beban untuk area (Assign Loads to Zone) Menentukan beban area untuk system (Assign Zone Loads to system) Sistem determinasi pendingin SADB Perubahan Temperature dan RH Page 53

49 Membaca masukan data (Input File) System Sensible Heat Ratio Hembusan udara panas Fan Heat Temperatur bola kering udara masuk dingin dan rasio kelembaban udara masuk (Cooling supply air dry bulb dan Supply air humidity ratio) Perbedaan area aliran udara (air flow) Area aliran udara dingin (Zone Cooling Air flow) Temperature bola kering aliran udara panas (Supply air dry bulb heating) Area aliran udara panas (Zone heating air flow) Area aliran udara, sistem alirann udara, aliran udara keluar (Zone air flow, Sistem Airflow, outside airflow) Area luar (Zone Output) Menentukan system capacity Supply air dry bulb jika coil didepan blower atau coil leaving Dry bulb jika blower didepan coil Return air dry bulb dan return air humidity ratio Return dan Outside air, Coil Leaving Enthalpy. Perencanaan Cooling capacity dan Heating Capacity System Output. Perubahan Temperature dan RH Page 54

50 2.9 Data-data Tabel yang Diperlukan untuk Perhitungan Beban Pendinginan Tabel 2.10: Rata-rata representative pada kalor dan kandungan air yang dihasilkan oleh manusia. dalam berbagai aktivitas Sumber: 2001 ASHRAE Handbook CD Perubahan Temperature dan RH Page 55

51 Tabel 2.11: Berbagai Properti Lampu Tabung Type 1. Sumber: 2001 ASHRAE Handbook CD Perubahan Temperature dan RH Page 56

52 Tabel 2.12: Berbagai Properti Lampu Tabung Type 2. Sumber: 2001 ASHRAE Handbook CD Table 2.13: Faktor pemakaian mesin Gas, factor radiasi dan factor beban kalor. Sumber: 2001 ASHRAE Handbook CD Perubahan Temperature dan RH Page 57

53 Table 2.14: Faktor pemakaian mesin listrik, factor radiasi dan factor beban kalor. Sumber: 2001 ASHRAE Handbook CD Tabel 2.15: Rata-rata efisiensi dan hubungan data representasi pada tipe motor listrik. Sumber: 2001 ASHRAE Handbook CD Perubahan Temperature dan RH Page 58

54 Tabel 2.16: Rata-rata penambahan kalor yang direkomendasikan pada aplikasi tipikal alat-alat masak Type 1. Sumber: 2001 ASHRAE Handbook CD Perubahan Temperature dan RH Page 59

55 Tabel 2.17: Rata-rata penambahan kalor yang direkomendasikan pada aplikasi tipikal alat-alat masak Type 2. Sumber: 2001 ASHRAE Handbook CD Perubahan Temperature dan RH Page 60