Contoh Perhitungan Beban Pendingin

(1)

UJIAN TENGAH SEMESTER

TAKE HOME TEST

AUDIT AND EFFICIENCY ENERGY

OLEH :

NAMA : HABIBI EL HADIDHY

NIM : 117015008

FAKULTAS TEKNIK

PROGRAM STUDI MAGISTER TEKNIK MESIN

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

(2)

SOAL:

Untuk kota-kota besar daerah tropis seperti Medan, Jakarta, dan Surabaya komsumsi energi terbesar dalam suatu bangunan komersial adalah untuk Pengkondisian Udara. Oleh karena itu dalam kebijakan Efisiensi dan langkah Audit energi pada Bangunan perlu diketahui teknik-teknik perhitungan beban pendingin. Pada soal ini dilakukan analysis beban pendingin.

Sebuah bangunan komersial (perkantoran), seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah,berlokasi di daerah 40oLU. Dinding A berbatasan langsung dengan ruangan yang tidak dikondisikan, temperatur di ruangan tersebut dianggap sama dengan temperatur udara luar. Sementara, dinding B, C, dan D terpapar sinar matahari.

Ukuran ruangan adalah 25 m x 15 meter, tinggi ruangan di dalam gedung adalah 3 m dan data tambahan dari gedung ini adalah sebagai berikut:

 Dinding D: terbuat dari bata kilat 100 mm (light-colored face brick), 200 mm bata biasa (common brick), 16 mm plester, 6 mm plywood yang dilengketkan ke plester. Menurut data koefisien perpindahan panas tembok ini pada musim panas U =1,36 W/m2K (R=0,735).

(3)

 Dinding B dan Dinding C: terbuat dari blok konkret cerah padat 200 mm dan plester 16 mm.Koefisien perpindahan panas pada musim panas U =2,73 W/m2K (R=0,366).

 Dinding A: terbuat dari bata padat 325 mm (tidak dicat), tidak diplester. Jika 300 mm bata ini mempunyai U = 2,29 W/m2K (R=0,435). Pada kedua sisi dinding diasumsikan terjadi konveksi dengan tahanan termal masing-masing R fc =1/ h=0,121 . Dengan menggunakan informasi ini tahanan thermal total dinding menjadi:

R w =0,121 =0,435×325/300 +0,121 = 0,713 dan U =1/ R w = 1,4 W/m2K

 Atap: terbuat dari atap datar 115 mm dan 50 mm gypsum, dan 50 mm isolasi berwarna gelap dengan nilai U =0,51 W/m2K (R=1,96).

 Lantai: terbuat dari konkret 100 mm, terhubung dengan tanah.

 Jendela: jenis fixed (non operable) dengan ukuran 1m x 1,5 m terbuat dari plat gelas biasa dengan tirai (veneterian blind) warna cerah.

 Pintu: terbuat dari 45 mm baja dengan inti urethane (sejenis campuran organik) dan isolator. Koefisien perpindahan panas menyeluruh pintu pada musim panas diperkirakan U=1,08 W/m2K (R=0,926) untuk pintu luar dan U =1,02 W/m2K (R=0,980) untuk pintu dalam. Ukuran pintu adalah: Pintu depan 1,5 m x 2 m, pintu samping 1,5 m x 2 m, dan pintu belakang 1,5m x 2 m (termasuk pintu dalam).

Catatan: Koefisien perpindahan panas menyeluruh pada permukaan luar yang ditampilkan di sini untuk kondisi musim panas dengan asumsi kecepatan angin 12 km/jam dan untuk permukaan dalam diasumsikan adanya lapisan udara. Kondisi saat perancangan adalah:

a. Kondisi udara luar (pada musim panas) adalah: temperatur bola kering 35oC dan bola basah 25oC dan perbedaan temperatur harian 11oC.

b. Kondisi udara di ruangan yang ingin dicapai adalah temperatur bola kering TR0 dan RH 60%. TR = 22oC

c. Penghuni ruangan: terdiri dari 85 pekerja, mulai jam 8 pagi s/d jam 5 sore.

d. Lampu: Total daya lampu 17,5 kW jenis fluorenscent beroperasi mulai jam 8 pagi s/d jam 5 sore setiap hari dan juga 4000 W jenis pijar beropeasi secara continiu. Konfigurasi lampu adalah type tidak perlu ventilasi.

e. Motorlistrik dan peralatan memasak: tidak ada peralatan memasak dan motor listrik di ruangan yang dikondisikan.

f. Ventilasi: yang direncanakan di sini adalah sebesar 7L/s/orang, maka total udara ventilasi adalah 85 x 7 =595 L/s.

(4)

g. Infiltrasi: yang mungkin pada ruangan ini hanyalah dari pembukaan pintu, dengan mempertimbangkan terjadi 30 orang keluar masuk dari pintu selama satu jam maka diperkirakan jumlah udara infiltrasi adalah 31,1 L/s.

h. Termal Respon bangunan: dikategorikan medium.

i. Lokasi peralatan pendingin: direncanakan di dinding A sehingga tidak ada pengaruh langsung pada sumber panas.

Lakukanlah Perencanaan sistem pendingin untuk ruangan tersebut di atas dengan menjawab pertanyaan berikut:

1. Lakukan Perhitungan Beban Pendingin mulai jam 8 pagi s/d jam 20

2. Beban Pendingin puncak pada soal 1 anggap jadi Qevaporator, lakukan perhitungan SKU dengan Te = -5oC dan Tk = 40oC untuk mendapatkan Wk (Kerja Kompresor). Jenis refrigeran yang digunakan adalah R-22.

PENYELESAIAN : 1. Beban Pendingin

a. Beban Pendingin Dari Atap

 Dilihat dari tabel 31 dengan data terpilih : - Mass Inside Roof

- No ceiling - R factor = 1,96

Maka ditentukan klasifikasi atap tipe 4  1,8 < R < 2,6 ; 50 mm.  U = 0,51 W/(m2.K)

 A = (25 x 15) m2 = 375 m2

 Dilihat dari tabel 30 diperoleh nilai CLTD pukul 17.00 = 43.  C1 = (25,5 – Ti) = (25,5 – 22) = 3,5

 Tm = 35 – 11/2 = 29,5oC

 C2 = (Tm – 29,4) = (29,5 – 29,4) = 0,1  C1 +C2 = 3,5 + 0,1 = 3,6

(5)

 Diperoleh harga q pada pukul 17.00 q = U.A.CLTDcorr

q = (0,51)(375)(46,6) ≈ 8912,25 W

Dengan cara yang sama diperoleh beban pendingin atap dari pukul 08.00 s/d 20.00 Tabel 1 Beban Pendingin Atap

Pukul U (W/m2K) A (m2) CLTD CLTDcorr Q (W) 08.00 0,51 375 -2 1,6 306,00 09.00 0,51 375 0 3,6 688,50 10.00 0,51 375 4 7,6 1.453,50 11.00 0,51 375 9 12,6 2.409,75 12.00 0,51 375 16 19,6 3.748,50 13.00 0,51 375 23 26,6 5.087,25 14.00 0,51 375 30 33,6 6.426,00 15.00 0,51 375 36 39,6 7.573,50 16.00 0,51 375 41 44,6 8.529,75 17.00 0,51 375 43 46,6 8.912,25 18.00 0,51 375 43 46,6 8.912,25 19.00 0,51 375 41 44,6 8.529,75 20.00 0,51 375 37 40,6 7.764,75

Gambar 1 Grafik Perubahan Beban Pendingin Atap Terhadap Waktu

b. Beban Pendingin dari Dinding D (Barat)

 A = (15 x 3) – (4x1x1,5 + 1x1,5x2) = 36 m2 -2,000 4,000 6,000 8,000 10,000 0 2 4 6 8 10 12 14 B e b an Pen d in gi n Q (W) Pukul

(6)

 U = 1,36 W/(m2.K)

 Dari tabel 11 tipe dinding adalah C4 dengan deskripsi “200mm common brick”  Dari tabel 33B dengan data terpilih :

- Secondary Material = Face Brick

- Wall Type = C4

- R = 0,735

Maka ditentukan nomor dinding W = 16.

 Dilihat dari tabel 32 nilai CLTD pada pukul 17.00 = 9  CLTDcorr = CLTD + C1 +C2 = 9 + 3,6 = 12,6

 Diperoleh harga q q = U.A.CLTDcorr

q = (1,36)(36)(12,6) ≈ 616,90 W

Dengan cara yang sama diperoleh beban pendingin dari pukul 08.00 s/d 20.00 Tabel 2 Beban Pendingin Dinding D (Barat)

Pukul U (W/m2_K) _{A (m}2₎ _CLTD _CLTD corr Q (W) 08.00 1,36 36 9 12,6 616,90 09.00 1,36 36 8 11,6 567,94 10.00 1,36 36 7 10,6 518,98 11.00 1,36 36 7 10,6 518,98 12.00 1,36 36 6 9,6 470,02 13.00 1,36 36 6 9,6 470,02 14.00 1,36 36 6 9,6 470,02 15.00 1,36 36 7 10,6 518,98 16.00 1,36 36 8 11,6 567,94 17.00 1,36 36 9 12,6 616,90 18.00 1,36 36 11 14,6 714,82 19.00 1,36 36 14 17,6 861,70 20.00 1,36 36 17 20,6 1.008,58

(7)

Gambar 2 Perubahan Beban Pendingin Dinding Barat Terhadap Waktu

c. Beban Pendingin dari Dinding C (Selatan)

 A = (25 x 3) – (1 x1,5 x 2) = 72 m2  U = 2,73 W/(m2.K)

 Dilihat dari tabel 11 tipe dinding adalah C8 dengan deskripsi “200 mm high density concrete block”

 Dilihat dari tabel 33B dengan data terpilih : - Secondary Material = Plester (Stucco)

- Wall Type = C8

- R = 0,366

q = (2,73)(72)(23,6) ≈ 4.638,82 W

Dengan cara yang sama diperoleh beban pendingin dari pukul 08.00 s/d 20.00

-200 400 600 800 1,000 1,200 B e b an Pen d in gi n Q (W) Waktu (Pukul)

(8)

Tabel 3 Beban Pendingin Dinding Selatan Pukul U (W/m2K) A (m2) CLTD CLTDcorr Q (W) 08.00 2,73 72 1 4,6 904,18 09.00 2,73 72 2 5,6 1.100,74 10.00 2,73 72 2 5,6 1.100,74 11.00 2,73 72 4 7,6 1.493,86 12.00 2,73 72 7 10,6 2.083,54 13.00 2,73 72 11 14,6 2.869,78 14.00 2,73 72 14 17,6 3.459,46 15.00 2,73 72 17 20,6 4.049,14 16.00 2,73 72 19 22,6 4.442,26 17.00 2,73 72 20 23,6 4.638,82 18.00 2,73 72 20 23,6 4.638,82 19.00 2,73 72 19 22,6 4.442,26 20.00 2,73 72 18 21,6 4.245,70

Trend beban pendingin dinding selatan setiap waktu dapat dilihat pada grafik berikut:

Gambar 3 Perubahan Beban Pendingin Dinding Selatan Terhadap Waktu

d. Beban Pendingin dari Dinding B (Timur)

 A = (15 x 3) – (1x1,5x2 + 2x1x1,5) = 39 m2 -500 1,000 1,500 2,000 2,500 3,000 3,500 4,000 4,500 5,000 B e b an Pen d in gi n Q (W) Waktu (Pukul)

(9)

 U = 2,73 W/(m2.K)

 Dari tabel 11 tipe dinding adalah C8 dengan deskripsi “200 mm high density concrete block”  Dari tabel 33B dengan data terpilih :

- Secondary Material = Plester (Stucco)

- Wall Type = C8

- R = 0,366

q = (2,73)(39)(23,6) ≈ 2.512,69 W

Tabel 4 Beban Pendingin Dinding Timur Pukul U (W/m2K) A (m2) CLTD CLTDcorr Q (W) 08.00 2,73 39 1 4,6 489,76 09.00 2,73 39 2 5,6 596,23 10.00 2,73 39 2 5,6 596,23 11.00 2,73 39 4 7,6 809,17 12.00 2,73 39 7 10,6 1.128,58 13.00 2,73 39 11 14,6 1.554,46 14.00 2,73 39 14 17,6 1.873,87 15.00 2,73 39 17 20,6 2.193,28 16.00 2,73 39 19 22,6 2.406,22 17.00 2,73 39 20 23,6 2.512,69 18.00 2,73 39 20 23,6 2.512,69 19.00 2,73 39 19 22,6 2.406,22 20.00 2,73 39 18 21,6 2.299,75

(10)

Gambar 4 Perubahan Beban Pendingin Dinding Timur Terhadap Waktu

e. Beban Pendingin dari Dinding A (Kopel)

 A = (25 x 3) = 75 m2

 R w =0,121 =0,435×325/300 +0,121 = 0,713  U =1/ R w = 1,4 W/m2K

 Diperoleh harga q pada pukul 17.00 q = U.A.(To – Tr)

q = (1,4)(90)(33,9 - 22) ≈ 1.249,50 W

Dengan cara yang sama diperoleh beban pendingin dari pukul 08.00 s/d 20.00 Tabel 5 Beban Pendingin Dinding Utara

Pukul U (W/m2K) A (m2) T0 (º) Tr (º) Q (W) 08.00 1,4 75 25,8 22 399,00 09.00 1,4 75 27,2 22 546,00 10.00 1,4 75 28,8 22 714,00 11.00 1,4 75 30,7 22 913,50 12.00 1,4 75 32,4 22 1.092,00 13.00 1,4 75 33,8 22 1.239,00 14.00 1,4 75 34,7 22 1.333,50 15.00 1,4 75 35 22 1.365,00 16.00 1,4 75 34,7 22 1.333,50 Pukul U (W/m2K) A (m2) T0 (º) Tr (º) Q (W) -500 1,000 1,500 2,000 2,500 3,000 B e b an Pen d in gi n Q (W) Waktu (Pukul)

(11)

17.00 1,4 75 33,9 22 1.249,50

18.00 1,4 75 32,7 22 1.123,50

19.00 1,4 75 31,3 22 976,50

20.00 1,4 75 29,8 22 819,00

Trend beban pendingin dinding utara setiap waktu dapat dilihat pada grafik berikut:

Gambar 5 PerubahanBeban Pendingin Dinding Utara Terhadap Waktu

f. Beban Pendingin dari Pintu di Dinding D (Barat)

 A = 1,5 x 2 = 3 m2  U = 1,08 W/(m2.K)

 Dilihat dari tabel 11 tipe dinding adalah B10 dengan deskripsi “50mm wood”  Dilihat dari tabel 33B dengan data terpilih :

- Secondary Material = Steel

- R = 0,926

 Dilihat dari tabel 32 nilai CLTD pada pukul 16.00 = 33  CLTDcorr = CLTD + C1 +C2 = 33 + 3,6 = 36,6  Diperoleh harga q q = U.A.CLTDcorr q = (1,08)(3)(36,6) ≈ 118,58 W -200 400 600 800 1,000 1,200 1,400 1,600 B e b an Pen d in gi n Q (W) Waktu (Pukul)

(12)

Dengan cara yang sama diperoleh beban pendingin dari pukul 08.00 s/d 20.00 Tabel 6 Beban Pendingin Pintu Barat

Pukul U (W/m2K) A (m2) CLTD CLTDcorr Q (W) 08.00 1,08 3 0 3,6 11,66 09.00 1,08 3 1 4,6 14,90 10.00 1,08 3 3 6,6 21,38 11.00 1,08 3 5 8,6 27,86 12.00 1,08 3 7 10,6 34,34 13.00 1,08 3 9 12,6 40,82 14.00 1,08 3 13 16,6 53,78 15.00 1,08 3 18 21,6 69,98 16.00 1,08 3 26 29,6 95,90 17.00 1,08 3 33 36,6 118,58 18.00 1,08 3 38 41,6 134,78 19.00 1,08 3 41 44,6 144,50 20.00 1,08 3 37 40,6 131,54

Trend beban pendingin pintu barat setiap waktu dapat dilihat pada grafik berikut:

Gambar 6 PerubahanBeban Pendingin Pintu Barat Terhadap Waktu

g. Beban Pendingin dari Pintu di Dinding C (Selatan)

-20 40 60 80 100 120 140 160 B e b an Pen d in gi n Q (W) Waktu (Pukul)

(13)

 A = 1,5 x 2 = 3 m2  U = 1,08 W/(m2.K)

- R = 0,926

 Dilihat dari tabel 32 nilai CLTD untuk pukul 17.00 = 26  CLTDcorr = CLTD + C1 +C2 = 26 + 3,6 = 29,6

q = (1,08)(3)(29,6) ≈ 95,9 W

Dengan cara yang sama diperoleh beban pendingin dari pukul 08.00 s/d 20.00 Tabel 7 Beban Pendingin Pintu Selatan

Pukul U (W/m2K) A (m2) CLTD CLTDcorr Q (W) 08.00 1,08 3 -1 2,6 8,42 09.00 1,08 3 1 4,6 14,90 10.00 1,08 3 4 7,6 24,62 11.00 1,08 3 8 11,6 37,58 12.00 1,08 3 13 16,6 53,78 13.00 1,08 3 18 21,6 69,98 14.00 1,08 3 23 26,6 86,18 15.00 1,08 3 26 29,6 95,90 16.00 1,08 3 27 30,6 99,14 17.00 1,08 3 26 29,6 95,90 18.00 1,08 3 22 25,6 82,94 19.00 1,08 3 18 21,6 69,98 20.00 1,08 3 15 18,6 60,26

(14)

Gambar 7 PerubahanBeban Pendingin Pintu Barat Terhadap Waktu

h. Beban Pendingin dari Pintu di Dinding B (Timur)

 A = 1,5 x 2 = 3 m2  U = 1,08 W/(m2.K)

- R = 0,926

 Dilihat dari tabel 32 nilai CLTD untuk pukul 17.00 = 18  CLTDcorr = CLTD + C1 +C2 = 18 + 3,6 = 21,6

q = (1,08)(3)(21,6) ≈ 69,98 W

-20 40 60 80 100 120 B e b an Pen d in gi n Q (W) Waktu (Pukul)

(15)

Tabel 8 Beban Pendingin Pintu Timur Pukul U (W/m2K) A (m2) CLTD CLTDcorr Q (W) 08.00 1,08 3 8 11,6 37,58 09.00 1,08 3 18 21,6 69,98 10.00 1,08 3 26 29,6 95,90 11.00 1,08 3 31 34,6 112,10 12.00 1,08 3 32 35,6 115,34 13.00 1,08 3 29 32,6 105,62 14.00 1,08 3 24 27,6 89,42 15.00 1,08 3 21 24,6 79,70 16.00 1,08 3 19 22,6 73,22 17.00 1,08 3 18 21,6 69,98 18.00 1,08 3 17 20,6 66,74 19.00 1,08 3 15 18,6 60,26 20.00 1,08 3 15 18,6 60,26

Trend beban pendingin pintu timur setiap waktu dapat dilihat pada grafik berikut:

Gambar 8 PerubahanBeban Pendingin Pintu Timur Terhadap Waktu

i. Beban Pendingin Akibat Konduksi Kaca Sebelah Barat dan Timur

 A = (4 x 1 x 1,5) + (2 x 1 x 1,5) = 9 m2  U = 4,6 W/(m2.K)

 Dilihat dari tabel 34 nilai CLTD untuk pukul 17.00 = 7

-20 40 60 80 100 120 140 B e b an Pen d in gi n Q (W) Waktu (Pukul)

(16)

 CLTDcorr = CLTD + C1 +C2 = 7 + 3,6 = 10,6  Diperoleh harga q

q = U.A.CLTDcorr

q = (4,6)(9)(10,6) ≈ 103,03 W

Dengan cara yang sama diperoleh beban pendingin dari pukul 08.00 s/d 20.00 Tabel 9 Beban Pendingin Akibat Konduksi dari Jendela Pukul U (W/m2K) A (m2) CLTD CLTDcorr Q (W) 08.00 1,08 9 0 3,6 34,99 09.00 1,08 9 1 4,6 44,71 10.00 1,08 9 2 5,6 54,43 11.00 1,08 9 4 7,6 73,87 12.00 1,08 9 5 8,6 83,59 13.00 1,08 9 7 10,6 103,03 14.00 1,08 9 7 10,6 103,03 15.00 1,08 9 8 11,6 112,75 16.00 1,08 9 8 11,6 112,75 17.00 1,08 9 7 10,6 103,03 18.00 1,08 9 7 10,6 103,03 19.00 1,08 9 6 9,6 93,31 20.00 1,08 9 4 7,6 73,87

Trend beban pendingin akibat konduksi jendela setiap waktu dapat dilihat pada grafik berikut:

Gambar 9 PerubahanBeban Pendingin Akibat konduksi Terhadap Waktu

j. Panas Transmisi Dari Jendela di Dinding D (Barat)

-20 40 60 80 100 120 B e b an Pen d in gi n Q (W) Waktu (Pukul)

(17)

 A = 4 x 1 x 1,5 = 6 m2

 Dilihat dari (tabel 4-11. Koefisien Peneduhan / Shade Coefficient) pada buku “Refrigerasi dan Pengkondisian Udara, Edisi ke-2, karangan Wilbert F. Stoecker, dkk, halaman 71) dengan data terpilih :

- Jenis Kaca : Kaca Tunggal

- Tipe Kaca : Pelat (6 mm - 12 mm) - Dengan krei pelindung terang

Maka diperoleh nilai SC = 0,55.

 Dilihat dari tabel 20 dengan data terpilih : - Zone Geometry : 30m x 30m - Zone Height : 3,0 m

Maka diperoleh nomor kaca adalah jenis 1 dan 2.  Dilihat dari tabel 35B dengan data terpilih :

- Nomor Kaca : 1 atau 2 - Floor Covering : carpet

- Partition Type : concrete block Maka diperoleh tipe kaca adalah tipe B.

 Dilihat dari tabel 36 zona B diperoleh harga SCL pada pukul 17.00 = 545 W/m2.  Diperoleh harga q

q = A(SC)(SCL)

q = (6)(0,55)(545) ≈ 1.798,50 W

Tabel 10 Panas Transmisi dari Jendela Barat Pukul A (m2) SCL SC Q (W) 08.00 6 69 0,55 227,70 09.00 6 85 0,55 280,50 10.00 6 98 0,55 323,40 11.00 6 110 0,55 363,00 12.00 6 117 0,55 386,10 13.00 6 186 0,55 613,80 14.00 6 318 0,55 1.049,40 Pukul A (m2) SCL SC Q (W)

(18)

15.00 6 438 0,55 1.445,40 16.00 6 523 0,55 1.725,90 17.00 6 545 0,55 1.798,50 18.00 6 463 0,55 1.527,90 19.00 6 208 0,55 686,40 20.00 6 135 0,55 445,50

Trend beban pendingin akibat transmisi dari jendela bagian barat setiap waktu dapat dilihat pada grafik berikut

Gambar 10 PerubahanBeban Pendingin Akibat Transmisi dari Jendela Barat Terhadap Waktu

k. Panas Transmisi Dari Jendela di Dinding B (Timur)

 A = 2 x 1 x 1,5 = 3 m2

 Dilihat dari (tabel 4-11. Koefisien Peneduhan / Shade Coefficient) pada buku “Refrigerasi dan Pengkondisian Udara, Edisi ke-2, karangan Wilbert F. Stoecker, dkk, halaman 71) dengan data terpilih :

- Jenis Kaca : Kaca Tunggal

- Tipe Kaca : Pelat (6 mm - 12 mm) - Dengan krei pelindung terang

Maka diperoleh nilai SC = 0,55.

 Dilihat dari tabel 20 dengan data terpilih : - Zone Geometry : 30m x 30m -200 400 600 800 1,000 1,200 1,400 1,600 1,800 2,000 B e b an Pen d in gi n Q (W) Waktu (Pukul)

(19)

- Zone Height : 3.0 m

Maka diperoleh nomor kaca adalah jenis 1 dan 2.  Dilihat dari tabel 35B dengan data terpilih :

- Nomor Kaca : 1 atau 2 - Floor Covering : carpet

- Partition Type : concrete block Maka diperoleh tipe kaca adalah tipe B.

 Dilihat dari tabel 36 zona B diperoleh harga SCL pada pukul 17.00 = 107 W/m2.  Diperoleh harga q

q = A(SC)(SCL)

q = (3)(0,55)(107) ≈ 176,55 W

Dengan cara yang sama diperoleh beban pendingin dari pukul 08.00 s/d 20.00 Tabel 11 Panas Transmisi dari Jendela Barat Pukul A (m2) SCL SC Q (W) 08.00 3 501 0,55 826,65 09.00 3 510 0,55 841,50 10.00 3 450 0,55 742,50 11.00 3 331 0,55 546,15 12.00 3 233 0,55 384,45 13.00 3 198 0,55 326,70 14.00 3 173 0,55 285,45 15.00 3 151 0,55 249,15 16.00 3 129 0,55 212,85 17.00 3 107 0,55 176,55 18.00 3 79 0,55 130,35 19.00 3 47 0,55 77,55 20.00 3 32 0,55 52,80

Trend beban pendingin akibat transmisi dari jendela bagian timur setiap waktu dapat dilihat pada grafik berikut

(20)

Gambar 11 PerubahanBeban Pendingin Akibat Transmisi dari Jendela Timur Terhadap Waktu

l. Panas dari Manusia

 N = 85 orang

 Dilihat dari tabel 3 dengan data terpilih : - Moderately Active Office Work - Office

Maka diperoleh harga Sensible Heat Gain (SHG) = 75 W dan harga Latent Heat Gain (LHG) = 55 W.

 Dilihat dari tabel 35A dengan data terpilih : - Room location : Single story - Floor covering : Carpet Maka diperoleh tipe zona C.

 Dilihat dari tabel 37 dengan data terpilih pada pukul 16.00 : - Zona tipe C

- Lama jam kerja = (17.00 – 08.00) + 1 = 10 jam Maka diperoleh harga CLF = 0,94.

 Diperoleh harga qsensible dan qlatent adalah sebagai berikut :

qsensible = N(SHG)(CLF) = (85)(75)(0,94) ≈ 5.992,5 W qlatent = N(LHG) = (85)(55) ≈ 4.675 W -100 200 300 400 500 600 700 800 900 B e b an Pen d in gi n Q (W) Waktu (Pukul)

(21)

qtotal =qsensible + qlatent = 10.667,5 W

Dengan cara yang sama diperoleh beban pendingin dari pukul 08.00 s/d 20.00 Tabel 12 Beban Pendingin dari Manusia

Pukul N LHG SHG CLF Qlatent (W) Qsensible (W) Qtotal (W)

08.00 85 55 75 0,62 4.675,00 3.952,50 8.627,50 09.00 85 55 75 0,7 4.675,00 4.462,50 9.137,50 10.00 85 55 75 0,75 4.675,00 4.781,25 9.456,25 11.00 85 55 75 0,8 4.675,00 5.100,00 9.775,00 12.00 85 55 75 0,83 4.675,00 5.291,25 9.966,25 13.00 85 55 75 0,86 4.675,00 5.482,50 10.157,50 14.00 85 55 75 0,89 4.675,00 5.673,75 10.348,75 15.00 85 55 75 0,91 4.675,00 5.801,25 10.476,25 16.00 85 55 75 0,92 4.675,00 5.865,00 10.540,00 17.00 85 55 75 0,94 4.675,00 5.992,50 10.667,50 18.00 85 55 75 0,35 4.675,00 2.231,25 6.906,25 19.00 85 55 75 0,28 4.675,00 1.785,00 6.460,00 20.00 85 55 75 0,23 4.675,00 1.466,25 6.141,25

Trend beban pendingin dari manusia setiap waktu dapat dilihat pada grafik berikut:

Gambar 12 PerubahanBeban Pendingin dari Manusia Terhadap Waktu 5,000 6,000 7,000 8,000 9,000 10,000 11,000 12,000 B e b an Pen d in gi n Q (W) Waktu (Pukul)

(22)

m.Beban Pendingin dari Lampu  Diasumsikan bahwa : - Wtungsten = 4.000W (diketahui) - Wflourescent = 17.500W (diketahui) - Fu = 1,0 - Fsa = 1,0

- CLF = 1,0 (karena dioperasikan secara kontinu)

 Dilihat dari tabel 35B dan berdasarkan parameter yang sama seperti pada kasus Energi Matahari yang Menembus Kaca Barat/ Transmisi maka diketahui bahwa zona ruangan adalah tipe C.

 Dilihat dari tabel 38 dengan data terpilih untuk lampu flourescent pada pukul 16.00 : - Zona tipe C

- Lama jam kerja = (17.00 – 08.00) + 1 = 10 jam

- Nomor jam setelah peralatan dinyalakan = (16.00 – 08.00) + 1 = 9 jam Maka diperoleh harga CLF = 0,92.

 Diperoleh harga :

qflour = W(Fu)( Fsa)( CLF)

qflour = (17.500)(1,0)(1,2)(0,92) ≈ 19.320 W

qtungsten = W(Fu)( Fsa)( CLF)

qtungsten = (4.000)(1,0)(1,0)(1,0) ≈ 4.000 W

qtotal = qflour + qtungsten = 23.320 W

Dengan cara yang sama diperoleh beban pendingin dari pukul 08.00 s/d 20.00 Tabel 13 Beban Pendingin Akibat Lampu

Pukul

Wtungs (W)

Wflour

(W) Fu Fsatungs Fsaflour CLFtungs CLFflour Qtungs (W) Qflour (W) Qtotal (W)

08.00 4000 17500 1 1 1,2 1 0,73 4000 15330 19330 09.00 4000 17500 1 1 1,2 1 0,81 4000 17010 21010 10.00 4000 17500 1 1 1,2 1 0,85 4000 17850 21850 11.00 4000 17500 1 1 1,2 1 0,87 4000 18270 22270 12.00 4000 17500 1 1 1,2 1 0,89 4000 18690 22690 13.00 4000 17500 1 1 1,2 1 0,9 4000 18900 22900 14.00 4000 17500 1 1 1,2 1 0,91 4000 19110 23110 15.00 4000 17500 1 1 1,2 1 0,92 4000 19320 23320

(23)

Pukul

Wtungs (W)

Wflour

(W) Fu Fsatungs Fsaflour CLFtungs CLFflour Qtungs (W) Qflour (W) Qtotal (W)

16.00 4000 17500 1 1 1,2 1 0,92 4000 19320 23320

17.00 4000 17500 1 1 1,2 1 0,93 4000 19530 23530

18.00 4000 17500 1 1 1,2 1 0,25 4000 5250 9250

19.00 4000 17500 1 1 1,2 1 0,16 4000 3360 7360

20.00 4000 17500 1 1 1,2 1 0,13 4000 2730 6730

Trend beban pendingin akbat panas lampu setiap waktu dapat dilihat pada grafik berikut:

Gambar 13 PerubahanBeban Pendingin Akibat Panas Lampu Terhadap Waktu

n. Beban Pendingin dari Ventilasi

 Kondisi Udara Luar pada pukul 17.00 : - Dry Bulb Temp. (To) = 33,9 oC

- Wet Bulb Temp. = 25 oC - Humadity ratio (wo) = 0,0159  Kondisi Ruangan yang Diinginkan :

- Dry Bulb Temp. (Ti) = 22 oC

- RH = 60 %

- Humadity ratio (wi) = 0,0098

 Q = 7 L/s per orang atau Q = 595 L/s karena orangnya berjumlah 85 orang.  Diperoleh harga qsensible dan qlatent pada pukul 17.00 adalah sebagai berikut :

qsensible = 1,23Q(To - Ti) = (1,23)(595)(33,9 – 22) ≈ 8.7090,0 W -5,000 10,000 15,000 20,000 25,000 30,000 B e b an Pen d in gi n Q (W) Waktu (Pukul)

(24)

qlatent = 3010Q(wo - wi) = (3010)(595)(0,0155 – 0,0098) ≈ 10.276 W

 Tempertur udara luar untuk lokasi dimana gedung berada dapat dilihat pada Tabel 1 Bab 28 ASHRAE 1997. Pada pukul 8 sampai dengan pukul 20 ditampilkan pada tabel berikut.

Pukul 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

Tempratur 25,8 27,2 28,8 30,7 32,4 33,8 34,7 35 34,7 33,9 32,7 31,3 29,8 Dengan cara yang sama diperoleh beban pendingin dari pukul 08.00 s/d 20.00.

Tabel 14 Beban Pendingin dari Ventilasi

Pukul To (K) RHO Ti (K) RHi Wo Wi Q (L/s) Qsensible (W) Qlatent (W) Qtotal (W)

08.00 298,8 0,45 295 0,6 0,00923 0,0098 595 2781,03 -1020,84 1760,19 09.00 300,2 0,45 295 0,6 0,01004 0,0098 595 3805,62 429,83 4235,45 10.00 301,8 0,45 295 0,6 0,01104 0,0098 595 4976,58 2220,78 7197,36 11.00 303,7 0,45 295 0,6 0,01234 0,0098 595 6367,09 4549,01 10916,11 12.00 305,5 0,45 295 0,6 0,0137 0,0098 595 7684,43 6984,71 14669,13 13.00 306,8 0,45 295 0,6 0,01476 0,0098 595 8635,83 8883,11 17518,94 14.00 307,7 0,45 295 0,6 0,01554 0,0098 595 9294,49 10280,05 19574,55 15.00 308 0,45 295 0,6 0,01581 0,0098 595 9514,05 10763,61 20277,66 16.00 307,7 0,45 295 0,6 0,01554 0,0098 595 9294,49 10280,05 19574,55 17.00 306,9 0,45 295 0,6 0,01485 0,0098 595 8709,01 9044,30 17753,31 18.00 305,7 0,45 295 0,6 0,01386 0,0098 595 7830,79 7271,26 15102,05 19.00 304,3 0,45 295 0,6 0,01278 0,0098 595 6806,21 5337,03 12143,24 20.00 302,8 0,45 295 0,6 0,01171 0,0098 595 5708,43 3420,71 9129,14

Trend beban pendingin dari ventilasi setiap waktu dapat dilihat pada grafik berikut:

Gambar 14 PerubahanBeban Pendingin dari Ventilasi Terhadap Waktu -5,000 10,000 15,000 20,000 25,000 08.00 09.00 10.00 11.00 12.00 13.00 14.00 15.00 16.00 17.00 18.00 19.00 20.00 B e b an Pen d in gi n Q (W) Waktu (Pukul)

(25)

o. Beban Pendingin Akibat Infiltrasi

 Data kondisi luar dan dalam ruangan sama seperti pada kasus ventilasi di atas.  Diasumsikan :

- Orang yang melewati pintu = 40 orang/jam - Volume manusia yang lewat = 2,8 m3/orang Diperoleh nilai Qinf sebesar :

Qinf = (40 orang/jam x 2,8 m3/orang) = 112 m3/jam = 31,1 L/detik.

 Diperoleh harga qsensible dan qlatent adalah pada pukul 16.00 sebagai berikut :

qsensible = 1,23Q(To - Ti) = (1,23)(31,1)(34,7 – 22) ≈ 486 W

qlatent = 3010Q(wo - wi) = (3010)(31,1)(0,0155 – 0,0098) ≈ 537 W

Dengan cara yang sama diperoleh beban pendingin dari pukul 08.00 s/d 20.00 Tabel 15 Beban Pendingin Akibat infiltrasi

Pukul To (K) RHO Ti (K) RHi Wo Wi Q (L/s) Qsensible (W) Qlatent (W) Qtotal (W)

08.00 298,8 0,45 295 0,6 0,00923 0,0098 31,1 145,3614 -53,36 92,00 09.00 300,2 0,45 295 0,6 0,01004 0,0098 31,1 198,92 22,47 221,38 10.00 301,8 0,45 295 0,6 0,01104 0,0098 31,1 260,12 116,08 376,20 11.00 303,7 0,45 295 0,6 0,01234 0,0098 31,1 332,80 237,77 570,57 12.00 305,5 0,45 295 0,6 0,0137 0,0098 31,1 401,66 365,08 766,74 13.00 306,8 0,45 295 0,6 0,01476 0,0098 31,1 451,39 464,31 915,70 14.00 307,7 0,45 295 0,6 0,01554 0,0098 31,1 485,81 537,33 1023,14 15.00 308 0,45 295 0,6 0,01581 0,0098 31,1 497,29 562,60 1059,89 16.00 307,7 0,45 295 0,6 0,01554 0,0098 31,1 485,81 537,33 1023,14 17.00 306,9 0,45 295 0,6 0,01485 0,0098 31,1 455,21 472,74 927,95 18.00 305,7 0,45 295 0,6 0,01386 0,0098 31,1 409,31 380,06 789,37 19.00 304,3 0,45 295 0,6 0,01278 0,0098 31,1 355,75 278,96 634,71 20.00 302,8 0,45 295 0,6 0,01171 0,0098 31,1 298,37 178,80 477,17

(26)

Gambar 15 PerubahanBeban Pendingin Akibat Infiltrasi Terhadap Waktu

Dari hasil perhitungan di atas dapat ditabulasikan sepertti tabel di bawah untuk mengetahui beban pendingin terbesar terjadi pada pukul berapa. Beban pendingin tersebut adalah beban pendingin total (baik beban sensibel maupun beban laten) yang diperoleh dari berbagai faktor. Berikut adalah tabel yang menunjukkan beban pendingin total dari gedung dari pukul 08.00 hingga pukul 20.00.

Tabel 16 Beban Pendingin Total Tiap Waktu Pukul Q total (W) 08.00 33.672,54 09.00 39.370,24 10.00 44.525,49 11.00 50.837,51 12.00 57.672,37 13.00 63.972,61 14.00 69.286,56 15.00 72.886,59 16.00 74.057,13 17.00 73.171,47 18.00 51.995,50 19.00 44.946,39 20.00 39.439,58

Beban pendingin puncak dapat dilihat melalui grafik berikut:

-200 400 600 800 1,000 1,200 B e b an Pen d in gi n Q (W) Waktu (Pukul)

(27)

Evaporator Kondenser Kompresor KE 1 2 3 4

Gambar 16 Grafik Beban Pendingin Puncak

Diperoleh kesimpulan bahwa beban pendingin terbesar yang diterima gedung adalah sebesar

74.057,13 W atau sekitar 74,10 kW di mana terjadi pada pukul 16.00. Jadi dianggap bahwa Qevaporator = 74,10 kW.

. Kerja Kompresor dan Kalor Keluar Kondensor Skema Siklus Kompresi Uap

Gambar 2. Skema Siklus Kompresi Uap Single-Stage

-10,000.00 20,000.00 30,000.00 40,000.00 50,000.00 60,000.00 70,000.00 80,000.00 08.00 09.00 10.00 11.00 12.00 13.00 14.00 15.00 16.00 17.00 18.00 19.00 B e b an Pen d in gi n Q ( W) waktu (Pukul) Q total (W)

(28)

1 2 3 4 Tk = 40 0C TE = -5 0C 1016,5 243,375 P (kPa) h (kJ/kg) Diagram p-h Siklus

Gambar 3. Diagram p-h Siklus Kompresi Uap Single-Stage Dengan menggunakan tabel saturasi Refrigeran 134a ASHRAE diperoleh :

 h1 = hg@-5oC = 395,74 kJ/kg  h3 = hf@40oC = 256,35 kJ/kg  h4 = h3 = 256,35 kJ/kg

 s1 = sg@-5oC = 1,73035 kJ/(kg.K)

 Dilihat pada tabel sifat uap-lanjut R-134a ASHRAE. Dengan fakta bahwa s2 = s1 = 1,73035

kJ/(kg.K) dan dengan 2 kali interpolasi diperoleh nilai h2 = 425,56 kJ/kg pada 1016,5 kPa.

 Kerja Spesifik Kompresor (wc)

𝑤 = ℎ2− ℎ1 = 425,56 − 395,74 𝑘𝐽/𝑘𝑔

𝑤 = 29,82𝑘𝐽/𝑘𝑔

(29)

 Kalor Spesifik Keluar Kondensor (qk) 𝑞 = ℎ₂− ℎ₃ = 425,56 − 256,35 𝑘𝐽/𝑘𝑔 𝑞 = 169,21 𝑘𝐽/𝑘𝑔

Diperoleh kalor spesifik keluar kondensor sebesar 169,21 kJ/kg.

 Laju Aliran massa Refrigeran yang Dibutuhkan (ṁ)

𝑚 = 𝑄𝑒 ℎ1 − ℎ4 =

74,10 𝑘𝑊

395,74 − 256,35 𝑘𝐽/𝑘𝑔 𝑚 = 0,5316 𝑘𝑔/𝑠

Dibutuhkan laju aliran massa refrigeran sebesar 0,5316 kg/s untuk keberlangsungan siklus kompresi uap single stage ini.