Perancangan Sistem Pencahayaan Untuk Penghematan Energi Listrik Di Ruang Kelas P- 105 Teknik Fisika-ITS Surabaya

Transkripsi

1 JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2013) Perancangan Sistem Pencahayaan Untuk Penghematan Energi Listrik Di Ruang Kelas P- 105 Teknik Fisika-ITS Surabaya Herdian Ardianto dan Ir. Heri Justiono, MT Jurusan Teknik Fisika, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya aerdy.tf@gmail.com dan heri@ep.its.ac.id Abstrak Telah dilakukan perancangan sistem pencahayaan untuk penghematan energi listrik di ruang kelas P-105 Teknik Fisika ITS Surabaya dengan menggunakan software DIALux. Tujuan penelitian tugas akhir ini adalah untuk menerapkan data tugas akhir sebelumnya[1] ke software DIALux, mengetahui ditribusi cahaya yang ada di ruang kelas P-105 Teknik Fisika ITS Surabaya, untuk mengetahui faktor faktor yang mempengaruhi hasil distribusi cahaya dan untuk mengetahui jumlah cahaya buatan yang akan digunakan di ruang kuliah P-105 sesuai dengan standart nasional Indonesia. Metode yang digunakan adalah menginputkan semua komponen-komponen yang terdapat pada ruang kelas ke software DIALux, sehingga sistem dapat dirancang. Pencahayaan merupakan salah satu faktor untuk mendapatkan keadaan lingkungan yang aman dan nyaman. Dalam sistem pencahayaan dibutuhkan cahaya alami dan cahaya buatan. Pada penelitian ini yang dibutuhkan adalah cahaya buatan. Cahaya buatan adalah cahaya yang berasal dari hasil karya manusia contohnya lampu. Lampu yang digunakan sebanyak 2 lampu, yakni Philips BPS460 W16L124 1 * LED 24/830 MLO-PC, jika menggunakan lampu tersebut pada siang hari dibutuhkan 13 lampu dan pada malam hari dibutuhkan 14 lampu. Jika menggunakan lampu Philips SP524P 2*LED 15S/830 pada siang hari dibutuhkan 9 lampu dan pada malam hari dibutuhkan 10 lampu sehingga dapat disimpulkan bahwa hasil simulasi pada software DIALux sudah sesuai dengan tabel standart penerangan ruangan. Faktor-faktor yang mempengaruhi hasil distribusi cahaya adalah penempatan lampu, pemantulan, jumlah lampu yang digunakan, daya lampu, panjang penggantung lampu dan ukuran ruangan.. Kata Kunci Software DIALux, Distribusi Cahaya dan Simulasi. I. PENDAHULUAN Kebutuhan pencahayaan dalam suatu ruang dapat diperoleh melalui sistem pencahayaan buatan dan sistem pencahayaan alami (sinar matahari) atau kombinasi keduanya. Pencahayaan buatan terdiri dari lampu listrik, lilin dan lampu minyak. Kombinasi antara pencahayaan alam dan pencahayaan buatan pada ruang/gedung sangat dimungkinkan. Dalam suatu ruangan diperlukan kelayakan atau kenyamanan penghuninya. Salah satu faktornya adalah pencahayaan. Pencahayaan dapat didefinisikan satu dari banyak faktor tersebut yang dipergunakan sebagai parameter suatu keadaan lingkungan ruangan yang layak. Dalam sistem pencahayaan pada ruangan diperlukan banyak faktor yang dipertimbangkan antara lain kebutuhan listrik yang digunakan dan biaya pemeliharaan, karena semakin lama listrik akan semakin mahal. Oleh karena itu sistem pencahayaan harus diperhatikan dengan cara penghematan energi listrik. Dari penjelasan diatas, maka penelitian tentang perancangan sistem pencahayaan untuk penghematan energi listrik sangat berguna dan dapat diaplikasi pada suatu ruangan. Karena dengan penelitian ini, maka ruangan dapat diketahui juga kebutuhan listrik yang akan digunakan, seberapa besar lumen yang dibutuhkan dan dapat menghemat biaya listrik yang akan dikeluarkan agar sesuai dengan standart nasional Indonesia Dalam penelitian ini, dilakukan perancangan sistem pencahayaan di ruang kelas P-105 Teknik Fisika ITS Surabaya, dalam merancangan sistem pencahayaan digunakan software DIALux dan dari data tugas akhir sebelumnya[1]. Software DIALux adalah perangkat lunak yang digunakan untuk mensimulasikan suatu ruangan dan sistem pencahayaan yang dibutuhkan untuk mengetahui distribusi cahaya sesuai dengan Standart Nasional Indonesia dan untuk mengatahui jumlah lampu yang akan digunakan pada ruangan tersebut. Untuk studi kasus penelitian ini dilakukan di ruang P-105 Teknik Fisika ITS. II. METODOLOGI PENELITIAN Ruang kelas P-105 memiliki ukuran yang tidak simetris karena disisi sebelah timur atap/langit-langitnya miring. Ruang kelas P-105 adalah ruang kelasyang paling besar di jurusan Teknik Fisika ITS Surabaya, memiliki panjang sebesar 11,55 m dan lebar sebesar 6,65 m jadi luas dari ruang kelas ini adalah 76,80 m 2. A. Spesifikasi Ruangan Spesifikasi ruang kelas P-105 Teknik Fisika ITS Surabaya sebagai berikut : Tabel 1 Spesifikasi Ruangan Spesifikasi Karakteristik Data Dinding Tembok (Depan) Kuning-Kecoklatan Tembok (Belakang) Tembok (Kiri) Kuning-Kecoklatan Kuning-Kecoklatan

2 JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2013) Tembok (Kanan) Kuning-Kecoklatan Langit Langit Standart Ceiling Putih Lantai Keramik Putih Ruangan Panjang 11,55 m Lebar 6.65 m Tinggi 3.75 m Setelah itu software DIALux bisa digunakan untuk simulasi dengan langkah-langkah sebagai berikut : 1. Meng-klik nama file yang disimpan sebelumnya dan memilih, klik tanda 3D Standart view 2. Memasukkan ukuran dari masing-masing jendela, pintu, papan tulis, pilar dan langit-langit sesuai dengan ukuran perabotan yang ada dikelas P-105 Teknik Fisika ITS 2.6 m Dari tabel diatas memiliki tinggi yang bervariasi antara lain 3.75 m dan 2.6 m karena di ruang kelas P-105 Teknik Fisika ITS Surabaya sisi sebelah timur atap/langit-langit dari ruang kelas tersebut miring dengan tingginya 2.6 m. Dan sisi sebelah barat tingginya 3.75 m B. Spesifikasi Komponen Ruangan Pada ruang kelas P-105 Teknik Fisika ITS surabaya memiliki berbagai macam komponen antara lain : Tabel 2 Spesifikasi Komponen Ruangan No. Jenis Komponen Jumlah 1 Kursi 77 Buah 2 AC 3 Buah 3 Meja 1 Buah 4 Kipas Angin 1 Buah 5 Layar LCD 1 Buah 6 Papan Tulis 2 Buah 7 Layar LCD 1 Buah C. Mensimulasikan di Software DIALux Dari data-data ukuran yang telah diperoleh dari tugas akhir sebelumnya[1] dan dari pengukuran tiap-tiap komponen maka dapat disimulasikan disoftware DIALux. Software DIALux adalah Sebuah software yang digunakan untuk merancang ruangan dengan lengkap beserta perabotannya serta mengetahui kebutuhan lampu yang akan digunakan untuk ruangan tersebut supaya sesuai dengan kenyamanan dari penghuninya dan dapat digunakan untuk mengetahui kebutuhan energinya yang terdapat pada ruangan tersebut. Sofware DIALux yang digunakan pada penelitian ini adalah DIALux 4.10 Langkah-langkah Pembuatan Sistem Langkah-langkah awal untuk penggunaan software dialux yang digunakan pada penelitian ini adalah 1. Membuka program DIALux dan pilih File-Wizard- Rectangular Room 2. Memilih jenis ruangan yang digunakan untuk simulasi langkah selanjutnya adalah memasukkan ukuran ruangan dengan lebar m, panjang m, tinggi ruangan m dan faktor pemantulan dari ceiling, dinding serta lantai, dimana faktor pemantulan tersebut di dapatkan dari literatur [2] 3. Meng-klik next dan memasukkan tinggi dari bidang kerja. Tinggi bidang kerja yaitu m. 4. Memasukkan maintenance faktor yakni very clean room, kemudian klik next dan akan muncul tampilan sebagai berikut Gambar 1. Design Ruangan Kelas 3. Menentukan jenis lampu yang digunakan Memilih plan lighting di software DIALux insert luminaire field, appabila di software DIALux belum memiliki database maka perlu mendownload software Philips dari internet. Lampu yang digunakan pada penelitian ini adalah : 1. Philips BPS460 W16L124 1 * LED 24/830 MLO-PC 2. Philips SP524P Di bagian Filter, memilih lamp category-led module 2400 lm, memilih luminaire category-suspended, memilih family code-bps460 kemudian setelah tampil spesifikasi dari lampu tersebut pilih export, memilih output file format menjadi DIALux-Save Gambar 2. Database Philips 4. Menentukan posisi lampu dan jumlah Memilih insert luminaire field, memilih jenis lampu yang akan digunakan, menentukan jumlah lampu dan panjang penggantung lampu sesuai dengan keinginan. 5. Menentukan hasil kalkulasi dan simulasi Memilih output, start calculation, very accurate dan menunggu sampai proses running selesai

3 JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2013) Untuk merubah panjang penggantung yakni dengan cara mengulangi langkah 4 dan 5 sesuai dengan kebutuhan. Untuk mengganti jenis lampu yang digunakan harus memilih terlebih dahulu disoftware Philips kemudian menyimpannya, mengulangi langkah 4 dan 5 sesuai dengan panjang penggantung yang dibutuhkan. III. HASIL DAN PEMBAHASAN A. Penentuan Besarnya Fluks Cahaya Buatan [1] Pada ini menjelaskan tentang data tugas akhir sebelumnya [1]. Setelah diketahui fluks cahaya alami total untuk kelas P.105 Teknik Fisika ITS, maka kemudian dihitung besarnya fluks cahaya buatan yang diperlukan untuk pencahayaan terpadu pada ruang kelas P.105 Teknik Fisika ITS dengan beberapa variasi kondisi terang langit dapat ditentukan dengan langkah sebagai berikut : F terpadu Dimana : Fluks alami Lebar ruangan P105 Panjang ruangan P105 = 250 x Luas ruangan kelas P105 = % E h = E h = 6.65 m = m L ruangan kelas P105 = m 2 Sehingga : F terpadu = 250 x m 2 = lumen F buatan = F terpadu (Fluks alami ) = F terpadu ( E h ) Untuk E h = Lux F buatan = F terpadu ( E h ) = ( x 10000) = = Lumen Data dari tugas akhir sebelumnya [1], bahwa Luas ruangan m 2, pada Siang hari dibutuhkan Fbuatan Lumen bila kuat pencahayaan dilapangan terbuka sebesar Lux, jadi : Eav = = = Lumen/m 2 B. Simulasi pada Software DIALux Software dialux digunakan untuk merancang ruangan dengan lengkap beserta perabotannya serta mengetahui kebutuhan lampu yang akan digunakan untuk ruangan tersebut supaya sesuai dengan kenyamanan dari penghuninya dan dapat digunakan untuk mengetahui kebutuhan energinya yang terdapat pada ruangan tersebut. Lampu yang digunakan pada penelitian ini menggunakan lampu yang hemat energi sehingga akan berpengaruh terhadap energi yang dibutukan pada ruang kelas P-105 Teknik Fisika ITS Surabaya. Faktor-faktor yang mempengaruhi hasil distribusi cahaya : Penempatan Posisi Lampu Pemantulan (dinding,atap dan lantai) Jumlah Lampu Yang digunakan Daya Lampu Panjang Penggantung dari Lampu Ukuran Ruangan Tinggi Bidang Kerja Pada penelitian ini variable yang diubah-ubah adalah panjang penggantung. Panjang penggantung dapat mempengaruhi hasil distribusi pencahayaan. Ukuran panjang penggantung yang digunakan pada penelitian ini sebagai berikut : 0,300 meter 0,350 meter 0,400 meter 0,450 meter 0,500 meter Berikut ini adalah jenis-jenis lampu yang digunakan untuk sistem pencahayaan ruang kelas tersebut : 1. Philips BPS460 W16L124 1 * LED 24/830 MLO-PC Untuk lampu jenis ini, pada siang hari dibutuhkan 13 lampu dan pada malam hari dibutuhkan 14 lampu untuk mencapai standart penerangan ruangan pada ruang kelas dan sesuai dengan tugas akhir sebelumnya [1]. Berikut ini spesifikasi dari lampu tersebut : Total Lamp Flux : 1650 lm Light output ratio : 1.00 System Flux : 1650 lm System Power : 27 watt L*B*H : 1,24 * 0,16 * 0,05 Tabel 3 Kebutuhan Energi di Ruang Kelas Philips BPS460 W16L124 1 * LED 24/830 MLO-PC No. Waktu Jumlah (Luminaire) [lm] P (watt) 1 Siang 1650 = 27 = Malam 1650 = 27 = 378 Dari tabel diatas dijelaskan bahwa antara siang hari dan malam perbedaannya hanya 1 lampu dikarena hasil distribusi pencahayaan rata-rata dibidang kerja sudah sesuai standart pencahahayaan ruangan pada ruang kelas dan sesuai dengan tugas akhir sebelumnya [1] C. Simulasi pada Siang Hari dengan Lampu Philips BPS460 W16L124 1 * LED 24/830 MLO-PC Pada sistem perancangan pencahayaan pada siang hari ini digunakan 13 lampu dengan spesifikasi lampu ada di tabel 3 di ruang kelas P-105 Teknik Fisika ITS Surabaya. Untuk merancang sistem pencahayaan harus diperlukan ketelitian dalam menentukan letak posisi lampu dan lumen dari lampu tersebut. Dibawah ini adalah posisi lampu pada saat siang hari. Gambar 3. Posisi Lampu pada saat Siang Hari dengan Lampu Philips BPS460 W16L124 1 * LED 24/830 MLO-PC

4 JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2013) Gambar 6. Posisi Lampu pada saat Malam Hari dengan Lampu Philips BPS460 W16L124 1 * LED 24/830 MLO-PC Gambar 4. Hasil Distribusi Pencahayaan 3D pada Siang Hari Berikut ini adalah salah satu contoh hasil distribusi pencahayaan dengan ukuran panjang penggantung yang digunakan adalah meter Ukuran panjang penggantung yang digunakan adalah Gambar 7. Hasil Distribusi Pencahayaan 3D pada Malam Hari Berikut ini adalah salah satu contoh hasil distribusi pencahayaan dengan ukuran panjang penggantung yang digunakan adalah meter Ukuran panjang penggantung yang digunakan adalah Gambar 5. Hasil Persebaran Distribusi Pencahayaan 3D dengan Panjang Tabel 4 Data Hasil Distribusi Pencahayaan dengan Panjang pada Siang Hari dengan Lampu No.1 Surface Eav (lux) Emin Emax Uo (%) (Lux) (Lux) Workplane / ,202 Floor ,184 Ceiling ,285 Wall / D. Simulasi pada Malam Hari dengan Lampu Philips BPS460 W16L124 1 * LED 24/830 MLO-PC Pada sistem perancangan pencahayaan pada malam hari ini digunakan 14 lampu dengan spesifikasi lampu ada di tabel 3 di ruang kelas P-105 Teknik Fisika ITS Surabaya. Untuk merancang sistem pencahayaan harus diperlukan ketelitian dalam menentukan letak posisi lampu dan lumen dari lampu tersebut. Dibawah ini adalah posisi lampu pada saat malam hari. Gambar 8. Hasil Persebaran Distribusi Pencahayaan 3D dengan Panjang Tabel 5 Data Hasil Distribusi Pencahayaan dengan Panjang pada Malam Hari dengan Lampu No.1 Surface (%) Eav (lux) Emin (Lux) Emax (Lux) Workplane / ,253 Floor ,203 Ceiling ,186 Wall / 2. Simulasi pada Siang Hari dengan Lampu Philips SP524P Untuk lampu jenis ini, pada siang hari dibutuhkan 9 lampu dan pada malam hari dibutuhkan 10 lampu untuk mencapai standart penerangan ruangan pada ruang kelas dan Uo

5 JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2013) sesuai dengan tugas akhir sebelumnya [1]. Berikut ini spesifikasi dari lampu tersebut : Total Lamp Flux : 3000 lm Light output ratio : 1.00 System Flux : 3000 lm System Power : 31 watt L*B*H : 1,50 * 0,32 * 0,10 Tabel 6 Kebutuhan Energi di Ruang Kelas Philips BPS460 W16L124 1 * LED 24/830 MLO-PC No. Waktu Jumlah (Luminaire) [lm] P (watt) Ukuran panjang penggantung yang digunakan adalah 1 Siang 3000 = 31 = Malam 3000 = 31 = 310 Dari tabel diatas dijelaskan bahwa antara siang hari dan malam perbedaannya hanya 1 lampu dikarena hasil distribusi pencahayaan rata-rata dibidang kerja sudah sesuai standart pencahahayaan ruangan pada ruang kelas dan sesuai dengan tugas akhir sebelumnya [1] E. Simulasi pada Siang Hari dengan Lampu Philips SP524P Pada sistem perancangan pencahayaan pada siang hari ini digunakan 9 lampu dengan spesifikasi lampu ada di tabel 4.13 di ruang kelas P-105 Teknik Fisika ITS Surabaya. Untuk merancang sistem pencahayaan harus diperlukan ketelitian dalam menentukan letak posisi lampu dan lumen dari lampu tersebut. Dibawah ini adalah posisi lampu pada saat siang hari. Gambar 11. Hasil Persebaran Distribusi Pencahayaan 3D dengan Panjang Berikut ini data hasil distribusi pencahayaan dengan panjang penggantung meter Tabel 7 Data Hasil Distribusi Pencahayaan dengan pada Siang Hari dengan Lampu No.2 Surface Eav (lux) Emin Emax Uo (%) (Lux) (Lux) Workplane / ,253 Floor ,204 Ceiling ,164 Wall / F. Simulasi pada Malam Hari dengan Lampu Philips SP524P Pada sistem perancangan pencahayaan pada malam hari ini digunakan 10 lampu dengan spesifikasi lampu ada di tabel 4.13 di ruang kelas P-105 Teknik Fisika ITS Surabaya. Untuk merancang sistem pencahayaan harus diperlukan ketelitian dalam menentukan letak posisi lampu dan lumen dari lampu tersebut. Dibawah ini adalah posisi lampu pada saat malam hari. Gambar 9. Posisi Lampu pada saat Siang Hari dengan Lampu Philips SP524P Gambar 12. Posisi Lampu pada saat Malam Hari dengan Lampu Philips SP524P Gambar 10. Hasil Distribusi Pencahayaan 3D pada Siang Hari

6 JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2013) Gambar 13. Hasil Distribusi Pencahayaan 3D pada Malam Hari Ukuran panjang penggantung yang digunakan adalah IV. KESIMPULAN Berdasarkan hasil analisa data, perhitungan dan simulasi maka didapatkan kesimpulan sebagai berikut : 1. Hasil simulasi pada software DIALux sudah sesuai dengan tabel standart penerangan ruangan kelas yakni lux. 2. Faktor-faktor yang mempengaruhi hasil distribusi cahaya adalah jumlah lampu yang digunakan yakni jika menggunakan lampu Philips BPS460 W16L124 1 * LED 24/830 MLO-PC pada siang hari membutuhkan 13 lampu dan pada malam hari membutuhkan 14 lampu. Jika menggunakan Philips SP524P pada siang hari membutuhkan 9 lampu dan pada malam hari membutuhkan 10 lampu, panjang penggantung yang digunakan memiliki ukuran panjang 0.3 meter, 0.35 meter, 0.4 meter, 0.45 meter dan 0.5 meter. 3. Daya lampu yang dibutuhkan setelah simulasi, jika menggunakan lampu Philips BPS460 W16L124 1 * LED 24/830 MLO-PC pada siang hari membutuhkan daya sebesar 351 watt dan pada malam hari membutuhkan daya sebesar 378 watt. Jika menggunakan Philips SP524P pada siang hari membutuhkan daya sebesar 279 watt dan pada malam hari membutuhkan daya sebesar 310 watt. V. UCAPAN TERIMA KASIH Terima kasih kepada seluruh dosen dan staff pengajar jurusan Teknik Fisika yang telah memberikan ilmunya dan kepada seluruh Mahasiswa Teknik Fisika atas bantuan dan kerjasamanya selama kuliah di jurusan Teknik Fisika. Gambar 17. Hasil Persebaran Distribusi Pencahayaan 3D dengan Panjang Berikut ini data hasil distribusi pencahayaan dengan panjang penggantung meter Tabel 8 Data Hasil Distribusi Pencahayaan dengan Panjang pada Siang Hari dengan Lampu No.2 Surface Eav Emin Emax Uo (%) (lux) (Lux) (Lux) Workplane / ,261 Floor ,188 Ceiling ,189 Wall / G. Hasil Perbandingan Simulasi Panjang penggantung Tabel 9 Hasil Perbandingan Simulasi 1.Philips BPS460 W16L124 1*LED 24/830 MLO-PC (27 Watt) Malam (14 Siang (13 2.Philips SP524P (31 Watt) Malam (10 Siang (9 Lampu Yang Ada di Kelas P- 105 (40 Watt) Lampu TL ( Watt 351 Watt 310 Watt 279 Watt 1280 Watt 0,3 m 248 Lux 232 Lux 252 Lux 230 Lux - 0,35 m 249 Lux 233 Lux 253 Lux 231 Lux - 0,4 m 250 Lux 234 Lux 254 Lux 232 Lux - 0,45 m 251 Lux 235 Lux 255 Lux 233 Lux - 0,5 m 252 Lux 236 Lux 256 Lux 234 Lux - DAFTAR PUSTAKA [1] Damayanti, Rissa Analisa kebutuhan cahaya buatan dalam ruang kuliah P.105 Teknik Fisika-ITS Hal 6 [2] Satwiko, Prasasto Fisika Bangunan 1. Yogyakarta : Andi hal [3] Satwiko, Prasasto Fisika Bangunan 2. Yogyakarta : Andi hal [4] Jacques, Jean Lamps and Lighting. Engineering and education journal page 196 [5] BSN, SNI Standart Penerangan Ruang [6] Kresna, Eka Perancangan Sistem Pencahayaan Lapangan Futsal indoor ITS Hal 12 [7] Aman, m. Analysis of the Performance of Domestic lighting Lamps.Energy Police 52 page [8] Luo, Xiaobing A Simplied Thermal Resistance Network Model for High Power LED Street Lamp. Internasional Conference on Electronic Packaging Technology & High Density Packaging. Indrocuction [9] Indah, Puspa Kajian Pencahayaan. FKM UI. Hal 21 [10] Wang, Zizhen Ilumination control of LED systems based on neural netrowk model and energy optimization algorithm. Energy and Buildings. Page 496