SISTEM TATA UDARA HVAC DIGEDUNG BERTINGK (1)

SISTEM TATA UDARA (HVAC)

DIGEDUNG BERTINGKAT

PHE Tower

3

Adalah proses penurunan temperatur (pendinginan), dari suatu

ruangan atau suatu substansi menjadi lebih rendah dari temperatur

lingkungan sekitarnya melalui perpindahan kalor (heat transfer).

Refrigerasi dapat dianggap sebagai proses pembuangan kalor. Fluida

yang dapat memindahkan /membawa kalor tersebut : Refrigerant /zat

pendingin.

Refrigerasi :

Alat untuk mengatur temperatur, kelembaban, kebersihan dan

pasokan udara (dingin) ke suatu tempat ke tempat yang ingin

dikondisikan. Cara kerjanya adalah dengan memindahkan panas ke

udara luar menggunakan siklus refrigerasi.

Air Conditioner (AC) :

4

Apa arti Perpindahan Kalor (Heat Transfer)?

Kalor (panas) selalu berpindah dari substansi yang lebih hangat ke substansi yang lebih dingin.

Dalam kenyataan, molekul yang getarannya lebih cepat memindahkan sebagian dari energi mereka

ke molekul yang getarannya lebih lambat. Maka molekul yang getarannya cepat sedikit melambat

dan molekul yang lebih lambat menjadi lebih cepat. Secara sederhana, ini berarti jika diluar panas,

maka panas dari luar cenderung untuk memasuki ruangan yang lebih sejuk didalam bangunan.

Panas dapat dipindahkan dari suatu benda ke benda lain melalui metode sbb:



Radiasi

Melalui gerakan gelombang (serupa dengan gelombang

cahaya) dimana energi dipindahkan dari suatu benda ke

benda lain tanpa ada persentuhan.



Konduksi

Melalui aliran panas diantara bagian dari suatu benda

atau dari suatu benda ke benda lain melalui sentuhan

secara langsung.



Konveksi

5



“

Entropi dari sistem tertutup yang tidak berada dalam kesetimbangan

akan cenderung bertambah, mendekati nilai maksimalnya dalam

kesetimbangan

”

= Panas tidak akan berpindah (heat transfer) dengan

sendirinya dari substansi /tempat yang temperaturnya lebih tinggi ke

substansi lain yang temperaturnya lebih rendah. Untuk memindahkan

panas perlu dilakukan kerja thd sistem tsb (Hukum thermodinamika).



Sebaliknya panas akan berpindah dengan sendirinya dari substansi

yang lebih tinggi temperaturnya ke substansi yang lebih rendah

temperaturnya (dS > 0).



Tekanan dan temperatur fluida berkaitan erat. Setiap fluida akan

naik temperaturnya (titik didihnya) bila tekanannya

dinaikan

demikian pula sebaliknya.

Hukum Fisika dan Thermodinamika yang digunakan dalam

proses Refrigerasi

6

Vapour Compression Refrigeration Process

7

Proses-proses yang terjadi :

1.

Kompresor sebagai alat yang memompa zat pendingin

dalam sistem, adalah jantung dari sistem AC. Sebelum masuk

ke kompresor, zat pendingin adalah gas bertekanan rendah.

Oleh kompresor gas tersebut ditekan menjadi gas bertekanan

tinggi, menjadi panas dan mengalir menuju ke kondenser.

2. Di dalam kondenser, gas bertemperatur dan bertekanan

tinggi tersebut melepaskan panasnya ke udara luar dan

menjadi cairan

“subcool”

bertekanan tinggi.

3. Cairan bertekanan tinggi itu melalui expansion valve, yang

menurunkan tekanan dan sekaligus temperaturnya dibawah

temperatur dari ruangan atau materi yang didinginkan. Proses

ini menghasilkan cairan zat pendingin yang dingin dan

bertekanan rendah.

4. Zat pendingin cair bertekanan rendah mengalir ke

evaporator dimana zat itu menyerap panas dari udara ruangan

melalui proses penguapan dan menjadi gas bertekanan

rendah. Gas tersebut mengalir kembali ke kompresor dimana

siklusnya akan berulang kembali seperti awalnya.

Untuk pompa kalor, siklusnya berputar terbalik.

8

Sifat kimia ideal zat pendingin :



Mempunyai titik didih rendah.



Memiliki latent heat yang tinggi.



Mudah mencair pada tekanan dan temperatur

yang relatif rendah.



Tidak bersifat korosif thd logam.



Aman untuk digunakan dan disimpan.



Titik didih fluida pada tekanan atmosfir :

Air (H

₂

O)

= 100

o

C

(212

o

F).

Amonia (NH

₃

)

= - 2,2

o

C

(28

o

F).

R22 (CHClF

₂

)

= - 40,7

o

_C

_{(- 41,4}

o

_F).

9

10

11

No.

Type

Kapasitas & Daya listrik

(

_*

)

_{Indoor unit}

1.

Wall mounted



½ pk; 5.000 Btuh; 390 W; EER 12,8

12

No.

Type

Kapasitas & Daya listrik

(

_*

)

_{Foto unit}

4.

Floor mounted



¾ pk; 7.900 Btuh; (sama dengan wall mounted)



1 pk; 9.900 Btuh;

---

1,5 pk; 12..500 Btuh;

---

2 pk; 19.900 Btuh;

---

2,5 pk; 25.000 Btuh;

---5.

Multi Split

(

_*

)

= diambil dari katalog suatu merk AC

2 indoor; R410A; 1 phase; RLA 7,87A :

a. 1 pk (19 W, 470 m3/h)

b. 1,5 pk (19 W, 520 m3/h)

Outdoor P = 1,72 kW; Cap = 5,2 kW; COP = 3,02

3 indoor; R410A; 1 phase; RLA 9,84A :

a. 1 pk (19 W, 470 m3/h)

b. 1,5 pk (19 W, 520 m3/h)

c. 1,75 pk (19 W, 600 m3/h)

Outdoor P = 2,15 kW; Cap = 6,7 kW; COP = 3,12

4 indoor; R410A; 1 phase; RLA 12,75A :

a. 1 pk (19 W, 470 m3/h)

13

Perhitungan pay back period AC split

dengan EER yang berbeda

EER = Energy Efficiency Ratio = perbandingan Btu/h kapasitas AC dengan

konsumsi listriknya. TARIF LISTRIK = Rp 550,-/kWh, PEMAKAIAN LISTRIK

UNTUK AC = 12 Jam/hari. DALAM SATU TAHUN = 365 hari. 1 pk = 9.000

Btu/h. Berapa lama PAY BACK PERIOD-nya?

DALAM 1 TAHUN, BIAYA LISTRIK UNTUK SEBUAH :



AC dengan EER =11, konsumsi listrik = (9.000 Btuh / 11) = 818 Watt. Dalam 1

tahun = (818 Watt X 12 JAM X 365 HARI X Rp 550,-) / 1.000

= Rp

1.970.562,-

AC dengan EER =8,5, konsumsi listrik = (9.000 Btuh / 8,5) = 1.059 Watt. Dalam

1 tahun = 1.059 Watt X 12 JAM X 365 HARI X Rp 550,-) / 1.000

= Rp

2.551.131,-Selisih antara kedua AC dalam biaya pembayaran listrik pertahun = Rp

580.569,-Bila selisih harga kedua AC Rp 1.000.000,- maka

‘Pay

Back

Period’

-nya tercapai

14

15

1. Water Cooled Chiller

2. Air Cooled Chiller

3. Water Cooled Package

4. Air Cooled Package (Split ducted)

Catatan

: VRV (variabel refrigerant volume) hampir sama dengan Air Cooled

Packaged

16

Water Cooled

Chiller (WCC)

Chilled water, condenser water &

hot waterpumps

Water Cooled Chiller

Komponen WCC System :

1. Air Handling Unit (AHU)

2. Chilled & Condenser Water Piping

3. Chilled Water Pumps (ChWP)

4. Condenser Water Pumps (CWP)

5. Water Cooled Chiller (WCC)

6. Cooling Tower (CT)

(7. Boiler)

17

Suply Air Return Air

LEVEL-2

LEVEL-1

Ground Floor

Office Space

AC-SYSTEM

CHILLED WATER DISTRIBUTION SYSTEM (WATER COOLED CHILLER) AHU / FCU

Cooling Tower (CT)

Chilled Water Pump (ChWP)

WATER COOLED CHILLER

Condenser Water Pump (CWP)

18

Chilled WaterSuply Chilled Water Return

FIG.NO.2 Suply Air

CHILLED WATER DISTRIBUTION SYSTEM(AIR COOLED CHILLER)

A/C-SYSTEM

Office Space

19

Cooling -Tower

Condensor Water Pumps

Condensor Water Suply Condensor Water Return

Return Air AHU/WCP AHU/WCP

LEVEL-3

Condensor Water Return

Suply Air

Office Spaces

AHU/WCP

A/C-SYST EM

20

Refrigerant Discharged Lines

Suply Air

Return Air

LEVEL-2

AHU(Indoor Unit)

LEVEL-1

AHU(Indoor Unit)

GR-FLOOR

OUTDOOR UNIT

Suction Line

Office Spaces

AC-SYSTEM

21

The Comparison Among HVAC Systems

Water Cooled Chiller

Air Cooled Chiller

Water Cooled Package

Air Cooled Package

1

Maintenance

AHU filter & coil required regular cleaning.

The condenser water system required water treatment. Equipment involve in condenser

system (CT & CWP) required maintenance.

AHU filter & coil required regular cleaning.

AHU filter & coil required regular cleaning.

The condenser water system required water treatment. Equipment involve in condenser

system (CT & CWP) required maintenance.

AHU filter & coil required regular cleaning.

2

Power Consumption

The best power consumption: kW/TR around 0.65

For 570 TR required = 570 TR x 0.65 = 370.5 kW

Bad power consumption: kW/TR around 1.2

For 570 TR required = 570 TR x 1.2 = 684 kW

Good power consumption: kW/TR around 0.8

For 570 TR required = 570 TR x 0.8 = 456 kW

The worst power consumption: kW/TR around 1.3

For 570 TR required = 570 TR x 1.3 = 741 kW

3

Water Consumption

Cooling Tower constantly loosing water along its process to decrease condenser water

temperature

We have to provide make up water: 2,5% of condenser water flow

rate.

For 570 TR required = 570TR x 3 x 2,5% = 42.75 gpm.

No continuous water consumption Cooling Tower constantly loosing water along its process to decrease condenser water

temperature

We have to provide make up water: 2,5% of condenser water flow

rate.

For 570 TR required = 570TR x 3 x 2,5% = 42.75 gpm.

No continuous water consumption

4

Initial vs Operating cost

The initial cost is the most cheaper than others system for big

cooling capacity The operating cost is the most

cheaperthan others system for similar cooling capacity

In Total:

Initial cost WCC < Initial cost ACC < Initial cost WCP < Initial

cost ACP

Water cooled packaged could be install phase by phase in accordance with floor area

occupancy growth

The initial and operating cost is the most Expensive than

others system for similar cooling capacity. However for small cooling load (15 –75 pk),

22

The Comparison Among HVAC Systems (cont..)

Water Cooled Chiller

Air Cooled Chiller

Water Cooled Package

Air Cooled Package

5

Life time

In general, WCC lifetime could achieve more than 30 years. As common practice we expect to replace the chillers after 20

years of service.

When the age of equipment increase, the operating cost will increase

as well.

Similar with WCC.

(Depreciation period of ACC & WCC are 10 years).

In general, lifetime of WCP could achieve 20 years. As common practice we expect to

replace the WCP after 15 years of service.

Similar with WCP.

(Depreciation period of ACP & WCP are 10 years).

6

Piping Installation

Piping installation is taking long construction periodsince there are 2 piping system. Chilled water system must be

insulated and balanced.

Piping installation period is average (only condenser water

system).

Condenser water system must be balanced.

Piping installation period is average (only condenser water system). Condenser water system must be

balanced.

Refrigerant piping installation is relatively simple and construction period is fast. Refrigerant piping system must be

insulated.

7

Equipment Price

Estimated equipment price (only WCC) = USD 225 - 250/TR. 570 TR capacity of WCC = 570TR x $

250 = $ 142,500

Estimated equipment price (only ACC) = USD 275 - 300/TR. 570 TR capacity of ACC = 570TR x $

300 = $ 171,000

Estimated equipment price (only ACC) = USD 330 - 350/TR. 570 TR capacity of WCP = 570TR x $

350 = $ 199,500

Estimated equipment price (only ACC) = USD 350 - 400/TR. 570 TR capacity of WCP = 570TR x $

400 = $ 228,000

8

Space requirement

WCC usually install in less valuable and confine space such as basement or parking area. The

CT required open spaceto reject heat out of building such

as roof top.

No limitation between WCC and AHUs distance.

The ACC required open spaceto reject heat out of building

(such as roof top). No limitation between ACC and

AHUs distance.

WCP usually install AHU room. The CT required open space to reject heat out of building such

as roof top.

No limitation between WCP and CT distance.

The ACP required open spaceto reject heat out of building (such as roof top, AC ledge or

ground area).

The maximum distance between

ACP’s outdoor and indoor

23

Water Cooled Chiller, komponen :

1. AHU (Air Handling Unit)

2. Chilled Water & Condenser Water Piping

3. Chilled Water Pumps (ChWP)

4. Condenser Water Pumps (CWP)

5. Water Cooled Chiller (WCC)

6. Cooling Tower (CT)

Air Cooled Chiller, komponen :

1. AHU (Air Handling Unit)

2. Condenser Water Piping

24

1. Water Cooled Chiller,

menurunkan temperatur chilled water yang berasal dari

ChWP menjadi 4

–

7

o

_C.

Sistem Water / Air Cooled Chiller

25

Sistem Water / Air Cooled Chiller

3. Cooling Tower,

membuang kalor ke atmosfir atau menurunkan temperatur

condensor water yang berasal dari WCC /ACC 3

o

_{- 5}

o

_{C lebih rendah}

26

Sistem Water / Air Cooled Chiller

27

Sistem Water / Air Cooled Chiller

28

29

1.

Diffuser

. SAD = supply air diffuser, SLAD = slot linear air diffuser dll.

2.

Grille

. SAG = suplai air grille, RAG = return air grille, FAG = fresh air grille dll.

30

4.

Flexible duct

. Insulated dan non insulated flexible duct.

5.

Ducting neck

. Untuk Difuser dan Grille.

6.

Plenum

. Sebelum atau sesudah AHU/FCU.

31

Outdoor Air Requirement for Ventilation (ASHRAE Standard 62-1989)

Application

Estimated Max. Occ.

_{(P/100 m}2

or P/1000 ft2)

Outdoor air requirement

CFM per ft

2

_{of Floor}

Cfm /Person L/s per Person Cfm /ft2 _{L/s /m}2

1

Retail Stores, Show room

Basement and street 30 0.3 1.5

Cafeteria, food court 100 20 10

Mall and arcades 20 0.2 1

Smoking lounge* _{70 60 30 Mech. Exhaust, no circulation}

Storage rooms 15 0.15 0.75

2

Offices

Offices space 7 20 10

Reception areas 60 15 8

Conference room 50 20 10

Telecomunication center and data entry area

60 20 10

3

Public Spaces

Corridors and utilities 0.05 0.25

Public restroom 50 25

Locker and dressing room 0.5 2.5

Elevators 1 5

4

Residential

Living Area 15 7.5

Kitchen 100 / 25 50 / 12 Intermittent / continuous

32

Refrigeration Load Check figure (Rule of thumb)

Application

Refrigeration (Btuh/m

2

)

Refrigeration (ft

2

/TR)

Low Avg High Low Avg High

1

Retail Stores, Show room

Basement and street 400 470 650 325 275 200

Cafeteria 580 860 1.180 225 150 110

Main floor 430 520 650 300 250 200

Upper floor 330 430 520 400 300 250

Beauty, barber shops 520 650 860 250 200 150

2

Offices

Private 430 738 956 300 175 135

General - Perimeter 330 520 860 400 250 150

General –Interior 275 330 430 475 400 300

Conference room 650 860 1.300 200 150 100

3

Public Spaces

Libraries 330 470 740 400 275 175

Doctor’s clinic 430 650 860 300 200 150

Classrooms 470 650 860 275 200 150

Hospital’s public area 330 470 1.100 400 275 120

4

Residential

Apartment 330 430 650 400 300 200

33

Kebutuhan Ventilasi & Kapasitas pendinginan

CONTOH PERHITUNGAN MENGGUNAKAN CHECK FIGURE

Diketahui :

a. Ruangan untuk meeting di sebuah kantor dengan luas 80 m2.

b. Arkade di ground floor sebuah mall dengan luas = 21.528 ft2. (= 21.528 /10,764 = 2.000 m2)

c. Foodcourt dilantai teratas gedung dengan luas = 500 m2.

d. Ruangan kerja Direksi di dekat jendela yang menghadap ke Timur seluas = 60 m2

Catatan : 1 CFM (ft3/min) = 0,4719 l/s = 1,7 m3/h

1 TR = 12.000 Btuh = 3,5165 kW = 4/3 pk = 3.024 kcal/hr

I. Kebutuhan kapasitas pendingin

a. Untuk ruang meeting = 80 m2 x 860 Btuh =

68.800 Btu/h = 7,64 pk = 20,16 kW

b. Untuk arkade di mall = (21.528 ft2 /250 ft2) x 1TR =

86,1 TR = 115 pk = 302,8 kW

c. Untuk food court = 500 m2 x 860 Btuh =

430.000 Btu/h = 35,8 TR = 47,8 pk

d. Untuk ruang Direksi = 60 m2 x 956 Btuh =

57.360 Btu/h = 6,4 pk = 16,8 kW

II. Kebutuhan Ventilasi

a. Untuk ruang meeting = (80 m2 /100) x 50 orang x 20 CFM =

800 CFM = 380 l/s = 1.360 m3/h

b. Untuk arkade di mall = (2.000 m2 x 10,76) x 0,2 CFM =

4.304 CFM = 2.000 l/s = 7.300 m3/h

c. Untuk food court = (500 m2 /100) x 100 orang x 10 l/s =

5.000 l/s = 10.600 CFM = 18.000 m3/h

34

RULE OF THUMB UNTUK MENGHITUNG

VENTILASI NATURAL RUANG GENSET

Perbedaan temperatur udara luar dan temperatur ruang genset diasumsikan 10

o

_C

Ditentukan kapasitas genset = 1.000 kVA = 800 kW = 1.072 Hp

Diasumsikan kecepatan angin lewat grille (v) = 4 m/s & koefisien grile (b) = 0,5

I. Udara untuk proses pembakaran mesin (Q1)

Bila perbedaan temperatur udara luar dan temperatur ruang genset sekitar 10

o

_C.

Q1

= 0,1 m

3

_{/min x Hp genset}

Q1

= 0,1 m

3

_{/min.Hp x 1.072 Hp}

=

107 m

3

_/min

=

3.787 Cfm

II. Udara untuk mempertahankan temperatur ruangan oleh panas dari mesin (Q2)

Q2

= 0,5 m

3

_{/min x Hp genset}

Q2

= 0,5 m

3

_{/min.Hp x 1.072 Hp}

=

536 m

3

_/min

=

18.927 Cfm

III. Kebutuhan total ventilasi ruangan genset (Qt) per 1.000 kVA

Qt

= Q1 + Q2

Qt

=

643 m

3

_/min

₌

_{22.714 Cfm}

Bila Ventilasi mekanis diganti grile, maka kebutuhan area grile (Ag) minimal:

Ag

= m / ( b x v )

Ag

= (643 m

3

_{/min x 1/60 min/s) / (3 m/s x 0,5)}

35

Contoh Ventilasi di ruang Genset

Ventilasi secara mekanis

menggunakan axial fan

36

Exhaust Radiator Genset

37

Solusi Masalah Sirkulasi Udara dan water

treatment CT

Meskipun untuk water treatment CT mengandung

biocide

yang

dapat

mencegah

pertumbuhan

organisme (lumut & ganggang). Akan tetapi apabila

terdapat genangan air diarea CT, maka

lama-kelamaan di sekitar CT malah menjadi lahan yang

subur untuk tumbuhnya lumut dan tanaman.

38

Penggantian kondenser ACC

39

Isolasi yang kalor perlu segera diganti

40

Masalah Pitting akibat chemical CT

41

Kerusakan Pressure Diffrential Valve pada

ACC

42

Pelaksanaan Program Preventive

Maintenance

Debu tebal di impeler blower AHU

menunjukan tidak jalanya program

preventive maintenance. Usia motor

dan kesehatan penghuni ruangan

terabaikan.

43

Akibat tidak cukupnya teknisi maka preventive

maintenance

programs

tidak

jalan

dan

menyebabkan bagian dalam ahu ini (Lantai-1)

kotor dan berkarat dan ditambah control valve yg

tidak berfungsi maka chilled water terus mengalir

walaupun ahu off dan kondensasipun terjadi

TERIMA KASIH ATAS PERHATIAN ANDA