BAB III METODE PENELITIAN

BAB III METODE PENELITIAN Banyak terdapat definisi penelitian tetapi secara umum dapat dikatakan bahwa "penelitian adalah kegiatan / alat untuk memperoleh jawaban / kebenaran mengenai suatu fenomena yang diamati. Metode penelitian meliputi variabel dalam penelitian, model penelitian, model yang digunakan, rancangan penelitian, teknik pengumpulan data dan analisa, cara penafsiran dan menyimpulkan hasil penelitian. Untuk pengambilan data yang diperlukan dan untuk dapat melakukan analisa obyek yang diteliti maka variabel yang teliti meliputi: a. Ventilasi dan pengkondisian udara b.penerangan c.motor listrik (pada lift) d.pompa listrik e.faktor daya f. Kontrol proses ( pengertian umum BAS ) 3.1. VENTILASI DAN PENGKONDISIAN UDARA Kegunaan sistem pengkondisian udara (air conditioning) adalah untuk menjaga kepuasan lingkungan (kondisi udara) di sekitamya dan untuk memberikan kenyamanan kepada pasien, karyawan serta untuk menjaga kualitas (keadaan) udara yang konstan. 3.1.1. Pengertian Ventilasi Keluarnya kalor (panas) pada tubuh manusia sangat dipengaruhi oleh suhu udara di sekitar, suhu permukaan benda yang mengeluarkan kalor yang ada di sekitar, kelembaban dan siklus udara disekitar. Kualitas atau keadaan udara yang ada di sekitar ruangan tersebut harus menjaga kesehatan dan kenyamanan pemakai ruangan. Ventilasi didefinisikan sebagai kegiatan pemasukan udara secara alami atau mekanis ke dalam ruangan. Siklus udara pada ventilasi diambil dari udara luar dan udara yang didaurkan ventilasi biasanya menimbulkan beban listrik yang sangat berarti bagi peralatan- peralatan yang membutuhkan pendinginan atau yang mengeluarkan kalor. 24

Melalui penggunaan yang baik artinya proses siklus penggantian atau perbandingan percampuran udara yang ada dan udara baru yang segar (fresh air)berlangsung dengan baik, dengan memperhatikan tingkat kenaikan udara maka kita sudah dapat melakukan penghematan energi pada bidang ventilasi. 3.1.2. Pengertian Pengkondisian Udara (Air Conditioning) Sistem pengkondisian udara berfungsi untuk menciptakan kondisi udara yang nyaman. Sistem tersebut sangat dibutuhkan dan merupakan syarat mutlak pada gedung perkantoran atau bangunan tinggi (gedung), karena dengan pengkondisian udara dapat menciptakan suatu kerja yang lebih efektif dibanding dengan tidak menggunakannya. Pengkondisian udara nyaman (comfort air conditioning) adalah proses perlakuan terhadap udara untuk mengatur suhu, kelembaban, kebersihan dan pendistribusian serentak guna mencapai kondisi yang nyaman, yang dibutuhkan oleh penghuni yang berada di dalamnya. Pada gedung-gedung atau bangunan besar biasanya menggunakan sistem pengkondisian udara sentral (air handling unit, AHU) dan pada bangunan yang tidak terlalu luas dan tidak besar hanya menggunakan sistem pengkondisian udara sendiri (AC split). Dalam sistem sentral yang besar, air sebagai media yang menghantarkan efek dari siklus refrigerasi. Sirkulasi air pembawa panas dari ruangan melalui AHU ke unit refrigerasi dan sirkulasi air yang serupa membawa air ke menara pendingin untuk pemanasan. Sistem AHU hanya terdiri atas satu atau lebih mesin pendinginan air (water chilling plants) yang diletakan di luar bangunan seperti terlihat pada gambar 3.1. 25

Gambar 3.1. Beban ventilasi dan Pengkondisian Udara 3.1.3. Beban Ventilasi dan Pengkondisian Udara Beban ventilasi dan pengkondisian udara adalah jumlah semua masukan energi sebagai panas ke ruangan atau ruang yang didinginkan. Masukan panas tersebut berasal dari berbagai sumber, dan cara perpindahan panas dapat berlangsung secara konduksi, konveksi dan radiasi. Panas yang diperoleh dapat menguntungkan dan juga dapat merugikan. Panas dapat terjadi secara terus-menerus dalam suatu bangunan. Panas yang diperoleh bergantung pada aktifitas yang dilakukan, peralatan yang mengeluarkan panas serta pengaruh dari lingkungan. Kondisi aliran panas dapat dibedakan berdasarkan pada kondisinya seperti digambarkan pada gambar 3.2 dan gambar 3.3. 26

Gambar 3.2. Aliran panas pada perkantoran, saat musim panas (siang hari) dengan penerangan dimatikan. 3.1.3.1. Sumber-sumber panas Panas merupakan suatu fenomena alam yang tidak dapat dipungkiri yang selalu berpindah dari daerah yang bertemperatur tinggi ke daerah yang bertemperatur lebih rendah. Para pengguna AC haruslah mencegah atau setidaknya meminimumkan terjadinya aliran panas yang tidak digunakan, yang dapat mengganggu kenyamanan dalam bekerja. Sumber-sumber yang menjadi aliran panas adalah: 27

a. Efek surya alami. Perolehan panas alami ini disebabkan oleh penjalaran energi matahari melalui komponen yang tembus atau menyerap cahaya panas matahari. b. Efek transmisi panas. Efek transmisi panas ini disebabkan oleh oleh adanya beda suhu antara kedua elemen bangunan. Aliran panas ini dapat melalui dinding, langit-langit, jendela dan dasar selubung bangunan. c. Mesin atau peralatan. Panas berasal dari mesin atau peralatan yang menghasilkan panas seperti motor fan mesin foto kopi, komputer, TV dan lain-lain. d. Vent ilasi. Sistem ventilasi dapat dibuat secara mekanis ataupun secara manual. Pada ventilasi, udara dapat masuk ke dalam ruangan tersebut yang dapat mempengaruhi kondisi udara ruang tersebut sehingga dapat menambah beban lebih pada mesin pendingin. e. Manusia (penghuni) yang berada di dalam ruangan pasti melepaskan kalor, apapun aktifitas mereka. Sehingga hal tersebut menjadi faktor pembebanan dalam sisten pengkondisian udara (AC). f. Penerangan. Panas disini dihasilkan oleh pelepasan energi oleh lampu atau penerangan buatan (jendela) yang digunakan. Pelepasan panas tersebut memberikan beban pendinginan yang secara langsung berpengaruh terhadap pemakaian energi. Penerangan dapat menjadi faktor pembebanan yang terpenting dalam sistem pengkondisian udara (AC). g. Infiltrasi merupakan perolehan panas yang disebabkan oleh perembesan udara luar ke dalam ruangan yang dikondisikan. Infiltrasi bergantung pada perbedaan tekanan antara bagian dalam dan luar bangunan serta temperatur yang menyebabkan udara hangat mengalir ke atas dalam bangunan tinggi, menariic lebih banyak udara melalu bagian-bagian yang terbuka didasar bangunan dan pada efek angin. 28

Sumber-sumber panas ini dapat dibedakan menjadi dua bagian yaitu panas yang terasa (sensibel) dan panas laten (latent). Panas yang mengalir dari suatu sumber disebut sensibel apabila dapat dirasa sebagai perubahan temperatur ruangan. Panas laten bersifat menaikan atau menurunkan banyaknya uap air yang terkandung dalam udara yang ada dalam ruangan. 3.1.3.2. Profil beban untuk pendinginan Perbedaan panas pada suatu ruangan selalu berubah menurut waktu, jadi beban pada sistem pengkondisian udara selalu bervariasi, baik itu pada waktu beban sensibel maupun beban laten. Variasi ini merupakan proses yang sangat membosankan karena penghuni ruangan tersebut harus mengatur kembali AC sesuai dengan keinginannya Pengkondisian udara tersebut dapat dilakukan dengan menggunakan sistem komputer. Suatu sistem VAC yang baik haruslah tanggap terhadap responsive pada berbagai perubahan sesaat yang terjadi dengan menyesuaikan kapasitas agar ideal dengan penghuni ruangan tersebut. 3.1.3.3. Panas total untuk pendinginan Panas total untuk pendinginan adalah penjumlahan dari panas sensibel dan panas laten. 3.1.4. Kerja Sistem Distribusi Udara Pada VAC Untuk dapat mengendalikan penggunaan energi pada sistem VAC, perlu dimengerti penjelasan dari kerja sistem dan berbagai proses perpindahan energi yang ada di dalam sistem dengan menelusuri terjadinya berbagai sumber dan aliran panas seperti yang ditunjukan pada gambar 3.4. 29

Sebagian mesin pendingin sentral (Chiller) yang mempunyai efisiensi potensial, tinggi, menjadi berkurang efisiensinya karena hilang dalam distribusi dan pengkondisi air dingin (water chiller) namun hal tersebut dapat ditanggulangi dengan isolasi yang baik pada sistem penyalurannya. Pada gambar 3.5. diperlihatkan elemen-elemen dasar sistem VAC. Gambar 3.5 Gambar skematik komponen dari central-station pada mesin AC Sistem VAC menyalurkan udara pendingin atau penata kelembaban ke berbagai ruangan yang membutuhkannya, harus merupakan sistem yang tanggap dimana dilengkapi dengan cara pengaturan volume aliran seperti dipicu oleh mekanisme pengendali yang memantau beban. Pada dasarnya mesin pengkondisian udara ditunjukan secara mekanis pada gambar 3.6. 30

Gambar 3.6. Diagram skematik chiller dan menara pendingin, V1A adalah posisi katup alternatif untuk V1, Tp adalah katup alternatif dari Tp1 ( hanya untuk kasus tertentu ) Temperatur air pendingin dikontrol oleh Tp1 dan pengoperasian sistem evaporat dan panas diambil dan air utama di kondenser. Menara pendingin membuang panas dan mengembalikan air ke kondenser pada temperatur yang ditentukan oleh Tc dengan mengubah posisi katup V 1 yang mengontrol sejumlah menara pendingin. Chiller beroperasi menurut siklus refrigasi. 3.1.5. Sistem Pengendalian Udara (Air Handling Unit / AHU) Sistem pengendalian udara (AHU) merupakan sistem pengkondisian udara yang dapat mendistribusikan udara ke banyak ruangan. Sistem pendistribusi dibedakan menjadi dua bagian yaitu sistem terminal pemanas ulang dan sistem volume variabel seperti masing-masing ditunjukan pada gambar 3.7 dan gambar 3.8. 31

Pada sistem terminal pemanas ulang ini, area pada gedung dengan sebagian besar panas dipindahkan dan diperlukan kelembaban yang rendah untuk menentukan temperatur suplai udara dari unit suplai sentral. Sedangkan pada sistem volume variabel hanya menyalurkan udara panas. 3.1.6. Teknik Pengumpulan Data dan Analisa Pada Sistem VAC Sistem tata udara (VAC) di Rumah Sakit RSCM merupakan tanggung jawab dari bagian maintenance and operational building (MOB). 32

Dari sistem AC yang terdapat pada gedung tersebut, sistem AC sentral merupakan yang pertama diinstalasi. Masing-masing sistem tersebut mempunyai beberapa sistem kontrol otomatis dan juga dapat dikontrol melalui sistem komputer. Sistem kontrol tersebut berfungsi untuk mengatur dan mengoptimalkan untuk kerja dari keseluruhan sistem maupun komponen-komponennya (seperti kompressor, AHU dan lain-lain). Pengukuran pada pengkondisian udara dilakukan pada tiap lantai dan ruangan serta gedung-gedung (yang mendapatkan ijin saja) dengan cara mengukur kelembaban dan suhunya. Sedangkan pengukuran kerja sistem dilakukan secara sinambung terutama pada unit-unit chiller dan menara pendingin untuk mendapatkan karakteristik pembebanan, jam waktu operasi dari sistem dan pemakaian energi listrik. Alat yang digunakan untuk mengukur suhu dan kelembaban tersebut adalah slink phisikometer dan thermometer yang tergabung dalam suatu alat digital sehinga dalam alat tersebut langsung tertera nilai temperatur dan persen kelembaban. Dengan melihat data-data yang diperoleh seperti pada Lampiran A dan Lampiran B serta jadwal yang ada, maka sistem pengkondisian udara dapat dianalisa apakah nila-nilai tersebut telah memenuhi persyaratan efisien atau tidak. Tinjauan yang dilakukan pada tugas akhir ini meliputi beberapa hal yaitu: a. Pengukuran besarnya daya konsumsi pada menara pendinginan b. Perbandingan nilai kelembaban dan suhu dengan standar kenyamanan untuk wilayah tropis yaitu 25 C dan 55 60% c. Pengaruh penurunan kelembaban dan kenaikan suhu terhadap konsumsi energi listrik bagi chiller. 33

3.2. PENERANGAN (LIGHTING) Keadaan yang nyaman pada kondisi kerja sangat dibutuhkan atau dapat dinyatakan sebagai syarat yang harus dipenuhi pada Rumah Sakit dan perkantoran. Keadaan yang nyaman tersebut dipengaruhi oleh dua faktor yaitu faktor internal dan faktor eksternal faktor eksternal merupakan faktor yang tidak dapat ditentukan atau dikontrol karena berhubungan dengan kondisi alam (lingkungan) sedangkan faktor internal dapat dikontrol dan dijaga agar barada pada kondisi khusus yang disesuaikan dengan kebutuhan yang diinginkan, misalnya temperatur ruang, penerangan dan lain-lain. Penerangan merupakan sebagai faktor internal yang perlu diperhatikan bila berbicara masalah kenyamanan. Jumlah cahaya yang kurang cukup atau berlebih dalam suatu ruangan akan memberi pengaruh bagi produktifitas pasien atau penghuni. Bila pencahayaan yang cukup di kontrol maka mata akan bekerja secara normal, sedangkan bila pencahayaan yang kurang atau berlebih dibutuhkan, maka mata dituntut untuk bekerja lebih sehingga akan berdampak kelelahan bagi pekerja. Hal tersebut dapat berpengaruh terhadap produktifitas kerja dan pelayanan. Untuk itu, dalam suatu gedung diperlukan pengaturan tentang jumlah cahaya yang wajar, yang bertujuan untuk memperlambat kelelahan pada mata dan tentunya tidak terlalu banyak menggunakan energi. Pemahaman tentang dasar-dasar penerangan akan memperjelas cara-cara dalam memperbaiki efisiensi sistem penerangan. 3.2.1. Disain Penerangan Terhadap Pemakaian Energi Disain dari suatu penerangan sangat berhubungan dengan: a. Kebutuhan penerangan b. Tingkat pencahayaan 34

Suatu disain penerangan sangat berpengaruh terhadap pemakaian energi. Oleh karena itu disain suatu penerangan harus memenuhi persyaratan sebagai berikut: a. Menetapkan intensitas cahaya yang diperlukan sesuai dengan kebutuhan b. Pemakaian / pemilihan sumber cahaya paling efisien untuk menghasilkan intensitas tersebut. c. Pemusatan cahaya hanya pada tempat dimana aktifitas tertentu itu dilakukan d. Membatasi pemakaian cahaya hanya di tempat atau ruangan dimana aktifitas tertentu itu sedang dilakukan. Disamping hal tersebut, perlu pula ditimbang hal-hal lain yang diikutsertakan seperti pengendalian silaunya cahaya (luminer), temperatur yang dihasilkan, warna lampu dan estetika. 3.2.1.1. Kebutuhan penerangan Pengertian tentang penerangan lampu adalah lampu listrik atau sumber cahaya buatan yang menyalakan cahaya (luminer). Luminer didefinisikan sebagai suatu peralatan yang mendistribusikan, menyaring atau merubah cahaya yang dikeluarkan dalam suatu lampu atau lebih dan termasuk seluruh bagian yang perlu untuk menyangga pemasangan dan perlindungan lampu (tidak termasuk lampu) Penerangan tidak dapat dipisahkan dari sistem yang terdapat di gedung. Kebutuhan penerangan suatu gedung adalah beban listrik yang besar, yang dapat mencapai 30% hingga 50% dari besarnya tagihan listrik. Penerangan menghasilkan panas dan perubahan pengkondisian udara pada ruangan, akan tetapi kebutuhan penerangan pada suatu gedung yang lazim mempunyai profil seperti terlihat pada gambar 3.9 dengan penghematan yang tepat dan cermat terhadap profil ini dapatlah diperoleh betapa banyaknya peluang yang ada bagi penghematan beban penerangan. 35

3.2.1.2. Tingkat pencahayaan Sumber cahaya yang sering digunakan sebagai penerangan gedung adalah flourescent, lampu incandescent (pijar) dan HID (mercury). Tingkat pencahayaan dan efisiensi lampu tersebut seperti ditunjukan pada tabel 3.1 dan tabel 3.2. 36

Tabel 3.1 Tingkat Pencahayaan MACAM PEKERJAAN LUX CONTOH Pencahayaan untuk daerah yang dipergunakan Pencahayaan untuk bekerja di dalam ruangan Pencahayaan setempat untuk pekerjaan yang teliti 20 50 100 200 350 400 750 1000 2000 Iluminasi minimum Parkir dan pejalan kaki di dalam ruangan Kamar tidur pasien / Kamar mandi Membaca dan menulis yang tidak sering dilakukan Pencahayaan umum perkantoran/ ruang untuk membaca dan menulis Ruang Gambar Pembacaan untuk gambar rongsen Gambar yang sangat teliti Pekerjaan secara rinci / operasi pasien TIPE LAMPU Tabel 3.2 Efisiensi Lampu LUMEN / WATT Tanpa Rugi-rugi Balast LUMEN / WATT Dengan Rugi-rugi Balast Lampu tabung fluorescent (10 65 W ) 50-100 30-85 Lampuv compact flourescent 40-65 40 55 Lampu metal halide (250 2000 W ) 65-95 60-90 Lampu low pressure sodium ( 18 200 W ) 100-200 68 143 Lampu high pressure sodium (50 1000 W ) 80-130 60-115 37

3.2.1.3. Teknik pengambilan data Pengukuran yang dilakukan pada tugas akhir ini meliputi hal-hal yang berhubungan dengan sistem penerangan yaitu: a. Pengukuran nilai lux dengan alat lux-meter pada titik-titik lampu. Pada pengukuran ini jenis bangunan yang lebih cenderung sama dianggap sebagai data yang tipical b. Perbandingan antara nilai data yang diperoleh dengan standar yang telah ditetapkan. 3.3. MOTOR LISTRIK (LIFT) Pemakaian motor-motor listrik pada departemen atau gedung merupakan pemakai daya listrik yang besar. Dalam sistem bangunan yang besar (gedung) biasanya menggunakan motor-motor listrik induksi squirrel cage fasa tiga dengan kapasitas daya yang besar. 3.3.1. Teknik Pengambilan Data dan Analisa Sistem Motor Listrik pada Lift Pengambilan data dan analisa pada sistem lift ini dilakukan meliputi beberapa hal diantaranya adalah sebagai berikut: a. Peninjauan jadwal operasi lift b. Pengambilan data persen pembebanan pada lift c. Pengambilan sampel data perbandingan antara daya dengan beban lift d. Analisa penghematan yang dapat dilakukan. 38

3.4. POMPA LISTRIK 3.4.1. Penggunaan Pompa Listrik Pada bangunan dan Departemen, penggunaan pompa listrik biasanya digunakan untuk: a. Air pendingin melalui chiller dan unit-unit perlakuan udara b. Air pendingin melalui kondenser-kondenser dan menara-menara pendingin c. Menyuplai air dari sentral air ke tangki atau tandon yang letaknya diatas semua titik pemakaian atau tangki tekanan d. Pembuangan air kotor dalam suatu bak ke saluran-saluran pembuangan utama. e. Pada unit pemadam kebakaran. 3.5. PERBAIKAN FAKTOR DAYA ( POWER FACTOR ) Perbaikan faktor daya (cos φ ) dilakukan untuk mengurangi konsumsi energi yang digunakan akibat beban induktif yang bersifat tertinggal (lagging). Untuk koreksi faktor daya yang rendah dapat dilakukan dengan pemasangan suatu kapasitor kapasitif yang arusnya akan mendahului (leading). Apabila beban induktif berubah, beban kapasitif haruslah berubah pula karena beban kapasitif yang kurang atau berlebihan dapat menghasilkan efek yang tidak diinginkan. 39

Dari persamaan (2.12) diketahui bahwa: Q kvar kvarh tang φ= atau = atau P kwh kwh dengan mengetahui nilai cos p i, besarnya konsumsi energi sebelumnya (kwh i ) serta besamya cos φ, maka untuk menghitung besarnya konsumsi energi (kwh 2 ) pada cos φ dapat dilakukan dengan menggunakan persamaan berikut : tan φ = kvarh kwh (3.1) kvarh = kwh x tan φ1 dan dari persamaan ( 2.1 ) diperoleh : Dt Ke Wp kvar 2 = Dt x tan φ2 (3.2) kvar 2 = kvar 2 x Wp (3.3) sehingga : kwh kvarh tan (3.4) 3.6. KONTROL PROSES Definisi kontrol proses alami adalah suatu operasi yang mengatur beberapa karakteristik internal yang penting bahwa suatu organisma yang hidup. Sedangkan istilah kontrol proses timbul ketika manusia belajar memakai prosedur-prosedur yang berkenaan dengan pengaturan otomatis pada sistem dengan cara yang lebih efisien. 40

Dengan demikian tujuan dari kontrol proses adalah membuat suatu variabel atau keadaan yang dapat berubah-ubah untuk bisa tetap atau dengan nilai tertentu dan untuk bisa tetap dekat dengan nilai tertentu yang dikehendaki. Efisiensi dan efektifitas kerja suatu sistem tidak terlepas dari ketepatan penerapan sistem kontrol. Pada kontrol proses, digunakan suatu alat bantu dalam operasi alat vital gedung sehingga didapatkan karakter dari pengoperasian alat tersebut seperti: a. Peninjauan besarnya persen beban lift b. Setting temperatur AHU dan operasinya c. Pengoperasian lighting d. Operasi pompa 3.6.1. Kontrol Pengawasan Komputer (Supervisory computer control) Salah satu dari sekian banyak aplikasi komputer adalah pada logging data, dimana komputer dipakai untuk menyimpan data pengukuran yang jumlahnya banyak sekali yang dihasilkan di dalam proses yang kompleks dan untuk menyajikan data untuk pemeriksaan guna menentukan kondisi proses. Perkembangan dari sistem pemasukan data (logging data) komputer melibatkan umpan balik pada komputer melalui penyetelan set-point lok secara otomatis. Pada waktu beban di sistem proses berubah, sering kali menguntungkan untuk mengubah set-point pada loop-loop tertentu guna menaikkan efisiensi atau menjalankan operasi dalam batas tertentu. Sistem seperti ini direpresentasikan pada gambar 3.11, dimana efek diperlihatkan oleh penambahan sistem keluaran data (DOS = Data Output System). Sistem ini mengasumsikan bahwa alat-alat kontrol dan loop-loop analog dirancang guna menerima harga-harga set-point sebagai tegangan yang di skalakan dengan tepat. Dengan memerintahkan saklar yang tepat, komputer mengeluarkan sinyal melalui DAC (Digital Analog Converter) dan multi-plexer merepresentasikan sebuah setpoint baru ke sebuah kontrol yang dihubungkan ke jalur keluaran tersebut. 41

Pada loop yang masih analog tetapi set point yang menentukan performa proses secara keseluruhan diatur oleh komputer tersebut dengan menggunakan harga parameter-parameter sebagai masukannya. Sistem seperti ini disebut kontrol pengawasan komputer (Supervisory Computer Control). 3.6.2 Kontrol Digital Langsung ( Direct Digital Control ) DDC (Direct Digital Control) adalah bentuk dari kontrol data dimana informasi sensor ( feedback ) diberikan oleh komputer digital untuk menghitung perintah kontrol (koresksi) yang diberikan secara langsung untuk mengontrol peralatan seperti katupkatup atau aktuator damper. Dengan kontrol digital langsung, interface antara analog dan digital mereprensetasikan informasi yang didapat pada peralatan setempat misalnya sensor atau aktuator ketinggian. 42

DDC juga lebih cepat dan lebih akurat dalam kontrol dan pemuatan program dari pengontrolan analog. Pada gambar 3.12 merupakan sistem diagram DDC yang menunjukan bahwa loop kontrol analog sudah tidak ada dan set-point ditentukan sebagai suatu harga terprogram dan dibandingkan dengan harga dinamis terukur. 43