MAKALAH

MANAJEMEN ENERGI LISTRIK

PENCAHAYAAN

Dosen Pembimbing :

Dr. Ir. Supari, M.T

Disusun Oleh :

1. Rukslin, S.T MTE.15.14.0127

2. Sigit Prakosa Adhi N, S.Pd MTE.15.14.0128

3. Sunu Arsy Pratomo, S.T MTE.15.15.0131

4. Yusuf Siswanto, S.T MTE.15.15.0137

5. Nunik Lestari, S.Si MTE.15.15.0135

6. Rully Prasetyo B, S.T MTE.15.15.0134

UNIVERSITAS ISLAM SULTAN AGUNG

FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTI

MAGISTER TEKNIK ELEKTRO

2015

2

PENCAHAYAAN

Pendahuluan

Hanya akan membahas tentang pencahayaan/penerangan di bidang Manajemen

Energi Listrik.

1.1 Latar Belakang

Pada saat ini persaingan harga, ekonomi yang dipengaruhi oleh pasar, semua

orang mencari teknologi atau metode untuk mengurangi biaya energi dan mengurangi

adanya dampak lingkungan. Karena hampir semua gedung memiliki penerangan,

perbaikan penerangan merupakan kondisi yang umum. Listrik yang digunakan untuk

menghidupkan sistem penerangan menyumbang porsi yang cukup besar konsumsi

listrik yang ada di Amerika Serikat. Sistem penerangan menghabisakan kurang lebih

20% listrik yang dihasilkan di Amerika Serikat.

Sejak dimulainya peradaban hingga sekarang, manusia meciptakan cahaya

hanya dari api, walaupun lebih banyak sumber panas daripada cahaya. Di abad ke 21

ini kita masih menggunakan prinsip yang sama dalam menghasilkan panas dan

cahaya melalui lampu pijar. Hanya dalam beberapa dekade terakhir produk-produk

penerangan menjadi lebih canggih dan beraneka ragam. Menurut UNEP di Asia

Tenggara perkiraan menunjukan bahwa pemakaian energi oleh penerangan adalah 20

- 45% untuk pemakaian energi total oleh bangunan komersial dan sekitar 3 - 10%

untuk pemakaian energi total oleh plant industri. Penting untuk dimengerti bahwa

lampu-lampu yang efisien, belum tentu merupakan sistim penerangan yang efisien.

Hal yang menarik dalam perbaikan penerangan adalah menawarkan

penghematan tagihan untuk kW maupun kWh. Hal tersebut, akan berpotensi

meningkatkan penghematan biaya. Banyak dari perbaikan penerangan juga

meningkatkan tampilan lingkungan dan produktifitas pekerja. Sebaliknya, jika

perbaikan penerangan mengurangi kualitas penerangan, produktivitas pekerja

mungkin akan jatuh dan penghematan energi bisa tertutupi oleh penurunan

3

keuntungan. Hal ini terjadi pada saat perbaikan penerangan pada 1970s, ketika para

pekerja dibiarkan "dalam kegelapan" dikarenakan inisiatif de-lamping. Namun

dikarenakan perkembangan teknologi yang pesat, saat ini perbaikan penerangan bisa

mengurangi biaya energi sekaligus meningkatkan kualitas penerangan dan

produktifitas pekerja, disinilah Manajemen Energi Listrik diperlukan.

1.2 Teori Dasar Mengenai Cahaya

Cahaya hanya merupakan satu bagian berbagai jenis gelombang

elektromagnetis yang terbang ke angkasa. Gelombang tersebut memiliki panjang dan

frekuensi tertentu, yang nilainya dapat dibedakan dari energi cahaya lainnya dalam

spektrum elektromagnetisnya.

Cahaya dipancarkan dari suatu benda dengan fenomena sebagai berikut:

1. Pijar padat dan cair memancarkan radiasi yang dapat dilihat bila dipanaskan

sampai suhu 1000K. Intensitas meningkat dan penampakan menjadi semakin

putih jika suhu naik.

2. Muatan Listrik: Jika arus listrik dilewatkan melalui gas maka atom dan

molekul memancarkan radiasi dimana spektrumnya merupakan karakteristik

dari elemen yang ada.

3. Electro luminescence: Cahaya dihasilkan jika arus listrik dilewatkan melalui

padatan tertentu seperti semikonduktor atau bahan yang mengandung fosfor.

4. Photoluminescence: Radiasi pada salah satu panjang gelombang diserap,

biasanya oleh suatu padatan, dan dipancarkan kembali pada berbagai panjang

gelombang. Bila radiasi yang dipancarkan kembali tersebut merupakan

fenomena yang dapat terlihat maka radiasi tersebut disebut fluorescence atau

phosphorescence.

Cahaya nampak, seperti yang dapat dilihat pada spektrum elektromagnetik,

diberikandalam Gambar 1, menyatakan gelombang yang sempit diantara cahaya

ultraviolet (UV) dan energi inframerah (panas). Gelombang cahaya tersebut mampu

merangsang retina mata, yang menghasilkan sensasi penglihatan yang disebut

4

pandangan. Oleh karena itu, penglihatan memerlukan mata yang berfungsi dan

cahaya yang nampak.

Gambar 1. Radiasi yang Tampak (Biro Efisiensi Energi, 2005)

1.3 Devinisi dan Istilah yang Umum Digunakan

1. Armatur : rumah lampu yang digunakan untuk mengendalikan dan

mendistribusikan cahaya yang dipancarkan oleh lampu yang dipasang didalamnya,

dilengkapi dengan peralatan untuk melindungi lampu dan peralatan pengendali listrik.

2. Balas : alat yang dipasang pada lampu TL dan lampu pelepasan gas untuk

membatasi arus listrik dalam pengoperasian lampu-lampu tersebut.

3. Lumen: Satuan flux cahaya yang dipancarkan didalam satuan unit sudut padatan

oleh suatu sumber dengan intensitas cahaya yang seragam satu candela. Satu lux

adalah satu lumen per meter persegi. Lumen (lm) adalah kesetaraan fotometrik dari

watt, yang memadukan respon mata “pengamat standar”. 1 watt = 683 lumens pada

panjang gelombang 555 nm.

4. Efficacy : Hampir sama dengan efektifitas, efficacy menggambarkan rasio

output/input, semakin besar outputnya (saat inputnya tetap), semakin besar efficacy.

Efficacy adalah jumlah dari lumens untuk tiap daya dari sumber daya tertentu.

Konsep umum yang salah dari terminology penerangan adalah lampu dengan daya

yang besar menghasilkan lebih banyak cahaya. Meskipun begitu, sumber cahaya

dengan efficacy yang tinggi bias menghasilkan lebih banyak cahaya dengan jumlah

5

tenaga (daya) yang sama, dibandingkan dengan sumber cahaya dengan efficacy-

rendah.

5. Lux: Merupakan satuan metrik ukuran cahaya pada suatu permukaan. Cahaya rata-

rata yang dicapai adalah rata-rata tingkat lux pada berbagai titik pada area yang sudah

ditentukan. Satu lux setara dengan satu lumen per meter persegi.

6. Tinggi mounting: Merupakan tinggi peralatan atau lampu diatas bidang kerja.

7. Faktor pemanfaatan (UF): Merupakan bagian flux cahaya yang dipancarkan

oleh lampu-lampu, menjangkau bidang kerja. Ini merupakan suatu ukuran efektivitas

pola pencahayaan.

8. Intensitas Cahaya dan Flux: Satuan intensitas cahaya I adalah candela (cd) juga

dikenal dengan international candle.

Satu lumen setara dengan flux cahaya yang jatuh pada setiap meter persegi (m2) pada

lingkaran dengan radius satu meter (1m), jika sumber cahayanya isotropik 1 candela

(yang bersinar sama ke seluruh arah) merupakan pusat isotropik lingkaran.

Dikarenakan luas lingkaran dengan jari-jari r adalah 4πr2, maka lingkaran dengan

jari-jari 1m memiliki luas 4πm2, dan oleh karena itu flux cahaya total yang

dipancarkan oleh sumber 1 cd adalah 4π1m. Jadi flux cahaya yang dipancarkan oleh

sumber cahaya isotropik dengan intensitas I adalah:

Flux cahaya (lm) = 4π × intensitas cahaya (cd)

9. Hukum Kuadrat Terbalik

Hukum kuadrat terbalik mendefinisikan hubungan antara pencahayaan dari

sumber titik dan jarak. Rumus ini menyatakan bahwa intensitas cahaya per satuan

luas berbanding terbalik dengan kuadrat jarak dari sumbernya (pada dasarnya jari-

jari).

E = I / d 2

Dimana E = Emisi cahaya, I = Intensitas cahaya dan d = jarak

Bentuk lain dari persamaan ini yang lebih mudah adalah:

E1 d1² = E2 d2²

Jarak diukur dari titik uji ke permukaan yang pertama-tama kena cahaya –

6

kawat lampu pijar jernih, atau kaca pembungkus dari lampu pijar yang permukaannya

seperti es. Contoh: Jika seseorang mengukur 10 lm/m² dari sebuah cahaya bola lampu

pada jarak 1 meter, berapa kerapatan flux pada jarak setengahnya?

Penyelesaian: E1m = (d2 / d1)² * E2

= (1,0 / 0,5)² * 10

= 40 lm/m²

1.4 Perhitungan Tingkat Pencahayaan.

Berdasarkan SNI 03-6575-2001 petunjuk teknis sistem pencahayaan buatan.

Dimaksudkan untuk digunakan sebagai pegangan bagi para perancang dan pelaksana

pembangunan gedung didalam merancang sistem pencahayaan buatan dan sebagai

pegangan bagi para pemilik/pengelola gedung didalam mengoperasikan dan

memelihara sistem pencahayaan buatan. Agar diperoleh sistem pencahayaan buatan

yang sesuai dengan syarat kesehatan, kenyamanan, keamanan dan memenuhi

ketentuan yang berlaku untuk bangunan gedung.

1. Tingkat Pencahayaaan Rata-rata (E rata-rata).

Tingkat pencahayaan pada suatu ruangan pada umumnya didefinisikan

sebagai tingkat pencahayaan rata-rata pada bidang kerja. Yang dimaksud dengan

bidang kerja ialah bidang horisontal imajiner yang terletak 0,75 meter di atas lantai

pada seluruh ruangan. Tingkat pencahayaan rata-rata Erata-rata (lux), dapat dihitung

dengan persamaan :

Erata − rata = FTotalxkpxkdA (lux) … … (1)Dimana :

FTotal = Fluks luminus total dari semua lampu yang menerangi bidang kerja

(lumen).

A = Luas bidang kerja (m²).

kp = koefisien penggunaan.

7

kd = koefisien depresiasi (penyusutan).

2. Koefisien penggunaan (kp)

Sebagian dari cahaya yang dipancarkan oleh lampu diserap oleh armatur,

sebagian dipancarkan ke arah atas dan sebagian lagi dipancarkan ke arah bawah.

Faktor penggunaan didefinisikan sebagai perbandingan antara fluks luminus yang

sampai di bidang kerja terhadap keluaran cahaya yang dipancarkan oleh semua

lampu.

Besarnya koefisien penggunaan dipengaruhi oleh faktor :

1) Distribusi intensitas cahaya dari armatur.

2) Perbandingan antara keluaran cahaya dari armatur dengan keluaran cahaya

dari lampu di dalam armatur.

3) Reflektansi cahaya dari langit-langit, dinding dan lantai.

4) Pemasangan armatur apakah menempel atau digantung pada langit-langit.

5) Dimensi ruangan.

Besarnya koefisien penggunaan untuk sebuah armatur diberikan dalam bentuk

tabel yang dikeluarkan oleh pabrik pembuat armatur yang berdasarkan hasil

pengujian dari instansi terkait. Merupakan suatu keharusan dari pembuat

armatur untuk memberikan tabel kp, karena tanpa tabel ini perancangan pencahayaan

yang menggunakan armatur tersebut tidak dapat dilakukan dengan baik.

3. Koefisien Depresiasi (penyusutan) (kd).

Koefisien depresiasi atau sering disebut juga koefisien rugi-rugi cahaya atau

koefisien pemeliharaan, didefinisikan sebagai perbandingan antara tingkat

pencahayaan setelah jangka waktu tertentu dari instalasi pencahayaan digunakan

terhadap tingkat pencahayaan pada waktu instalasi baru.

Besarnya koefisien depresiasi dipengaruhi oleh :

1) Kebersihan dari lampu dan armatur.

2) Kebersihan dari permukaan-permukaan ruangan.

3) Penurunan keluaran cahaya lampu selama waktu penggunaan.

8

4) Penurunan keluaran cahaya lampu karena penurunan tegangan listrik.

Besarnya koefisien depresiasi biasanya ditentukan berdasarkan estimasi.

Untuk ruangan dan armatur dengan pemeliharaan yang baik pada umumnya koefisien

depresiasi diambil sebesar 0,8.

4. Jumlah armatur yang diperlukan untuk mendapatkan tingkat pencahayaan

tertentu.

Untuk menghitung jumlah armatur, terlebih dahulu dihitung fluks luminus

total yang diperlukan untuk mendapatkan tingkat pencahayaan yang direncanakan,

dengan menggunakan persamaan :

FTotal = ExAkpxkd (lumen) … … (2)Kemudian jumlah armatur dihitung dengan persamaan :

NTotal = FTotalF1xn … … (3)Dimana :

F1 = fluks luminus satu buah lampu.

n = jumlah lampu dalam satu armatur

5. Tingkat pencahayaan oleh komponen cahaya langsung.

Tingkat pencahayaan oleh komponen cahaya langsung pada suatu titik pada

bidang kerja dari sebuah sumber cahaya yang dapat dianggap sebagai sumber cahaya

titik, dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut :

? ? = ?? . ???³?ℎ? (?? ? ) … … (4)

Dimana :

I? = intensitas cahaya pada sudut ? (kandela).

h = tinggi armatur diatas bidang kerja (meter).

9

Gambar 1.3 Titik P menerima komponen langsung dari sumber cahaya titik.

Jika terdapat beberapa armatur, maka tingkat pencahayaan tersebut

merupakan penjumlahan dari tingkat pencahayaan yang diakibatkan oleh masing-

masing armatur dan dinyatakan sebagai berikut :

Etotal = Ep1 + Ep2 + Ep3 + ...... (lux) ……(5)

6. Kebutuhan Daya

Daya listrik yang dibutuhkan untuk mendapatkan tingkat pencahayaan rata-

rata tertentu pada bidang kerja dapat dihitung mulai dengan persamaan (1) yang

digunakan untuk menghitung armatur. Setelah itu dihitung jumlah lampu yang

dibutuhkan dengan persamaan:

NLampu = NArmatur x n …… (6)

Daya yang dibutuhkan semua Armatur dapat dihitung :

WTotal = NLampu x W1 …… (7)

W1 = Daya serap lampu termasuk Balas

Dengan membagi daya total dengan luas bidang kerja, didapatkan kepadatan

daya (Watt/m2) yang dibutuhkan untuk sistem pencahayaan tersebut. Kepadatan daya

ini kemudian dapat dibandingkan dengan kepadatan daya maksimum yang

direkomendasikan dalam usaha konservasi energi, misalnya untuk ruangan kantor 15

Watt/m2 (lihat Apendiks A).

10

7. Tingkat Pencahayaan Minimum yang Direkomendasikan.

Tabel 1.1 Tingkat pencahayaan minimum dan renderasi warna yang

direkomendasikan.

Fungsi ruangan Tingkat Pencahayaan(lux)

Kelompok renderasiwarna

Keterangan

Rumah Tinggal :Teras 60 1 atau 2Ruang tamu 120~250 1 atau 2Ruang makan 120~250 1 atau 2Ruang kerja 120~250 1Kamar tidur 120~250 1 atau 2Kamar mandi 250 1 atau 2Dapur 250 1 atau 2Garasi 60 3 atau 4Perkantoran :Ruang Direktur 350 1 atau 2Ruang kerja 350 1 atau 2Ruang komputer 350 1 atau 2Ruang rapat 300 1 atau 2

Ruang gambar 750 1 atau 2Gunakan pencahayaan setempat pada meja gambar.

Gudang arsip 150 3 atau 4Ruang arsip aktif. 300 1 atau 2Lembaga Pendidikan :Ruang kelas 250 1 atau 2Perpustakaan 300 1 atau 2Laboratorium 500 1Ruang gambar

750 1 atau 2Gunakan pencahayaan setempat pada meja gambar.

Kantin 200 1Hotel dan Restauran :

Lobby, koridor 100 1

Pencahayaan pada bidang vertikal sangat penting untuk menciptakan suasana/kesan ruang yang baik.

11

Ballroom/ruang sidang. 200 1

Sistem pencahayaan harus di rancang untuk menciptakan suasana yang sesuai. Sistem pengendalian “switching” dan “dimming” dapat digunakan untuk memperoleh berbagai efek pencahayaan.

Ruang makan. 250 1Cafetaria. 250 1

Kamar tidur. 150 1 atau 2

Diperlukan lampu tambahan pada bagian kepala tempat tidur dan cermin.

Dapur. 300 1Rumah Sakit/Balai pengobatan:

Ruang rawat inap. 250 1 atau 2

Ruang operasi, ruang bersalin.

300 1Gunakan pencahayaan setempat pada tempat yang diperlukan.

Laboratorium 500 1 atau 2Ruang rekreasi dan rehabilitasi.

250 1

Pertokoan/Ruangpamer:

Ruang pamer dengan obyek berukuran besar (misalnya mobil).

500 1

Tingkat pencahayaan ini harus di-penuhi pada lantai. Untuk beberapa produktingkat pencahayaan pada bidang vertikal juga penting.

Toko kue dan makanan.

250 1Toko buku dan alat tulis/gambar.

300 1Toko perhiasan, arloji. 500 1Toko Barang kulit dan sepatu.

500 1Toko pakaian. 500 1

12

Pasar Swalayan. 500 1 atau 2Pencahayaan pada bidang vertical pada rak barang.

Toko alat listrik (TV,Radio/tape, mesin cuci, dan lain-lain).

250 1 atau 2

Industri (Umum):Ruang Parkir 50 3Gudang 100 3Pekerjaan kasar. 100~200 2 atau 3Pekerjaan sedang 200~500 1 atau 2Pekerjaan halus 500~1000 1Pekerjaan amat halus 1000~2000 1Pemeriksaan warna. 750 1Rumah ibadah:

Mesjid 200 1 atau 2

Untuk tempat-tempat yang mem butuhkantingkat pencahayaan yang lebih tinggi dapat digunakan pencahayaan setempat.

Gereja 200 1 atau 2 Idem Vihara 200 1 atau 2 idem

Apendiks A

Tabel 1.2 Daya listrik maksimum untuk pencahayaan yang diijinkan

Daya pencahayaan maksimumJenis ruangan bangunan W/m2

(termasuk rugi-rugi balast)Ruang kantor 15Auditorium 25Pasar Swalayan 20

Hotel :Kamar tamu 17Daerah umum 20

Rumah Sakit :Ruang Pasien. 15Gudang 5Kafetaria 10Garasi 2Restoran 25

13

Lobby 10Tangga 10Ruang parker 5Ruang perkumpulan 20Industri 20

Tabel 1.3 Pengelompokan renderasi warna.

Kelompok Rentang Indeks RenderasiTampak Warna

Renderasi Warna Warna (Ra).dingin

1 Ra > 85 sedanghangatdingin

2 70 < Ra < 85 sedanghangat

3 40 < Ra < 704 Ra < 40

Tabel 1.4 Contoh harga Ra dan temperatur warna untuk beberapa jenis lampu.

Lampu Temperatur warna (K) RaFluoresen standarWhite 4200 60Cool daylight 6200 70Fluoresen super.Warm white 3500 85Cool white. 4000 85Cool daylight. 6500 85Merkuri tekanan tinggi. 4100 50Natrium tekanan tinggi 1950 25Halida Metal 4300 65

1.5 Peluang Efisiensi Energi

Bagian ini memberikan berbagai alat dan cara dimana energi dapat dihemat

dengan penerapan praktek pencahayaan yang baik.

1. Penggunaan Pencahayaan Alami Siang Hari

Manfaat dari pemakaian cahaya alami pada siang hari sudah dikenal dari

pada cahaya listrik, namun cenderung terjadi peningkatan pengabaian terutama pada

14

ruang kantor modern yang berpenyejuk dan perusahaan komersial seperti hotel, plaza

pebelanjaan dll. Di industri pada umumnya menggunakan cahaya siang untuk

beberapa model, namun perancangan sistim pencahayaan siang hari yang tidak benar

dapat mengakibatkan koplain dari personil atau penggunaan cahaya listrik tambahan

pada siang hari. Pertimbangkan ruangan yang memerlukan tingkat pencahayaan 500

lux. Untuk menghitung pengurangan pantulan dan penyebaran pada titik atap kaca,

asumsikan bahwa 40% cahaya matahari melalui atap kaca ke ruangan. Jadi, pada hari

yang terang benderang, sekitar 2% dibutuhkan atap yang tembus pandang. Untuk

menanggulangi sudut matahari yang rendah, kondisi berkabut, atap kaca kotor, dll.,

lipatkan dari nilai tersebut sekitar 4%. Untuk menghitung kondisi berawan rata-rata,

naikan nilai ini ke 10% atau 15%.

2. De-lamping untuk mengurangi pencahayaan yang berlebihan

De-lamping adalah pengurangan jumlah penerangan yang tidak diperlukan.

De-lamping merupakan metode yang effektif untuk mengurangi pemakaian energi

cahaya. Di beberapa industri, penurunan tinggi bantalan lampu memberikan luminers

yang baik. De-lamping pada ruang kosong dimana tidak ditampilkan pekerjaan aktif

juga merupakan konsep yang sangat berguna.

3. Pencahayaan Tugas Khusus

Pencahayaan tugas khusus menunjukkan dibutuhkannya pencahayaan yang

baik hanya pada areal yang kecil dimana aktifitas tersebut dilaksanakan, sementara

penerangan umum pada lantai bengkel atau kantor dijaga pada tingkat yang lebih

rendah; misal lampu yang tergantung pada mesin atau lampu meja. Penghematan

energi terjadi disebabkan pencahayaan tugas khusus dapat dicapai dengan lampu

yang memiliki watt rendah.

4. Pengaturan Pencahayaan dalam Ruangan Berdasarkan SNI 03-6575-2001.

Pemilihan jenis-jenis lampu yang umum disesuaikan dengan kebutuhan ruang

yang digunakan. Dari tabel 1.1 dan 1.2, memungkinkan untuk mengidentifikasi

potensi penghematan energi untuk lampu-lampu dengan menyesuaikannya dengan

tingkat kebutuhan pada ruangan yang digunakan.

15

1.6 Kesimpulan

Opsi-opsi efisiensi energi pencahayaan :

1. Kurangi tingkat pencahayaan yang berlebih ke tingkat standar dengan

menggunakan saklar, pengurangan lampu, dll. (Ketahui terlebih dahulu

pengaruh listrik sebelum melakukan pengurangan lampu)

2. Rajin mengontrol cahaya dengan jam waktu, pelambat waktu, photocells,

dan/atau sensor penempatan.

3. Pasang alternatif-alternatif yang efisien terhadap lampu pijar, lampu uap

merkuri, dll. Efisiensi (lumens/watt) berbagai kisaran teknologi mulai dari

yang terbaik hingga yang terburuk kira-kira sebagai berikut: sodium tekanan

rendah, sodium tekanan tinggi, logam halida, neon, uap merkuri, pijar.

4. Pilih balas dan lampu secara hati-hati dengan faktor daya tinggi dan efisiensi

jangka panjang dari sistim neon yang sudah usang ke neon kompak dan balas

elektronik.

5. Pertimbangkan untuk merendahkan peralatan agar mampu menggunakannya

lebih sedikit.

6. Pertimbangkan cahaya siang hari, kaca atap, dll.

7. Pertimbangkan pengecatan dinding dengan warna yang lebih terang dan

menggunakan sedikit peralatan pencahayaan atau menurunkan watt.

8. Gunakan lampu tugas dan kurangi pencahayaan latar belakang.

9. Pengaturan pencahayaan dalam ruangan berdasarkan SNI 03-6575-2001.

16

Daftar Pustaka

Energy management handbook / by Wayne C. Turner & Steve Doty ©2007 by The

Fairmont Press, Inc. All rights reserved.

Pedoman Efisiensi Energi untuk Industri di Asia – www.energyefficiencyasia.org

@UNEP

SNI 03-6575-2001 Tata cara perencanaan lingkungan perumahan di perkotaan.

1. National Electric Code

2. Iluminating Engineering Society (IES)

3. International Electrotechnical Commission (IEC)

4. Australian Standard