BAB II TEORI DASAR 2.1 Pengertian Sistem Tata Udara Sistem tata udara adalah suatu sistem yang digunakan untuk menciptakan suatu kondisi pada suatu ruang agar sesuai dengan keinginan. Sistem tata udara muncul akibat adanya kebutuhan manusia akan kenyamanan thermal. Faktor-faktor yang mempengaruhi kenyamanan manusia antara lain: Temperatur tabung kering (dry bulb temperature). Kelembaban Relatif (Relative Humididty). Kebersihan Udara (Air cleanless). Bau (odor level). Temperatur radian rata-rata. 2.2 Jenis-Jenis Sistem Tata Udara Untuk mengatasi masalah yang telah disebutkan diatas. Maka digunakan mesin mesin tata udara. Dalam aplikasi tata udara hunian (yang umum digunakan) dikenal 4 jenis sitem tata udara. Jenis sistem tata udara ini dibedakan berdasarkan cara pengambilan kalor dari dalam ruangan yang akan dikondisikan. Jenis jenis tata udara tersebut yaitu 1. Sistem udara penuh (all air system) 2. Sistem air penuh (all water system) 3. Sistem udara-air (air water system) 4. Sistem refrigeran langsung (direct expansion) 2.2.1 Sistem Udara Penuh (All Air System) Sistem udara penuh adalah sistem pendinginan yang cara pengambilan kalor dari dalam ruangannya dilakukan oleh udara dingin sepenuhnya. Berdasarkan pada prinsip tersebut maka sistem ini menyuplaikan udara dingin keruangan melalui saluran udara. Karena yang disuplaikan keruangan adalah udara dingin maka sistem udara penuh membutuhkan alat untuk pengolahan udara. Alat pengolahan udara yang digunakan biasa dikenal dengan istilah Air Politeknik Negeri Bandung 4
Handling Unit (AHU). Air Handling Unit yang umum digunakan terdiri dari saluran udara masuk (return dan outside), filter, dan kipas untuk menghembuskan udara suplay dan juga koil pendingin yang berfungsi untuk mendinginkan udara yang akan didistribusikan. Dalam proses pendistribusian udara dingin (udara suplai) dari AHU keruangan dibutuhkan saluran udara (duct). Saluran udara perlu di insulasi agar tidak terjadi duct heat gain. Duct heat gain adalah proses merambatnya kalor dari lingkungan ke udara yang ada didalam saluran udara. Hal dikarenakan temperatur udara lingkungan lebih besar dari pada temperatur udara didalam saluran. Kelebihan dari all air system adalah debit udara segar ke ruangan yang dapat dikontrol dan kelembaban udara ruangan pun juga bisa dikontrol. Akan tetapi karean AHU yang ada berfungsi untuk mendinginkan dan menyalurkan udara segar maka ukuran AHU dan duct yang digunakan ukurannya harus besar, sesuai dengan kapasitas yang dibutuhkan. Gambar 2.1 menunjukkan siklus all air system. Gambar 2.1 Siklus all air system Sistem udara penuh memilki siklus proses seperti gambar diatas. Di evaporator chiller, air akan didinginkan. Air yang telah dingin selanjutnya disirkulasikan ke AHU (cooling coil) melalui chilled water pump. Di cooling coil AHU air akan menyerap kalor dari udara yang akan didinginkan. Karena kalor dari udara telah diserap oleh air maka udara tersebut akan mengalami Politeknik Negeri Bandung 5
penurunan temperatur. Selain mengalami penurunan temperatur air juga akan mengalami penurunan kelembaban uap air (dehumidifikasi). Udara yang telah mengalami penurunan temperatur selanjutnya disrikulasikan ke ruangan melalui saluran udara dengan bantuan suplai fan. Diruangan, udara yang disirkulasikan dari AHU akan menyerap kalor dari ruangan. Sebagian kalor ruangan yang diserap oleh udara dari AHU mengakibatkan temperatur di dalam ruangan akan mengalami penurunan. Untuk menjaga agar tekanan udara didalam ruangan tetap normal (sama dengan tekanan lingkungan) maka dibuat saluran udara balik (return duct). Dengan adanya saluran udara balik maka bisa diasumsikan bahwa debit udara yang mengalir ke ruangan sama dengan debit udara yang dikeluarkan dari ruangan. Selain itu saluran udara balik juga membuat kerja dari koil pendingin menjadi lebih ringan, sebab udara dari ruangan memilki temperatur yang lebih rendah dari temperatur udara lingkungan. 2.2.2 Sistem Air Penuh (All Water System) Untuk sistem udara penuh mesin refrigerasi yang digunakan haruslah yang mengahsilkan air dingin. Prinsip sistem tata udara air penuh (all water system) adalah pengambilan kalor dari dalam ruangan dilakukan sepenuhnya oleh air dingin (chilled water). Air dingin yang dihasilkan oleh refrigerator (chiller) kemudian disirkulasikan dengan menggunakan pipa dan pompa air dingin (chilled water pump). Untuk menjaga agar kebocoran kalor pada air dingin tidak terjadi selama pendistribusian maka pipa air dingin harus selalu diinsulasi. Agar sirkulasi dan pengkondisian udara di ruangan maka dapat terjadi secara merata maka dibuatlah sebuah Fan Coil Unit (FCU). Alat ini merupakan sebuah unit pengolah udara sederhana yang terdiri dari kipas, koil (yang berisi air dingin) dan filter. Keuntungan dari all water system adalah hemat tempat karena kontruksinya tidak terlalu besar dan tidak membutuhkan ducting. Meskipun demikian all water system memilki kekurangan yaitu kelembaban udara ruangan susah untuk dikendalikan jika dibanding dengan all air system. Selain itu debit udara segar yang akan dimasukkan ke ruangan juga sedikit sulit untuk Politeknik Negeri Bandung 6
dikontrol. Gambar 2.2 menunjukkan siklus sitem tata udara dengan menggunakan metode all water system. Gambar 2.2 Silkus all water system Dari gambar di atas terlihat bahwa sistem tidak memilki AHU seperti pada sistem udara penuh. Air yang akan disirkulasikan didinginkan di evaporator chiller (liquid cooler). Setelah didinginkan di liquid cooler maka chilled water pump akan mendistribusikan air dingin keruangan melalaui pipa air dingin yang telah dipasang. Setelah air sampai di ruangan, maka air dingin akan menyerap kalor dari ruangan. Setelah mendinginkan udara selanjutnya air akan kembali lagi ke liquid cooler untuk didinginkan kembali. Begitulah selanjutnya siklus berlanjut. 2.2.3 Sistem Air-Udara (Air Water System) Air water system merupakan gabungan dari all air system dan all water system. Prinsip dari air water system yaitu proses pengambilan kalor dari ruangan dilakukan oleh air dan udara. Air water system dimaksudkan untuk melengkapi dan menutupi kekurangan dari all water system. Sistem ini mengalirkan sejumlah udara keruangan sesuai dengan kebutuhan. Sedangkan pengambilan kalor dari ruangan dapat dilakukan oleh koil air dingin yang ada di Fan Coil Unit (all water system). Penggunaan AHU yang ada yang digunakan untuk mengalirkan udara segar ke ruangan pun ukurannya menjadi lebih kecil dari pada AHU yang Politeknik Negeri Bandung 7
digunakan pada all air system, begitu juga dengan ukuran saluran udaranya. Hal tersebut membuat air water system membutuhkan tempat yan lebih kecil untuk penemapatan AHU maupun saluran udara. Gambar 2.3 menunjukkan siklus air-water system. Gambar 2.3 Siklus air-water system Dari diagram di atas terlihat bahwa air dingin dari liquid cooler akan terbagi menjadi dua jalur. Jalur pertama air dingin akan menuju cooling coil yang ada di AHU. Dan jalur yang kedua yaitu air mengalir menuju FCU yang ada diruangan. Di jalur pertama, air akan meyerap kalor dari udara yang akan didinginkan. Setelah udara di AHU mengalami penurunan temperatur udara ini akan didistribusikan ke ruangan yang akan dikondisikan. Dalam hal ini debit udara yang disalurkan ke ruangan tidak sebanyak debit udara suplai pada all air system. Sementara itu air dingin yang ada d FCU juga akan menyerap kalor dari ruangan. Dengan adanya FCU maka udara di ruangan akan menjadi dingin. Untuk menjaga kualitas udara segar dan mengurangi kelembaban udara ruangan kemudian ditambahkan juga udara dingin dari AHU ke ruangan. 2.2.4 Sistem Refrigeran Langsung Prinsip kerja sistem refrigeran langsung atau dikenal dengan istilah direct expansion adalah pengambilan kalor dari ruangan dilakukan oleh Politeknik Negeri Bandung 8
refrigeran secara langsung. Sebagian besar sistem direct expansion hanya baik dan efektif digunakan untuk sistem dengan kapasitas yang kecil. Contoh aplikasi dari sistem direct expansion adalah pada AC split dan AC windows. Kelebihan dari sistem direct expansion seperti AC split dan AC window adalah instalasi yang mudah, tidak membutuhkan tempat yang luas dan tidak membutuhkan komponen tambahan seperti AHU dan saluran udara (seperti pada all air system) ataupun FCU dan pipa air dingin (seperti pada all water system). Akan tetapai sistem direct expansion tidak dapat digunakan untuk jarak yang cukup jauh antara condensing unit dan evaporator. AC split terdiri dari indoor unit dan outdoor unit. Indoor unit terdiri evaporator yang dilengkapi dengan blower. Blower yang dipasang berfungsi untuk membatu proses perpindahan kalor. Sedangkan outdoor unit terdiri dari kompresor, kondensor dan alat ekspansi. Akan tetapi AC split yang memiliki kapasitas yang cukup besar alat ekspansi yang digunakan disimpan dibagian di indoor unit. Gambar 2.4 adalah gambar dari satu unit AC split yang terdiri dari indoor unit dan outdoor unit. Gambar 2.4 AC split Refrigeran dikompresi di kompressor sehingga tekanan dan temperaturnya juga akan naik. Selanjutnya refrigeran masuk kondensor untuk membuang kalor. Karena di kondensor refrigeran membuang kalor maka refrigeran akan berubah fasa dari uap menjadi cair. Setelah refrigeran berubah fasa menjadi cair maka refrigeran akan masuk ke alat ekspansi. Untuk AC split dan AC window alat ekspansi yang biasa digunakan yaitu pipa kapiler. Di alat Politeknik Negeri Bandung 9
ekspansi refrigeran akan mengalami penurunan tekanan sehingga temperaturnya pun akan ikut turun. Setelah itu akhirnya refrigeran akan masuk ke evaporator (evaporator berada didalam ruangan). Di evaporatr refrigeran akan menyerap kalor dari ruangan sehingga refrigeran akan berubah fasa dari cair menjadi uap. Sementara itu ruangan akan mengalami penurunan temperatur karena sebagian kalornya diserap oleh refrigeran. Refrigeran yang sudah berubah fasa menjadi uap akan kembali dihisap oleh kompresor untuk dikompresi dan disirkulasikan kembali. Namun sebelum kekompresor refrigeran akan melewati akumulator. Akumulator berfungsi untuk manampung refrigeran cair yang tersirkulasi dari evaporator agar tidak masuk ke kompresor. 2.3 Proses Pemanasan dan Dehumidifikasi Pemanasan udara adalah proses untuk menaikkan temperatur udara. Proses pemanasan ada 2 yaitu pemanasan sensibel dan pemanasan laten. Pemanasan sensibel adalah proses yang hanya menaikkan temperatur udaranya saja tanpa ada perubahan kandungan uap air, sedangkan pemanasan laten yaitu proses untuk menaikkan temperatur udara sehingga terjadi perubahan kandungan uap air di udara (bisa bertambah dan juga bisa berkurang). Dehumidifikasi yaitu proses untuk mengurangi kandungan uap air yang ada di udara. Proses dehumdifikasi dapat dilakukan dengan berbagai cara salah satunya dengan mendinginkan udara sehingga uap air yang ada di udara akan mengembun. Cara berikutnya juga bisa dengan memanaskan udara menggunakan heater (pemanas). Dengan dipanaskan maka kandungan uap air yang ada di udara juga akan berkurang. Proses pemanasan dan dehumidifikasi pada udara adalah proses untuk menaikkan temperatur udara dan juga mengurangi kandungan uap air yang ada di udara. Dengan proses pemanasan dan dehumidifikasi maka akan menghasilkan udara yang panas dan kering. Selain akan mengurangi kandungan uap air yang ada diudara proses pemanasan dan dehumidifikasi juga akan menurunkan Relative Humidity dari udara yang di proses. Politeknik Negeri Bandung 10
Gambar 2.5 Diagram psikometrik proses pemanasan dan dehumdifikasi Pada gedung tertentu, kebutuhan akan ruangan pemanas atau pengering (drying room) sangat diperlukan baik itu sebagai pengering ataupun untuk kebutuhan tertentu. Ruangan untuk pengering khusus, biasanya memerlukan kelembaban yang rendah. Sedangkan ruangan yang digunakan hanya sabagai ruangan yang hangat tidak membutuhkan kelembaban yang rendah. Agar udara yang masuk keruangan memiliki temperatur yang tinggi dan kelembaban yang rendah maka pada rancang bangun sistem tata udara yang dibuat memanfaatkan udara yang telah didinginkan di evaporator yang selanjutnya dilewatkan melalui heater. Hal ini dilakukan karena udara yang telah melewati koil pendingin kelembabannya akan berkurang. Agar udara menjadi panas maka selanjutnya udara dilewatkan di heater. Jika ruangan hanya akan digunakan sebagai ruangan pemanas biasa maka damper yang membatas antara saluran udara dingin dengan saluran udara hangat ditutup sehingga udara yang melewati heater hanyalah udara luar (outside air). Pada proses ini udara keluaran heater tidak memiliki kelembaban yang rendah. Politeknik Negeri Bandung 11