Kajian Paparan Panas Lingkungan Kerja Terhadap Kenyamanan Termal dan Produktivitas Kerja (Sub judul : Audit Termal Lingkungan Kerja Guna Efisiensi Penggunaan Energi dalam Ruangan)

(1)

(2)

(3)

i Laporan Akhir Hibah Bersaing Tahun ke-3, 2013

RINGKASAN

Audit Termal lingkungan kerja guna efisiensi penggunaan energi dalam ruangan adalah suatu proses analisis yang dilakukan terhadap kondisi lingkungan kerja di dalam ruangan untuk mengetahui pemborosan penggunaan energi. Pada penelitian di tahun ke-3 dana Hibah Bersaing ini, Audit Termal dilakukan di beberapa ruangan kelas yang ada di lingkungan Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara (FT USU). Hasil pengamatan pada salah satu ruangan kelas akan dipaparkan secara detail pada laporan ini. Kondisi panas dan tidak nyaman ditemukan pada ruangan yang diamati walaupun 2 PK–alat pendingin mekanis (air conditioning, AC) telah digunakan. Ketidaknyamanan tersebut mengakibatkan kebutuhan energi mahasiswa selama proses belajar mengajar menjadi lebih besar. Selain itu, penggunaan AC mengakibatkan terjadinya pemborosan penggunaan energi listrik akibat excess air yang berlebihan masuk ke dalam ruangan kelas dari pintu dan jendela kelas yang selalu dibiarkan terbuka.

Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah metoda kuantitatif melalui pengukuran langsung kondisi termal ruangan kelas menggunakan instrumen-instrumen pengukuran dan metoda kualitatif melalui penggunaan kuesioner termal yang diisi selama waktu pengamatan oleh para subjek. Standar Operasi Prosedur (SOP) Audit Termal yang dihasilkan berdasarkan hasil-hasil penelitian selama 2-tahun periode Hibah Bersaing sebelumnya digunakan di dalam pengolahan data. SOP tersebut meliputi 4-tahapan yaitu: Tahap 1). Perhitungan Beban Panas (Heat Load) per-Tenaga Kerja; Tahap 2). Perhitungan Hitung Beban Kerja per -Tenaga Kerja, Tahap 3).Perhitung Jam Kerja Tenaga Kerja, Tahap 4). Perhitung Tingkat Stress Pekerja akibat paparan panas yang terjadi. Pada kasus pengukuran di ruangan kelas pada tahun ke-3 pelaksanaan penelitian Hibah Bersaing ini, tahap ke-4 dari SOP Audit Termal tidak dilakukan karena subjek tidak secara terus menerus terpapar panas. Hasil yang diperoleh dianalisa berdasarkan standar SNI 03-6572-2001 tentang standar kenyamanan ruangan kelas, standar Nilai Ambang Batas (NAB) American Conference Govermental Industrial Hygiene (ACGIH) tentang iklim kerja, standar Effecctive Temperature (ET) dan Operative Temperature (Top) American

Society Heating Refrigerating Air-Conditioning Engineers (ASHRAE) dan International Standard

Organization (ISO) tentang nyaman-termal. Nilai persepsi para mahasiswa setelah rancangan

perbaikan diprediksi menggunakan rumusan Predicted Mean Vote (PMV) dan Predicted Percentages Dissatisfied (PPD) Fanger. Subjek yang berpartisipasi dalm penelitian ini adalah sekitar 424-mahasiswa sebagai pengguna ruangan kelas. Hasil yang diperoleh tidak hanya untuk melakukan audit termal tetapi dikembangkan untuk mengetahui penggunaan energi dalam ruangan (energi tubuh dan energi listrik).

Hasil penelitian yang diperoleh adalah temperatur ruang kelas berkisar antara 28°C sampai 30,36°C. Kelembaban relatif ruang kelas berkisar 66% sampai 75,66%. Kecepatan udara ruang kelas berkisar 0,4 m/s. Suhu bola ruang kelas berada diantara 26,84°C sampai 29,39°C. Kondisi ini mengindikasikan bahwa ruangan kelas terpapar panas. Nilai ET dan Top adalah

(4)

ii Laporan Akhir Hibah Bersaing Tahun ke-3, 2013

PRAKATA

Penelitian Kajian Paparan Panas Lingkungan Kerja Terhadap Kenyamanan Termal Dan Produktivitas Kerja pada tahun ke-3 dana Hibah Bersaing ini dilakukan untuk meneliti mengenai Audit Termal Lingkungan Kerja Guna Efisiensi Penggunaan Energi Dalam Ruangan. Pemilihan sub judul ini dilakukan setelah menganalisa penggunaan Indeks Suhu Bola Basah (ISBB) yang diadopsi dari standar American Conference Govermental Industrial Hygiene (ACGIH) dan digunakan oleh Kementerian Tenaga Kerja sebagai alat ukur iklim kerja yang terpapar panas di beberapa industri manufaktur perlu dilakukan beberapa penyesuaian indikator. Penelitian mengenai hal ini telah dilakukan selama 2-tahun sebelumnya dan hasilnya berupa karya ilmiah telah dipublikasikan di beberapa jurnal dan prosiding Nasional dan Internasional serta berupa produk kalkulator Audit Termal yang dapat digunakan untuk menganalisa heat stress kondisi termal suatu ruangan yang terpapar panas. Pada tahun ke-3 penelitian ini dikembangkan untuk meneliti efek heat stress paparan panas terhadap para pengguna ruangan yang membutuhkan konsentrasi kerja lebih tinggi dibandingkan dengan para pekerja pabrik manufaktur serta meneliti penggunaan energi di dalam ruangan tersebut. Topik ini dipilih berdasarkan fenomena yang sering dialami peneliti sebagai dosen yang mengajar di ruangan kelas. Sering dijumpai ruangan kelas yang telah dilengkapi oleh alat pendingin mekanis atau air-conditioning (AC) tidak mampu menciptakan kondisi nyaman- optimal yang dapat mendukung produktivitas belajar mengajar dan cenderung kondisi ruangan kelas menciptakan rasa lelah setelah jam perkuliahan berakhir.

Metoda yang digunakan dalam penelitian di tahun ke-3 ini banyak menggunakan metoda yang dihasilkan dari tahun sebelumnya yaitu Standar Operasi Prosedur (SOP) Audit Termal. Lokasi pengamatan difokuskan pada beberapa ruangan kelas yang di lingkungan Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara (FT USU). Subjek yang diamati adalah para mahasiswa pengguna kelas yag tidak dibedakan berdasarkan gender. Hasil yang diperoleh diharapkan dapat menjadi suatu masukan bagi pihak fakultas di dalam menentukan regulasi jumlah mahasiswa per-satuan luas kelas dan regulasi setting-temperature AC selama proses belajar-mengajar yang efisien tanpa mengorbankan rasa nyaman dosen dan mahasiswa.

Hasil yang diperoleh dari penelitian ini masih jauh dari sempurna dan masih banyak faktor yang harus dikembangkan guna penyempurnaan analisa audit termal suatu ruangan. Oleh karena itu masukan dan kritikan diperlukan untuk keberlangsungan penelitian selanjutnya.

Akhirul kalam, peneliti mengucapkan terimakasih yang sebesar-besarnya kepada para tim DP2M Dikti yang telah mendanai penelitian ini dari tahun 2011, 2012 dan 2013. Semoga penelitian yang telah dilakukan dapat bermanfaat dan berguna. Serta terimakasih kepada para mahasiswa bimbingan terutama kepada Suriadi Tarigan yang telah banyak membantu pelaksanaan penelitian ini.

(5)

iii Laporan Akhir Hibah Bersaing Tahun ke-3, 2013

DAFTAR ISI

Halaman HALAMAN PENGESAHAN

RINGKASAN ... i

PRAKATA ... ii

DAFTAR ISI ... iii

DAFTAR TABEL ... iv

DAFTAR GAMBAR ... v

DAFTAR LAMPIRAN ... vii

BAB 1. PENDAHULUAN ... 1

BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA ... 4

BAB 3. TUJUAN DAN MANFAAT PENELITIAN ... 20

BAB 4. METODE PENELITIAN ... 21

BAB 5. HASIL YANG DICAPAI ... 27

BAB 6. RENCANA TAHAPAN BERIKUTNYA ... 64

BAB 7. KESIMPULAN DAN SARAN ... 65

DAFTAR PUSTAKA ... 66

(6)

iv Laporan Akhir Hibah Bersaing Tahun ke-3, 2013

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 2.1 Aktivitas dan Kecepatan Metabolisme ... 5

Tabel 2.2. Nilai Resistansi Clothing (Rcl) dari Beberapa Jenis dan Bahan Pakaian ... 7 Tabel 2.3. Keputusan Menteri Tenaga Kerja No. 51 Tahun 1999 Tentang NAB Iklim Kerja ISBB yang Diperkenankan (diadopsi dari ACGIH 1996) ... 12 Tabel 2.4. Penafsiran Indeks Heat Stress (HSI) ... 14

Tabel 5.1. Data Rata-rata Temperatur Udara (°C) ... 28

Tabel 5.2. Data Rata-Rata Kelembaban Relatif (%) ... 29

Tabel 5.3. Data Rata-Rata Kecepatan Udara (m/s) ... 30

Tabel 5.4. Data Rata-Rata Suhu Basah, Suhu Kering Dan Suhu Bola ... 31

Tabel 5.5. Data Personal Mahasiswa ... 33

Tabel 5.6. DataRata-Rata Total Insulation Clothing (Iclo) Mahasiswa ... 34

Tabel 5.7. DataRata-Rata Total Fisiologis Mahasiswa ... 35

Tabel 5.8. DataRata-Rata Total Sensasi Dan Preferensi Termal ... 36

Tabel 5.9. DataRata-Rata Total Sensasi Dan Preferensi Aliran Udara ... 37

Tabel 5.10. DataRata-Rata Total Kenyamanan Termal ... 38

Tabel 5.11. Hasil Perhitungan Dubois Area ... 39

Tabel 5.12. Hasil Perhitungan Pengeluaran Energi ... 40

Tabel 5.13. Hasil Perhitungan Metabolic Rate .... 41

Tabel 5.14. Hasil Perhitungan Mean radiant Temperature (Tmrt) ... 42

Tabel 5.15. Hasil Perhitungan Effective Temperature (ET) ... 43

Tabel 5.16. Hasil Perhitungan Operative Temperature (Top) ... 44

Tabel 5.17. Kategori Beban Kerja Mahasiswa ... 48

Tabel 5.18. Nilai Ambang Batas (NAB) Iklim Kerja Diadopsi dari ACGIH 1996 ... 48 Tabel 5.19. Kategori Kenyamanan Termal Ruang Kelas ... 50

Tabel 5.20. Hasil Perhitungan Operative Temperature (Top) ... 51

Tabel 5.21. Input Parameter Perhitungan PMV dan PPD ... 52

Tabel 5.22. Rekapitulasi Nilai PMV dan PPD ... 54

Tabel 5.23. Jumlah Mahasiswa Selama Waktu Pengamatan ... 56

Tabel 5.24. Kategori Beban Kerja Mahasiswa ... 56

Tabel 5.25. Hasil Perhitungan Beban Daya Pengkondisian Udara ... 57

Tabel 5.26. Perbandingan Kondisi Aktual dengan Rancangan Perbaikan ... 61

(7)

v Laporan Akhir Hibah Bersaing Tahun ke-3, 2013

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 4.1. Kalkulator Audit Termal ... 14

Gambar 4.2. Monogram Koenigsberger ... 15

Gambar 4.3. Windows Microsoft Excell Perhitungan PMV dan PPD Rancangan Hakan Nilsson ... 18

Gambar 4.1. Roadmap Penelitian ... 21

Gambar 4.2. Desain Penelitian ... 22

Gambar 4.3. Kerangka Konseptual Penelitian ... 23

Gambar 4.4. Prosedur Pengumpulan Data Fisik, Fisiologis dan Psikologis ... 25

Gambar 4.5. Langkah-Langkah Pengolahan Data dan Analisis Hasil ... 26

Gambar 5.1. Lay-out dan Titik-Titik Pengukuran Termal Ruang Kelas ... 27

Gambar 5.2. Grafik Temperatur Udara pada Titik-Titik Pengukuran ... 28

Gambar 5.3. Grafik Kelembaban Relatif pada Titik-Titik Pengukuran ... 29

Gambar 5.4. Grafik Kecepatan Udara Titik-Titik Pengukuran ... 30

Gambar 5.5. Grafik Suhu Basah, Suhu Kering Dan Suhu Bola pada Titik-Titik Pengukuran ... 32

Gambar 5.6. Grafik Data Total Personal Mahasiswa ... 33

Gambar 5.7. GrafikRata-Rata Total Insulation Clothing (Iclo) Mahasiswa ... 34

Gambar 5.8. GrafikRata-Rata Total DNI dan DNKMahasiswa ... 35

Gambar 5.9. GrafikRata-Rata Total Suhu Tubuh Mahasiswa ... 35

Gambar 5.10. GrafikRata-Rata Total Sensasi Termal ... 36

Gambar 5.11. GrafikRata-Rata Total Preferensi Termal ... 37

Gambar 5.12. GrafikRata-Rata Total Sensasi Aliran Udara ... 37

Gambar 5.13. GrafikRata-Rata Total Preferensi Aliran Udara ... 38

Gambar 5.14. GrafikRata-Rata Total Kenyamanan Termal ... 38

Gambar 5.15. GrafikRata-Rata Pengeluaran Energi ... 40

Gambar 5.16. Grafik Mean Radiant Temperature ... 42

Gambar 5.17. Grafik Temperatur Efektif Aktual... 43

Gambar 5.18. Grafik Temperatur Operatif Aktual... 44

Gambar 5.19. Grafik Perbandingan Kelembaban Relatif Aktual dengan Kelembaban Relatif Standar ... 45

Gambar 5.20. Nilai ISBB di Awal dan Akhir Kuliah ... 48

(8)

vi Laporan Akhir Hibah Bersaing Tahun ke-3, 2013

DAFTAR GAMBAR (lanjutan)

Halaman

Gambar 5.22. Grafik Perbandingan Temperatur Relatif Operatif dengan

Temperatur Operatif Standar ... 51

Gambar 5.23. GrafikNilai PMV dan PPD ... 53

(9)

vii Laporan Akhir Hibah Bersaing Tahun ke-3, 2013

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman

Lampiran 1. Instrumen Penelitian ... L-1

Lampiran 2. Personalia Tenaga Peneliti dan Kualifikasinya ... L-5

Lampiran 3. HKI : SOP dan Kalkulator Audit Termal ... L-15

Lampiran 4. Artikel Ilmiah: SNTI 2013 ... L-17

Lampiran 5. Artikel Ilmiah CAE PEI 2013 ... L-29

Lampiran 6. Nara Sumber: Workshop PEI 2013 ... L-40

Lampiran 7. Artikel Ilmiah : Dies Natalis FT USU ke-54 ... L-43

Lampiran 8. Artikel Ilmiah: Jurnal PETRA ... L-55

Lampiran 9. Draft Buku “Lingkungan Kerja” ... L-68

Lampiran 10. Hasil Yang Dicapai. ... L-70

(10)

1 Laporan Akhir Hibah Bersaing Tahun ke-3, 2013 BAB 1 PENDAHULUAN

Faktor-faktor manusia (human factors) adalah sistem mengenai hubungan antara

manusia dengan lingkungan kerja dimana ketidaknyamanan termal lingkungan kerja dapat

mengganggu aktivitas manusia (Barnes, 1980). Ketidaknyamanan termal dapat terjadi dimana

saja, seperti di rumah, kantor, ruang kelas, dan restoran. Berdasarkan hasil survey yang

dilakukan oleh Environmental Protection Agency (EPA) pada tahun 2011 diperoleh bahwa

rata-rata manusia menghabiskan sekitar 90 % waktu di dalam ruangan yaitu sekitar 55%

digunakan untuk kegiatan di dalam rumah mulai dari bangun pagi sampai bersiap-siap untuk

pergi bekerja, belajar atau kegiatan lain; sekitar 33% kegiatan di ruang kerja, dan sekitar 4%

kegiatan di ruangan tertutup lainnya. Sedangkan sekitar 8 % adalah kegiatan di luar ruangan.

Data ini diperoleh EPA dari hasil survei yang dilakukan pada gedung-gedung perkantoran,

gedung sekolah atau kelas playgroup, tempat-tempat kerja sukarelawan, dan rumah hunian.

Berdasarkan data tersebut dapat diketahui bahwa kegiatan manusia sehari-hari minimal

sekitar 33% atau sekitar 8 jam adalah berada di ruang kerja. Oleh karena itu kondisi ruang

kerja untuk mendapatkan kinerja yang optimal harus memenuhi kriteria optimal-nyaman.

Salah satunya adalah dengan melengkapi ruangan kerja dengan alat pendingin mekanis yang

disebut air-conditioning(AC).

Menurut American Society Heating Refrigerating Air-Conditioning Engineers

(ASHRAE) 55, 2004 dan International Standarization Organisation (ISO) 7730, 2005

mendefinisikan kenyamanan termal sebagai kondisi pikiran yang mengekspresikan keputusan

terhadap lingkungan termal. Sehingga berdasarkan definisi ini, kenyamanan bersifat sangat

subjektif dari para pengguna. Oleh karena itu menurut buku Ken Parsons (2004),

kenyamanan termal melibatkan tiga aspek meliputi aspek fisik, fisiologis dan psikologis.

Aspek fisik meliputi empat parameter yakni temperatur udara, temperatur radian, kelembaban

dan kecepatan angin dan dua parameter yang bersifat personal yakni jenis pakaian dan jenis

kegiatan. Aspek fisiologis meliputi metabolisme rata-rata dalam tubuh akibat aktivitas atau

lingkungan dan aspek psikologis meliputi sensasi dan preferensi kondisi termal dari

responden. Pada umumnya manusia akan melakukan penyeimbangan termal terhadap ketiga

aspek tersebut untuk mendapatkan kenyamanan dalam bekerja.

Menurut penelitian yang dilakukan oleh D.P. Wyon dalam R.Kosonen (2004)

(11)

2 Laporan Akhir Hibah Bersaing Tahun ke-3, 2013

akan mengakibatkan kehilangan produktivitas lebih dari 10% untuk pekerjaan berfikir.

Selain itu kondisi termal yang tidak nyaman di dalam ruangan menurut Shinichi Tanabe

(2005) dapat menyebabkan kelelahan dan hambatan dalam berfikir dan sakit kepala.

Di sisi lain, penggunaan AC akan berdampak pada bertambahnya penggunaan energi

(listrik). Pencampuran udara yang tidak baik antara udara dingin yang dihasilkan AC dengan

udara yang terdapat dalam ruangan akan mengakibatkan terjadi peristiwa over cooling load.

Jika peristiwa ini terjadi maka beban pemakaian energi listrik akan cenderung meningkat.

Akibatnya adalah terjadi pemborosan pemakaian energi demi tercapainya kenyamanan

termal.

Peningkatan produktivitas kerja melalui perbaikan lingkungan termal telah dilakukan

oleh beberapa peneliti, antara lain dengan studi kasus dari beberapa gedung seperti yang

dilakukan oleh R.L. Hwang (2006) di Taiwan. Hasil yang diperoleh adalah zona temperatur

ruang kelas yang dapat diterima oleh para siswa melalui metode penilaian langsung dan tidak

langsung adalah sebesar 21,1 sampai 29,8°C New Effective Temperature (ET) dan 24,2

sampai 29,3°C ET. Sedangkan berdasarkan penelitian yang dilakukan oleh N.H. Wong

(2002) di Singapura diperoleh hasil bahwa temperatur netral ruang kelas adalah 28,3°C

Operative Temperature (OT). Menurut S. Tanabe (2005) menyatakan bahwa perpindahan

panas secara konveksi terjadi diseluruh titik melalui aliran darah yang diperoleh dari

pengamatan terhadap termal manikin yang memiliki 65 titik thermoregulasi dari 16 segmen

tubuh termal manikin.

Di samping penelitian untuk mengetahui personal-setting temperatur nyaman bagi

para pengguna ruangan tersebut di atas, regulasi penghematan pemakaian energi dalam

bangunan juga telah diatur oleh beberapa negara khusunya untuk ruangan kelas/kuliah.

Antara lain di Taiwan, dimana regulasi setting temperatur ruangan ber-AC adalah 28°C

walau mendapat keluhan dari para siswa karena tidak memenuhi kriteria kenyamanan yang

ditetapkan oleh ASHRAE 55, sedangkan di Jepang adalah 27°C. Sementara di Indonesia

regulasi ini belum ada.

Kasus yang diamati dalam penelitian ini adalah fenomena munculnya

ketidaknyamanan termal dalam beberapa ruang kelas yang berada di Fakultas Teknik (FT)

Universitas Sumatera Utara (USU). Permasalahan pada salah satu ruangan kelas diuraikan

secara detail pada laporan ini. Rata-rata ukuran ruang kelas beraneka ragam yaitu sekitar 70

(12)

dengan kursi kayu yang didesain menyatu dengan meja dan diperuntukkan bagi para

mahasiswa, sepasang meja dan kursi untuk dosen, papan tulis, serta 1 set LCD yang

tergantung di dalam ruangan. Masing-masing deretan kursi dan meja mahasiswa umumnya

terpisah atas 2 sampai 3 blok dengan jarak masing-masing blok sekitar 60 cm untuk jalur

keluar dan masuk ke dalam deretan kursi-meja. Beberapa ruang kuliah ini memiliki fasilitas

pendingin ruangan (AC) yang rata-rata berjumlah 2 unit dengan kapasitas rata-rata

masing-masing 1 PK yang beroperasi dengan baik. Pada beberapa ruangan terdapat kipas angin yang

diletakkan pada bagian atas ruangan untuk membantu sirkulasi udara dalam ruang kuliah.

Sistem pencahayaan ruang kuliah di Fakultas Teknik umumnya menggunakan lampu

fluorescent dengan tingkat intensitas cahaya berkisar antara 100 sampai 220 lux. Jumlah

lampu fluorescent bervariasi dalam ruang kuliah, rata-rata berkisar 12 buah lampu dengan

daya masing-masing berkisar 40 watt. Output cahaya lampu fluorescent ini dapat dipengaruhi

oleh temperatur ruangan dan kelembaban. Sedangkan Balas lampu fluorescent akan

mengeluarkan cukup banyak panas yang dapat membebani alat pendingin mekanis ruangan.

Selain itu, sinar matahari memasuki ruangan melalui jendela dan ventilasi. Jendela ruang

kuliah umumnya terdapat pada dinding belakang dan depan dengan ukuran berkisar 8 m2.

Ketidaknyamanan termal di dalam ruang kuliah sering dirasakan oleh mahasiswa dan

dosen saat proses belajar mengajar berlangsung. Hal ini terjadi karena peristiwa over cooling

akibat ketidakseimbangan antara luas ruang kelas dengan jumlah mahasiswa yang

menggunakan ruangan tersebut. Alat pendingin ruangan yang tidak mampu mendinginkan

ruangan akibat terjadinya peristiwa over excess air. Hal ini antara lain disebabkan oleh sistem

ventilasi ruangan yang kurang baik, pintu ruang kuliah yang selalu terbuka ditambah proses

metabolisme mahasiswa selama proses belajar mengajar. Percampuran udara yang tidak baik

ini dapat mengakibatkan timbulnya paparan panas dalam kelas. Paparan panas yang terjadi

akan berakumulasi dengan panas akibat cahaya lampu fluorescent dan balas yang digunakan

dalam ruangan. Udara dingin tidak mampu berdistribusi secara merata keseluruh ruang

kuliah. Berdasarkan pengamatan pendahuluan ketidaknyamanan termal ini sering

menimbulkan rasa gerah bagi dosen dan mahasiswa selama proses belajar mengajar

(13)

4 Laporan Akhir Hibah Bersaing Tahun ke-3, 2013 BAB 2

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Standar Operasi Prosedur (SOP) Audit Termal

SOP Audit Termal disusun berdasarkan buku Handbook of Human Factors and

Ergonomics Methods edited by Neville Stanton, bab 62 tentang Guidelines for Investigating

Heat Stress dan buku Human Thermal Environments, Second edition by Ken Parsons tentang

Heat Stress Indices darihal 16 s/d 22. Adapun prosedur yang dikembangkan diuraikan berikut

ini :

1. Hitung Beban Panas (Heat Load) per-Tenaga Kerja

Adapun persamaan keseimbangan panas yang direkomendasikan ASHRAE (1989)

adalah sebagai berikut:

M – W = Qsk + Qres = (C + R + Esk) + (Cres + Eres) ... 1)

dimana :

M : tingkat produksi energi metabolisme W : tingkat pekerjaan mekanik

Qsk: total tingkat kehilangan panas melalui kulit Qres: total tingkat kehilangan panas melalui pernafasan C : tingkat kehilangan panas konvektif dari kulit R : tingkat kehilangan panas radiatif dari kulit E

sk : tingkat kehilangan panas penguapan total dari kulit C

res : tingkat kehilangan panas konvektif dari pernapasan E

res : tingkat kehilangan panas penguapan dari pernapasan

Dalam menghitung keseimbangan panas, maka perlu dihitung (C + R + Esk) dan (Cres + Eres). Nilai tingkat pekerjaan mekanik (W) biasanya diasumsikan dengan 0 artinya tidak ada

terdapat pekerjaan yang dilakukan secara mekanik. Nilai M didapatkan dari tabel yang

direkomendasikan oleh Neville Stanton yang ditunjukkan pada Tabel 2.1 berikut

ini.Komponen-komponen yang digunakan dalam perhitungan Beban Panas (Heat Load)

per-Tenaga Kerja

a. Kehilangan panas dari kulit ( C + R + Esk)

Perhitungan kehilangan panas dari kulit dapat dilakukan dengan menghitung kehilangan

(14)

5 Laporan Akhir Hibah Bersaing Tahun ke-3, 2013 i. Kehilangan panas sensible ( C + R)

C = fcl hc (tcl –ta) ... 2)

R = fcl hc (tcl – tr) ... 3)

C + R = fcl h (tcl – to) ... 4)

dimana :

... 5)

dan h = hr + hc ... 6)

Transfer panas aktual melalui baju yang dipakai baik secara konduksi, konveksi dan

radiasi dikombinasikan ke dalam nilai resistansi termal Rcl, maka :

... ... 7)

dikarenakan perhitungan tcl yang membutuhkan perhitungan teknik iterasi yang rumit,

maka dengan mengkombinasikan persamaan 4) dan 7) dapat digantikan nilai tcl dalam

menghitung C+R melalui persamaan:

... 8)

Tabel 2.1. Aktivitas dan Kecepatan Metabolisme

No Aktivitas Satuan

Met W/m2

1 Berbaring 0.8 46

2 Duduk Tenang 1.0 58

3 Tukang jam 1.1 65

4 Berdiri santai 1.2 70

5 Aktivitas biasa ( kantor, rumah tangga, sekolah) 1.2 70

6 Menyetir mobil 1.4 80

7 Pekerja grafis – tukang jilid 1.5 85

8 Berdiri, aktivitas ringan(belanja, lab, industry ringan) 1.6 93

9 Guru, mengajar didepan kelas 1.6 95

10 Kerja rumah tangga (cukur, mencuci, berpakaian) 1.7 100

11 Berjalan di dataran, 2 km/jam 1.9 110

(15)

Tabel 2.1. Aktivitas dan Kecepatan Metabolisme (lanjutan)

No Aktivitas Satuan

14 Berdiri mencuci piring 2.5 145

15 Kerja rumah tangga- mengumpulkan daun di halaman 2.9 170

16 Kerja rumah tangga – mencuci dengan tangan dan

menyetrika (120-220W/m2) 2.9 170

17 Besi dan baja- menuang, mencetak 3.0 175

18 Industri bangunan – membentuk cetakan 3.1 180

Berjalan di dataran, 5 km/jam 3.4 200

20 Kehutanan – memotong dengan gergaji satu tangan 3.5 205 21 Pertanian – membajak dengan kuda 4.0 235

22 Industri bangunan – mengisi pencampuran semen dengan

spesi dan batu 4.7 275

23 Olah raga – meluncur di atas es, 18 km/jam 6.2 360 24 Peranian – menggali dengan cangkul (24 angkatan/menit) 6.5 380 25 Olah raga – ski diantara 18 km/jam 7.0 405 26 Kehutanan – bekerja dengan kapak (2 kg, 33 ayunan/menit) 8.6 500

27 Olah raga – lari 15 km/jam 9.5 550

Sumber: Neville Stanton & Auliciems, Andris and Steven V. Szokolay

di mana

fcl : Faktor area pakaian. Area permukaan dari tubuh yang tertutupi Acl, dibagi dengan area permukaan tubuh yang telanjang/terbuka AD (ND) hc : Koefisien transfer panas konveksi (W m-2K-1)

hr : Koefisien transfer panas radiasi linear (W m-2K-1) h : Koefisien transfer panas gabungan (W m-2K-1) to : Temperatur operatif (°C)

tr : Temperatur radian rata-rata (°C) ta : Temperatur udara (°C)

tcl : Suhu rata-rata pada tubuh yang berpakaian (°C) tsk : Temperatur kulit rata-rata (°C)

Rcl : Resistensi termal dari pakaian (m2K W-1)

Nilai tr diperoleh dari rumus yang ditunjukkan pada persamaan 9) atau 10, atau 11) yang

ditentukan oleh besaran kecepatan angin (v); Nilai ta diperoleh dari hasil pengukuran di

ruang kerja. Sedangkan nilai Rcl diperoleh dari hasil estimasi menggunakan tabel Rcl seperti

(16)

Tabel 2.2. Nilai Resistansi Clothing (Rcl) Dari Beberapa Jenis dan Bahan Pakaian

Jenis Pakaian Resistansi

Clothing (Rcl) Jenis Pakaian

Lengan panjang 0,15 Keseluruhan fiber-pelt 0,55

Tebal, lengan panjang 0,20 Lain-lain

Blus tipis, lengan panjang 0,15 Kaus kaki tebal panjang 0,10

Celana Stoking nilon 0,03

Sumber: Ken Parsons, Human Thermal Environmental

Secara perhitungan, tr dapat dihitung dengan persamaan:

(17)

Rata-rata temperatur kulit (tsk) dapat diestimasi sebagai suatu nilai konstan (misal sekitar

330C untuk kenyamanan dan 360C untuk kondisi stress). Nilai hc untuk orang duduk (seated

person) :

hc = 8.3v0.6 for 0.2 < v < 4.0 hc = 3.1 for 0 < v < 0.2

dimana v adalah kecepatan angin dalam ms-1.

Transfer radiasi panas dengan koefisien radiasi hr ditunjukkan pada persamaan berikut:

3

 = bagian yang dikeluarkan dari permukaan badan (ND)

 sering diasumsikan sebesar 0.95 sampai 1.0 σ = ketetapan Stefan-Boltzmann, 5.67 x 10-8 (Wm-2k-4)

yang berdiri yang digunakan sebagai parameter dasar;

Pada perhitungan tcl yang ditunjukkan pada rumus 7), perhitungan dilakukan dengan teknik

iterasi. Sedangkan nilai hr dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 12 tetapi dapat

juga diestimasi sebesar 4.7 Wm-2K-1 untuk kondisi “typical indoor” atau kondisi normal

dalam ruangan.

ii. Kerugian Panas yang Menguap dari Kulit (Esk)

ASHRAE (1997) memberikan persamaan Esk sebagai berikut:

(18)

Pa = tekanan uap air pada udara ambien (kPa)

Psk,s = tekanan uap air pada kulit, biasanya diasumsikan sebagai uap air jenuh yang terkandung dalam temperatur kulit, tsk (kPa)

Re,cl = resistansi koefisien transfer evaporasi/penguapan panas lapisan pakaian (m2kPa W-1)

he = koefisien tranfer evaporasi/penguapan panas (Wm-2kPa-1) w = kebasahan kulit. Fraksi dari kebasahan kulit (ND)

he dihitung menggunakan persamaan Lewis correlation he = LR hc. Rumusan ini

merupakan pengembangan dari rumusan kesetimbangan panas tubuh pada persamaan

1) yang memasukkan faktor transfer panas akibat udara kering (dry) dan proses

evaporasi/penguapan.

Nilai Pa dapat diperoleh dengan menggunakan rumus berikut:

Pa = Rh x e 18,956 – (4030,18 / (ta+ 235)) ... 15)

Nilai Re,cl adalah parameter dasar yang dapat ditentukan dari Tabel 2.

Sedangkan nilai Psk,s dihitung menggunakan persamaan Antoine yang ditunjukkan

sebagai berikut:

(

………... 16)

dengan nilai rata-rata temperatur kulit (tsk) yang dianggap konstan atau dihitung dnegan

menggunakan model dinamis termal regulasi.

Tingkat kebasahan kulit bervariasi nilainya dari 0,06 jika hanya terjadi proses difusi air

secara alami pada kulit (Edif), hingga nilai 1.0 pada saat kulit benar-benar berada pada

kondisi basah dan mengalami maksimum evaporasi (Emax).

(Emax) dapat dihitung dengan memberikan nilai w = 1.0 pada persamaan 14), sedangkan

tingkat kebasahan kulit dapat dihitung dari persamaan berikut:

max

94 .

0

06 .

0 E

E

w





rsw ... 17)

dimana Ersw = Mrsw + hfg ... 18)

dan

hfg = panas dari uap air = 2430 kJkg-1 pada temperatur 30°C

Mrsw = keringat yang disimpan (kgs-1m-2)

(19)

Evaporasi atau penguapan kulit dan tingkat kebasahan kulit sering dihitung dari persamaan

keseimbangan panas dalam bentuk Wreq (kebasahan yang diperlukan) atau Ereq (evaporasi

yang dibutuhkan) untuk menjaga tubuh dalam kondisi panas yang seimbang. Kedua nilai Wreq

dan Ereq dapat dihitung dengan menentukan Ersw menggunakan persamaan 18) dan juga

dimana nilai n menunujukkan kondisi netral dan,

WSIGb = tb– tb,n untuk tb > tb,n

WSIGsk = tsk– tsk,n untuk tsk > tsk,n

dan temperatur tubuh tb = αtsk + (1- α) tcr. α merupakan nilai rata-rata dari temperatur kulit

dan temperatur ini (core temperature) dengan nilai α tergantung derjat pengembangan

pembuluh darah (vasolidation) yaitu :

tsk,n = 33.7 0C untuk temperatur kulit orang dalam kondisi netral a

tcr,n = 36.8 0C untuk temperatur inti (core temperature) dalam kondisi netral

nilai α = 0.2 untuk kondisi seimbang secara termal, sedangkan

nilai α= 0.1 dalam kondisi pembuluh darah mengalami pengembangan (vasodilation) dan

nilai α= 0.33 dalam kondisi pembuluh darah mengalami penyempitan (vasoconstriction).

Dari nilai-nilai kondisi temperatur kulit di atas dapat ditentukan nilai temperatur tubuh

dengan kondisi netral atau tb,n dengan perhitungan sebagai berikut:

Tb,n = (0.2 x 33.7) + (0.8 x 36.8) = 36.18 0C

b. Panas yang hilang akibat Proses Pernafasan (Cres + Eres)

Kehilangan panas (heat loss) akibat proses pernafasan disebabkan oleh terjadinya

proses transfer panas oleh udara dingin yang dihirup (inhale), dipanaskan oleh temperatur inti

pada paru-paru, dan ditransfer kembali ke udara melalui proses pelepasan (exhale) yang

dinotasikan sebagai Cres.

Catatan: udara yang masuk ke dalam tubuh akan dilembabkan (sampai titik jenuh) di dalam

paru-paru. Ketika tubuh mengeluarkan udara pada proses pernafasan akan terdapat sejumlah

(20)

ASHRAE (1997) memberi persamaan untuk total kehilangan panas akibat proses pernafasan

sebagai berikut :

dalam Celcius adalah merupakan parameter-parameter dasar yang diukur dan ditentukan oleh

tabel.

2. Hitung Beban Kerja per -Tenaga Kerja

Atau hitung beban kerja setiap operator menggunakan rumus :

Y = 1,80411  0,0229038 X + 4,71711 . 10-4 X2………... 21)

dimana:

Y = Energi (kkal/menit)

X = Kecepatan denyut jantung (denyut/menit)

Diambil dari Perhitungan beban kerja pada operator dilakukan dengan menggunakan

pendekatan fisiologi, yaitu metode penilaian secara langsung yang rumusnya adalah:

Kategori beban kerja berdasarkan konsumsi energi adalah sebagai berikut:

Beban kerja ringan : 100200 kkal/jam

3. Hitung Jam Kerja Tenaga Kerja

Jam kerja tenaga kerja dihitung berdasarkan perhitungan Indeks Suhu Bola Basah

(ISBB). Rumus ISBB atau Wet Bulb Globe Temperature, WBGT diperoleh dari buku

Handbook of Human Factors and Ergonomics Methods edited by Neville Stanton, et al hal.

62-3 poin 62.4.1 yang diambil dari ISO 7243 (1989) dan ACGIH (1992). Walaupun metoda

ini banyak digunakan di Amerika untuk mengetahui tingkat heat stress dan dalam bahasa

(21)

Kementerian Tenaga Kerja seperti ditunjukkan pada Tabel 2.3. Rumus-Rumus yang

digunakan adalah sebagai berikut:

Untuk kondisi di dalam dan luar ruangan tanpa beban radiasi matahari, maka:

ISBB : 0,7 suhu basah alami + 0,3 suhu bola ...……... 22)

Untuk kondisi luar ruangan dengan beban radiasi matahari,

ISBB = 0,7 suhu basah alami + 0,2 suhu bola + 0,1 suhu kering ...23)

Tabel 2.3. Keputusan Menteri Tenaga Kerja No. 51 Tahun 1999 Tentang NAB Iklim Kerja ISBB yang Diperkenankan

(diadopsi dari ACGIH 1996)

Pengukuran Waktu Kerja setiap Jam Indeks Suhu Bola Basah (ISBB)OC

Waktu Kerja Waktu Istirahat Beban Kerja

Ringan Sedang Berat Beban kerja terus-menerus

(8 jam/hari) - 30,0 26,7 25,0

75% 25% 30,6 28,0 25,9

50% 50% 31,4 29,4 27,9

25% 75% 32,2 31,1 30,0

Sumber: Surat Keputusan Menteri Tenaga Kerja Nomor: Kep-/MEN/1999

4. Hitung Tingkat Stress Pekerja akibat Efek Termal

Tingkat stress pekerja dihitung menggunakan Indeks Stress akibat Panas atau Heat Stress

Indeks (HSI).

Prosedur perhitungan HSI adalah sebagai berikut:

a. Hitung Mean Radian Temperatur (tr), dengan rumus 9) sampai 11) sebelumnya.

, untuk v = 0 m/s atau mendekati 0 m/s. tr tg 0, 5 10 0, 5- , untuk v ≤ 0,15 tr tg 1,1 10 v

0,

d0, tg-ta 0, 5

- , untuk v > 0,15 m/s

dimana:

ta = Temperatur Udara (oC) tg = Temperatur Globe (oC) v = Kecepatan Angin (m/s)

(22)

b. Hitung Tekanan Udara [Pa] (kPa) dengan rumus

Pa = Rh x e 18,956 – (4030,18 / (ta+ 235)) ... 24)

dimana,

Rh = Kelembaban (%)

c. Hitung RadiatonLoss (R), dengan rumus

R = k1(35-tr) Wm-2 , ... 25)

dimana, k1 = faktor pengali radiasi. (k1 clothed =4,4 dan k1 unclothed = 7,3)

d. HitungConvection Loss (C), dengan rumus

C = k2v0.6(35-ta) Wm-2, ... 26)

dimana,

k2 = faktor pengali konveksi.( k2 clothed =4,6 dan k2 unclothed = 7,6)

e. Hitung Maximum Evaporative Loss (Emax), dengan rumus

Emax = k3v0.6(56-Pa) Wm-2, ... 27)

dimana

k3 = faktor pengali evaporasi. (k3 clothed = 7,0 dan k3 unclothed = 11,7)

f. Hitung Required Sweat Loss (Ereq), dengan rumus

Ereq = M – R - C ... 28)

dimana, M = Metabolic Rate; R = Radiation Loss ; C = Convection Loss

Sehingga didapat nilai Heat Stress Index (HSI), dengan rumus:

HSI = (Ereq/ Emax)x100% ... 29)

Berdasarkan hasil nilai HSI efek dari paparan panas yang terjadi dapat dilihat berdasarkan

(23)

Tabel 2.4. Penafsiran Indeks Heat Stress (HSI)

NO HSI

(%) EFEK UNTUK 8 JAM PAPARAN ATAU LEBIH 1 -20 Terjadi tekanan dingin

2 0 Tidak ada tekanan panas

3 10-30 Tekanan panas yang rendah (memberikan efek kecil untuk pekerjaan fisik dan memungkinkan juga untuk pekerjaan yang membutuhkan ketelitian)

4 40-60 Tekanan panas yang mengganggu, akan membahayakan kesehatan jika kondisi badan tidak fit (membutuhkan penyesuaian)

5 70-90 Tekanan panas yang sangat mengganggu dan berbahaya untuk kesehatan (dianjurkan untuk meminum air putih sebanyak-banyaknya dan mengkonsumsi garam secukupnya)

6 100 Tekanan maksimum untuk badan yang fit dan sudah penyesuaian

7 di atas 100

Batas atas dan akan menaikkan temperatur tubuh sedikit demi sedikit.

SOP Audit Termal di atas dapat dihitung dengan menggunakan kalkulator Audit Termal yang

dihasilkan pada penelitian ini seperti ditunjukkan pada Gambar 2.1.

(24)

2.2. Effective Temperature (ET)

Standar ASHRAE untuk temperatur efektif didefinisikan sebagai temperatur udara

ekuivalen pada lingkungan isotermal dengan kelembaban udara relatif 50%, dimana orang

memakai pakaian standar dan melakukan aktifitas tertentu akan menghasilkan temperatur

kulit dan kebasahan kulit yang sama. Temperatur efektif merupakan indeks lingkungan yang

menggabungkan temperatur dan kelembaban udara menjadi satu indeks yang mempunyai arti

bahwa pada temperatur tersebut respon dari orang pada kondisi tersebut adalah sama,

meskipun mempunyai temperatur dan kelembaban yang berbeda, tetapi keduanya harus

mempunyai kecepatan udara yang sama. Zona kenyamanan termal untuk daerah tropis dapat

dibagi menjadi:

Sejuk Nyaman, antara temperatur efektif 20,5°C~22,8°C

Nyaman Optimal, antara temperatur efektif 22,8°C~25,8°C

Hangat Nyaman, antara temperatur efektif 25,8°C~27,1°C

Penentuan nilai Effective Temperature (ET) atau temperatur efektif dapat

menggunakan monogram Koenigsberger yang memadukan suhu basah, suhu kering dan

kecepatan udara.

Gambar 2.2. Monogram Koenigsberger

Andris Auliciems dan Steven V. Szokolay menghitung Effective Temperature (ET) dengan

menggunakan persamaan sebagai berikut:

ET = Tdb– 0.4(Tdb– 10)(1-RH/100) ... 30)

(25)

2.3. Operative Temperature (Top)

Temperatur operatif adalah temperatur umum dari lingkup lapisan/pemukaan hitam

terhadap penghuni suatu tempat dan akan memberikan perasaan kenyamanan termal yang

sama dengan kondisi udara yang dimaksud. Temperatur operatif telah mempertimbangkan

panas radiasi. Temperatur operatif merupakan temperatur rata-rata dari temperatur radiasi

rata-rata dan temperatur udara kering ruangan untuk kecepatan udara yang rendah ( Va = 0,1

m/s). Untuk kecepatan udara yang lebih besar perhitungan temperatur operatif dapat

menggunakan persamaan sebagai berikut:

Top = A.Ta + (1-A).Tmrt ... 31)

dengan: Top = Temperatur operatif (°C)

Ta = Temperatur udara (°C)

Tmrt = Temperatur radiasi rata-rata (°C)

Nilai A = 0,5 untuk Va<0,2 m/det; A = 0,6 untuk 0,2 m/det <Va<0,6 m/det; A = 0,7 untuk 0,6 m/det <Va<0,2

m/det.

Batas kenyamanan termal temperatur operatif musim dingin berkisar antara

20°C sampai 23,5°C pada kelembaban udara relatif 60% dan berkisar antara 20,5°C sampai

24,5°C pada 20°C titik jenuh dan dibatasi oleh temperatur efektif 20°C sampai 23,5°C. Batas

kenyamanan termal temperatur operatif musim panas berkisar antara 22,5°C sampai 26°C

pada kelembaban udara relatif 60% dan berkisar antara 23,5°C sampai 27°C pada 20°C titik

jenuh dan dibatasi oleh temperatur efektif 23°C sampai 26°C. Untuk perancangan umumnya

diambil 25°C±1°C.

2.4. Indeks Predicted Mean Vote (PMV) dan Predicted Percentage Dissatisfied (PPD)

Profesor P.O. Fanger (1970) dalam Stanton et al (2005) telah membuat skala dan

rumus untuk menilai tingkat kenyamanan ruangan. Dia membuat skala PMV (Predicted

(26)

17 Laporan Akhir Hibah Bersaing Tahun ke-3, 2013 dimana temperatur permukaan pakaian (tcl) adalah:

tcl = ... 36)

tsk = 35,7 - 0,028(M-W) ... 37)

dimana perpindahan panas konveksi (hc) dilakukan dengan pemilihan nilai yang

sesuai yaitu:

untuk ... 38)

untuk

Dimana rasio permukaan pekerja ketika berpakaian, dengan area permukaan ketika

tidak berpakaian dilakukan dengan pemilihan nilai yang sesuai yaitu:

1,00+1,29Icl untuk Icl≤ 0,0 m2oC/W Icl = Thermal resistance of clothing, faktor pakaian yang dipakai(clo) fcl = Faktor area pakaian tcl = Temperatur permukaan pakaian (°C)

Ec = Pertukaran panas penguapan kulit saat sensasi netral (W/m2) Cres = Pertukaran panas konvveksi (W/m2)

Eres = Pertukaran panas evaporasi (W/m2) H = Kehilangan panas melalui kulit (W/m2)

Perhitungan PMV dan PPD sangat tidak praktis secara manual karena harus melakukan

perhitungan iterasi. Hakan Nilsson dari Departemen Teknologi dan Lingkungan Bangunan,

Laboratorium Ventilasi dan Kualitas Udara Universitas Gavle telah membuat formulasi pada

SpreadsheetMicrosoft Excel untuk menghitung PMV dan PPD.

(27)

Gambar 2.3. WindowsMicrosoft Excel

Perhitungan PMV dan PPD Rancangan Hakan Nilsson

Untuk melakukan perhitungan PMV dan PPD dibutuhkan enam input parameter yang

telah dihitung di atas yaitu temperatur udara (Ta), temperatur radiasi rata-rata (Tmrt),

kelembaban relatif (RH), kecepatan udara (Va), metabolic rate dan insulasi pakaian

(clothing). Kenyamanan termal berdasarkan ISO 7730 dan ASHRAE 55 dapat dicapai apabila

nilai PMV = 0, dimana pada kondisi ini nilai PPD (persentase responden yang merasa tidak

nyaman) mencapai 5%. Kenyamanan termal dapat ditoleransi apabila nilai PMV berada

diantara -0,5 hingga +0,5, dimana pada kondisi ini nilai PPD mencapai 10% atau persentase

responden yang nyaman mencapai 90%. ISO 7730 menilai rata-rata sensasi termal dalam

tujuh skala sensasi termal yaitu panas (3), hangat (2), sedikit hangat (1), netral (0), sedikit

sejuk (-1), sejuk (-2), dingin (-3).

2.5. Pengendalian Kenyamanan Termal

Pengendalian kenyamanan termal terhadap tenaga kerja perlu dilakukan untuk

perbaikan tempat kerja. Di samping juga dimaksudkan untuk menilai efektifitas dari sistem

pengendalian yang telah dilakukan di masing-masing tempat kerja (Tarwaka, 2004).

Teknik pengendalian terhadap pemaparan tekanan panas di perusahaan dapat

dijelaskan sebagai berikut:

1. Mengurangi faktor beban kerja dengan mekanisasi

2. Mengurangi beban panas radiasi dengan cara:

a. Menurunkan temperatur udara dari proses kerja yang menghasilkan panas.

b. Relokasi proses kerja yang menghasilkan panas.

(28)

3. Mengurangi temperatur dan kelembaban. Cara ini dapat diakukan melalui ventilasi atau

pendinginan secara mekanis. Cara ini telah terbukti secara dramatis dapat menghemat

biaya dan meningkatkan kenyamanan (Bernard, 1996 dalam Tarwaka, 2004)

4. Meningkatkan pergerakan udara. Peningkatan pergerakan udara melalui ventilasi buatan

dimaksudkan untuk memperluas pendinginan evaporasi, tetapi tidak boleh melebihi 1,2

m/detik. Sehingga perlu dipertimbangkan bahwa menambah pergerakan udara pada

temperatur yang tinggi (> 40oC) dapat berakibat kepada peningkatan panas.

2.6. Pengkondisian Udara

Salah satu tujuan pemasangan ventilasi adalah membantu mendapatkan kenyamanan

termal. Ventilasi merupakan proses untuk mencatu udara segar ke dalam bangunan gedung

dalam jumlah yang sesuai dengan kebutuhan. Suatu ruangan yang layak ditempati harus

dilengkapi dengan ventilasi alami atau ventilasi mekanis. Salah satu ventilasi mekanis yang

biasa digunakan saat ini adalah pengkondisian udara atau Air Conditioning (AC). Perhitungan

kebutuhan jumlah pengkondisian udara dilakukan dengan menghitung beban kalor yang ada

di ruangan. Beban kalor dalam suatu ruangan secara sederhana dapat dihitung dengan rumus

sebagai berikut:

Qbeban = Qluas ruang + Qorang + Qpencahayaan + Qlain ... ... 39)

dengan:

Qbeban = Total beban kalor

Qluas ruang = Beban kalor untuk luas ruangan

Qorang = Beban kalor untuk aktifitas pengguna ruangan Qpencahayaan = Beban kalor untuk pencahayaan ruangan

(29)

TUJUAN DAN MANFAAT PENELITIAN TAHUN KE-3

3.1. Adapun tujuan dari penelitian tahun ke-3 adalah:

a. Melakukan pengukuran dan mempelajari karakteristik kondisi fisik termal beberapa

ruangan kuliah yang berada di lingkungan Fakultas Teknik USU yang mengalami

paparan panas.

b. Melakukan analisis pengaruh paparan panas secara psikologis terhadap kenyamanan

dan tingkat produktivitas mahasiswa di ruang kuliah.

c. Melakukan implementasi hasil Standar Operasi Prosedur (SOP) Audit Termal usulan

untuk mengkaji hubungan antara kondisi termal, kenyamanan mahasiswa selama

proses belajar mengajar akibat terjadinya paparan panas.

d. Melakukan langkah-langkah pemetaan penggunaan energi di ruang-ruang kuliah serta

rekomendasi upaya-upaya penghematannya.

3.2. Adapun manfaat dari penelitian tahun ke-3 adalah:

a. Pengembangan metoda analisis paparan panas dari metoda parsial yang umumnya

hanya menggunakan metoda Indeks Suhu Bola Basah (ISBB) menjadi metoda total

yang diatuangkan dalam Standar Operasi Prosedur (SOP) Audit Termal yang

mencakup keseluruhan aspek fisik termal, psikologis pekerja/pengguna ruangan,

aktivitas dan beban kerja, serta stress kerja.

b. Penerapan SOP Audit Termal pada beberapa kasus paparan panas di lantai produksi

beberapa pabrik dan juga kasus di beberapa sekolah. SOP ini merupakan

langkah-langkah perhitungan secara empiris tanpa memerlukan data fisiologis yang sulit

diukur untuk kasus-kasus nyata di lapangan.

c. Penerapan SOP Audit Termal ini disusun dalam upaya ikut serta menggalakkan “Pendidikan Standarisasi” yang disosialiasikan oleh Badan Standarisasi Nasional (BSN).

d. Pengembangan upaya-upaya penghematan pemakaian energi terutama energi listrik

(30)

METODE PENELITIAN

4.1. Roadmap Penelitian

Adapun penelitian kajian paparan panas pada tahun ketiga dilakukan mengikuti roadmap

penelitian yang ditunjukkan pada Gambar 4.1.

Mulai

2011

Kajian Pengukuran di Perusahaan Manufaktur

1. Mempelajari pengaruh paapran panas dari data termal terhadap kenyamanan dan produktivitas

pekerja.

2. mengklasifikasi karakteristik paparan panas dari jenis proses

produksi

3. melakukan kajian hubungan antara kondisi termal, kenyamanan

dan produktivitas kerja

2011

Kajian Pengukuran di Perusahaan Manufaktur

Kajian Pengukuran di Ruangan Kelas + Manufaktur

1. mempelajari pengaruh paparan panas dari data termal terhadap kenyamanan dan produktivitas

pekerja

2. mengklasifikasi karakteristik paparan panas dari desain dan luas

ruang kelas/kuliah 3. melakukan kajian hubungan antara kondisi termal,kenyamanan

dan produkivitas kerja

2012

Kajian Pengukuran di Ruangan Kelas + Manufaktur 1. Usulan ISSB berdasarkan data di perusahaan dan sekolah/raung kuliah 2. penerapan durasi waktu kerja/

istiahat berdasarkan NAB menggunakan ISSB usulan

2013 Kajian Paparan Panas 1. Evaluasi hubungan antara data

Termal kenyamanan dan produktivitas di industri manufaktur

dan ruangan kelas/kuliah 2. pengukuran dan evaluasi nilai

ISSB dan NAB

Selesai

(31)

22 Laporan Akhir Hibah Bersaing Tahun ke-3, 2013 2. Rotasi Operator pada RuangKerja

Gambar 4.2. Desain Penelitian

4.3. Design/Metode Penelitian

Objek dari penelitian ini adalah ruang kelas J17. 203 dan mahasiswa Departemen

Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara (DTM FT USU).

Populasi dan Sampel

Populasi penelitian ini adalah keseluruhan mahasiswa pengguna ruang kelas J17 203

DTM FT USU. Penetuan sampel dalam penelitian ini dilakukan secara non probability

(32)

sampling yaitu judgement sampling. Hal ini mempertimbangkan populasi yang bersifat

homogen karena mahasiswa DTM FT USU memiliki karakteristik seperti jenis kelamin,

umur dan suku/bangsa (ethnic) yang relatif sama (uniform).

Kerangka Konseptual

Faktor Fisik

(Temperatur, Kelembaban, Kecepatan Udara dan Temperatur Radiasi Rata-rata)

Faktor Fisiologis (Pengeluaran Energi dan

Metabolisme Rata-rata)

Kenyamanan Termal

Faktor Psikologis (Sensasi, Preferensi

Termal)

Rancangan Perbaikan Ruang Kelas

Gambar 4.3. Kerangka Konseptual Penelitian

Variabel Penelitian

Variabel-variabel yang dibutuhkan dalam pengukuran adalah variabel terikat dan variabel

bebas.

1. Variabel terikat adalah kenyamanan termal

2. Variabel bebas

a. Temperatur udara (Ta), kecepatan udara (Va), kelembaban (RH), temperatur

radiasi rata-rata (Tmrt).

b. Pengeluaran energi, metabolisme rata-rata

c. Sensasi dan preferensi termal.

Definisi Operasional

1. Kenyamanan termal atau thermal comfort adalah kondisi pikiran yang mengekspresikan

(33)

2. Temperatur udara atau air temperature (Ta) adalah temperatur udara disekitar penghuni

atau pemakai suatu tempat.

3. Kelembaban relatif atau relatif humidity (RH) adalah rasio dari sebagian tekanan (atau

kepadatan) uap air di udara dengan tekanan jenuh (atau kepadatan) uap air pada

temperatur yang sama dan tekanan total yang sama.

4. Kecepatan udara atau air velocity (Va) adalah rata-rata kecepatan udara pada saat itu

pada saat interval tertentu.

5. Temperatur radiasi rata-rata atau mean radiant temperature (Tmrt) adalah temperatur

permukaan umum dari sebuah lingkup lapisan/permukaan hitam yang mana penghuni

akan bertukar sejumlah panas karena bentuk yang berbeda.

6. Insulasi pakaian atau insulation clothing (Icl) adalah adalah resistansi sensibel transfer

panas yang bersumber dari bahan pakaian yang diekspresikan dalam satuan Clo.

Defenisi dari insulasi pakaian berhubungan dengan transfer panas dari seluruh tubuh

termasuk bagian tubuh yang tidak ditutupi seperti kepala dan tangan.

7. Metabolisme rata-rata atau metabolic rate (M) adalah kecepatan transformasi dari

energi kimia kedalam panas dan kerja mekanik dengan aktivitas metabolisme tubuh.

Dalam standar metabolic rate diekspresikan dalam satuan met.

8. Sensasi termal atau thermal sensation adalah perasaan yang biasanya menggunakan

kategori dingin, sejuk, agak sejuk, netral, agak hangat, hangat dan panas. Itu adalah

syarat evalusi subjektif.

9. Prediksi rata-rata pilihan atau predicted mean vote (PMV) adalah indeks yang

memperkirakan rata-rata nilai pilihan sebagian besar orang dalam tujuh skala sensasi

termal.

10. Prediksi persentase ketidakpuasan atau predicted percentage dissatisfied (PPD) adalah

indek yang menetapkan pensentase prediksi kuantitatif dari ketidakpuasan termal orang

dalam penentuan PMV.

11. Temperatur efektif atau effective temperature (ET) adalah temperatur udara jenuh yang

mendekati diam yang dalam hal ini tidak ada radiasi panas akan memberikan perasaan

kenyamanan termal yang sama dengan kondisi udara yang dimaksud. Temperatur

efektif memadukan tiga variabel yaitu temperatur udara, kecepatan udara dan

(34)

12. Temperatur operatif atau operative temperature (OT) adalah temperatur umum dari

lingkup lapisan/pemukaan hitam terhadap penghuni suatu tempat dan akan memberikan

perasaan kenyamanan termal yang sama dengan kondisi udara yang dimaksud.

Temperatur operatif telah mempertimbangkan panas radiasi.

Prosedur Pengumpulan Data

Prosedur pengumpulan data di ruang kelas ditunjukkan pada Gambar 4.4.

08.00

Gambar 4.4 Prosedur Pengumpulan Data Fisik, Fisiologis dan Psikologis

Keterangan:

Pa : Pengukuran temperatur, kelembaban, kecepatan udara, suhu kering, suhu

basah, suhu bola dan suhu tubuh diawal kuliah

Ps : Pengukuran temperatur, kelembaban, kecepatan udara, suhu kering, suhu

basah, suhu bola dan suhu tubuh selesai kuliah

SK : Sebar kuesioner penelitian diawal kuliah

KK : Kumpul kuesioner penelitian diakhir kuliah

DNI : Denyut Nadi Inisial (pengukuran sebelum kuliah dimulai)

DNK : Denyut Nadi Kerja (Pengukuran selama kuliah berlangsung dengan

rentang waktu 15 menit sekali).

Pengolahan Data

Data yang telah diperoleh berdasarkan hasil pengukuran kemudian diolah sebagai berikut:

1. Uji regresi dan korelasi pearson antara faktor temperatur dengan kelembaban,

kecepatan udara dan sensasi kenyamanan termal

2. Perhitungan Dubois Area

(35)

26 Laporan Akhir Hibah Bersaing Tahun ke-3, 2013 4. Perhitungan Metabolisme Rate

5. Perhitungan Mean Radiant Temperature

6. Perhitungan Effective Temperature (ET)

7. Perhitungan Operative Temperature (OT)

8. Perhitungan Predicted Mean Vote (PMV) dan Predicted Percentage Dissatisfied

(PPD).

Langkah-langkah pengolahan data dan analisis hasil dapat dilihat pada Gambar 4.11.

Data Personal

(36)

F F

3

F

KETERANGAN LAMBANG

KURSI

MEJA

PINTU

TITIK PENGUKURAN

JENDELA PAPAN TULIS

AC

KIPAS ANGIN

F F

2 1

5

4

BAB 5

HASIL YANG DICAPAI

5.1 Kondisi Termal Ruangan Kelas

Pengumpulan data dilakukan di ruang kelas J17 203. Pengumpulan data terbagi atas

empat bagian yaitu pengumpulan data fisik, personal, fisiologis dan psikologis. Pengumpulan

data fisik terdiri dari pengukuran temperatur udara, kelembaban relatif, kecepatan udara, suhu

basah, suhu kering dan suhu bola. Pengukuran dilakukan diawal dan akhir jam kuliah pada

saat mahasiswa di ruang kelas. Pengukuran dilakukan pada 5 titik yang berbeda pada

ketinggian 1,1 meter (Stanton et al., 2005). Letak titik-titik pengukuran dapat dilihat pada

Gambar 5.1.

(37)

28 Laporan Akhir Hibah Bersaing Tahun ke-3, 2013 5.1.1 Temperatur udara

Data temperatur udara yang ditampilkan merupakan data rata-rata selama waktu

pengamatan. Hasil pengukuran temperatur dapat dilihat pada Tabel 5.1.

Tabel 5.1 Data Rata-rata Temperatur Udara (°C)

No Kuliah Titik Rata-rata Total

(38)

29 Laporan Akhir Hibah Bersaing Tahun ke-3, 2013 5.1.2 Kelembaban Relatif

Data kelembaban relatif yang ditampilkan merupakan data rata-rata selama waktu

pengamatan. Hasil pengukuran kelembaban relatif dapat dilihat pada Tabel 5.2.

Tabel 5.2 Data Rata-Rata Kelembaban Relatif (%)

(39)

30 Laporan Akhir Hibah Bersaing Tahun ke-3, 2013 5.1.3 Kecepatan Udara

Data kecepatan udara yang ditampilkan merupakan data rata-rata selama waktu

pengamatan. Hasil pengukuran kecepatan udara dapat dilihat pada Tabel 5.3.

Tabel 5.3 Data Rata-Rata Kecepatan Udara (m/s)

1 2 3 4 5

1 Awal kuliah 1 0 1,01 0 1,02 0 0,41

2 Akhir kuliah 1 0 1 0 1 0 0,4

3 Awal kuliah 2 0 1 0 1 0 0,4

4 Akhir kuliah 2 0 1 0 1 0 0,4

5 Awal kuliah 3 0 1 0 1 0 0,4

6 Akhir kuliah 3 0 1,01 0 1,02 0 0,41

7 Awal kuliah 4 0 1 0 1,01 0 0,4

8 Akhir kuliah 4 0 1,01 0 1,01 0 0,4

9 Awal kuliah 5 0 1,01 0 1 0 0,4

10 Akhir kuliah 5 0 1,01 0 1 0 0,4

11 Awal kuliah 6 0 1 0 1 0 0,4

12 Akhir kuliah 6 0 1 0 1 0 0,4

Gambar 5.4 Grafik Kecepatan Udara Pada Titik-titik Pengukuran 0

0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2

K

e

ce

p

atan

Udar

a (

m

/s)

Rata-rata Kecepatan Udara

Titik 1

Titik 2

Titik 3

Titik 4

Titik 5

(40)

31 Laporan Akhir Hibah Bersaing Tahun ke-3, 2013 5.1.4 Data Suhu Basah, Suhu Kering dan Suhu Bola

Data suhu basah, suhu kering dan suhu bola yang ditampilkan merupakan data

rata-rata selama waktu pengamatan. Hasil pengukuran suhu basah, suhu kering dan suhu bola

dapat dilihat pada Tabel 5.4.

Tabel 5.4 Data Rata-Rata Suhu Basah, Suhu Kering dan Suhu Bola

Suhu Basah (°C)

1 2 3 4 5

1 Awal kuliah 1 24,52 24,42 24,46 24,34 24,3 24,41 2 Akhir kuliah 1 26,18 26,1 26,12 26,16 26,16 26,14 3 Awal kuliah 2 26,5 26,5 26,63 26,63 26,67 26,59 4 Akhir kuliah 2 26,33 26,2 26,2 26,27 26,2 26,24 5 Awal kuliah 3 25,33 25,17 25,17 25,2 25,1 25,19 6 Akhir kuliah 3 26,27 26,17 26,3 26,3 26,37 26,28 7 Awal kuliah 4 26,48 26,48 26,45 26,45 26,4 26,45 8 Akhir kuliah 4 26,35 26,33 26,38 26,35 26,3 26,34 9 Awal kuliah 5 26,18 26,18 26,23 26,23 26,23 26,21 10 Akhir kuliah 5 26,38 26,3 26,23 26,18 26,2 26,26 11 Awal kuliah 6 27,3 27,3 27,25 27,3 27,25 27,28 12 Akhir kuliah 6 26,5 26,45 26,5 26,5 26,5 26,49

Suhu Kering (°C)

1 2 3 4 5

(41)

Tabel 5.4 Data Rata-rata Suhu Basah, Suhu Kering dan Suhu Bola (Lanjutan)

Suhu Bola (°C)

Gambar 5.5 Grafik Suhu Basah, Suhu Kering dan Suhu Bola Pada Titik-titik Pengukuran Awal

Rata-rata Total Suhu Basah, Kering & Bola

(42)

33 Laporan Akhir Hibah Bersaing Tahun ke-3, 2013 5.1.5 Fisik dan Fisiologis Subjek

Pengumpulan data fisik dan fisiologis terdiri dari data umur, berat dan tinggi badan.

Jenis kelamin mahasiswa diabaikan karena jumlah mahasiswa perempuan sangat kecil

dibandingkan jumlah mahasiswa laki-laki. Data yang ditampilkan merupakan data rata-rata

selama waktu pengamatan, lihat Tabel 5.5.

Tabel 5.5 Data Personal Mahasiswa

No Kuliah

Gambar 5.6 Grafik Data Personal Mahasiswa

Insulation clothing (Iclo) mahasiswa tergantung dari jenis pakaian yang dikenakan

mahasiswa. Data yang ditampilkan merupakan data rata-rata selama waktu pengamatan. Jenis

pakaian yang dikenakan mahasiswa rata-rata terdiri dari celana dalam, kaos, kemeja, kaos

kaki dan sepatu menggunakan sol rendah. Data rata-rata insulation clothing (Iclo) mahasiswa

dapat dilihat pada Tabel 5.6.

(43)

Tabel 5.6 DataRata-Rata Total Insulation Clothing (Iclo) Mahasiswa No Kuliah Jumlah (Orang) Rata-Rata Clothing (Clo)

1 Kuliah 1 130 0,81

2 Kuliah 2 63 0,88

3 Kuliah 3 66 0,8

4 Kuliah 4 91 0,81

5 Kuliah 5 53 0,85

6 Kuliah 6 21 0,93

Gambar 5.7 GrafikRata-rata Total Insulation Clothing (Iclo) Mahasiswa

5.1.6 Data Fisiologis

Pengumpulan data fisiologis terdiri dari data umur, berat badan, suhu tubuh, denyut

nadi inisial (DNI), denyut nadi kerja (DNK). DNI dan DNK diukur dengan Automatic Digital

Blood Pressure Monitor yang digunakan pada 8-orang mahasiswa sesuai jumlah alat ukur

pada awal sampai selesai perkuliahan. DNI diukur sebelum perkuliahan dimulai sedangkan

DNK diukur setiap 15 menit sekali selama proses perkuliahan berlangsung. Suhu tubuh

diukur sebelum dan sesudah perkuliahan dengan Automatic Scan Thermometer. Data yang

ditampilkan merupakan data rata-rata selama waktu pengamatan. Data fisiologis mahasiswa

dapat dilihat pada Tabel 5.7. 0,7

0,75 0,8 0,85 0,9 0,95

Kuliah 1 Kuliah 2 Kuliah 3 Kuliah 4 Kuliah 5 Kuliah 6

Ins

u

lat

io

n

Cl

o

th

in

g

(Clo)

(44)

Tabel 5.7 DataRata-Rata Total Fisiologis Mahasiswa

Kuliah N Age BB (Kg)

Gambar 5.8 GrafikRata-rata Total DNI dan DNKMahasiswa

(45)

36 Laporan Akhir Hibah Bersaing Tahun ke-3, 2013 5.1.7 Data Psikologis

Pengumpulan data psikologis dilakukan dengan cara menyebarkan kuesioner kepada

keseluruhan mahasiswa yang menggunakan ruang kelas yang dilakukan pada awal

perkuliahan dan dikumpul pada akhir perkuliahan. Data kuesioner terdiri dari data sensasi

dan preferensi termal, sensasi dan preferensi aliran udara, kenyamanan termal, kelelahan fisik

pada tangan, bahu, punggung dan kaki. Data yang ditampilkan merupakan data rata-rata

selama waktu pengamatan. Data psikologi mahasiswa dapat dilihat pada Tabel 5.8, Tabel 5.9,

Tabel 5.10, dan Tabel 5.11.

Tabel 5.8 DataRata-rata Total Sensasi dan Preferensi Termal

No Kuliah Jumlah Sensasi Termal Preferensi Termal Awal Akhir Awal Akhir 1 Kuliah 1 130 -0,35 0,21 -0,86 -0,82 2 Kuliah 2 63 0,63 0,94 -0,94 -0,94 3 Kuliah 3 66 -0,21 0,35 -0,82 -0,71 4 Kuliah 4 91 0,43 0,44 -0,97 -0,97 5 Kuliah 5 53 0,09 0,19 -1,08 -1,08 6 Kuliah 6 21 -0,57 -0,38 -0,86 -0,76

Gambar 5.10 GrafikRata-rata Total Sensasi Termal Kuliah 1 Kuliah 2 Kuliah 3 Kuliah 4 Kuliah 5 Kuliah 6

Awal Kuliah -0,35 0,63 -0,21 0,43 0,09 -0,57

Akhir kuliah 0,21 0,94 0,35 0,44 0,19 -0,38 -2

-1,5 -1 -0,5 0 0,5 1 1,5 2

Mean

Vote

Sensasi Termal

Panas

Hangat

Netral

Sejuk

(46)

Gambar 5.11 GrafikRata-rata Total Preferensi Termal

Tabel 5.9 DataRata-rata Total Sensasi dan Preferensi Aliran Udara

No Kuliah Jumlah

Gambar 5.12 GrafikRata-rata Total Sensasi Aliran Udara Kuliah 1 Kuliah 2 Kuliah 3 Kuliah 4 Kuliah 5 Kuliah 6

Mean

Vote

Preferensi Termal

Panas

Mean

Vote

Sensasi Aliran Udara

Sedikit Berangin

Berangin

(47)

Gambar 5.13 GrafikRata-rata Total Preferensi Aliran Udara

Tabel 5.10 DataRata-rata Total Kenyamanan Termal

No Kuliah Jumlah Kenyamanan Termal Awal Akhir 1 Kuliah 1 130 0,18 -0,14 2 Kuliah 2 63 -0,49 -0,51 3 Kuliah 3 66 0,02 -0,14 4 Kuliah 4 91 -0,31 -0,3 5 Kuliah 5 53 -0,13 -0,08 6 Kuliah 6 21 -0,1 0,05

(48)

39 Laporan Akhir Hibah Bersaing Tahun ke-3, 2013 5.2 Penggunaan Energi

5.2.1 Perhitungan Dubois Area

Dubois Area atau Body Surface Area dihitung dari data personal mahasiswa. Dubois

Area dihitung dengan rumus:

AD = 0.202 x W0.425 x H0.725

dengan : AD = Luas permukaan tubuh (m2)

W = Berat badan (kg) ; H = Tinggi badan (m)

Hasil perhitungan Dubois Area yang ditampilkan menggunakan data rata-rata dari berat dan

tinggi badan keseluruhan mahasiswa yang menggunakan kelas J17 203 selama waktu

pengamatan. Hasil perhitungan Dubois Area dengan Spreadsheet Microsoft Excel dapat

dilihat pada Tabel 5.11.

Tabel 5.11 Hasil Perhitungan Dubois Area

No Kuliah Jumlah (Orang)

Berat Badan (kg) Tinggi Badan (cm)

Dubois Area

Rata-rata

Standar Deviasi

Rata-rata

Standar Deviasi

1 Kuliah 1 130 62,65 18,52 167,09 14,4 1,7 2 Kuliah 2 63 63,48 10,13 170,68 6,25 1,74 3 Kuliah 3 66 62,56 11,53 169,82 6,84 1,72 4 Kuliah 4 91 63,43 16,54 166,97 13,82 1,71 5 Kuliah 5 53 66,72 22,28 165,28 22,37 1,73 6 Kuliah 6 21 60,71 7,29 168,95 5,55 1,69

5.2.2 Perhitungan Pengeluaran Energi

Perhitungan pengeluaran energi (Energy Expenditure) menggunakan data fisiologis

yaitu denyut nadi kerja (DNK). Perhitungan menggunakan metode secara langsung dengan

menggunakan rumus 21.

Hasil perhitungan pengeluaran energi yang ditampilkan menggunakan data rata-rata

dari denyut nadi kerja mahasiswa yang diukur setiap 15 menit sekali selama proses

perkuliahan berlangsung selama waktu pengamatan. Hasil perhitungan pengeluaran energi

(49)

Tabel 5.12 Hasil Perhitungan Pengeluaran Energi

No Kuliah Jumlah DNI DNK Energi (Kkal/Jam)

Gambar 5.15 GrafikRata-rata Pengeluaran Energi

5.2.3 Perhitungan Metabolic Rate

Perhitungan metabolic rate menggunakan data pengeluaran energi dan Dubois Area.

Contoh perhitungan pengkonversian data pengeluaran energi dan Dubois Area menjadi

metabolic rate sebagai berikut: