ANALYSIS PENGHEMATAN PADA SISTEM
PENGKONDISIAN UDARA SEBUAH GEDUNG KOMERSIAL
DENGAN STUDI KASUS DI RS INALUM
KUALA TANJUNG SUMATERA UTARA
SKRIPSI
Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
Zuhdi Mahendra
NIM. 090401031
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis ucapkan kehadiran Tuhan Yang Maha Esa karena atas rahmat dan karunia-Nya lah penulis akhirnya dapat menyelesaikan skripsi ini dengan judul “Analisa Penghematan Energi Dari Pemakaian Ac Studi Kasus Gedung Rs Inalum Kuala Tanjung Kab.Batubara, Sumatera Utara”.
Skripsi ini disusun untuk memenuhi syarat menyelesaikan pendidikan Strata-1 (S1) pada Departemen Teknik Mesin Sub Bidang Konversi Energi, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
Dalam menyelesaikan skripsi ini banyak kesulitan yang penulis hadapi, namun berkat dorongan, semangat, doa dan bantuan baik materiil, moril, maupun spirit dari berbagai pihak akhirnya kesulitan itu dapat diatasi. Untuk itu sebagai manusia yang harus tahu berterima kasih, degan penuh ketulusan hati penulis mengucapkan terima kasih kepada :
1. Bapak Dr. Eng. Himsar Ambarita, ST., MT. selaku dosen pembimbing, yang dengan penuh kesabaran telah memberikan bimbingan dan motivasi kepada penulis.
2. Bapak Dr. Ing. Ir Ikhwansyah Isranuri selaku Ketua Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara.
3. Bapak Ir. M. Syahril Gultom MT. Selaku Sekretaris Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara.
4. Kedua orang tua penulis, M.Darlis (Alm) dan Helmiati, S.Pd yang tidak pernah henti-hentinya memberikan dukungan, doa serta kasih sayangnya yang tak terhingga kepada penulis.
5. Seluruh staf pengajar dan staf tata usaha Departemen Teknik Mesin yang telah membimbing serta membantu segala keperluan penulis selama penulis kuliah.
6. Bapak Ir. Syahrul Abda, M.Sc. selaku dosen wali penulis.
7. Seluruh adik-adik penulis, Aqqil Limianto dan Alfi Gilang Rahma yang selalu memberikan dukungan serta do’a kepada penulis.
8. Seluruh rekan-rekan stambuk 2009 terkhusus Tri Septian Marsah, TM Rinaldi Aulia, Ramadhan Daulay, Ary Santony, Chabib Muhammad, Indro Pramono, Wahyu Hamdani, Guruh Adryansyah P, Febrial Yasman N, Harri Rusadi D,
Cevi Oktora, Andri Setiawan, Pradipta Sigit, Irvin, Andi Yongko, Adventus Patar S, Efinde Beni S, dan banyak lagi yang tidak bisa penulis tuliskan namanya satu persatu yang selalu saling memberikan dukungan, saran dan kritik untuk keberhasilan tugas akhir ini.
9. Rekan-rekan di Laboratorium Menggambar Mesin / CAD yaitu Munawir Rosyadi Siregar, Ramadhan, Syahrul Ramadhan, Zuhdi Mahendra, Tri Septian Marsah, Juliono, Zulvia Chara Nosa Ginting, Fajril Ar-Rahman,Purwatmo, Budi Harry Cipta, Afrinedi, M. Ilham, Sigit Putra Kurniawan, Yogi Aldyansyah, Feby Danimasthari.
10. Kepada Bapak cipto dan PT. Inalum yang telah memberikan kesempatan serta bantuan dalam menyelesaikan tugas akhir ini.
11. Kepada seluruh anggota IMAPALIKO yang selalu memberikan dukungan do’a untuk keberhasilan tugas akhir ini yang tidak bisa penulis tulis namanya satu per satu.
12. Kepada Amanda Fulviona, Rahmat Fadhilah, Ridho Alhamdi, Raih Satria dan Ahmad Surya Putra yang selalu memberikan dukungan, nasehat untuk membuat tugas akhir ini.
13. Semua pihak yang tidak bisa penulis sebutkan namanya satu per satu yang telah banyak member bantuan kepada penulis dalam menyelesaikan tugas akhir ini.
Penulis menyadari bahwa masih banyak kesalahan dan kekeliruan dalam penulisan skripsi ini. Oleh karena itu penulis akan sangat berterima kasih dan dengan senang hati menerima saran dan kritik yang membangun demi tercapainya tulisan yang lebih baik. Akhir kata penulis berharap semoga tulisan ini dapat memberi manfaat kepada pembaca. Terima kasih.
Medan, Desember 2013
Zuhdi Mahendra
Krisis sumber energi yang semakin parah membuat kita harus berfikir bagaimana cara melakukan penghematan dan efisiensi pemakaian energi. Salah satu dengan mempertimbangkan beban pendingin yang diterima oleh sebuah gedung sesuai dengan arah gedung tersebut. Selain itu pemasangan AC yang tidak sesuai standar pada sebuah gedung juga menjadi salah satu factor terbuang besar energi yang dipakai. Penelitian ini dilakukan pada gedung komersial RS Inalum dengan melakukan simulasi terhadap arah gedung untuk mendapatkan besar beban pendingin pada gedung tersebut. Dari simulasi yang dilakukan akan didapatkan dimana posisi letak gedung yang paling optimal dalam menghemat beban pendingin. Selain itu juga diteliti besar kerugian energy akibat kondensasi yang terjadi pada instalasi pipa yang tidak bagus. Dalam penelitian ini kondisi temperature didalam bangunan di asumsikan 200C karena untuk daerah tropis kenyamanan termal untuk kondisi sejuk nyaman adalah 20,50C-22,80C dan temperature lingkungan di asumsikan 350C karena melihat temperature harian. Dalam hal ini posisi arah gedung diubah-ubah dengan menggunakan software yang penulis buat untuk mendapatkan hasil yang optimal. Dari hasil simulasi yang dilakukan didapatkan besar beban pendingin ketika bangunan menghadap utara (yang sebenarnya) adalah 798,93 kW dan yang paling optimal adalah ketika bangunan diputar menjadi menghadap selatan dengan besar beban pendingin 786,16 kW.
Kata kunci : Energi, beban pendingin, efisiensi
Energy crisis that is getting worse makes us have to think how to make savings and energy efficiency. One of the consideration received by the cooling load of a building in accordance with the direction of the building. In addition to the installation of air conditioning that does not conform to the standard of a building is also one factor of the energy used is wasted. The research was conducted on a commercial building with RS Inalum simulate the direction of the building to get a big load on the cooling of the building. From the simulation will be obtained where the position of the optimum location of the building cooling load in saves. It also investigated large energy losses that occur due to condensation on the pipe installation is not good. In this study the temperature conditions inside the building at 200C assume due to the tropical regions of thermal comfort for cool conditions comfortable is 20.50 C - 22, 80C and 350C assume environmental temperature as seen daily temperature. In this case the direction a fox-building will be changed by using software that the author made to obtain optimal results. From the results of the simulation obtained when large cooling load of the building facing north ( actual ) is 798.93 kW and the most optimal when the building is turned into a south facing with large cooling load of 786.16 kW.
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR ... i
ABSTRAK ... iii
ABSTRACT ... iv
DAFTAR ISI ... v
DAFTAR TABEL ... viii
DAFTAR GAMBAR ... x
DAFTAR SIMBOL ... xii
BAB I PENDAHULUAN ... 1 1.1 Latar Belakang ... 1 1.2 Tujuan Penelitian ... 2 1.3 Manfaat Masalah ... 2 1.4 Batasan Penelitian ... 2 1.5 Sistematika Penulisan ... 3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 4
2.1 Definisi Mesin Pendingin ... 4
2.1.1 Kompresor ... 4
2.1.2 Kondensor ... 5
2.1.3 Evaporator ... 7
2.1.4 Katup Ekspansi ... 8
2.2 Sistem Refrigerasi ... 8
2.2.1 Siklus Kompresi Uap ... 9
2.3 Beban Pendingin ... 12
2.3.1 Sumber-Sumber Beban Pendingin ... 13
2.3.2 Analisa Beban Pendingin ... 13
2.4 Alasan Refrigerasi dan pengkondisian Udara Penting ... 18
2.5 Sumber Daya Energi ... 19
2.5.1 Sumber Energi ... 19
2.5.2 Elastisitas Energi ... 27
2.5.4 Target Perencanaan Efisiensi dan Elastisitas Energi ... 36
2.5.5 Alasan Menghemat Pemakaian Energi ... 36
2.6 Asumsi dalam Perkiraan Kebutuhan Tenaga Listrik ... 38
2.7 Pertumbuhan Ekonomi ... 40
2.7.1 Pertumbuhan Penduduk ... 41
2.7.2 Perkiraan Kebutuhan Tenaga Listrik Indonesia 2012-2021 ... 42
2.7.3 Proyeksi Kebutuhan Tenaga Listrik Sumatera Utara ... 46
2.7.4 Rencana Pengembangan Sistem Kelistrikan PT PLN di Provinsi Sumatera Utara ... 47
2.8 Pentingnya Instalasi yang Baik pada AC ... 51
2.8.1 Pentingnya Perawatan terhadap Instalasi pada AC ... 51
BAB III METODOLOGI PENELITIAN ... 53
3.1 Tempat dan Waktu Penelitian ... 53
3.1.1 Tempat Penelitian ... 53
3.1.2 Waktu Penelitian ... 53
3.2 Prosedur Penelitian ... 53
BAB IV ANALISA DATA ... 56
4.1 Perhitungan Koefisien Panas Menyeluruh ... 59
4.2 Beban Pendingin Ruangan ... 74
4.2.1 Perhitungan Beban dari Atap ... 74
4.2.2 Perhitungan Beban Pendingin dari Dinding ... 75
4.2.3 Perhitungan Beban Pendingin dari Pintu ... 77
4.2.4 Perhitungan Beban Pendingin dari Jendela ... 79
4.2.5 Perhitungan Beban Pendingin dari Manusia ... 80
4.2.6 Perhitungan Beban Pendingin dari Lampu ... 82
4.2.7 Perhitungan Beban Pendingin dari Udara Infiltrasi ... 83
4.2.8 Perhitungan Simulasi Pemutaran Arah Gedung ... 85
4.2.9 Verifikasi hasil perhitungan dengan software komersial ... 107
4.3 Analisa Kerugian Energi dari Proses Kondensasi yang terjadi pada Kondensor ... 113
4.4 Analisa Kerugian Berdasarkan Isolasi Pipa yang Terbuka pada
Kondensor ... 114
4.4.1 Perhitungan Beban Pendingin dari Pipa yang Tidak Terisolasi ... 114
4.4.2 Perhitungan COP ... 115
4.4.3 Perhitungan Kerugian Energi per Bulan ... 116
4.4.4 Perhitungan Kerugian Finansial per Bulan ... 116
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 117
5.1 Kesimpulan ... 117
5.2 Saran ... 118
DAFTAR PUSTAKA ... 119
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Besar Cooling Load Factor ... 16
Tabel 2.2 Potensi dan Pemanfaatan Energi Terbarukan ... 27
Tabel 2.3 Potensi dan Pemanfaatan Energi Terbarukan ... 27
Tabel 2.4 Pertumbuhan Ekonomi Indonesia ... 40
Tabel 2.5Asumsi Pertumbuhan Ekonomi Indonesia ... 41
Tabel 2.6 Pertumbuhan Penduduk ... 42
Tabel 2.7 Pertumbuhan Ekonomi, Proyeksi Kebutuhan Tenaga Listrik dan Beban Puncak Periode 2012-2021 ... 42
Tabel 2.8 Prakiraan Kebutuhan Listrik, Angka pertumbuhan dan Rasio Elektrifikasi ... 43
Tabel 2.9 Kapasitas Pembangkit di Sumatera Utara ... 48
Tabel 2.10 Kapasitas Pembangkit PLTD isolated ... 50
Tabel 2.11 Proyeksi Penjualan Listrik ... 51
Tabel 4.1 Data-data dari Bangunan RS Inalum ... 56
Tabel 4.2 Beban Pendingin dari Atap ... 74
Tabel 4.3 Beban Pendingin dari Dinding A ... 75
Tabel 4.4 Beban Pendingin dari Dinding B ... 76
Tabel 4.5 Beban Pendingin dari Dinding C ... 76
Tabel 4.6 Beban Pendingin dari Dinding D ... 77
Tabel 4.7 Beban Pendingin dari Pintu B ... 78
Tabel 4.8 Beban Pendingin dari Pintu C ... 78
Tabel 4.9Beban Pendingin dari Pintu D ... 78
Tabel 4.10 Beban Konduksi dari Jendela ... 79
Tabel 4.11Panas Transmisi dari Jendela di Dinding B ... 79
Tabel 4.12 Panas Transmisi dari Jendela di Dinding D ... 80
Tabel 4.13 Panas dari Penghuni Ruangan yang dikondisikan ... 80
Tabel 4.14 Nilai Cooling Load Factor ... 81
Tabel 4.15 Nilai Panas dari Udara Infiltrasi... 82
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Siklus Kompresi Uap ... 10
Gambar 2.2 Diagram p-h ... 10
Gambar 2.3 Perbandingan Elastisitas Pemakaian Energi sejumlah Negara tahun 1998-2003 ... 29
Gambar 2.4 Perbandingan Penggunaan Intensitas Pemakaian Energi Primer beberapa Negara ... 30
Gambar 2.5 Intensitas Konsumsi Energi akhir per Kapita di Indonesia tahun 2000-2008 ... 31
Gambar 2.6 Proyeksi Penjualan Tenaga Listrik PLN 2012 dan 2021 ... 45
Gambar 2.7 Proyeksi Penjualan Tenaga Listrik PLN 2012-2021 ... 46
Gambar 2.8 Peta Kelistrikan Sumatera Utara ... 48
Gambar 3.1 Alur Pengerjaan Skripsi ... 55
Gambar 4.1 Gambar Teknik Bangunan Rumah Sakit ... 58
Gambar 4.2 Bentuk Dinding Coran ... 63
Gambar 4.3 Diagram Beban Pendingin Ruangan yang dikondisikan ... 84
Gambar 4.4 Grafik Total Beban Pendingin per Jam ... 85
Gambar 4.5 Grafik Total Beban Pendingin Gedung A menghadap Timur ... 92
Gambar 4.6 Grafik Total Beban Pendingin Gedung A menghadap Selatan ... 99
Gambar 4.7 Grafik Total Beban Pendingin Gedung A menghadap Barat ... 105
Gambar 4.8 Grafik Perbedaan Total Beban Pendingin ... 106
DAFTAR SIMBOL
Huruf Yunani
Simbol Arti Satuan
∆𝑇 Perbedaan Temperatur awal dan akhir oC
𝜌 Massa Jenis kg/m3
𝜂 Effisiensi -
𝜋 Konstanta -
Simbol Arti Satuan
Wk Luas penampang pipa 𝑚2
K Koefisian perpindahan panas konduksi 𝑊/𝑚.𝐾
𝑐𝑝 Panas jenis 𝑘𝐽/𝑘𝑔.𝐾
𝜌 Massa jenis 𝑘𝑔/𝑚3
ℎ Koefisien perpindahan panas konveksi 𝑊/𝑚2.𝐾
𝑘 Konduktivitas termal bahan 𝑊/𝑚.𝐾
𝑙 Ketebalan benda 𝑚
𝑚̇ Laju aliran massa 𝑘𝑔/𝑠
𝑁𝑢 Bilangan Nusselt -
𝑃𝑟 Bilangan Prandtl -
𝑄̇ Laju perpindahan panas 𝑘𝐽
𝑅𝑒 Bilangan Reynold -
𝑇𝑟 Temperatur dalam ruangan ℃
𝑇𝑜 Temperatur lingkungan ℃
Ѵ Kecepatan aliran air 𝑚/𝑠
ANALYSIS PENGHEMATAN PADA SISTEM
PENGKONDISIAN UDARA SEBUAH GEDUNG KOMERSIAL
DENGAN STUDI KASUS RS INALUM KUALA TANJUNG
SUMATERA UTARA
ZUHDI MAHENDRA NIM. 09 0401 031
Diketahui / Disahkan Disetujui
Ketua Departemen Teknik Mesin Dosen Pembimbing,
Fakultas Teknik – USU
Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri Dr.Eng.Himsar Ambarita, ST.MT NIP. 196412241992111001 NIP. 197206102000121001
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK USU MEDAN
KARTU BIMBINGAN
TUGAS SARJANA MAHASISWA
No : 2100 / TS / 2013
Sub. Program Studi : Konversi Energi
Bidang Tugas : Teknik Pendingin
Judul Tugas : Analysis Penghematan Pada Sistem Pengkondisian Udara Sebuah
Gedung Komersial Dengan Studi Kasus RS Inalum Kuala Tanjung Sumatera Utara.
Diberikan tanggal : 01-07-2013 Selesai Tgl : 9-12-2012
Dosen Pembimbing : Dr.Eng.Himsar Ambarita Nama Mhs : Zuhdi Mahendra NIM : 090401031
No Tanggal KEGIATAN ASISTENSI BIMBINGAN Tanda Tangan Dosen Pembimbing
1 01-07-2013 Menerima spesifikasi tugas
2 04-07-2013 Studi literatur dan pencarian referensi
3 30-07-2013 Survey ke RS Inalum Kuala Tanjung
4 10-08-2013 Analysis
5 09-09-2013 Asistensi laporan Bab 1
6 16-10-2013 Asistensi laporan Bab 2 dan Bab 3
7 07-10-2013 Asistensi laporan Bab 4
8 04-11-2013 Asistensi laporan Bab 5
9 18-11-2013 Asistensi keseluruhan
10 09-12-2013 ACC seminar
CATATAN: Diketahui,
KETUA DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FT USU
1. Kartu ini harus diperlihatkan kepada Dosen Pembimbing setiap asistensi
2. Kartu ini harus dijaga bersih dan rapi
3. Kartu ini harus dikembalikan ke Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri Departemen, bila kegiatan asistensi NIP.196412241992111001 telah selesai.
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK USU
M E D A N
TUGAS SARJANA
N A M A : Zuhdi Mahendra
N I M : 090401031
MATA PELAJARAN : Teknik Pendingin
SPESIFIKASI :
Lakukan analysis kemungkinan penghematan yang dapat dilakukan pada sistem pengkondisian udara sebuah gedung di kota Medan. Fokus penghematan adalah pada perbaikan instalasi pengkondisian udara dan sudut orientasi gedung. Pada perbaikan instalasi lakukan perhitungan dengan membandingkan dengan data pengukuran di lapangan. Pada perbaikan sudut orientasi gedung lakukan analysis dengan mengembangkan perangkat lunak berdasarkan ASRAE dan bandingkan hasilnya dengan hasil dari perangkat lunak komersial. Berikan rekomendasi potensi penghematan dari hasil analysis.
DIBERIKAN TANGGAL : 01/ 07 / 2013
SELESAI TANGGAL : 09/ 12 / 2013
MEDAN, 1 Juli 2013
KETUA DEPARTEMEN TEKNIK MESIN, DOSEN PEMBIMBING,
Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri Dr. Eng Himsar Ambarita, ST.MT NIP.1964 1224 1992 111001 NIP. 1972 0610 200012 1001
AGENDA :2100/ TS / 2013
DITERIMA TGL : 1-7-2013
ANALYSIS PENGHEMATAN PADA SISTEM
PENGKONDISIAN UDARA SEBUAH GEDUNG KOMERSIAL
DENGAN STUDI KASUS RS INALUM KUALA TANJUNG
SUMATERA UTARA
ZUHDI MAHENDRA NIM. 09 0401 031
Telah diperiksa dan disetujui dari hasil seminar Tugas Skripsi Periode ke-675 Tanggal Desember 2013
Disetujui Oleh:
Dosen Pembanding I Dosen Pembanding II
Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri Tulus B. Sitorus, ST,MT NIP. 196412241992111001 NIP. 197209232000121003
ANALYSIS PENGHEMATAN PADA SISTEM
PENGKONDISIAN UDARA SEBUAH GEDUNG KOMERSIAL
DENGAN STUDI KASUS RS INALUM KUALA TANJUNG
SUMATERA UTARA
ZUHDI MAHENDRA NIM. 09 0401 031
Telah diperiksa dan disetujui dari hasil seminar Tugas Skripsi Periode ke-675 Tanggal Desember 2013 Disetujui Oleh: Pembimbing Dr.Eng.Himsar Ambarita, ST.MT NIP. 197206102000121010
