ANALISIS KENYAMANAN TERMAL DAN RANCANGAN PERBAIKAN RUANG KELAS GUNA MENDUKUNG PROSES BELAJAR TUGAS SARJANA. Diajukan untuk Memenuhi Sebagian dari

Transkripsi

1 ANALISIS KENYAMANAN TERMAL DAN RANCANGAN PERBAIKAN RUANG KELAS GUNA MENDUKUNG PROSES BELAJAR TUGAS SARJANA Diajukan untuk Memenuhi Sebagian dari Syarat-syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik oleh Suriadi Tarigan NIM D E P A R T E M E N T E K N I K I N D U S T R I F A K U L T A S T E K N I K UNIVERSITAS SUMATERA UTARA M E D A N 2013 No. Dok. : FM-GKM-TI-TS-01-06A Tgl. Efektif : 2 Juli 2012; Rev : 0; Halaman : 1 dari 1

2

3

4

5 KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis sampaikan ke hadirat Allah SWT atas semua berkat, rahmat dan lindungan-nya sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas sarjana ini. Tugas sarjana merupakan salah satu syarat akademis yang harus dipenuhi oleh setiap mahasiswa dalam menyelesaikan studi di Departemen Teknik Industri, Fakultas Teknik,. Tugas sarjana ini merupakan laopran hasil penelitian yang dilakukan oleh penulis dengan judul Analisis Kenyamanan Termal dan Rancangan Perbaikan Ruang Kelas Guna Mendukung Proses Belajar. Penulis sangat menyadari bahwa masih ada kekurangan di dalam tugas sarjana ini. Oleh karena itu, diharapkan adanya kritik dan saran yang membangun dari pembaca demi penyempurnaan tugas sarjana ini. Akhir kata, penulis ucapkan terima kasih dan semoga laporan ini dapat berguna bagi para pembaca. Medan, Desember 2013 Suriadi Tarigan

6 UCAPAN TERIMA KASIH Penulis banyak mendapatkan bimbingan, dukungan dan motivasi dari berbagai pihak dalam penulisan tugas sarjana ini, baik berupa materi, spiritual, informasi maupun administrasi. Oleh karena itu, penulis mengucapkan terima kasih kepada : 1. Bapak Prof. Dr. Ir. A. Rahim Matondang, MSIE selaku dosen pembimbing I atas bimbingan, pengarahan, dan masukan yang diberikan dalam penyelesaian tugas sarjana ini. 2. Ibu Dr. Eng. Ir. Listiani Nurul Huda, MT, selaku dosen pembimbing II sebagai dosen pembimbing yang paling banyak memberikan masukan dan arahan dalam penyusunan tugas sarjana ini. 3. Bapak Ir. Mangara M. Tambunan, M.Sc, selaku pembanding utama yang telah memberikan masukan dan arahan demi kesempurnaan laporan tugas sarjana ini. 4. Ibu Ir. Dini Wahyuni, MT, selaku pembanding utama yang telah memberikan masukan dan arahan demi kesempurnaan laporan tugas sarjana ini. 5. Ibu Ir. Khawarita Siregar, MT, selaku Ketua Departemen Teknik Industri. 6. Bapak Ir. Ukurta Tarigan, MT, selaku Sekertaris Jurusan Teknik Industri. 7. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri selaku Ketua Departemen Teknik Mesin yang telah memberikan izin melakukan

7 penelitian di Departemen Teknik Mesin dan telah memberikan arahan dan informasi. 8. Sahabat seperjuangan tugas akhir, Silvia Zhang, Bang Arbie Wijaya, Ramadhani Siregar, Bang Adiyus, Teguh E.N. Sitepu, (Kak) Uci Marlina Pasaribu, Poppy Cinthia Devi. Sahabat-sahabat yang lebih dulu memperoleh gelar sarjana teknik yang memotivasi penulis, Lady, Dara, Angel, Miesella, Nadya, Lia, Febi, Laulia, Dea, Erni dan sahabat yang bersama-sama mengejar sarjana teknik, Niko, Bang Fadil (Odie) dan lain-lain yang tidak dapat disebutkan satu per satu. 9. Dosen dan Mahasiswa Departemen Teknik Mesin yang telah bekerja sama dengan baik dengan penulis dalam mengumpulkan data-data penelitian 10. Bang Nurmansyah, Bang Mijo, Bang Ridho, Kak Dina, Kak Ani selaku pegawai Departemen Teknik Industri yang telah banyak membantu administrasi penulis 11. Kak Sonta dan semua pegawai Departemen Teknik Mesin yang telah membantu administari penulis Kepada semua pihak yang telah banyak membantu dalam menyelesaian laporan ini dan tidak dapat penulis sebutkan satu per satu, penulis mengucapkan terima kasih. Semoga laporan ini bermanfaat bagi kita semua. Medan, Desember 2013 Suriadi Tarigan

8 PERSEMBAHAN Penulis secara khusus mempersembahkan hasil laporan penelitian ini kepada orang-orang yang selalu berada disamping penulis. Oleh karena itu, dengan kerendahan hati persembahan tersebut ditujukan kepada : 1. Kedua orang tua tercinta, Bapak Bentuk Tarigan dan Mamak Boinem yang dengan sepenuh hati dan tulus mendoakan, mendukung dan memotivasi penulis. 2. Abang dan kakak penulis, Bimas Tarigan, Batalion Tarigan, Betty Br Tarigan, Kak Wati, Alm. Kak Erna, Kak Ayu Br Ginting, Kak Elly M. Hutabarat, Amd, Bang Giman, Bang Rusli, yang tiada hentinya menyemangati penulis dalam menyelesaikan laporan tugas sarjana ini. 3. Keponakan penulis, Maya, Dedi, Desy Andani, Rendy Setiawan, Ririn Pratista Br Tarigan, Gilang Wijaya Tarigan, Rilla Br Tarigan. 4. Seluruh sahabat dan rekan kerja di Laboratorium Ergonomi dan Perancangan Sistem Kerja Departemen Teknik Industri, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara, (Kak) Uci Marlina Pasaribu, Silvia Zhang, Poppy Cinthia Devi, (Kak) Hasianna N. Situmorang, (Bang) Donny Heri Pasaribu, Vachiona S. Napitu, Azis, Nadya, Willy, Joseph, Martha, Reza, Adra, Gavri, Sary, Bang Eka, Kak Ira, Kak Marta, Kak Ajeng, Kak Clara, Bang Toffel, Bang Irwan, Bang Nanda, Bang William, Bang Fahri Zulmy, Rama, Poppy Wijaya, Loli, Marina, Holongan.

9 5. Sahabat-Sahabat penulis, Teguh E.N. Sitepu (Zink), F.Wesly (Lae), Ade M. Gorat, William Lusentio (Bang Ke), Alfin F. Malik (Saudara Laki-laki), Oloan P. Simorangkir, Perlin Limbong, Tonggo Hutabarat (Hyung), Lia M. Panggabean, Christiany Simanungkalit, Lusi A. Tanjung (Ito), Raisya, Regina (Nuna), (Kak) Uci Marlina Pasaribu, Silvia Zhang, Poppy Cinthia Devi, (Kak) Hasianna N. Situmorang, (Bang) Donny Heri Pasaribu, Vachiona S. Napitu, Ramadhani Siregar, Nurhayati Saragih, Erni Tua Purba dan lain-lain yang tidak dapat disebutkan satu per satu. 6. Sahabat Komunitas Sobat Bumi Pertamina Foundation seluruh Indonesia, terkhusus regional Medan yakni Kak Elisabeth, M. Alfian, Ersyad, Henry, Basrah, Mahadi, Ira, Siti, Ayu, Kak Evi dan lain-lain yang tidak dapat disebutkan satu per satu. 7. Semua Sahabat angkatan 2009 (IE-KLAN), angkatan 2007, angkatan 2008, angkatan 2010, angkatan 2011, angkatan 2012 baik yang reguler maupun ekstensi Departemen Teknik Industri USU. 8. Semua pihak yang secara langsung atau tidak langsung, dekat atau jauh, lama atau sebentar dalam memberikan doa, dukungan dan motivasi kepada penulis yang tidak dapat disebutkan satu per satu. Akhir kata, penulis mengucapkan terima kasih. Medan, Desember 2013 Suriadi Tarigan Sebaik-baik Manusia Adalah yang Bermanfaat Bagi Orang Lain

10 ABSTRAK Ketidaknyamanan termal sering dirasakan oleh mahasiswa saat proses belajar berlangsung di ruang kelas J DTM FT USU. Hal ini dikarenakan kondisi ventilasi mekanis dengan pengkondisian udara atau Air Conditioning (AC) masih kurang untuk mendapatkan kenyamanan termal ruang kelas. Ketidaknyamanan termal pada penelitian ini diamati dengan menggunakan metode kualitatif dan kuantitatif. Pada metode kualitatif digunakan kuesioner kenyamanan termal. Pada metode kuantitatif digunakan Effective Temperature (ET) dan Operative Temperature (T op ) sebagai parameter yang biasa digunakan untuk mengukur kenyamanan termal. Hasil kuesioner kenyamanan termal menunjukkan rata-rata pilihan kenyamanan termal mahasiswa adalah tidak nyaman terhadap ruang kelas. Temperatur efektif ruang kelas berkisar 26,07 C sampai 28,06 C. Temperatur operatif ruang kelas berkisar 27,54 C sampai 29,97 C. Temperatur efektif dan temperatur operatif menunjukkan ruang kelas berada dalam zona tidak nyaman berdasarkan SNI Oleh karena itu, rancangan perbaikan ruang kelas perlu dilakukan untuk mendapatkan kenyamanan termal yang mendukung proses belajar. Rancangan perbaikan yang dilakukan adalah perbaikan ventilasi ruang kelas secara mekanis. Penggunaan pengkondisian udara dalam ruangan adalah salah satu cara mekanis untuk mendapatkan kenyamanan termal. Hasil rancangan perbaikan kemudian dinilai dengan Predicted Mean Vote (PMV) dan Predicted Percentage Dissatisfied (PPD). Nilai PMV adalah 0,3 yang berarti kondisi termal ruang kelas mendekati netral. Nilai PPD adalah 6,9% yang artinya 93,1% mahasiswa merasa nyaman. Nilai kenyamanan termal telah sesuai dengan ISO 7730 dan ASHRAE 55. Temperatur operatif rancangan perbaikan ruang kelas menjadi 25 C yang telah sesuai dengan SNI Keyword: Ruang Kelas, Kenyamanan Termal, Temperatur Efektif (ET), Temperatur Operatif (T op ), PMV dan PPD, Pengkondisian Udara (AC)

11 DAFTAR ISI BAB HALAMAN LEMBAR JUDUL... LEMBAR PENGESAHAN... SERTIFIKAT EVALUASI TUGAS SARJANA... KATA PENGANTAR... UCAPAN TERIMA KASIH... ABSTRAK... DAFTAR ISI... DAFTAR TABEL... DAFTAR GAMBAR... i ii iii iv v vii viii xiii xv DAFTAR LAMPIRAN... xviii I PENDAHULUAN... I Latar Belakang... I Rumusan Masalah... I Tujuan Penelitian... I Asumsi Penelitian... I Batasan Penelitian... I Manfaat Penelitian... I Sistematika Penulisan Tugas Akhir... I-6 II GAMBARAN UMUM DEPARTEMEN... II Sejarah Departemen... II Ruang Lingkup... II-2

12 DAFTAR ISI (LANJUTAN) BAB HALAMAN 2.3 Visi dan Misi... II Organisasi dan Manajemen... II Fasilitas Departemen Teknik Mesin... II Layout Departemen Teknik Mesin... II-7 III LANDASAN TEORI III Definisi Kenyamanan Termal... III Temperatur Udara (T a )... III Kelembaban Relatif (RH)... III Kecepatan Udara (V a )... III Temperatur Radiasi Rata-rata (T mrt )... III Metabolisme Rata-rata (Metabolic Rate)... III A Simple Clothing Model... III Luas Permukaan Tubuh (Body Surface Area)... III Effective Temperature (ET)... III Operative Temperature (T op )... III Indeks Predicted Mean Vote (PMV) dan Predicted Percentage Dissatisfied (PPD)... III Pengeluaran Energi... III Pengendalian Kenyamanan Termal... III Pengkondisian Udara... III-14 ix

13 DAFTAR ISI (LANJUTAN) BAB IV HALAMAN METODOLOGI PENELITIAN... IV Objek dan Waktu Penelitian... IV Jenis Penelitian... IV Populasi dan Sampel... IV Kerangka Berfikir... IV Variabel Penelitian... IV Definisi Operasional... IV Tahapan Penelitian... IV Instrumen Penelitian... IV Sumber dan Prosedur Pengumupulan Data... IV Sumber Data... IV Prosedur Pengumpulan Data... IV Metode Pengolahan Data... IV-13 V PENGUMPULAN DAN PENGOLAHAN DATA... V Pengumpulan Data... V Data Temperatur udara... V Data Kelembaban Relatif... V Data Kecepatan Udara... V Data Suhu Basah, Suhu Kering dan Suhu Bola... V Data Personal... V Data Fisiologis... V-8 x

14 DAFTAR ISI (LANJUTAN) BAB HALAMAN Data Psikologis... V Pengolahan data... V Perhitungan Dubois Area... V Perhitungan Pengeluaran Energi... V Perhitungan Metabolic Rate... V Perhitungan Mean Radiant Temperature (T mrt )... V Perhitungan Effective Temperature (ET)... V Perhitungan Operative Temperature (T op )... V-20 VI ANALISIS DAN PEMBAHASAN... VI Analisis... VI Analisis Faktor Fisik... VI Analisis Faktor Fisiologis... VI Analisis Faktor Psikologis... VI Analisis Regresi dan Korelasi... VI Analisis pengeluaran Energi... VI Analisis Metabolic Rate... VI Analisis Effective Temperature (ET)... VI Analisis Operative Temperature (T op )... VI Analisis Predicted Mean Vote (PMV) dan Predicted Percentage Dissatisfied (PPD)... VI Pembahasan... VI-25 xi

15 DAFTAR ISI (LANJUTAN) BAB HALAMAN Perhitungan Beban Kalor Aktual Ruang Kelas... VI Perhitungan Beban Kalor Rancangan Perbaikan Ruang Kelas... VI PMV dan PPD Rancangan Perbaikan Ruang Kelas VI-34 VII KESIMPULAN DAN SARAN... VII Kesimpulan... VII Saran... VII-2 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN xii

16 DAFTAR TABEL TABEL HALAMAN 3.1 Aktivitas dan Kecepatan Metabolisme... III Nilai Insulasi Panas (I clo ) untuk Setiap Jenis Pakaian... III Jadwal Lima Hari Kuliah... IV Data Rata-rata Temperatur Udara ( o C)... V Data Rata-rata Kelembaban Relatif (%)... V Data Rata-rata Kecepatan Udara (m/s)... V Data Rata-rata Suhu Basah ( o C)... V Data Rata-rata Suhu Kering ( o C)... V Data Rata-rata Suhu Bola ( o C)... V Data Personal Mahasiswa... V Data Rata-rata Total Insulation Clothing (I clo ) Mahasiswa... V Data Rata-rata Total Fisiologis Mahasiswa... V Data Rata-rata Total Sensasi dan Preferensi Termal... V Data Rata-rata Total Sensasi dan Preferensi Aliran Udara... V Data Rata-rata Total Kenyamanan Termal... V Data Rata-rata Total Kelelahan Fisik... V Hasil Perhitungan Dubois Area... V Hasil Perhitungan Pengeluaran Energi... V Hasil Perhitungan Metabolic Rate... V Hasil Perhitungan Mean Radiant Temperature (T mrt )... V Hasil Perhitungan Effective Temperature (ET)... V-19

17 DAFTAR TABEL (LANJUTAN) TABEL HALAMAN 5.19 Hasil Perhitungan Operative Temperature (T op )... V Rekapitulasi Persamaan Regresi dan Nilai Korelasi Antar Faktor VI Kategori Beban Kerja Mahasiswa... VI Kategori Kenyamanan Termal Ruang Kelas... VI Hasil Perhitungan Operative Temperature (T op )... VI Input Parameter Perhitungan PMV dan PPD... VI Rekapitulasi Nilai PMV dan PPD... VI Jumlah Mahasiswa 5 hari Kuliah... VI Kategori Beban Kerja Mahasiswa... VI Hasil Perhitungan Beban Daya Pengkondisian Udara... VI Perbandingan Kondisi Aktual dengan Rancangan Perbaikan... VI Standar Intensitas Konsumsi Energi (IKE)... VI-33 xiv

18 DAFTAR GAMBAR GAMBAR HALAMAN 2.1 Struktur Organisasi Departemen Teknik Mesin USU... II Layout Lantai Satu Gedung J17 DTM... II Layout Lantai Dua Gedung J17 DTM... II Layout Lantai Tiga Gedung J17 DTM... II Windows Microsoft Excel Perhitungan PMV dan PPD Rancangan Hakan Nilsson... III Kerangka Berfikir... IV Blok Diagram Tahapan Penelitian... IV Four in One Multi-Function Environment Meter... IV Area Heat Stress Monitor Questemp IV Anemometer... IV Automatic Digital Blood Pressure Monitor... IV Automatic Thermometer Scan... IV Kuesioner Penelitian Kenyamanan Termal... IV Titik-titik Pengukuran Kondisi Termal Ruang Kelas... IV Prosedur Pengumpulan Data Fisik, Fisiologis dan Psikologis... IV Langkah-langkah Pengolahan Data dan Analisis Hasil... IV Grafik Temperatur Udara Pada Titik-titik Pengukuran... V Grafik Kelembaban Relatif Pada Titik-titik Pengukuran... V Grafik Kecepatan Udara Pada Titik-titik Pengukuran... V-4

19 DAFTAR GAMBAR (LANJUTAN) GAMBAR HALAMAN 5.4 Grafik Suhu Basah, Suhu Kering dan Suhu Bola Pada Titik-titik Pengukuran... V Grafik Data Personal Mahasiswa... V Grafik Rata-rata Total Insulation Clothing (I clo ) Mahasiswa... V Grafik Rata-rata Total DNI dan DNK Mahasiswa... V Grafik Rata-rata Total Suhu Tubuh Mahasiswa... V Grafik Rata-rata Total Sensasi Termal... V Grafik Rata-rata Total Preferensi Termal... V Grafik Rata-rata Total Sensasi Aliran Udara... V Grafik Rata-rata Total Preferensi Aliran Udara... V Grafik Rata-rata Total Kenyamanan Termal... V Grafik Rata-rata Total Kelelahan Tangan... V Grafik Rata-rata Total Kelelahan Bahu... V Grafik Rata-rata Total Kelelahan Punggung... V Grafik Rata-rata Total Kelelahan Kaki... V Grafik Rata-rata Pengeluaran Energi... V Grafik Mean Radiant Temperature... V Grafik Temperatur Efektif Aktual... V Grafik Temperatur Operatif Aktual... V Grafik Perbandingan Kelembaban Relatif Aktual dengan Kelembaban Relatif Standar... VI-2 xvi

20 DAFTAR GAMBAR (LANJUTAN) GAMBAR HALAMAN 6.2 Grafik Hubungan Temperatur Udara dengan Temperatur Efektif. VI Grafik Hubungan Kecepatan Udara dengan Temperatur Efektif... VI Grafik Hubungan Kelembaban Relatif dengan Temperatur Efektif... VI Grafik Hubungan Temperatur Radiasi Rata-rata dengan Temperatur Efektif... VI Grafik Hubungan Temperatur Udara dengan Temperatur Operatif VI Grafik Hubungan Kecepatan Udara dengan Temperatur Operatif. VI Grafik Hubungan Kelembaban Relatif dengan Temperatur Operatif... VI Grafik Hubungan Temperatur Radiasi Rata-rata dengan Temperatur Operatif... VI Grafik Perbandingan Temperatur Efektif Aktual dengan Temperatur Efektif Standar... VI Grafik Perbandingan Temperatur Operatif Aktual dengan Temperatur Operatif Standar... VI Grafik Nilai PMV dan PPD... VI Grafik Nilai PMV dan PPD Rancangan Perbaikan... VI-35 xvii

21 DAFTAR LAMPIRAN LAMPIRAN L.1 Daftar Istilah L.2 Rekapitulasi Data Fisik L.3 Rekapitulasi Data Fisiologis L.4 Rekapitulasi Data Psikologis L.5 Rekapitulasi Data Personal L.6 Rekapitulasi Data Insulation Clothing L.7 Uji Kecupkupan Data L.8 Uji Validitas dan Reliabilitas L.9 Tabel r Product Moment L.10 Kuesioner Penelitian L.11 Surat Dirjen Dikti No 2920/DT/2007 L.12 Dokumentasi Pengumpulan Data L.13 Form Tugas Akhir L.14 Surat Permohonan Penelitian L.15 Surat Balasan Penelitian L.16 Surat Keterangan (SK) L.17 Form Berita Acara