Similarity Index
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
4kelas 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.
3Metode 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) perTenaga 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 (T op ) 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
428°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.
diperbaiki diperkirakan nilai PMV adalah 2 sampai 2,6 dan nilai PPD adalah 76,8% sampai 95,3% yang mengindikasikan naiknya persentasi ketidaknyamanan. Konsumsi energi para mahasiswa rata-rata adalah melebihi 200 kkal/jam, sehingga para mahsiswa membutuhkan energi ekstra untuk tetap berada di ruangan selama proses belajar mengajar. Rancangan perbaikan ruang kelas yang dilakukan adalah perbaikan ruang kelas secara engineering dan mangement control melalui penambahan daya AC dan pengaturan aliran udara dalam ruangan, pengurangan jumlah mahasiswa pengguna ruangan sebesar 45% serta regulasi setting temperatur AC pada range temperatur efektif sebesar 25 sampai 27 °C. Diharapkan dengan desain perbaikan yang dilakukan upaya penghematan energi melalui audit termal ruang kelas dapat
berkesinambungan dilakukan. i 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
4kelas 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. Medan, 18 Desember 2013 Tim Peneliti ii Laporan Akhir Hibah Bersaing Tahun ke-3, 2013 DAFTAR ISI Halaman HALAMAN PENGESAHAN RINGKASAN
... 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 LAMPIRAN
... L-1 iii 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 7 Pakaian ... Tabel 2.3. Keputusan Menteri Tenaga Kerja No. 51 Tahun 1999 12 Tentang NAB Iklim Kerja ISBB yang Diperkenankan (diadopsi dari ACGIH 1996) ... 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. Data Rata-Rata Total Insulation Clothing (I clo ) Mahasiswa ... 34 Tabel 5.7. Data Rata-Rata Total Fisiologis
Mahasiswa ... 35 Tabel 5.8. Data Rata-Rata Total Sensasi Dan Preferensi Termal ... 36 Tabel 5.9. Data Rata-Rata Total Sensasi Dan Preferensi Aliran Udara ... 37 Tabel 5.10. Data Rata-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 (T mrt ) ... 42 Tabel 5.15. Hasil Perhitungan Effective Temperature (ET) ... 43 Tabel 5.16. Hasil Perhitungan Operative Temperature (T op ) ... 44 Tabel 5.17. Kategori Beban Kerja Mahasiswa ... 48 Tabel 5.18. Nilai Ambang Batas (NAB) Iklim Kerja Diadopsi 48 dari ACGIH 1996 ... Tabel 5.19. Kategori Kenyamanan Termal Ruang Kelas ... 50 Tabel 5.20. Hasil Perhitungan Operative Temperature (T op ) ... 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 Tabel 5.27. Standar Intensitas Konsumsi Energi (IKE) ... 61 iv 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
Pengukuran ... 32 Gambar 5.6. Grafik Data Total Personal Mahasiswa ... 33 Gambar 5.7. Grafik Rata-Rata Total Insulation Clothing (Iclo) Mahasiswa ... 34 Gambar 5.8. Grafik Rata-Rata Total DNI dan DNK Mahasiswa ... 35 Gambar 5.9. Grafik Rata-Rata Total Suhu Tubuh Mahasiswa ... 35 Gambar 5.10. Grafik Rata-Rata Total Sensasi Termal ... 36 Gambar 5.11. Grafik Rata-Rata Total Preferensi Termal ... 37 Gambar 5.12. Grafik Rata-Rata Total Sensasi Aliran Udara ... 37 Gambar 5.13. Grafik Rata-Rata Total Preferensi Aliran Udara ... 38 Gambar 5.14. Grafik Rata-Rata Total Kenyamanan Termal ... 38 Gambar 5.15. Grafik Rata-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 Gambar 5.21. Grafik Perbandingan Temperatur Relatif Aktual dengan Temperatur Relatif Standar ... 50 v Laporan Akhir Hibah Bersaing Tahun ke-3, 2013 DAFTAR GAMBAR (lanjutan) Gambar 5.22. Grafik Perbandingan Temperatur Relatif Operatif dengan Temperatur Operatif Standar ... Halaman Gambar 5.23. Grafik Nilai PMV dan PPD ... 53 Gambar 5.24. Grafik Nilai PMV dan PPD Rancangan Perbaikan ... 62 51 vi 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
... 43 Lampiran 8. Artikel Ilmiah: Jurnal PETRA ... L-55 Lampiran 9. Draft Buku “Lingkungan Kerja” ... L-68 Lampiran 10. Hasil Yang Dicapai. ... L-70 Lampiran 11. Foto-Foto Penelitian
... L-75 vii Laporan Akhir Hibah Bersaing Tahun ke-3, 2013 BAB 1 PENDAHULUAN
4Faktor-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
4rata-rata manusia menghabiskan sekitar 90 % waktu di dalam ruangan
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
4(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) dinyatakan bahwa perbedaan 2°C antara temperatur udara dengan temperatur netral ruangan 1 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
4yang 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
421,1 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
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
4ruang 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 sampai 150 m 2 yang diisi oleh 40 sampai 70 orang mahasiswa. Umumnya ruang kelas diisi 2 Laporan Akhir Hibah Bersaing Tahun ke-3, 2013 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-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
4jendela dan ventilasi. Jendela ruang kuliah umumnya terdapat pada dinding belakang dan depan dengan ukuran
berkisar 8 m 2 . Ketidaknyamanan termal di dalam ruang kuliah
4sering dirasakan oleh mahasiswa dan dosen saat proses belajar mengajar berlangsung. Hal ini
1buku 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 dari hal 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 = Q sk + Q res = (C + R + E sk ) + (C res + E res ) ... 1) dimana : M : tingkat produksi energi
metabolisme W : tingkat pekerjaan mekanik Q sk : total tingkat kehilangan panas melalui kulit Q res : 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 + E sk ) dan (C res + E res ). 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 + E sk ) Perhitungan kehilangan panas dari kulit dapat dilakukan dengan menghitung kehilangan panas sensible (C+R) dan kehilangan panas yang menguap dari kulit (E sk ) 4 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)
atau 10, atau 11) yang ditentukan oleh besaran kecepatan angin (v); Nilai ta diperoleh dari hasil pengukuran di ruang kerja. Sedangkan nilai R cl diperoleh dari hasil estimasi menggunakan tabel R cl seperti
ditunjukkan pada Tabel 2.2. 6 Laporan Akhir Hibah Bersaing Tahun ke-3, 2013 Tabel 2.2. Nilai Resistansi Clothing (R cl ) Dari Beberapa Jenis dan Bahan Pakaian Jenis Pakaian Resistansi Clothing (R cl ) Jenis Pakaian Resistansi Clothing (R cl ) Insulasi Tinggi / Pakaian Dalam fiberpelt Celana Dalam 0,03 Boiler suit 0,90 Celana dalam berkaki panjang 0,10 Celana 0,35 Singlet 0,04 Rompi 0,20 Kaos 0,09 Pakaian Luar Kemeja berlengan panjang 0,12 Mantel 0,60 Celana dalam dan bra 0,03 Jaket 0,55 Kemeja / blus Parka 0,70 Lengan panjang 0,15 Keseluruhan fiber-pelt 0,55 Tebal, lengan panjang 0,20 Lain-lain Normal, lengan panjang 0,25 Kaus kaki 0,02 Kemeja, planel, lengan panjang 0,30 Kaus kaki tebal sepanjang pergelangan 0,05 kaki Blus tipis, lengan panjang 0,15 Kaus kaki tebal panjang 0,10 Celana Stoking nilon 0,03 Pendek 0,06 Sepatu (bersol tipis) 0,02 Tebal 0,20 Sepatu (bersol tebal) 0,04 Normal 0,25 Sepatu bot 0,10 Planel 0,28 Sarung Tangan 0,05 Jaket musim panas 0,25 Jaket 0,35 Blazer 0,30 Sumber: Ken Parsons, Human Thermal Environmental Secara perhitungan, tr dapat dihitung dengan persamaan: tr untuk v = 0 m/s atau mendekati 0 m/s , ... 9) tr untuk v ≤ 0,15 m/s atau mendekati 0 m/s t r t g 0, 5 10 0, 5 - ... 10) tr untuk v > 0,15 m/s 1,1 10 v t r t 0, g d 0, t g- t a 0, 5 - , untuk v > 0,15
m/s... 11) 7 Laporan Akhir Hibah Bersaing Tahun ke-3, 2013 Rata-rata temperatur kulit (t sk ) 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
kulit sering dihitung dari persamaan keseimbangan panas dalam bentuk W req (kebasahan yang diperlukan) atau E req (evaporasi yang dibutuhkan) untuk menjaga tubuh dalam kondisi panas yang seimbang. Kedua nilai W req dan E req dapat dihitung dengan menentukan E rsw menggunakan persamaan 18) dan juga rumusan 19) berikut: Mrsw= 4.7 x 10 - 5 WSIGb exp W SIG,k 10.7 dimana nilai n menunujukkan kondisi netral dan, ...19) WSIGb = tb – tb,n W SIGsk = t sk – t sk,n untuk tb > tb,n untuk t sk > t sk , 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 : t sk,n = 33.7 0 C untuk temperatur kulit orang dalam kondisi netral a t cr,n = 36.8 0 C 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 t b,n dengan perhitungan sebagai berikut: T b,n = (0.2 x 33.7) + (0.8 x 36.8) = 36.18 0 C b. Panas yang hilang akibat Proses Pernafasan (C res + E res ) 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 C res . 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 massa yang ditransfer dari temperatur inti ke lingkungan luar yang disebut E res . 10 Laporan Akhir Hibah Bersaing Tahun ke-3, 2013 ASHRAE (1997) memberi persamaan untuk total kehilangan panas akibat proses pernafasan sebagai berikut : Cres + Eres =[0.0014 M (34 ta) + 0.0173M (5.87
-Pa)]...20) AD dihitung sesuai persamaan 13 dan nilai-nilai dari Pa dalam kPa, M dalam Wm-2 dan ta 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 X 2 ………... 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 Beban kerja sedang Beban kerja berat : 100?200 kkal/jam : >200?350 kkal/jam : >350?500 kkal/jam Contoh : Diketahui: X (DNK) = 89 Maka: Y = 1,80411 ? 0,0229038 X + 4,71711 . 10 -4 X 2 Y = 1,80411 ? 0,0229038 (89) + 4,71711 . 10 -4 (89) 2 Y = 3,502 Kkal/menit =210,12 Kkal/jam ? kategori : sedang 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
1dari buku Handbook of Human Factors and Ergonomics Methods edited by
Neville
3Keputusan 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 (t r ), dengan rumus 9) sampai 11) sebelumnya. , untuk v = 0 m/s atau mendekati 0 m/s. t r t g 0, 5 10 0, 5 - , untuk v ≤ 0,15 t r t g 1,1 10 v 0, d 0, t g- t a 0, 5 - , untuk v > 0,15 m/s dimana: ta = Temperatur Udara (oC) tg = Temperatur Globe (oC) v = Kecepatan Angin (m/s) Emmisivitas (untuk standar globe digunakan 0,95) d = Diameter globe (untuk standar globe digunakan 0,15) 12 Laporan Akhir Hibah Bersaing Tahun ke-3, 2013 b. Hitung Tekanan Udara [P a ] (kPa) dengan rumus Pa = Rh x e 18,956 – (4030,18 / (ta+ 235)) ... 24) dimana, Rh = Kelembaban (%) c. Hitung Radiaton Loss (R), dengan rumus R = k 1 (35-t r ) Wm -2 , ... 25) dimana, k 1 = faktor pengali radiasi. (k 1 clothed =4,4 dan k 1 unclothed = 7,3) d. HitungConvection Loss (C), dengan rumus C = k 2 v 0.6 (35-t a ) Wm -2 , ... 26) dimana, k 2 = faktor pengali konveksi.( k 2 clothed =4,6 dan k 2 unclothed = 7,6) e. Hitung Maximum Evaporative Loss (E max ), dengan rumus E max = k 3 v 0.6 (56-P a ) Wm -2 , ... 27) dimana k 3 = faktor pengali evaporasi. (k 3 clothed = 7,0 dan k 3 unclothed = 11,7) f. Hitung Required Sweat Loss (E req ), dengan rumus E req = M – R - C ... 28) dimana, M = Metabolic Rate; R = Radiation Loss ; C = Convection Loss Sehingga didapat nilai Heat Stress Index (HSI), dengan rumus: HSI = (E req / E max )x100% ... 29) Berdasarkan hasil nilai HSI efek dari paparan panas yang terjadi dapat dilihat berdasarkan Tabel 2.4. 13 Laporan Akhir Hibah Bersaing Tahun ke-3, 2013 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. Gambar 2.1. Kalkulator Audit Termal 14 Laporan Akhir Hibah Bersaing Tahun ke-3, 2013 2.2. Effective Temperature (ET)
5Standar 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
dan Steven V. Szokolay menghitung Effective Temperature (ET) dengan menggunakan persamaan sebagai berikut: ET = T db – 0.4(T db – 10)(1-RH/100) ... 30) dengan: ET=Temperatur efektif (°C) ; RH= Kelembaban relatif (%) ; T db = Suhu kering (°C) 15 Laporan Akhir Hibah Bersaing Tahun ke-3, 2013 2.3.
5Operative Temperature (T op ) 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: T op = A.T a + (1-A).T mrt ... 31) dengan: T op = Temperatur operatif (°C) T a T mrt = Temperatur udara (°C) = 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 Mean Vote) dan PPD (Predicted Percentage Dissatisfied). Rumus yang dipakai dalam mencari PMV adalah: ?0,036M PMV = (0,303e ? 0,028){( M ?W) ? H ? E ? C ? E ... 32) c res res a ? ? ? ? ? ? E c = ?3 3,05x10 x 5733 ? 699( M ?W) ? p ? 0,42x ( M ?W) ? 58,15 ... 33) C res = 0,0014M(34 ? ta) ... ... 34) E res = 5 ... 35) 1,72 10 M(5867 ? pa) 16 Laporan Akhir Hibah Bersaing Tahun ke-3, 2013 dimana temperatur permukaan pakaian (t cl ) adalah: ?8 4 4 t cl = 35,7 ? 0,028( M ?W ) ? Icl
(396x10 ) fcl[( tcl ? 273) ? ?tr ? 273? ? ... 36) I f h(t ?ta)] cl cl cl t sk = 35,7 - 0,028(M-W)
... 37) dimana perpindahan panas konveksi (h c ) dilakukan dengan pemilihan nilai yang sesuai yaitu: 2,38( t h c ? 12,1 v c 0,25 cl ? ta) { ar ar 0,25 untuk 2,38( tcl ? ta) ?12,1 var ... 38) 0,25 untuk 2,38( tcl ? ta) ?12,1 v Dimana rasio permukaan pekerja ketika berpakaian, dengan area permukaan ketika tidak berpakaian dilakukan dengan pemilihan nilai yang sesuai yaitu: f cl 1,00+1,29I cl untuk I cl ≤ 0,0 m 2o C/W ? 1,05+0,65 cl untuk I cl ≥ 0,0 m 2o C/W ... 39) dimana: PMV = Predicted Mean Vote M = Metabolic rate, faktor metabolisme tubuh (W/m 2 ) W = External work, sama dengan nol untuk banyak aktifitas (W/m 2 ) I cl = Thermal resistance of clothing, faktor pakaian yang dipakai (clo) f cl = Faktor area pakaian ta = Temperatur udara (°C) tr = Faktor radiasi matahari (°C) Var = Kecepatan udara (m/s) = Kelembaban (Pa) hc = Koefisien panas konveksi (W/m2K) t cl = Temperatur permukaan pakaian (°C) Ec = Pertukaran panas penguapan kulit saat sensasi netral (W/m2) C res = Pertukaran panas konvveksi (W/m 2 ) E res = Pertukaran panas evaporasi (W/m 2 ) H = Kehilangan panas melalui kulit (W/m 2 ) 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
Hakan Nilsson Untuk melakukan perhitungan PMV dan PPD dibutuhkan enam input parameter yang telah dihitung di atas yaitu temperatur udara (T a ), temperatur radiasi rata-rata (T mrt ), kelembaban relatif (RH), kecepatan udara (V a ), metabolic rate dan insulasi pakaian (clothing).
4Kenyamanan 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%.
4Kenyamanan 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. c. Penggunaan tameng panas dan alat pelindung yang dapat memantulkan panas 18 Laporan Akhir Hibah Bersaing Tahun ke-3, 2013 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 (> 40 o C) 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: Q beban = Q luas ruang + Q orang + Q pencahayaan + Q lain ... ... 39)
dengan: Q beban Q luas ruang Q orang Q pencahayaan Q lain = Total beban kalor = Beban kalor untuk luas ruangan = Beban kalor untuk aktifitas pengguna ruangan = Beban kalor untuk pencahayaan ruangan = Beban kalor peralatan yang menghasilkan panas dalam ruangan. 19 Laporan Akhir Hibah Bersaing Tahun ke-3, 2013 BAB 3 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
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 pada ruangan-ruangan yang menggunakan alat pendingin ruangan (AC). 20 Laporan Akhir Hibah Bersaing Tahun ke-3, 2013 BAB 4 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 1. pengukuran termal - Temperatur (Relatif,Bola Basah,Bola Kering, Globe, Permukaan) -kelembaban -kecepatan 2.pengukuran Psikologi
4(sensasi dan Preferensi Temperatur ,sensasi dan preferensi aliran udara,kenyamanan)
3.pengukuran fisiologi 4.pengumpulan data produk cacat 2012 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. pengukuran termal - Temperatur (Relatif,Bola Basah,Bola Kering, Globe, Permukaan) -kelembaban -kecepatan 2.pengukuran Psikologi
4(sensasi dan Preferensi Temperatur ,sensasi dan preferensi aliran udara,kenyamanan)
3.pengukuran fisiologi 4.pengumpulan data produk cacat 2013 Rancangan awal usulan 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 Gambar 4.1. Roadmap Penelitian 21 Laporan Akhir Hibah
Tempat Kerja Kinerja Termal yang Mendukung Produktivitas Kerja Gambar 4.2. Desain Penelitian 4.3. Design/Metode Penelitian Objek dari penelitian ini adalah ruang kelas J17. 203 dan mahasiswa
1Departemen 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 22 Laporan Akhir Hibah Bersaing Tahun ke-3, 2013 4-2 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,
4Kecepatan 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 (T a ), kecepatan udara (V a ), kelembaban (RH), temperatur radiasi rata-rata (T mrt ). b. Pengeluaran energi, metabolisme rata-rata c. Sensasi dan preferensi termal. Definisi Operasional 1.
5Kenyamanan termal atau thermal comfort adalah kondisi pikiran yang mengekspresikan kepuasan terhadap lingkungan termal.
23 Laporan Akhir Hibah Bersaing Tahun ke-3, 2013 2.
5Temperatur udara atau air temperature (T a ) 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 (V a ) adalah rata-rata kecepatan udara pada saat itu pada saat interval tertentu. 5. Temperatur radiasi rata-rata atau mean radiant
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.
5Sensasi 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
5memadukan tiga variabel yaitu temperatur udara, kecepatan udara dan kelembaban.
24 Laporan Akhir Hibah Bersaing Tahun ke-3, 2013 12.
5Temperatur 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. Pa1 SK1 Ps1 Pa2 KK1 SK2 Ps2 Pa3 KK2 SK3 Ps3 KK3 Pa4 SK4 Ps4 KK4 Pa5 SK5 Ps5 KK5 Pa6 SK6 Ps6 KK6 DNI/DNK DNI/DNK DNI/DNK DNI/DNK DNI/DNK DNI/DNK 08.00 09.40 11.20 13.00 14.40 15.55 17.10 Gambar 4.4 Prosedur Pengumpulan Data Fisik, Fisiologis dan Psikologis Keterangan: Pa : Pengukuran
4temperatur, kelembaban, kecepatan udara, suhu kering, suhu basah, suhu bola
dan suhu
4temperatur, 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 3. Perhitungan pengeluaran energi 25 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 - Berat Badan - Tinggi Badan Data Fisiologis - Denyut Nadi Kerja (DNK) Data Fisik Kecepatan Udara Suhu Kering Suhu Bola Data Fisik Temperatur Udara Data Fisik -Kelembaban Relatif - Suhu Kering Perhitungan Dubois Area Perhitungan Pengeluaran Energi Perhitungan Mean Radiant Temperature Perhitungan Operative Temperature (OT) Perhitungan Effective Temperature (ET) Perhitungan Metabolic rate Insulasi pakaian (Clothing) Hitung PMV dan PPD Data Fisik - Temperature udara - Kelembaban Relatif - Kecepatan Udara Data Fisik - Kelembaban Relatif Sesuai ISO 7730 ASHRAE 55? Ya Kenyamanan Termal Tercapai Ya Sesuai SNI 03- 6572-2001? Tidak Kenyamanan Termal Tidak Tercapai Tidak Perlu Rancangan Perbaikan Ruang Kelas Gambar 4.5 Langkah-langkah Pengolahan Data dan Analisis Hasil 26 Laporan Akhir Hibah Bersaing Tahun ke-3, 2013 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
4pengumpulan 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. LAMBANG KETERANGAN KURSI 1 2 MEJA F F PINTU 5 TITIK PENGUKURAN JENDELA PAPAN TULIS 3 F F 4 F AC KIPAS ANGIN Gambar 5.1 Titik-titik
Kelembaban Relatif (%) No Kuliah Titik 1 2 3 4 5 Rata-rata Total 1 Awal kuliah 1 73,08 72,86 73,58 73,06 73,32 73,18 2 Akhir kuliah 1 73,7 73,58 73,88 73,58 73,84 73,72 3 Awal kuliah 2 75,77 75,53 75,67 75,67 75,67 75,66 4 Akhir kuliah 2 67,23 67,8 67,27 67,03 67,13 67,29 5 Awal kuliah 3 66,3 66,73 66,87 67,1 67 66,8 6 Akhir kuliah 3 68,57 68,37 68,47 69,17 69,13 68,74 7 Awal kuliah 4 69,48 69,28 69,2 69,18 69,15 69,26 8 Akhir kuliah 4 69,23 68,08 68,53 68,5 68,48 68,56 9 Awal kuliah 5 68,5 68,05 68,63 67,88 68,53 68,32 10 Akhir kuliah 5 69,6 69,25 69,48 69,15 69,58 69,41 11 Awal kuliah 6 70 72,3 72,05 72,05 72,2 71,72 12 Akhir kuliah 6 70,2 70,15 70,7 70,5 70,5 70,41 78 76 74 72 70 68 66 64 62 60 Rata-rata Kelembaban Titik 1 Titik 2 Titik 3 Titik 4 Titik 5 Rata-rata Total Gambar 5.3 Grafik Kelembaban Relatif Pada Titik-titik Pengukuran 29 Laporan Akhir Hibah Bersaing Tahun ke-3, 2013 Kecepatan Udara (m/s) 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) No Kuliah Titik 1 2 3 4 5 Rata-rata Total 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 1,2 Rata-rata Kecepatan Udara 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 Titik 1 Titik 2 Titik 3 Titik 4 Titik 5 Rata-rata Total Gambar 5.4 Grafik Kecepatan Udara Pada Titik-titik Pengukuran 30 Laporan Akhir Hibah Bersaing Tahun ke-3, 2013 5.1.4 Data
4Suhu Basah, Suhu Kering dan Suhu Bola Data
4suhu basah, suhu kering dan suhu bola yang ditampilkan merupakan data
Awal kuliah 5 Akhir kuliah 5 Awal kuliah 6 Akhir kuliah 6 Suhu Basah 24,41 26,14 26,59 26,24 25,19 26,28 26,45 26,34 26,21 26,26 27,28 26,49 Suhu Kering 26,38 28,28 28,56 29 27,71 29,22 29,34 29,23 29,12 28,57 29,38 28,53 Suhu Bola 26,84 28,52 28,72 29,14 28,07 29,29 29,38 29,31 29,3 29,01 29,39 28,57 Gambar 5.5 Grafik Suhu Basah, Suhu Kering dan Suhu Bola Pada Titik-titik Pengukuran 32 Laporan Akhir Hibah Bersaing Tahun ke-3, 2013 Nilai Rata-rata 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 Umur Berat Badan Tinggi Badan Jumlah (Tahun) (kg) (cm) (Orang Rata- Standar Rata- Standar Rata- Standar ) Rata Deviasi Rata Deviasi Rata Deviasi 1 Kuliah 1 130 19,23 0,76 62,65 18,52 167,09 14,4 2 Kuliah 2 63 19,83 1,04 63,48 10,13 170,68 6,25 3 Kuliah 3 66 19,94 1,26 62,56 11,53 169,82 6,84 4 Kuliah 4 91 19,67 1,05 63,43 16,54 166,97 13,82 5 Kuliah 5 53 19,85 1,06 66,72 22,28 165,28 22,37 6 Kuliah 6 21 18,86 0,57 60,71 7,29 168,95 5,55 180 160 140 120 100 80 60 40 Kuliah 1 Kuliah 2 Kuliah 3 Kuliah 4 Kuliah 5 Kuliah 6 20 0 Umur (Tahun) Berat Badan (Kg) Tinggi Badan (cm) Gambar 5.6 Grafik Data Personal Mahasiswa Insulation clothing (I clo ) 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 (I clo ) mahasiswa dapat dilihat pada Tabel 5.6. 33 Laporan Akhir Hibah Bersaing Tahun ke-3, 2013 Insulation Clothing (Clo) Tabel 5.6 Data Rata-Rata Total Insulation Clothing (I clo ) 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 0,95 Rata-rata Total Insulation Clothing 0,9 0,85 0,8 0,75 0,7 Kuliah 1 Kuliah 2 Kuliah 3 Kuliah 4 Kuliah 5 Kuliah 6 Gambar 5.7 Grafik Rata-rata Total Insulation Clothing (I clo ) Mahasiswa 5.1.6 Data Fisiologis Pengumpulan
4data 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. 34 Laporan Akhir Hibah Bersaing Tahun ke-3, 2013 Suhu (°C) Beat/min Tabel 5.7 Data Rata-Rata Total Fisiologis Mahasiswa Kuliah N Age BB (Kg) Suhu Tubuh (°C) Awal Akhir DNI DNK Kuliah 1 24 18,88 63,54 36,69 36,83 84,88 86,77 Kuliah 2 8 20 59,63 37 37,06 72,38 80,2 Kuliah 3 16 19,81 62,88 36,63 36,92 78,25 82,71 Kuliah 4 24 20,21 61,79 36,67 36,93 81,54 86,62 Kuliah 5 4 19 56,75 36,7 36,9 72,75 77,28 Kuliah 6 4 19,25 60,75 36,75 36,75 70 74,38 100 90 80 70 60 50 40 30 Rata-rata DNI Rata-rata DNK 20 10 0 Kuliah 1 Kuliah 2 Kuliah 3 Kuliah 4 Kuliah 5 Kuliah 6 Gambar 5.8 Grafik Rata-rata Total DNI dan DNK Mahasiswa 37,1 37 36,9 36,8 36,7 36,6 Awal Kuliah Akhir Kuliah 36,5 36,4 Kuliah 1 Kuliah 2 Kuliah 3 Kuliah 4 Kuliah 5 Kuliah 6 Gambar 5.9 Grafik Rata-rata Total Suhu Tubuh Mahasiswa 35 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
1 Kkal = 1000 kal ) = 122300 kal/m 2 Jam ( 1 kalori = 4,2 Joule) = 122300 x 4,2 J/m 2 Jam ( 1 Jam = 3600 detik) 40 Laporan Akhir Hibah Bersaing Tahun ke-3, 2013 = = 142,6833 J/m 2 det (W/m 2 ) ( 1 met = 58,2 W/m 2 ) = = 2,45 met Dengan cara yang sama, rekapitulasi hasil perhitungan metabolic rate dapat dilihat pada Tabel 5.13. No Kuliah Tabel 5.13 Hasil Perhitungan Metabolic Rate Pengeluaran Energi (Kkal/jam) Dubois Area (m 2 ) Metabolic Rate (J/m 2 s atau W/m 2 ) Metabolic Rate (met) 1 Kuliah 1 207,91 1,7 142,68 2,45 2 Kuliah 2 189 1,74 126,72 2,18 3 Kuliah 3 191,95 1,72 130,2 2,24 4 Kuliah 4 210,11 1,71 143,35 2,46 5 Kuliah 5 172,08 1,73 116,05 1,99 6 Kuliah 6 162,91 1,69 112,46 1,93 5.3. Standar Kenyamanan 5.3.1. Perhitungan Mean Radiant Temperature (T mrt ) Perhitungan mean radiant temperature (T mrt )
menggunakan persamaan dari Belding (Givoni,1963, bab 4) dengan rumus: Tmrt = Tglobe + 0.24Va x 0.5(Tglobe – Tdb) dengan: T mrt =
5Temperatur radiasi rata-rata atau Mean Radiant Temperature (°C) T
globe = Suhu Bola atau Globe Temperature (°C) V a T db = Kecepatan Udara atau Air Velocity (m/s) = Suhu Kering atau Dry Bulb Temperature (°C) Hasil perhitungan mean radiant temperature (T mrt ) yang
ditampilkan menggunakan data rata-rata total suhu bola, suhu kering dan kecepatan udara selama waktu pengamatan. Hasil perhitungan mean radiant temperature (T mrt ) dengan Spreadsheet Microsoft Excel dapat dilihat pada Tabel 5.14. 41 Laporan Akhir Hibah Bersaing Tahun ke-3, 2013 (°C) No Tabel 5.14 Hasil Perhitungan Mean Radiant Temperature (T mrt ) Kuliah Suhu Bola (°C) Suhu Kering (°C) Kecepatan Udara (m/s) Mean Radiant Temperature (°C) 1 Awal kuliah 1 26,84 26,38 0,41 26,86 2 Akhir kuliah 1 28,52 28,28 0,4 28,53 3 Awal kuliah 2 28,72 28,56 0,4 28,73 4 Akhir kuliah 2 29,14 29 0,4 29,15 5 Awal kuliah 3 28,07 27,71 0,4 28,09 6 Akhir kuliah 3 29,29 29,22 0,41 29,29 7 Awal kuliah 4 29,38 29,34 0,4 29,38 8 Akhir kuliah 4 29,31 29,23 0,4 29,31 9 Awal kuliah 5 29,3 29,12 0,4 29,31 10 Akhir kuliah 5 29,01 28,57 0,4 29,03 11 Awal kuliah 6 29,39 29,38 0,4 29,39 12 Akhir kuliah 6 28,57 28,53 0,4 28,57 Temperatur Radiasi Rata-rata 30 29,5 29 28,5 28 27,5 27 26,5 26 25,5 Gambar 5.16 Grafik Mean Radiant Temperature 5.3.2. Perhitungan Effective Temperature (ET) Penentuan nilai Effective Temperature (ET) atau temperatur efektif dapat
Operative Temperature (T op ) 31 29 27 25 23 21 19 Gambar 5.18 Grafik Temperatur Operatif Aktual 44 Laporan Akhir Hibah Bersaing Tahun ke-3, 2013 Kelembaban Relatif (%) 5.4. PEMBAHASAN 5.4.1. Analisis Faktor Fisik Termal Faktor
4fisik terdiri dari temperatur udara, kelembaban relatif, kecepatan udara, suhu basah, suhu kering dan suhu bola.
Menurut Sritomo (2006) pada temperatur ±30°C aktivitas mental dan daya tanggap mulai menurun dan cenderung untuk membuat kesalahan serta dalam pekerjaan mulai timbul kelelahan fisiologis. Nilai terkecil rata-rata total temperatur adalah 28°C pada awal kuliah pertama. Pada awal kuliah keenam temperatur udara mencapai 30,36°C. Hal ini menunjukkan temperatur ruang kelas dapat menyebabkan penurunan daya tanggap dan timbulnya kelelahan fisiologis mahasiswa. Bahkan
4berdasarkan penelitian R. Niemela (2002) produktivitas pekerja mengalami penurunan 5% sampai 7% ketika temperatur udara melebihi 25°C.
Berdasarkan SNI 03-6572-2001 tentang Tata Cara Perancangan Sistem Ventilasi dan Pengkondisian Udara Pada Bangunan Gedung bahwa kelembaban udara relatif yang dianjurkan antara 40% sampai 50% untuk daerah tropis. Kelembaban udara relatif masih diperbolehkan sekitar 55% sampai 60% untuk ruangan yang digunakan oleh banyak orang seperti ruang pertemuan. Sedangkan nilai kelembaban relatif ruangan kelas berkisar antara 66,8% sampai 75,66%. Nilai kelembaban relatif berada di atas standar. Perbandingan kelembaban relatif aktual dengan standar dapat dilihat pada Gambar 5.19. 80 75 70 Kelembaban Relatif Aktual BKB Kelembaban Relatif Standar BkA Kelembaban Relatif Standar 65 60 55 50 Gambar 5.19 Grafik Perbandingan Kelembaban Relatif Aktual dengan Kembaban Relatif Standar 45 Laporan Akhir Hibah Bersaing Tahun ke-3, 2013 Berdasarkan SNI 03-6572-2001 kecepatan udara yang jatuh di atas kepala tidak boleh lebih besar dari 0,25 m/s dan sebaiknya lebih kecil dari 0,15 m/s untuk mempertahankan kondisi nyaman. Kecepatan udara dapat lebih besar dari 0,25 m/s tergantung dari suhu kering. Jika suhu kering dalam ruangan berubah dari 25°C menjadi 27,2°C atau naik 2,2°C maka untuk mengkonpensasi kenaikan suhu kering ini maka kecepatan udara yang mula-mula hanya 0,15 m/s harus dinaikkan menjadi 0,625 m/s. Nilai rata-rata total suhu kering awal kuliah pertama sampai akhir kuliah keenam adalah 28,61°C. Dengan cara interpolasi, standar kecepatan udara ruang kelas adalah 0,476 m/s. Rata-rata
4kecepatan udara aktual ruang kelas adalah 0,4 m/s
sampai 0,41 m/s. Nilai ini sudah mendekati standar. Namun berdasarkan pengukuran di titik satu, tiga dan lima rata-rata kecepatan udara 0 m/s yang berarti di bawah standar. Rata-rata kecepatan udara 1 m/s sampai 1,02 m/s di titik dua dan empat, yang berarti sudah di atas standar. Rata-rata kecepatan udara pada titik dua dan empat di atas standar karena di titik tersebut terdapat masing-masing satu unit mesin
termal) dalam ruang kelas. Rata-rata total denyut nadi mahasiswa juga mengalami kenaikan yaitu 74,38 sampai 86,77 denyut per menit setelah selesai kuliah. 5.4.3 Analisis Faktor Psikologis Faktor
4Psikologis terdiri dari data sensasi dan preferensi termal, sensasi dan preferensi aliran udara,
proses belajar dalam satuan W/m 2 atau met. Rata-rata Metabolisme untuk aktivitas biasa seperti belajar adalah 70 W/m 2 atau setara dengan 1,2 met sedangkan untuk dosen mengajar di depan kelas adalah sekitar 95 W/m 2 atau setara dengan 1,6 met (Stanton et al., 2005). Berdasarkan hasil perhitungan
metabolic rate mahasiswa diperoleh nilai terkecil sebesar 112,46 W/m 2 atau setara dengan 1,93 met pada kuliah keenam. Ini menunjukkan rata- rata metabolisme mahasiswa berada di atas normal. Hal ini
mengindikasikan bahwa untuk belajar di ruang kelas J17 203 mahasiswa membutuhkan metabolisme rata-rata lebih banyak dari normal. Bahkan metabolic rate mahasiswa pada kuliah keempat mencapai 143,35 W/m 2 (2,46 met) yang setara dengan bekerja memasang bata pada industri bangunan (2,2 met) atau berdiri mencuci piring (2,5 met). Proses belajar termasuk aktivitas dengan metabolisme rata-rata lebih kecil dari 70 W/m 2 namun karena kondisi lingkungan fisik yang tidak nyaman maka proses belajar harus dilakukan dengan metabolisme rata-rata lebih besar dari 112,46 W/m 2 . Nilai metabolisme rata-rata mahasiswa menjadi sangat besar karena pengeluaran energi (Energy Expenditure) mahasiswa juga besar. Pengeluaran energi mahasiswa tidak boleh lebih besar dari 100 Kkal/Jam jika melebihi maka metabolisme rata-rata mahasiswa akan lebih besar dari normal (70 W/m 2 ). 5.4.7 Analisis Effective Temperature (ET) Berdasarkan SNI 03-6572-2001 zona kenyamanan termal untuk daerah tropis dapat dibagi menjadi: Sejuk Nyaman, temperatur efektif antara 20,5°C sampai 22,8°C Nyaman Optimal, temperatur efektif antara 22,8°C sampai 25,8°C Hangat Nyaman, temperatur efektif antara 25,8
4°C sampai 27,1°C. Berdasarkan hasil perhitungan Effective Temperature (ET)
maka kategori kenyamanan termal dapat dilihat pada Tabel 5.19 dan Gambar 5.21. Kategori kenyamanan termal ruang kelas berada pada range hangat-nyaman dan tidak nyaman. Kondisi ini mengindikasikan bahwa ruangan kelas dapat digunakan oleh para mahasiswa dengan kondisi hangat-nyaman pada satu durasi waktu tertentu. Jika melebihi durasi tersebut maka kondisi 49 Laporan Akhir Hibah Bersaing Tahun ke-3, 2013 Effective Temperature (°C) ruangan kelas akan beralih menjadi tidak nyaman. Hal ini
menyebabkan kondisi termal ruangan kelas belum memenuhi standar kenyamanan untuk melakukan aktivitas belajar dan fluktuasi ET tertinggi dapat mencapai 28,06 °C. Oleh karena itu rancangan perbaikan ruang kelas dibutuhkan untuk lebih meningkatkan produktivitas proses belajar. Tabel 5.19 Kategori
Kenyamanan Termal Ruang Kelas No Kuliah ET (°C) Kategori 1 Awal kuliah 1 26,07 Hangat Nyaman 2 Akhir kuliah 1 27,17 Tidak Nyaman 3 Awal kuliah 2 27,23 Tidak Nyaman 4 Akhir kuliah 2 27,17 Tidak Nyaman 5 Awal kuliah 3 26,37 Hangat Nyaman 6 Akhir kuliah 3 26,9 Hangat Nyaman 7 Awal kuliah 4 27,26 Tidak Nyaman 8 Akhir kuliah 4 27,72 Tidak Nyaman 9 Awal kuliah 5 27,72 Tidak Nyaman 10 Akhir kuliah 5 27,58 Tidak Nyaman 11 Awal kuliah 6 28,06 Tidak Nyaman 12 Akhir kuliah 6 27,16 Tidak Nyaman 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 Effective Temperatur (ET) BKA Standar ET BKB Standar ET Gambar 5.21 Grafik Perbandingan Temperatur Efektif Aktual dengan Temperatur Efektif Standar 50 Laporan Akhir Hibah Bersaing Tahun ke-3, 2013 Operative Temperature (°C) 5.4.8 Analisis Operative Temperature (T op ) Berdasarkan SNI
403-6572-2001 batas kenyamanan termal temperatur operatif adalah berkisar antara 22 ,5°C sampai 26 °C
Nyaman 9 Awal kuliah 5 29,9 Tidak Nyaman 10 Akhir kuliah 5 29,63 Tidak Nyaman 11 Awal kuliah 6 29,97 Tidak Nyaman 12 Akhir kuliah 6 29,1 Tidak Nyaman 31 29 27 25 23 21 Operative Temperature (Top) Dari Gambar 5.22 menunjukkan kuliah pertama sampai keenam ruang kelas tidak nyaman. Hal ini
mengindikasikan ruang kelas tidak standar untuk melakukan aktivitas belajar. Bahkan diawal kuliah 19 keenam nilai Operative Temperature mencapai 29,97°C. Untuk itu rancangan perbaikan ruang kelas
Gambar 5.22. Grafik Perbandingan Temperatur Operatif Aktual dan Temperatur Operatif Standar dibutuhkan sehingga dapat mendukung proses belajar. 51 Laporan Akhir Hibah Bersaing Tahun ke-3, 2013 5.4.9
Analisis Predicted Mean Vote (PMV) dan Predicted Percentage Dissatisfied (PPD) Untuk melakukan perhitungan PMV dan PPD dibutuhkan enam input parameter yaitu temperatur udara (T a ), temperatur radiasi rata-rata (T mrt ), kelembaban relatif (RH), kecepatan udara (V a ), metabolic rate dan insulasi pakaian (clothing). Input parameter yang digunakan dalam perhitungan adalah data akhir perkuliahan karena untuk melihat nilai PMV dan PPD setelah mahasiswa selesai menggunakan ruang kelas.
Rekapitulasi input parameter yang digunakan untuk menghitung PMV dan PPD dapat dilihat pada Tabel 5.21. Tabel 5.21 Input Parameter Perhitungan PMV dan PPD Kuliah Ta(°C)Tmrt(°C) V a Clothing Metabolic RH (%) (m/s) (Clo) Rate (met) Akhir kuliah 1 29,19 28,53 0,4 73,72 0,81 2,45 Akhir kuliah 2 29,75 29,15 0,4 67,29 0,88 2,18 Akhir kuliah 3 29,32 29,29 0,41 68,74 0,8 2,24 Akhir kuliah 4 30,27 29,31 0,4 68,56 0,81 2,46 Akhir kuliah 5 30,03 29,03 0,4 69,41 0,85 1,99 Akhir kuliah 6 29,46 28,57 0,4 70,41 0,93 1,93 Perhitungan PMV dan PPD menggunakan formulasi Spreadsheet Microsoft Excel yang dirancang oleh Hakan Nilsson dari Departemen Teknologi dan Lingkungan Bangunan, Laboratorium Ventilasi dan Kualitas Udara Universitas Gavle. Contoh entry input parameter pada Spreadsheet Windows Microsoft Excel akhir kuliah pertama adalah sebagai berikut: Parameter Input Clothing (clo) 0,81 Air temp. (°C) 29,19 Mean radiant temp. (°C) 28,53 Activity (met) 2,45 Air speed (m/s) 0,40 Relative humidity (%) 73,72 Berdasarkan entry input parameter di Spreadsheet Windows Microsoft Excel maka diperoleh output parameter PMV dan PPD sebagai berikut: Parameter Results Operative temp. (°C) 28,92 PMV 2,4 PPD 91,1 Dengan cara yang sama, rekapitulasi output dari input parameter PMV dan PPD kuliah pertama sampai terakhir dapat dilihat pada Tabel 5.22 dan ditunjukakn pada Gamar 5.23. 52 Laporan Akhir Hibah Bersaing Tahun ke-3, 2013 PPD PPD PPD PPD PPD PPD 100 80 60 100 80 60 100 80 60 40 40 40 20 20 20 0 -3-2,5-2-1,5-1-0,5 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 PMV Kuliah 1 0 -3-2,5-2-1,5-1-0,5 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 PMV Kuliah 2 0 -3 -2,5 -2 -1,5 -1 -0,5 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 PMV Kuliah 3 100 100 100 80 80 80 60 40 20 0 -3-2,5-2 -1,5-1 -0,5 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 PMV Kuliah 4 60 40 20 0 -3-2,5-2-1,5-1-0,5 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 PMV Kuliah 5 60 40 20 0 -3-2,5-2 -1,5-1 -0,5 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 PMV Kuliah 6 53 Laporan Akhir Hibah Bersaing Tahun ke-3, 2013 Gambar 5.23 Grafik Nilai PMV dan PPD Tabel 5.22 Rekapitulasi Nilai PMV dan PPD No Kuliah PMV PPD (%) 1 Kuliah 1 2,4 91,1 2 Kuliah 2 2,3 88,3 3 Kuliah 3 2,2 84,9 4 Kuliah 4 2,6 95,3 5 Kuliah 5 2,1 81,1 6 Kuliah 6 2,0 76,8
4Kenyamanan 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%.
4Kenyamanan 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%.
2,0 yang berarti kondisi termal ruang kelas hangat dan PPD 76,8% yang artinya 76,8% mahasiswa merasa tidak nyaman sedangkan yang merasa nyaman hanya 23,2% . Bahkan pada kuliah keempat nilai PMV 2,6 yang berarti kondisi ruang kelas hangat mendekati panas dan PPD 95,3% yang berarti bahwa hanya 4,7% saja mahasiswa yang merasa nyaman selebihnya tidak. Hasil perhitungan PMV dan PPD menunjukkan hasil yang sama dengan kenyamanan termal yaitu mahasiswa merasa tidak nyaman dalam ruang kelas selama proses belajar berlangsung. Hal ini mengindikasikan perlu
4rancangan perbaikan ruang kelas untuk mendapatkan kenyamanan termal
ruang kelas. 5.5. Rancangan Perbaikan Lingkungan Kelas Berdasarkan analisis diatas,
4rancangan perbaikan ruang kelas perlu dilakukan untuk kenyamanan termal
sehingga mendukung proses belajar.
Cara yang biasa dilakukan untuk mendapatkan kenyamanan termal adalah perbaikan ventilasi ruangan. Ventilasi ruangan terdiri dari ventilasi alami dan mekanis. Perbaikan ventilasi ruang kelas yang dilakukan adalah dengan cara mekanis yaitu penggunaan pengkondisian udara atau Air Conditioning (AC). Jumlah pengkondisian udara di ruang kelas sebanyak dua unit masing-masing berdaya 1 PK. Jumlah
pengkondisian udara ini belum mencukupi sehingga tidak mampu memberikan kenyamanan termal dalam ruang kelas. Perhitungan kebutuhan jumlah pengkondisian udara 54 Laporan Akhir Hibah Bersaing Tahun ke-3, 2013 dilakukan dengan menghitung beban kalor ruang kelas. Beban kalor ruang kelas secara
sederhana dapat dihitung sebagai berikut: dengan: Q beban Q luas ruang Q orang Q pencahayaan Q lain Q beban = Q luas ruang + Q orang + Q pencahayaan + Q lain = Total beban kalor = Beban kalor untuk luas ruangan = Beban kalor untuk aktifitas pengguna ruangan = Beban kalor untuk lampu ruangan = Beban kalor untuk peralatan seperti laptop, kipas dan lain-lain. Dari Gambar 5.25 dapat ditunjukkan bahwa kuliah
pertama sampai kuliah keenam hanya awal kuliah pertama dan kuliah ketiga ruang kelas hangat nyaman selebihnya tidak nyaman. Hal ini mengindikasikan ruang kelas tidak standar untuk melakukan aktivitas belajar. Bahkan diawal kuliah keenam nilai Effective Temperature mencapai 28,06 °C. Untuk itu rancangan perbaikan ruang kelas dibutuhkan sehingga dapat mendukung proses belajar. 5.2.1 Perhitungan Beban Kalor Kondisi Aktual Ruang Kelas Rumus perhitungan beban kalor kondisi aktual ruang kelas adalah sebagai berikut: Q beban = Q luas ruang + Q orang + Q pencahayaan + Q lain Perhitungan masing-masing beban kalor ruang kelas sebagai berikut: 1. Beban Kalor Luas Ruang Kelas Untuk ruangan 1ft 2 dibutuhkan daya sebesar 55,74 BTU/h (untuk temperatur ruangan 25°C). Ruang kelas berukuran 10 x 7 x 4 meter, maka: Luas ruang kelas = P x l =10mx7m=70m2 1 m = 3,2808 ft 1 m 2 = 10,7636 ft 2 70 m 2 = 753,452 ft 2 Jadi beban kalor ruang kelas adalah = 753,452 x 55,74 = 41.997,4145 BTU/h ( 1 PK = 10000 BTU/h) Maka kebutuhan beban daya pengkondisian udara berdasarkan luas ruang kelas (termasuk beban kalor untuk radiasi matahari yang masuk ke dalam ruang kelas melalui 55 Laporan Akhir Hibah Bersaing Tahun ke-3, 2013 jendela, konveksi udara panas dari luar ruang kelas dan konduksi dinding ruang kelas yang disinari matahari) adalah : = = 4,20 PK 2. Beban Kalor Aktivitas Mahasiswa Jumlah mahasiswa yang menggunakan ruang kelas selama waktu pengamatan dapat dilihat pada Tabel 5.23. Tabel 5.23 Jumlah Mahasiswa
kal ) = 207910 x 4,2 J/Jam ( 1 kalori = 4,2 Joule) = ( 1 Jam = 3600 detik) = 242,5617 J/s (Watt) Diasumsikan 50 % pengeluaran energi yang dihasilkan berubah menjadi panas. Rata-rata jumlah pengguna ruang kelas kuliah pertama adalah 60 orang maka beban kalor yang dihasilkan adalah: = 242,5617 Watt x 50% x 60 = 7277,013 Watt ( 1 PK = 735 Watt) maka kebutuhan beban daya pengkondisian udara ruang kelas
berdasarkan jumlah mahasiswa = = 9,9 PK Dengan cara yang sama, rekapitulasi hasil perhitungan beban daya pengkondisian udara ruang kelas dapat dilihat pada Tabel 5.25 dimana beban daya tertinggi adalah 9,9 PK dan digunakan sebagai beban kalor berdasarkan aktivitas mahasiswa. No Tabel 5.25 Hasil
Perhitungan Beban Daya Pengkondisian Udara Beban Energi Daya Jumlah Kuliah Kalor (Kkal/Jam) (Watt) (Orang) (Watt) Beban Daya (PK) 1 Kuliah 1 207,91 242,56 60 7277,013 9,9 2 Kuliah 2 189 220,5 52 5733 7,8 3 Kuliah 3 191,95 223,94 45 5038,68 6,86 4 Kuliah 4 210,11 245,13 36 4412,31 6 5 Kuliah 5 172,08 200,76 26 2609,88 3,55 6 Kuliah 6 162,91 190,06 30 2850,93 3,88 3. Beban Kalor Pencahayaan Penerangan ruang kelas
4berasal dari 12 pasang lampu fluoresen (TL) yang masing- masing memiliki daya sebesar 40 Watt. Intensitas pencahayaan ruang kelas antara 109
sampai 220 lux.
Diasumsikan 70 % daya pencahayaan lampu yang dihasilkan berubah menjadi panas. Maka beban kalor karena pencahayaan ruang kelas adalah = 40 Watt x 70% x 24 = 672 Watt 57 Laporan Akhir Hibah Bersaing Tahun ke-3, 2013 maka kebutuhan beban daya pengkondisian udara ruang kelas karena pencahayaan adalah = = 0,91 PK 4. Beban Kalor Lain-lain Terdapat 4 unit kipas angin yang terletak di langit-langit ruang kelas. 1
4unit kipas angin dalam kondisi baik dan 3 lainnnya rusak.
Kipas berdaya 70 Watt. Dalam proses belajar mengajar biasanya dosen menggunakan laptop dan proyektor. Laptop dan proyektor masing-masing berdaya 20 dan 50 Watt. Maka beban kalor adalah: = 70 Watt x 20 Watt x 50 Watt = 140 Watt maka kebutuhan beban daya pengkondisian udara ruang kelas adalah = = 0,19 PK Sehingga total beban daya pengkondisian udara yang dibutuhkan berdasarkan kondisi aktual adalah: Q beban = Q luas ruang + Q orang + Q pencahayaan + Q lain = 4,2 + 9,9 + 0,91 + 0,19 = 15,2 PK atau 11,172 kW Jumlah pengkondisian udara saat ini adalah dua unit dengan daya berkapasitas 2 PK maka dibutuhkan 13,2 PK lagi untuk mendapatkan kenyamanan termal. 5.2.2 Perhitungan Beban Kalor
Rancangan Perbaikan Ruang Kelas Kebutuhan beban daya pengkondisian udara adalah sebesar 11,172 kW untuk mendapatkan kenyamanan termal ruang kelas. Kebutuhan daya 11,172 kW sangat besar sehingga bila direalisasikan akan mengakibatkan pemborosan energi (tidak efisien). Selain itu, daya
(Bernard, 1996 dalam Tarwaka, 2004). Jika diasumsikan beban kalor ruang kelas berkurang 10% karena melakukan ketiga cara di atas maka beban kalor ruang ruang kelas menjadi = 4,2 PK - (4,2 x 10%)PK = 3,78 PK Beban daya pengkondisian ruang kelas terbesar adalah 9,9 PK untuk beban kalor yang dihasilkan mahasiswa. Hal ini dikarenakan jumlah mahasiswa yang banyak saat mengikuti proses belajar dalam ruang kelas. Pada kuliah pertama jumlah mahasiswa ada yang mencapai 90 orang, sedangkan rata-ratanya 60 orang. Jumlah ini sangat tidak seimbang dengan luas ruang kelas yang hanya berukuran 10 x 7 x 4 meter. Berdasarkan Surat Departemen Pendidikan Nasional Nomor 2920/DT/2007 tentang Penetapan Daya Tampung Mahasiswa bahwa ruang kuliah 2 m 2 per mahasiswa. Maka standar jumlah mahasiswa untuk ruang kelas J17 203 adalah: Luas kelas ruang kelas = p x l =10mx7m=70m2 Jumlah standar mahasiswa dalam kelas = = 35 mahasiswa. Metabolisme rata-rata untuk aktivitas biasa seperti belajar adalah 70 W/m 2 atau setara dengan 1,2 met sedangkan untuk dosen mengajar di depan kelas adalah sekitar 95 W/m 2 atau setara dengan 1,6 met (Stanton et al., 2005). Jika rancangan perbaikan ruang kelas kondisi aktual diatas dilakukan maka pengeluaran energi mahasiswa tidak akan lebih besar dari 100 Kkal/Jam (70 W/m 2 ). Sehingga Perhitungan pengkonversian beban kalor mahasiswa adalah sebagai berikut: Energi = 100
Kkal/Jam Daya = 100 Kkal/Jam ( 1 Kkal = 1000 kal ) = 100000 x 4,2 J/Jam ( 1 kalori = 4,2 Joule) 59 Laporan Akhir Hibah Bersaing Tahun ke-3, 2013 = ( 1 Jam = 3600 detik) = 116,67 J/s (Watt) Diasumsikan 50 % pengeluaran energi yang dihasilkan berubah menjadi panas. Beban kalor adalah: = 116,67 Watt x 50% x 35 = 2041,67 Watt ( 1 PK = 735 Watt) Kebutuhan beban daya pengkondisian udara ruang kelas berdasarkan standar jumlah mahasiswa: = = 2,78 PK Jika pengkondisian udara telah mencukupi maka penggunaan kipas tidak perlu lagi sehingga beban kalor ruang kelas menjadi berkurang yaitu sebagai berikut: = 0 Watt x 20 Watt x 50 Watt = 70 Watt maka kebutuhan beban daya pengkondisian udara ruang kelas adalah = = 0,095 PK Sehingga total beban daya yang dibutuhkan adalah Q beban = Q luas ruang + Q orang + Q pencahayaan + Q lain = 3,78 + 2,78 + 0,91 + 0,095 = 7,565 PK atau 5,5603 kW Perbandingan pembebanan pengkondisian udara kondisi aktual dengan rancangan perbaikan ruang kelas dapat dilihat pada Tabel 5.29. Persentase penghematan energi = x100% = 50,23% Standar Intensitas Konsumsi Energi (IKE) untuk bangunan di Indonesia telah ditetapkan oleh Departemen Pendidikan Nasional Republik Indonesia Tahun 2004. Standar Intensitas Konsumsi Energi (IKE) dapat dilihat pada Tabel 5.27. 60 Laporan Akhir Hibah Bersaing Tahun ke-3, 2013 Tabel 5.26 Perbandingan Kondisi Aktual dengan Rancangan Perbaikan No Faktor Kondisi Aktual Rancangan Perbaikan 1 Beban kalor luas ruang (PK) 4,2 3,78 2 Beban kalor orang (PK) 9,9 2,78 3 Beban kalor pencahayaan (PK) 0,91 0,91 4 Beban kalor lain (PK) 0,2 0,095 5 Jumlah Mahasiswa (orang) 60 35 6 Total Beban Daya (PK) 15,2 7,565 7 Total Beban Daya (kW) 11,172 5,5603 Tabel 5.27 Standar Intensitas Konsumsi Energi (IKE) No Kriteria Ruangan AC Ruangan Non AC (kWh/m 2 /bln) (kWh/m 2 /bln) 1 Sangat Efisien 4,17 – 7,92 0,84 – 1,67 2 Efisien 7,92 – 12,08 1,67 – 2,5 3 Cukup Efisien 12,08 – 14,58 - 4 Agak Boros 14,58 – 19,17 - 5 Boros 19,17 – 23,75 2,5 – 3,34 6 Sangat Boros 23,75 – 37,75 3,34 – 4,17 Luas ruang kelas 70 m 2 . Satu minggu lima hari kuliah maka satu bulan 20 hari kuliah. Satu hari kuliah 9 jam. Intensitas konsumsi energi (IKE) ruang kelas kondisi aktual dan rancangan perbaikan ruang kelas sebagai berikut: Daya kondisi aktual = 11,172 kW IKE = = 28,728 kWh/m 2 /bln (Sangat Boros) Daya rancangan perbaikan = 5,5603 kW IKE = = 14,298 kWh/m 2 /bln (Cukup Efisien) Jumlah pengkondisian udara saat ini adalah dua unit dengan daya berkapasitas 2 PK maka dibutuhkan 5,565 PK lagi untuk mendapatkan kenyamanan termal. Rancangan perbaikan ruang kelas dapat dilakukan dengan memasang tiga unit pengkondisian udara atau Air Conditioning (AC) berkapasitas 2 PK dan satu unit bekapasitas 1,75 PK pada ruang kelas. 61 Laporan Akhir Hibah Bersaing Tahun ke-3, 2013 PPD
Pemasangan pengkondisian udara sebanyak 4 unit dalam ruang kelas berukuran 10 x 7 x 4 m menjadi lebih efektif. Pemasang alat penutup pintu otomatis, pemasangan tirai atau film anti radiasi pada kaca jendela, menutup semua ventilasi ruang kelas dengan plastik. 5.2.3 PMV dan PPD Rancangan Perbaikan Ruang Kelas Temperatur udara (T a ) ruang kelas 25°C berdasarkan hasil rancangan perbaikan. Jika
