ANALISIS BEBAN PENDINGINAN SISTEM TATA UDARA (STU) RUANG AUDITORIUM LANTAI III GEDUNG UTAMA POLITEKNIK NEGERI LHOKSEUMAWE Syamsuar, Ariefin, Sumardi Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Lhokseumawe Jl. B.Aceh-Medan Km.280 Buketrata Lhokseumawe 24301 Email. syamlsm@yahoo.co.id ABSTRAK Penelitian ini dimaksudkan untuk melakukan perhitungan kembali beban pendinginan pada ruang auditorium politeknik negeri Lhokseumawe yang pada akhirnya diharapkan untuk mendapatkan optimasi penggunaan energi pada sistem tata udara (STU). Penelitian ini dilakukan pada ruang auditorium Politeknik Negeri Lhokseumawe yang terletak pada lantai 3 (tiga) gedung utama. Perhitungan beban pendinginan menggunakan metode CLTD (Cooling Load Temperature Difference) berdasarkan ASHRAE Handbook Fundamental 1993. Perhitungan beban pendinginan berdasarkan data sekunder yang kemudian hasilnya dibandingkan dengan kapasitas beban pendinginan terpasang. Hasil akhir dari penelitian ini diperoleh beban pendinginan maksimum pada kondisi puncak sebesar 116937 Btu/hr (9,74 ton refrigeran), sedangkan kapasitas pendinginan terpasang adalah 61080 Btu/hr (5,09 ton refrigeran), terjadi kekurangan beban pendinginan sebesar 55857 Btu/hr (4,65 ton refrigeran). Jika beban terpasang sesuai dengan hasil perhitungan ulang, maka celah penghematan masih bisa diperoleh sebesar 14 % dengan mengurangi faktor pencahayaan dari lampu; mengubah set point temperatur didalam ruangan; memperkecil SC (shading of Coefficien); dan mengurangi infiltrasi udara luar. Kata-kata Kunci : Beban pendinginan, sistem tata udara,, optimasi Abstract The aims of this study is to calculate the cooling load system on the auditorium space of Lhokseumawe State Polytecnic. This calculation is expected to contribute the energy savings is the system of air (STU). This study is coducting on the third floor of Lhokseumawe State Polytecnic Auditorium. The cooling load system by using CLTD (Cooling load temperature difference) system based on ASHRAE Handboook Fundamental, 1993. The calculation of cooling load based on secondary date, and then the result was compared to cooling load installed capacities. The result of the research fond that the maximum cooler burden at culminate condition is equal to 116957 Btu/hr (9,74 ton of refrigerant), While the installed refrigeration capacities is 61080 Btu/hr (5,09 ton of refrigerant), here fond a lacking (decreasing) of refrigeration burden equal to 55857 Btu/hr (4,65ton of refgrigerant}. If the
installed burden (load) as according to re-calculation result, hence thrift gap still can be obtained equal to 14%, by paring down the illumination of light; altering set temperature pint in room; minimizing SC (Shading of coefficient); and lessen of infiltrate external air. Keywords: cooling load, the system of air, saving. PENDAHULUAN Meningkatnya penggunaan mesin AC pada perumahan, gedung perkantoran, pusat perbelanjaan, dan gedung-gedung lainnya di negara kita diikuti juga dengan meningkatnya pemakaian energi, dimana 55 65% energi yang digunakan dalam bangunan dipakai oleh sistem tata udara (STU). Energi memegang peranan penting dalam pengembangan ekonomi, suatu korelasi yang cukup nyata terdapat antara konsumsi energi dan produc domestic bruto suatu masyarakat. Penggunaan energi secara tepat dan efisien merupakan syarat utama dalam rangka penghematan energi disuatu negara. Oleh karena itu politeknik sebagai lembaga pendidikan tinggi sudah sewajarnya ikut berperan serta dalam penghematan penggunaan energi dan ikut berperan dalam mengembangkan teknologi khususnya yang berkaitan dengan konservasi energi. Celah-celah penghematan energi pada suatu sistem tata udara (STU) bangunan jadi (exiting building) masih mungkin untuk dilaksanakan, tanpa banyak membutuhkan perubahan perangkat yang telah ada, seperti pada sistem pengkondisian udara ruang auditorium Politeknik Negeri Lhokseumawe. Celah yang dimaksud antara lain; penghematan energi dengan metoda pengendalian operasi, penghematan energi dengan metoda pemeliharaan dan pengelolaan, dan penghematan energi dengan metoda modifikasi. Kegiatan konservasi energi tersebut diatas bertujuan untuk meminimumkan pemakaian energi dalam batas-batas yang wajar tanpa harus mengurangi fungsi dari suatu sistem. Dengan kata lain kegiatan ini dimaksudkan agar diperoleh pemakaian energi yang optimum. Pada pembahasan ini banyak dikaitkan penghematan energi dengan pengendalian operasi dan penghematan energi dengan pemeliharaan dan pengelolaan, pemilihan metode ini dikarenakan tidak membutuhkan banyak perubahan pada peralatan yang telah ada dan tidak mengurangi fungsi dari suatu system. Tujuan dari penelitian ini adalah: 1. Menghitung kembali beban pendinginan dari sistem tata udara (STU) yang telah ada. 2. Melakukan perbaikan pada sistem tata udara (STU) yang telah ada dengan beberapa kemungkinan celah penghematan yang telah dipilih. (dalam bentuk perhitungan). 3. Membandingkan hasil perhitungan beban pendinginan dari kedua kondisi sebelum dan sesudah dilakukan perbaikan. 4. Menganalisa hasil perhitungan 5. Menyimpulkan hasil penelitian Pengkondisian Udara Stocker, (1994) menjelaskan Mengondisikan udara adalah perlakuan terhadap udara untuk mengatur suhu, kelembaban, kebersihan dan pendistribusiaanya secara simultan guna mencapai kondisi nyaman yang dibutuhkan oleh penghuni yang ada didalammnya. Pengkondisian udara adalah salah satu aplikasi dari refrigerasi. Refrigerasi adalah proses penurunan temperature dan menjaga agar temperature ruang/material
tetap dibawah temperature linkungannya. [Dossat, Roy,J,1981] Pengertian Hemat Energi Hemat energi dalam arsitektur adalah meninimalkan penggunaan energi tanpa membatasi atau merubah fungsi bangunan, kenyamanan, maupun produktivitas penghuninya. Secara lebih luas hemat energi harus dimulai dari masing-masing cara pengoperasian bangunan. Secara umum lebih dari 60 persen energi listrik yang dibangkitkan PLN dikonsumsi oleh permukiman, sehingga apabila peningkatan kenyamanan bangunan ini dalam kajian pendahuluannya dikaitkan dengan penghematan yang ada maka secara nasional akan diperoleh angka-angka yang sangat berarti. Suplai energi yang dibangkitkan relatif stagnan, sementara kebutuhan (demand) meningkat dari tahun ke tahun dan harga energi terus naik sehingga perlu tindakan hemat energi yang dimulai dari tahap pemahamam rancangan, maupun manajemen pemanfaatan energi. Peluang Penghematan Energi Sinaga,N. [1984] menjelaskan peluang penghematan energi pada suatu system pengkondisian udara dapat dilakukan melalui ; penghematan energi pada mesin pendingin, dan penghematan energi pada sistem distribusi udara. Peluang penghematan energi pada mesin pendingin dapat dilakukan anatara lain ; dengan meninjau kembali letak dan posisi evaporator dan kondensor dari mesin AC, apabila letak kedua komponen tersebut terlalu jauh akan menyebabkan meningkatnya nilai losses pada system pemipaan ; memperhatikan peletakan kondensor yang ada diluar ruangan, karena peletakan kondensor yang tidak efektif dan tidak terlindungi akan menyebabkan terjadinya penggunaan energi yang berlebihan pada mesin AC. Peluang penghematan energi pada system distribusi udara dapat dilakukan dengan meninjau kembali pola aliran udara yang ada didalam ruangan yang dikondisikan, dengan mengetahui pola aliran udara yang ada didalam ruangan yang dikondisikan, kita dapat mengefektifkan peletakan posisi evaporator, sehinga distribusi udara dingin yang disemburkan dari evaporator menjadi lebih efisien dan merata. Menurut Nugroho.W [1990], penghematan energi pada system tata udara bangunan jadi ( Existing Building), dapat dilakukan dengan beberapa metoda antara lain: metoda pengendalian operasi; metoda pemeliharaan dan pengelolaan; serta metoda dengan modifikasi. Dua metoda pertama lebih disenangi, karena tidak membutuhkan banyak peubahan pada peralatan yang ada. Penghematan Enegi dengan Mengurangi Udara Segar. Konsumsi energi system tata udara (STU) untuk kebutuan ventilasi (mengkondisikan udara luar) cukup dominan. Besarnya sebanding dengan kuantitas udara luar yang masuk, dengan demikian upaya penghematannya adalah meminimalkan laju aliran udara luar. Upaya-upaya yang dilakukan antara lain: 1. Memeriksa kembali persyaratan ratio penghuni vs laju aliran udara segar. Ratio ini hendaknya berdasarkan: metabolisme pernafasan, menyangkut konsentrasi CO2; tingkat kontaminasi lingkungan, menyangkut bau atau sisa/hasil pembakaran. 2. Meninjau kembali pengendalian laju aliran udara segar. Pengendalian dapat dilakukan dengan setting tetap, dengan secara manual atau otomatis. Penghematan Energi dengan Mengubah Setpoint Suhu Beberapa penelitian menunjukkan bahwa suhu nyaman tergantung pada iklim, musim dan pakaian yang dikenakan.
Misalnya di Indonesia, suhu 26 27ºC masih berada dalam batas nyaman. Dengan demikian kita dapat menaikkan setpoint suhu ruang, sehingga akan didapat penghematan kalor pendinginan sensible. Penghematan Energi dengan Mencegah Pendinginan Berlebihan (Overcooling). Pendinginan berlebihan bukan saja membuang-buang energi, tetapi juga tidak memberikan kenamanan dan kesehatan. Pada saat beban pendinginan ruang berkurang, seharusnya beban total pada koil pendingin juga dikurangi. Hal ini mudah saja dilakukan jika digunakan pengendalian otomatis, misalnya dengan thermostat dan humadistat yang akan mengatur laju aliran udara dikoil pendingin. Penghematan Energi dengan Mengubah Setpoint Kelembaban. Dalam kenyataannya batas kelembaban nyaman bagi manusia berkisar dari 40 hingga 70 % RH, sehingga kita dapat memeriksa kembali setpoint kelembaban ruang dan mengambil RH optimal untuk tujuan nyaman dan hemat energi. Penghematan Energi dengan Mengubah Tingkat Pencahayaan Disipasi panas dari pencahayaan mempunyai kontribusi yang cukup besar pada beban sensible ruangan. Dengan demikian, pengurangan tingkat pencahayaan sampai batas optimal nyaman dan hemat energi ( lebih-kurang 300 lux), serta penjadwalan pencahayaan yang tepat, akan memberikan efek yang positif untuk penghematan energi. Beban Pendinginan Beban Pendinginan adalah jumlah total energi panas yang harus dihilangkan dalam satuan waktu dari ruangan yang didinginkan. Beban ini diperlu- kan untuk mengatasi beban panas external dan internal. Beban panas external diakibatkan oleh panas yang masuk melalui konduksi (dinding, langit-langit, kaca, partisi, lantai), radiasi (kaca), dan konveksi (ventilasi dan infiltrasi). Beban panas internal diakibatkan oleh panas yang timbul karena orang/penghuni, lampu, dan peralatan/mesin. Beban Panas External: Beban Panas External untuk seluruh gedung akibat konduksi, radiasi dan konveksi dapat dihitung dengan menggunakan persamaan sebagai berikut: Konduksi melalui atap, dinding, dan kaca: RSHG = U x A x CLTDcorr x Fc... (1) RSHG = room sensible heat gain (Btu/h). A = luas atap, dinding, kaca (ft²). U = nilai konduktansi bahan (Btu/ ft². F.h). CLTDcorr = CLTD tabel + (78-indoor) + (outdoor-85) ( F). Fc = faktor koreksi. Konduksi melalui partisi, langit-langit, dan lantai: RSHG = U x A x T... (2) A = luas partisi, langit-langit, lantai (ft²). T = temperatur outdoor temperatur indoor ( F). Radiasi melalui kaca: RSHG = A x SC x SCL x Fc... (3) A = luas kaca (ft²). SC = shading coefficient. SCL = solar cooling load (Btu/h.ft²). Ventilasi: RSHG = 1,10 x n x CFM x T RLHG = 4840 x n x CFM x W... (4) Beban Panas Internal Beban Panas Internal untuk seluruh gedung akibat penghuni, lampu dan peralatan, dapat dihitung dengan menggunakan persamaan sebagai berikut: Penghuni: RSHG = n x Qs x CLF RLHG = n x Ql... (5)
Qs = beban panas orang sensibel (Btu/h). Ql = beban panas orang latent (Btu/h). CLF = cooling load factor, untuk orang. Lampu: RSHG = 3,412 x Input x Fu x Fs x CLF... (6) Input = jumlah lampu yang terpasang (W). Fu = lighting use factor. Fs = special allowance factor = 1,20. CLF = cooling load factor untuk lampu Peralatan RSHG = Input x CLFeq... (7) Input = jumlah peralatan yang digunakan (Btu/h). CLFeq. = cooling load factor, untuk peralatan. Ton of refrigeration TR = (RSHG total + RLHG total)/12000... (8) TR = Ton of Refrigeration, kapasitas pendinginan ( TR ) METODE PENELITIAN Metodologi penelitian yang digunakan dalam menyelesaikan masalah ini adalah menghitung kembali beban pendinginan pada dua kondisi yaitu kondisi STU yang telah ada, dan kondisi STU setelah dilakukan perbaikan, dengan mengunakan metode Cooling Load Temperature Difference (CLTD) berdasarkan ASHRAE 1993 Handbook Fundamental. Data yang dipakai pada penelitian ini merupakan data sekunder yang meliputi: Luas lantai, luas permukaan bangunan, volume bangunan, luas permukaan kaca, masing-masing dibedakan antara yang dikondisikan dan tidak. Luas permukaan selubung/fasade, terdiri dari luas dinding dan kaca. Luas tiap-tiap material bangunan arah hadapnya. Jenis bahan, tebal dan warna material selubung bangunan dan atap. Nilai U untuk material yang digunakan baik dinding, kaca dan atap. Nilai koefisien peneduh (SC). Dengan metode ini akan diperlihatkan profil beban pendinginan, juga akan diperlihatkan komposisi beban pendinginan eksternal dan internal yang dialami oleh bangunan, selanjutnya akan dilakukan analisa dari hasil perhitungan. Hasil analisis berupa informasi data beban pendinginan dan profil beban pendinginan dari kedua kondisi yang dimaksud akan disimpulkan apakah sistem tata udara (STU) ruang auditorium Politeknik Negeri Lhokseumawe dapat dilakukan penghematan. Prosedur yang ditempuh dalam penelitian ini antara lain: >Pengambilan data awal ruang auditorium, berupa ukuran ruang, material dinding, atap dan lantai, jumlah sistem penerangan yang digunakan, alat perkantoran, dan lain-lain sebagai data awal perhitungan beban pendinginan > Perhitungan beban pendinginan dari data awal. > Melakukan perbaikan pada system tata udara yang telah dengan beberapa kemungkinan celah penghematan dan menghitung beban pendinginannya > Analisis hasil perhitungan dari kedua kondisi. > Pengambilan kesimpulan. HASIL DAN PEMBAHASAN Data sekunder yang diperoleh berupa: 1. Ukuran dan luas dinding, atap, lantai, kaca, dan jendela kaca ruang auditorium 2. Alat-alat listrik dan lampu penerangan 3. Kapasitas maksimum pengunjung 150 orang Beban Pendinginan dihitung dengan metode Cooling Load Temperature Difference (CLTD), dan dipakai data-data sebagai berikut : Kondisi udara luar Lho kseu maw e diambil Dry Bulb Temperature (DBT) = 34 C, Relative Humidity (RH) = 76 %. Kondisi udara dalam diambil DBT = 25 C, RH = 60 % Beban Pendinginan maksimum terjadi
pada bulan Oktober, pukul 16.00 Wib. Dari data sekunder yang ada dapat dihitung beban Panas External dan Internal dengan memakai rumus (1) sampai dengan rumus (8). Beban Pendinginan maksimum ruangan auditorium hasil perhitungan dapat dilihat pada tabel 1. Tabel 1.Rekapitulasi beban pendinginan No Uraia n Keteran gan HS (Btu/hr) HL (Btu/h 1 Ekster nal Load 2 Intern al Load 3 Total Load Radiasi melalui kaca Tranmisi kalor melalui dinding Langitlangit Lantai 8318,7 r) 4546,8-24255,2-16637,8 - Ventilasi 2673 3245 udara Manusia 31500 21000 Lampu 2346,5 - Sound sistem 2414 - - 92692 24245 Total beban pendinginan adalah : Total HS + Total HL : 92692 + 24245 = 116937 Btu/hr Kapasitas terpasang dari mesin AC didalam ruang auditorium adalah sebesar 61080 Btu/hr (5,09 ton refrigeran), sedangkan hasil perhitungan diperoleh beban pendinginan sebesar 116937 Btu/hr (9,74 ton refrigeran). Ini artinya hasil perencanaan sistem tata udara (STU) ruang auditorium adalah kurang tepat. Celah penghematan energi dilakukan dengan mengurangi beberapa faktor beban pendinginan antara lain: 1. Mengubah tingkat pencahayaan dengan mengganti jenis lampu. 2. Mengubah setpoint suhu didalam ruang dari 25 o C menjadi 27 o C 3. Memperkecil SC (shading of coefficient) pada jendela kaca dan kaca mati, dengan memasang gorden yang lebih gelap 4. Mengurangi infiltrasi udara luar dengan mengurangi pintu dan jendela yang sering dibuka-tutup. Dengan mencoba mengikuti saran diatas, maka kemungkinan pengurangan beban pendinginan dapat dilihat pada tabel 2. Tabel 2. Pengurangan beban pendinginan N o Uraian HS (Btu/hr) HL(Bt u/hr) K et 1 Menggant 173,3 - - i lampu 2 Menguba 11932 - - h setpoint suhu 3 Memperk 755 - - ecil SC 4 Menguran 623 1530 - gi infiltrasi Total Beban 14483,3 1530 - Total pengurangan beban pendinginan adalah sebesar 16013,3 Btu/hr. Dari hasil perhitungan pada tabel 2, maka diperoleh penghematan energi sebesar 4,695 Kw, dari kapasitas terpasang 34,285 Kw. berarti ada penghematan energi sebesar 13,69 % atau lebih kurang 14 %. KESIMPULAN DAN SARAN Dari hasil analisis, dan kajian pada sistem tata udara ruang auditorium lantai III gedung utama Politeknik Negeri Lhokseumawe, maka dapat disimpulkan: 1 Beban pendinginan maksimum pada beban puncak adalah 116937 Btu/hr (9,74 ton refrigeran), sedangkan kapasitas pendinginan terpasang adalah 61080 Btu/hr (5,09 ton refrigeran).
Artinya terjadi kekurangan beban pendinginan sebesar 55857 Btu/hr (4,65 ton refrigeran). 2. Frofil beban pendinginan adalah 92692 Btu/hr berasal dari beban panas sensibel dan 24245 Btu/hr berasal dari beban panas laten. 3. Faktor-faktor yang dapat mengurangi beban pendinginan adalah; mengubah tingkat pencahayaan dengan mengganti lampu hemat energi, mengubah setpoint suhu didalam ruang, memperkecil SC (shading of coefficient) pada jendela kaca dan kaca mati, mengurangi infiltrasi udara luar. DAFTAR PUSTAKA [1] ASHRAE, Hand Book Fundamentals, USA,1993 [2] Dossat, Roy. J, Principle of refrigeration, 2 nd Edition, John Willey and Son, New york, 1981. [3]. Nugroho,W. Studi Sistem Tata Udara Ruang Bersih Dalam kaitannya Dengan Pemakaian Energi, Teknik Fisika ITB, Bandung, 1990 [4]. Stocher, WF, Jones. Jerold. W, Refrigerasi dan Pengkondisian Udara, Erlangga, Jakarta, 1989 [5]. Sinaga. N. Beberapa Peluang Penghematan Energi pada Gedung Belantai Banyak, Jurnal Teknik FT. Undip, Edisi Agustus 1994, hal 42-45