BAB II TEORI DASAR Sistem tata udara adalah suatu proses mendinginkan/memanaskan udara sehingga dapat mencapai suhu dan kelembaban yang diinginkan/dipersyaratkan. Selain itu, mengatur aliran udara dan kebersihannya. Sistem penyegaran udara pada umumnya dibagi menjadi dua golongan utama yaitu : a. Penyegaran udara untuk kenyamanan Menyegarkan udara ruangan untuk memberikan kenyamanan kerja bagi orang yang melakukan kegiatan tertentu. b. Penyegaran udara untuk industri Menyegarkan udara ruangan karena diperlukan oleh proses, bahan, peralatan atau barang yang ada di dalamnya. Tata udara meliputi aspek yang lebih luas, sasarannya tidak hanya memberikan rasa sejuk belaka, tetapi kenyamanan, kebersihan udara serta kondisi tertentu untuk keperluan proses di industri atau transportasi. Paling sedikit ada enam aspek yang menjadi tanggung jawab ahli tata udara, yakni: a. Temperatur udara b. Kelembaban udara c. Gerakan aliran udara d. Kadar oksigen dan gas-gas beracun e. Debu dan bau di dalam udara f. Suara (Noise criteria) Dalam aplikasi tata udara hunian, dikenal ada 4 jenis sistem tata udara, yaitu : Sistem udara penuh atau all air system Sistem air penuh atau all water system Sistem udara air atau air water system Sistem refrigeran langsung atau direct refrigerant system Laporan Tugas Akhir 4
Pada sistem udara penuh, fluida yang akan menuju ke ruangan yang dikondisikan adalah udara, tanpa ada fluida lain. All water system hanya akan mengirim air (dingin) saja ke ruangan yang dikondisikan. Air water system akan mengirim udara dan air dingin sekaligus ke dalam ruangan. Pada direct refrigerant system, udara didinginkan langsung di dalam ruangan oleh refrigeran dingin. 2.1. Sistem Udara Penuh (All Air System) Dasar dari konsep sistem udara penuh (all air system) adalah mencatu atau menyuplai udara ke dalam ruangan pada kondisi tertentu sehingga beban pendinginan sensibel dan laten yang ada di dalam ruangan dapat diserap oleh udara catu tersebut. Penyerapan kalor oleh udara catu dalam kondisi dan jumlah yang tepat dapat mempertahankan temperatur dan kelembaban ruangan pada harga yang diinginkan. Karena beban pendinginan ruangan selalu berubah-ubah setiap saat, maka energi yang diserap oleh udara catu juga berubah-ubah. Perubahan ini dapat dilakukan dengan dua cara: Mengubah-ubah debit udara suplai sesuai dengan besarnya beban pendinginan Mengubah-ubah temperatur udara catu sesuai dengan besarnya beban pendinginan. Pada saat diperlukan pendinginan, sistem udara penuh akan mengirimkan udara yang telah mengalami pendinginan dan dehumidifikasi untuk menyerap kalor dan kelembaban udara. Ruangan umumnya diinginkan pada temperatur 24ºC dan kelembaban relatif 50%. Udara yang disuplai ke dalam ruangan umumnya lebih kering atau memiliki kandungan uap air yang lebih rendah dibandingkan dengan udara ruangan. Udara catu biasanya bertemperatur antara 10 sampai 13ºC (dari Carrier Corporation). Sistem udara penuh diklasifikasikan menjadi 2 kategori, yaitu saluran tunggal/ single duct dan saluran ganda/ dual duct. Sistem saluran tunggal dapat dibagi lagi menjadi: Laporan Tugas Akhir 5
Sistem volume konstan, zona tunggal Sistem volume konstan, zona banyak Sistem volume variabel Sistem saluran ganda dapat dibagi menjadi: Sistem saluran ganda, volume konstan Sistem saluran ganda, volume variabel 2.1.1. Keunggulan Sistem Udara Penuh 1. Keadaan pada saat beroperasi tenang dan pemeliharaannya terpusat. Semua peralatan mesin ditempatkan jauh dari ruang yang dikondisikan, sehingga kebisingan yang disebabkan oleh peralatan dapat diminimalisir dan memudahkan pada saat pemeliharaan karena tidak akan mengganggu aktifitas yang ada di ruangan yang dikondisikan. 2. Sistem ini dapat dengan leluasa memanfaatkan udara luar yang dingin (pada tanggal dan jam-jam tertentu) untuk menghemat energi. 3. Perubahan dari siklus pendinginan ke pemanasan (pada negara subtropis) dapat dilakukan dengan mudah. 4. Sistem ini memungkinkan pemberian tekanan positif atau tekanan negatif pada ruangan ruangan dalam bangunan. 2.1.2. Kelemahan Sistem Udara Penuh 1. Memerlukan tempat atau ruang untuk menempatkan saluran udara, sehingga mengurangi pemanfaatan ruang secara optimal. 2. Penyeimbangan (balancing) aliran udara, terutama pada sistemsistem besar lebih sulit dilakukan. 3. Untuk mendapatkan distribusi udara yang baik, diperlukan kerjasama yang baik antara arsitek, perancang struktur, dan perancang mekanik/ HVAC. Laporan Tugas Akhir 6
2.1.3. Aplikasi Sistem Udara Penuh (All Air System) Sistem udara penuh dapat diaplikasikan pada gedung-gedung dengan area yang besar dan membutuhkan sistem kendali tersendiri dalam mengkondisikan ruangan-ruangan di dalamnya. Beberapa contoh gedung yang termasuk dalam aplikasi sistem udara penuh adalah: department store, supermarkets, hotel, gedung perkantoran, gedung bioskop, dan rumah sakit. Sistem udara penuh juga bisa digunakan untuk aplikasi khusus, seperti : ruang bersih (clean rooms), ruang operasi, ruang kontrol/ komputer, dan pabrik tekstil. 2.1.4. Gambar Sistem Udara Penuh (All Air System) Pompa AHU Saluran Udara Ruangan Gambar 2.1. Sistem udara penuh Laporan Tugas Akhir 7
2.2. Sistem Air Penuh (All Water System) All water system adalah suatu sistem tata udara dimana pendingin yang didistribusikan ke ruangan adalah air. Gambar 2.2 adalah merupakan gambar sistem air penuh. Pompa Ruangan FCU Gambar 2.2. Sistem Air Penuh Pada gambar diatas, air didinginkan oleh chiller. Setelah itu, air dingin tersebut disirkulasikan ke ruangan melalui FCU (Fan Col Unit). Di dalam koil FCU, air dingin bertukar kalor dengan udara yang diisap oleh fan dari ruangan sehingga suhu air akan meningkat akibat penyerapak kalor dari udara ruangan. Air tersebut lalu didinginkan oleh chiller dan seterusnya siklus ini berulang-ulang. Udara yang diisap oleh fan tersebut lalu didorong untuk mendinginkan ruangan. Dalam hal ini, udara yang diperlukan untuk ventilasi dimasukkan sebagai infiltran melalui celah-celah pintu atau udara luar yang terisap langsung melalui lubang masuk pada dinding, disebelah belakang fan coil unit udara yang bersangkutan. Hal ini akan menyebabkan ventilasi yang kurang baik. Untuk mengatasi kekurangan tersebut, dalam beberapa hal udara yag diperlukan untuk ventilasi dimasukkan kedalam ruangan melalui saluran khusus. Laporan Tugas Akhir 8
Mengingat karakteristik fan coil unit udara tersebut maka timbul kesulitan pengontrolan kelembaban pada sistem air-penuh, sehingga udara ruangan dapat menjadi terlampau lembab ataupun terlampau kering. Kesulitan ventilasi dan pengaturan kelembaban akan menyebabkan jenis sistem tersebut tidak sesuai untuk melayani gedung yang besar, meskipun harga awalnya rendah. 2.2.1 Keuntungan All Water System : - Tempat untuk sistem AC lebih kecil. - Lebih hemat listrik, suatu ruangan beban pendinginnya diatasi oleh satu FCU, jika ruangannya tidak dipakai FCU dapat dimatikan. 2.2.2 Kerugian All Water System : - Kebocoran pada sistem sulit dideteksi, - Rugi-rugi tekananya tinggi. - Banyak FCU yang harus dikontrol. 2.3 Sistem Udara Air (Air-Water System) Air-water system adalah gabungan dari all water system dan all air system, dan dimaksudkan untuk melengkapi sistem air penuh dengan udara segar dari luar ruangan dengan jumlah atau debit tertentu sesuai dengan kebutuhan. Pengambilan kalor dari dalam ruangan dapat dilakukan oleh air yang dialirkan pada fan coil unit dan oleh kiriman udara yang telah didinginkan dalam AHU kecil. Jadi, sistem ini terdiri atas: AHU, Saluran udara, dan FCU Sistem yang telah dibahas dalam subbab sebelumnya, dimana kondisi ruangan sepenuhnya diatur oleh udara dari sistem penyegaran udara sentral, termasuk dalam golongan sistem udara-penuh (all air system). Dalam sistem udara air, fan coil unit atau unit induksi dipasang didalam ruangan yang akan disegarkan. Air dingin (pendinginan) dialirkan kedalam unit tersebut sehingga menjadi dingin. Selanjutnya udara tersebut bersirkulasi didalam ruangan, demikian pula keperluan ventilasi, udara luar yang telah didinginkan dan Laporan Tugas Akhir 9
dikeringkan dialirkan dari mesin penyegar sentral ke ruangan yang akan dikondisikan. 2.3.1 Keuntungan Sistem Air-Udara : - Untuk memindahkan sejumlah panas yang sama, sistem ini membutuhkan daya pompa dan ukuran pipa yang lebih kecil dibandingkan terhadap sistem udara penuh. Ini disebabkan air mempunyai berat jenis dan panas spesifikasi yang lebih besar daripada udara. - Ruang yang diperlukan untuk penempatan saluran udara lebih kecil, karena untuk mengatasi beban dari ruangan yang akan disegarkan, kebutuhan udara segar yang mengalir dari mesin penyegar udara sentral lebih kecil. - Ukuran mesin dan daya yang diperlukan lebih kecil daripada sistem udara penuh. 2.3.2 Kerugian Sistem Air-Udara : - Biaya awal relatif lebih mahal karena diperlukann saluran khusus untuk mengalirkan air. - Instalasi lebih kompleks 2.3.3 Sistem air-udara dapat dibagi menjadi dua golongan yaitu : a. Fan-Coil Unit System Fan-coil unit system (sistem unit koil-kipas udara) paling cocok digunakan untuk multy room building, seperti : hotel, rumah sakit dan apartemen. Fan coil unit adalah penyegar udara yang digunakan di dalam ruangan, terdiri dari : kipas udara, koil pendingin, dan saringan udara yang terdapat pada satu unit. Air dingin disirkulasikan ke fan coil unit melalui pipa-pipa, sedangkan udara ruangan bersama-sama udara primer dihisap masuk oleh fan, kemudian setelah melalui koil pendingin, udara tersebut dimasukkan kembali kedalam ruangan. Laporan Tugas Akhir 10
Temperatur ruangan tetap dipertahankan oleh thermostat yang mengontol aliran air. Kesulitan sistem fan coil unit adalah dalam hal perawatan dan pemeliharaanya karena kipas, motor penggrak dan perlengkapan listrik lainnya berada dalaam satu unit tersebut. Outdoor primary air Recirculated air Supply air Window Conditioned Space Cooling coil Room air Recirculated air Outdoor air Gambar 2.3. Fan coil unit system (sumber: Tassou, Savvas. Building Service Engineering, Air Conditioning part 2., 2001) b. Induction Unit System Induction unit system (sistem unit induksi) digunakan untuk : perimeter room of multy-story, multy room buliding seperti gedung perkantoran, hotel, rumah sakit dan apartemen. Sistem ini dipasang di dalam ruangan, terdiri dari koil pendingin (secondary water coil), saluran udara primer yang terdapat dalam satu unit. Air dingin disirkulasikan ke unit induksi melalui pipa-pipa sedangkan udara primer berkecepatan tinggi dialirkan oleh beberapa nozzle, karena adanya efek induksi dari pancaran udara koil Laporan Tugas Akhir 11
pendingin sehingga didinginkan, kemudian dicampur dengan udara primer dan masuk kedalam ruangan yang akan dikondisikan. Sistem unit induksi perawatannya lebih mudah, karena tidak terdapat mesin yang bergerak. Tetapi jika rancagannya kurang sempurna dapat mengakibatkan menurunya efek induksi. Gambar 2.4. Air- water induction unit (sumber: Tassou, Savvas. Building Service Engineering, Air Conditioning part 2., 2001) Gambar 2.4 di atas adalah contoh disain sistem udara air dengan cara induksi. Udara luar yang sudah dikondisikan oleh AHU (primary air) dicampur /diinduksi oleh udara hasil pendinginan dari FCU di dalam ruangan. Laporan Tugas Akhir 12
Gambar. 2.5. Sistem induction unit dan proses psikrometrik air-water system (sumber: Tassou, Savvas. Building Service Engineering, Air Conditioning part 2., 2001) Laporan Tugas Akhir 13
Proses psikrometrik yang terjadi pada air-water system dapat dijelaskan dengan memperhatikan gambar 2.5 di atas. Udara luar ditandai dengan titik O, udara luar masuk melalui filter dan kemudian mengalami pendinginan dan pengeringan melalui koil pendingin ditandai dengan titik C. Garis yang menghubungkan O-C merupakan proses cooling and dehumidication. Udara dingin dan kering tersebut disuplai ke dalam indunction unit. Dalam perjalanan menuju titik P, udara mengalami proses pemanasan sensibel yang berasal dari fan dan saluran udara. Udara ruangan yang ditandai dengan titik R masuk ke dalam induction unit melalui koil pendingin dan mengalami proses pendinginan sensibel menuju titik B. Pada tahap ini, udara mengalami percampuran antara udara pada titik B dan udara pada titik P, dan udara hasil pencampuran/ udara yang disuplai ke ruangan ditandai dengan titik S. Laporan Tugas Akhir 14