1 ANALISA PERHITUNGAN BEBAN PENDINGIN RUANGAN PADA BANGUNAN
KANTOR-2 LANTAI 26
(STUDI KASUS : GEDUNG WISMA 77-JAKARTA)
Suhardiyanto, dan Danar Setiawan
Universitas Mercubuana, Fakultas Teknik Industri, Jurusa Teknik Mesin Jl. Meruya Selatan, Kebon Jeruk, Jakarta Barat, Kode Pos 11650, Indonesia
Abstrak- cooling load ruangan merupakan laju aliran panas yang harus dipindahkan dari udara dalam ruangan agar dapat mempertahankan temperatur dalam ruangan sesuai dengan temperature yang dibutuhkan. Dengan adanya pengkondisian udara dalam ruangan diperlukan beberapa parameter dalam menentukan besarnya cooling load yang dikatagorikan dalam dua bagian yaitu internal dan ekxternal heat gain. Dengan melakuan perhitungan pendekatan beban pendinginan sehingga ruangan yang didesain dapat digunakan dengan nyaman dan layak
Kata kunci: cooling load, beban pendingin, internal dan external heat gain.
1. Pendahuluan
Ruangan yang baik memungkinkan tingkat kenyamanan untuk dihuni, dengan temperatur yang sejuk dan kondisi udara yang bersih pada suatu ruangan akan memungkinkan penghuni merasa nyaman berada didalam ruangan yang dikondisikan. Penggunaan unit pendingin udara (AC) harus diperhatikan mengingat energi yang diperlukan untuk menjalankan mesin refrigerasi tersebut cukup besar. Dengan melakukan analisi terhadap beban pendinginan yang diperlukan pada suatu ruangan diharapkan energy yang dibutuhkan untuk menjalankan mesin AC akan lebih optimal.
Proses pertambahan panas didalam ruangan diakibatkan adanya beban panas yang masuk sehingga temperature pada ruangan akan naik. Dalam kasus tersebut terjadi karena adanya dua faktor yang mempengaruhi seperti external heat gain dan internal heat gain. External heat gain merupakan : pertambahan panas yang disebabkan adanya panas radiasi matahari secara langsung dan perbedaan temperature dari udara luar bangunan dengan udara dalam ruangan sehingga kenaiknan temperature luar ruangan akan mempengaruhi kondisi temperature dalam
bangunan. Internal heat gain merupakan pertambahan panas yang disebabkan oleh aktifitas di dalam ruangan, berasal dari : penghuni, pencahayaan dengan lampu, mesin-mesin dan peralatan, perbedaan temperature ruangan dengan ruangan yang lainnya dan infiltrasi.
Perpindahan panas yang disebebkan oleh radiasi matahari terjadi karena adanya partikel udara luar yang menerima radiasi matahari sehingga temperature udara naik (solar-air temperature), sehingga akan memberikan panas pada material bangunan karena perbedaan temperature udara luar dengan udara dalam ruangan. Panas pada permukaan luar suatu bangunan akan mengalir secara konduksi ke permukaan material bagian dalam lainya sehingga panas tersebut akan dikonveksikan ke dalam ruangan dan sebagiannya akan diradiasikan kepada material-material lainnya dalam ruangan tersebut, sehingga pemanasan yang terjadi mengakibatkan kenaikan temperature dalam ruangan. Penggunaan peralatan yang mengeluarkan panas (heat gain) akan ikut menaikan temperature ruangan dengan kenaikan temperature suatu mesin akan ditransfer secara langsung melalui udara yang berada didalam ruangan.
2. Landasan Teori
2
udara, kemudian hitung TETD yang merupakan fungsi dari temperature sol-air, udara ruang, decrement factor material, dan time lag (waktu yang dibutuhkan material untuk memindahkan panas dari permukaan luar ke permukaan dalam). Dalam perhitungan ini diperlukan beberapa data untuk masing-masing kategori:
1. Eksternal load: merupakan data-data orientasi dan dimensi komponen bangunan, material konstruksi, dinding, glass, interior, partisi, floor, ukuran ruangan dan fungsi dari ruang yang dikondisikan.
2. Internal load: merupakan data-data jumlah penghuni, aktivitas, dan wattage lighting.
3. Infiltrasi udara: merupakan data jumlah udara yang masuk kedalam ruangan melalui konstruksi bangunan ataupun bukaan pintu maupun jendela yang digunakaan.
Data-data yang diperlukan dapat diperoleh dari penjelasan berikut:
1. Luas dan sifat panas material, data dari luas material dinding, kaca, roof dan partisi diperlukan untuk mendapatkan nilai koefisien perpindahan panas keseluruhan(overall-all heat transfer coefficient), k-value ataupun u-value dalam kcal/m2.h.0C), dan berat jenisnya (kg/m3). Untuk K-value ditentukan dari persamaan berikut:
= 1
= 1/ ᴑ + ∑ + 1/
Dimana :
R : resistansi perpindahan panas (kcal/m2.h.0C)
ᴑ : perpindahan panas permukaan udara luar (20 kcal/ m2.h.0C)
: ketebalan material-n, meter
: ketebkoefisien konduksi thermal material-n, (kcal/ m2.h.0C)
: perpindahan panas permukaan udara dalam (8 kcal/ m2.h.0C)
2. Cooling load temperature different (CLTD) untuk wall dan roof
a) CLTD Wall
Pada ASHRAE Fundamental memberikan data CLTD untuk enam kelompok material pada dinding (Group a~g) berdasarkan sifat perpindahan panas materuak dan berat material persatuan luas. Dengan korelasi yang dinyatakan dalam persamaan berikut:
CLTDcor=(CLTD+LM)K+(25.5-tr)+(to-29.4)
Dimana :
CLTD : cooling load temperature different (0C).
: latitude and month CLTD correction (0C).
K : color adjustment factor of material
K = 1 untuk material permukaan gelap
K = 0.83 untuk permukaan warna medium
K = 0.65 untuk permuakaan warna terang
25.5-tr :koreksi temperature udara ruangan. (tr = desain temperature udara ruangan)
To-29.4 : koreksi temperature udara luar
b) CLTD Roof
CLTD roof ditentukan dari ASHRAE Fundamental Ch. 26, table 29, dan berdasarkan persamaan berikut:
CLTDcor=[(CLTD+LM)K+(25.5-tr)+(to-29.4)]f
Dimana :
K : color adjustment factor of material
K = 1 untuk material permukaan gelap.
3
f : merupakan factor ceiling atau duct
f = 1 untuk tanpa ceiling atau duct.
f = 0.75 untuk dengan ceiling atau duct.
3. Heat gain dari human ditentukan berdasarkan tingkat aktifitas dan temperature ruangan, terdapat dua jenis heat dari manusia, panas sensible dan latent. Panas sensible berasal dari perbedaan temperature antara permukaan tubuh manusia dan udara ruangan, sedangkan latent heat berasal dari uap air pernafasan dan evaporasi pada permukaan kulit manusia.
4. Heat gain lampu penerangan dan peralatan – peralatan; alat yang digunakan akan menghasilkan panas yang mengakibatkan temperature ruangan naik, sehingga data-data spesifikasi mesin ataupun peralatan bias sebagai acuan.
5. Infiltrasi; merupakan proses perpindahan panas karena adanya perpindahan massa antara udara luar dan dalam ruangan. Penyebab adanya perbedaan tekanan antara udara luar dan dalam sehingga terjadi perpibndahan massa pada struktur bangunan atau pada saat pintu maupun jendela dibuka.
6. Beban udara luar (OA Load); perhitungan dengan menghitung beban panas sensible dan latent dari udara luar, yaitu:
Sensible :
Qs = 1.2 x 0.24 x Qo x (to-tr), kcal/h latent :
qt = 1.2 x hg x Qo x (Wo-Wr) = 1.2 x 600 x Qo x (Wo-Wr) = 720 x Qo x (Wo-Wr) OA total load:
Qr=qs+ql atau qr = 1.2 x Qo x(ho-hr)
Dimana :
tr :desain suhu ruangan (0C).
to : temperature udara luar (0C).
hg : enthalphy saturation vapor dari uap air udara 240C DB/RH 50% menjadi kondensat pada temperature atara 0~10 0C
Wo : rasio humidity dari out air, kg moist air/kg dry air.
Wr : rasio humidity dari desain udara ruangan, kg moist air/kg dry air
ho : enthalpy dari out air, kcal/kg.
hr : entalphy dari kondisi desain udara ruangan, kcal/kg.
7. Peak load atau beban puncak; beban cooling load maksimal pada jam dan bulan dari perancangan. Peak load pada umumnya tergantung besarnan relative jam puncak dari eksternal load melalui kaca ataupun bangunan eksterior.
3. Metode Perhitungan dan Analisis
Dala melakukan analisis perhitungan digunakan diagram alir perancangan seperti berikut:
Pada perhitungan ini dibutuhkan data – data seperti berikut:
4
Kaca Sisi Selatan : 2 m2 Luas area kantor Lt.26 : 236 m2 Tinggi Plafond : 3 m Volume Ruangan : 708 m3 Jumlah penghuni : 24 orang
B. Kondisi luar ruang :
temperature bola kering (DB) : 32 °C temperature bola basah (WB) : 27 °C Kelembaban relatif rata-rata
: 70 %
Perbandingan kelembaban rata-rata :0,0189 kg/kg’
C. Kondisi dalam ruang yang diinginkan : Temperature bola kering :24±1°C Kelembaban relatif rata-rata : 55±10 %
Perbandingan kelembaban rata-rata :0.011 kg/kg
D. Jumlah penghuni rata-rata dalam ruangan Kantor : 10 m2/orang
Kebutuhan udara segar setiap penghun: 18 CMH/orang
1. Perhitungan beban kalor sensible daerah perimeter (tepi):
a) Beban transmisi kalor melalui kaca sisi utara
Qut= Akaca x Koefisien transmisi kalor x
Δt
= 44 m² x 5,5 x (32-25) = 1694 kcal/jam
b) Beban transmisi kalor melalui kaca sisi timur
Qtm = Akaca x Koefisien transmisi kalor
x Δt
= 89,6 m² x 5,5 x (32-25) = 3449,6 kcal/jam
c) Beban transmisi kalor melalui kaca sisi selatan
Qsel = Akaca x Koefisien transmisi kalor
x Δt
= 2 m² x 5,5 x (32-25) = 77 kcal/jam
Beban total transmisi pada kaca :
Qkaca = Qut + Qti + Qse
= 1694 + 3449,6 + 77
= 5220,6 kcal/jam
d) Infiltrasi Beban Kalor Sensible dengan asumsi penghuni ruangan sebesar 24 orang:
Maka , Q = (708 m³ x 1 orang) – 432
m³/jam x Δt
= (708 – 432 m²/jam )x (32-25)
= 276 x 7
= 1932 kcal/jam
e) Beban Infiltrasi Kalor Melalui Atap dengan nilai K sebesar 2,55 m² jam 0C/kcal, dan ETD pada pukul 14.00 sebesar 18,9.
Maka, Qatap = (236) x (Katap ) x ETD = (236) x (2,55) x (18,9) = 11374,02 kcal/jam
Sehingga total beban kalor yang tersimpan sebagai berikut:
= 5220,6 + 1932 + 11374,02 (kcal/jam) = 18526,62 kcal/jam
2. Perhitungan beban kalor latent daerah perimeter (tepi):
Q = volume ruang (m³) x jumlah ventilasi
alamiah x 597,3 x Δt
= 708 m³ x 1 x 597,3 x (0,0189-0,0105) = 422888,4 x 0,0084
= 3552,26 kcal/jam
3. Perhitungan Beban Kalor Sensible Daerah Interior dengan asumsi kalor sensible manusia sebesar 49 kcal/jam dan faktor koreksi 0,947, maka:
Q = jum lah orang x kalor sensibel x fakt or koreksi
= 24 x 49 x 0,947 = 1113,67 kcal/ jam
Beban peralat an unt uk ruang kantor:
a. Peralatan komputer:
Q = (peralatan,kW) x 0,860 kcal/kW x faktor penggunaan
= (1 x 0,45) x (0,860) x (24) = 9,28 kcal/jam
b. Peralatan penerangan lampu neon: Q = (Σ lampu neon,kW) x ( kalor
5
Maka total dari a.+b.
= 9,28 + 1,94
=11,22 kcal/jam
4. Perhitungan Beban Kalor Laten Daerah Interior, untuk perhitungan ini diakukan pada jumlah orang yang berada di dalam ruangan
Maka, Q = ( jumlah orang) x ( kalor laten manusia ) x ( faktor kelompok )
= ( 24 ) x ( 47 ) x ( 0,947 ) = 1068,21 kcal/jam
Total jumlah beban heat pada ruangan tersebut sebesar:
Σ = (1 + 2 + 3 + 4) kcal/jam
= (18526,62 + 3552,26 + 1124,89 + 1068,21) kcal/jam
= 242719,98 kcal/jam
Beban yang diperlukan untuk mengkondisikan ruangan kantor-2 lantai 26 pada gedung Wisma 77 Tower-2 adalah 242719,98 kcal/jam, sehingga didapat temperatur yang nyaman untuk dihuni.
4. KESIMPULAN DAN SARAN
4.1 Kesimpulan
Dalam analisis perhitungan yang kami lakukan harus diperhatikan terlebih dahulu beberapa perimeter yang mempengaruhi perhitungan seperti halnya bentuk dari ruangan terhadap bangunan dan pengunaan material sebagai pembentuk ruangan dalam gedung.
Untuk melakukan perhitungan beban pendinginan terlebih dahulu harus menentukan temperatur udara yang diinginkan.
4.2 Saran
Dari perhitungan beban pendinginan yang telah dilakukan maka penulis menyarankan beberapa hal sebagai berikut:
1. Sebelum melakukan perhitungan beban pendingin maka sebaiknya harus diketahui terlebih dahulu desain dari bentuk ruangan yang akan dikondisikan.
2. Menentukan jumlah penghuni yang ada dalam ruangan.
3. Perhatikan posisi gedung terhadap arah mata angin.
4. Perhatikan tebal kaca dan frame yang terdapat pada sisi luar gedung.
5. Mencari sumber-sumber atau literatur untuk dijadikan referensi dalam mempermudah perhitungan.
DAFTAR PUSTAKA
1. ASHRAE Handbook Fundamentals. 2009. 2. SNI 03-6572. Tata Cara Perancangan
Sistem Ventilasi dan Pengkondisian Udara Pada Bangunan Gedung. 2001
3. Arismunandar Wiranto, Heizo Saito. Penyegaran Udara. Pradnya Paramita. 1995.
4. E.O. Doebelin, Measurement Systems – Application and Design, 4-th Edition, McGraw-Hill International Edition, 1990. 5. Fritz Dietzel. Pompa dan Kompresor.
Terjemahan, Dakso Sriyono. Erlangga. Jakarta. 1990.
6. James L. Threlkeld, Thermal Enviromental Engineering, 2-nd Edition, Prentice-Hall Inc., 1970.
