Madi Margoyungan : Perencanaan Unit Mesin Pendingin Untuk Kebutuhan Pengkondisian Udara Pada Bangunan Kantor ADPEL Di Medan, 2008. USU Repository 2009
TUGAS SARJANA
TEKNIK PENDINGIN
PERENCANAAN UNIT MESIN PENDINGIN
UNTUK KEBUTUHAN PENGKONDISIAN UDARA
PADA BANGUNAN KANTOR ADPEL
DI MEDAN
Oleh :
Madi Margoyungan
(030401010)
J U R U S A N T E K N I K M E S I N
F A K U L T A S T E K N I K
U N I V E R S I T A S S U M A T E R A U T A R A
M E D A N
2008
Madi Margoyungan : Perencanaan Unit Mesin Pendingin Untuk Kebutuhan Pengkondisian Udara Pada Bangunan Kantor ADPEL Di Medan, 2008. USU Repository 2009
KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, karena atas
rahmat dan berkat-Nyalah penulis dapat menyelesaikan penulisan tugas sarjana ini
dengan baik.
Tugas Sarjana ini merupakan salah satu syarat kelulusan mahasiswa sebagai
Sarjana S-1 Jurusan Teknik Mesin FT-USU.Teknik Mesin Universitas Sumatera
Utara. Adapun judul dari tugas sarjana ini adalah PERENCANAAN UNIT MESIN
PENDINGIN UNTUK PENGKONDISIAN UDARA DI SEBUAH BANGUNAN
KANTOR ADPEL DI BELAWAN. Penulis menyadari bahwa skripsi ini mungkin
masih jauh dari sempurna, maka penulis sangat mengharapkan adanya saran dan kritik
yang membangun dari para pembaca.
Dalam kesempatan ini penulis ingin mengucapkan banyak terima kasih
kepada:
1. Bapak Ir. H. M. Yahya Nasution selaku dosen pembimbing yang telah banyak membantu dalam penulisan dan penyelesaian skripsi ini.
2. Bapak Dr.Ir.Farel H. Napitupulu,DEA dan Bapak Bapak Ir. Zamanhuri, MT
selaku dosen pembanding I dan II yang telah bersedia meluangkan waktu dan
membimbing selama proses perbaikan hasil seminar.
3. Bapak Dr-Ing Ir.Ikhwansyah Isranuri , selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara
4. Bapak Tulus Burhanuddin ST, MT, selaku Sekretaris Jurusan Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara.
5. Seluruh anggota keluarga terutama kedua orang tua saya yang telah banyak memberikan dorongan semangat dan mendampingi dalam penyelesaikan skripsi
ini.
6. Bapak Joner dari PT. Seltech Utama yang telah memberikan bantuan atas Tugas Sarjana ini.
7. Seluruh staf dan karyawan PT. Seltech Utama yang telah banyak membantu dalam
proses penyelesaian skripsi ini.
8. Teman-teman mahasiswa antara lain Frans, Johnson, Yapto, Soekimin dan teman-
Madi Margoyungan : Perencanaan Unit Mesin Pendingin Untuk Kebutuhan Pengkondisian Udara Pada Bangunan Kantor ADPEL Di Medan, 2008. USU Repository 2009
teman lain yang tidak dapat disebutkan di sini satu-persatu yang telah banyak
memberikan bantuan, support dan inspirasi khususnya angkatan 2003 baik selama
masa kuliah maupun dalam penyelesaian skripsi ini.
Semoga Tuhan Yang Maha Esa membalas budi baik mereka atas bantuan yang
telah diberikan dan akan selalu diberkahi oleh-Nya.
Medan, Maret 2008
Penulis
Madi Margoyungan
030401010
Madi Margoyungan : Perencanaan Unit Mesin Pendingin Untuk Kebutuhan Pengkondisian Udara Pada Bangunan Kantor ADPEL Di Medan, 2008. USU Repository 2009
DAFTAR ISI
Kata Pengantar ...................................................................................................... i
..............................................................................................................................
Daftar Isi ............................................................................................................... iii
Nomenklatur (Daftar Simbol) ................................................................................ vii
Daftar Tabel .......................................................................................................... xii
Daftar Lampiran .................................................................................................... xiii
BAB 1. PENDAHULUAN ................................................................................. 1
1.1. Latar Belakang .................................................................................... 1
1.2. Tujuan Perencanaan ............................................................................ 1
1.3. Batasan Masalah ................................................................................. 1
BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA ........................................................................ 4
2.1. Definisi Mesin Pendingin dan Komponennya ...................................... 4
2.2. Klasifikasi Sistem Pengkondisian Udara ............................................. 7
2.2.1.All-Air System ............................................................................. 7
2.2.2.All-Water System ......................................................................... 10
2.2.3.Air-Water System ........................................................................ 12
2.3. Kondisi Kenyamanan ASHRAE ........................................................... 13
2.4. Pertimbangan dan Perencanaan Awal .................................................. 14
2.4.1. Perencanaan Sistem .................................................................... 18
2.4.2. Modifikasi Bangunan ................................................................. 19
2.4.3. Penempatan Mesin Pendingin ..................................................... 19
BAB 3. BEBAN PENDINGIN DAN SIKLUS PENGKONDISIAN UDARA .. 21
3.1. Definisi Beban Pendingin dan Kondisi Perencanaan ............................ 21
3.2. Perhitungan Cooling Load ................................................................... 21
3.2.1. Perhitungan Cooling Load Dinding ............................................ 21
3.2.2. Perhitungan Cooling Load Atap.................................................. 26
3.2.3. Perhitungan Cooling Load Kaca ................................................. 29
3.2.4. Perhitungan Cooling Load Lantai ............................................... 32
3.2.5. Perhitungan Cooling Load Penerangan dan Alat Elektronik ........ 33
Madi Margoyungan : Perencanaan Unit Mesin Pendingin Untuk Kebutuhan Pengkondisian Udara Pada Bangunan Kantor ADPEL Di Medan, 2008. USU Repository 2009
3.2.6. Perhitungan Cooling Load Manusia ............................................ 35
3.2.7. Perhitungan Cooling Load Infiltrasi ............................................ 37
3.2.8. Perhitungan Cooling Load Ventilasi ........................................... 40
3.2.9. Total Cooling Load .................................................................... 42
3.3. Siklus Pengkondisian Udara ................................................................ 43
3.2.1. Analisa Grafik Psikometri (Psychometric Chart) ........................ 43
BAB 4. ANALISA TERMODINAMIKA.......................................................... 47
4.1. Analisa Termodinamika Sistem Pendingin .......................................... 47
4.2. Pemilihan Refrijeran ........................................................................... 48
4.3. Analisa Termodinamika Siklus Kompresi Uap .................................... 49
BAB 5. KOMPONEN UTAMA SIKLUS KOMPRESI UAP ........................... 53
5.1. Kompresor .......................................................................................... 53
5.2. Evaporator .......................................................................................... 55
5.2.1. Perpindahan Panas Konveksi Aliran Eksternal ........................... 56
5.2.2. Perpindahan Panas Konveksi Aliran Internal ............................. 57
5.2.3. Faktor Pengotoran ..................................................................... 58
5.2.4. Tahanan Kontak ........................................................................ 59
5.2.5. Perpindahan Panas Pada Sirip .................................................... 59
5.2.6. Perpindahan Panas Global ......................................................... 61
5.3. Kondensor........................................................................................... 65
5.3.1. Perpindahan Panas Konveksi Aliran Eksternal ........................... 67
5.3.1.1. Perpindahan Panas Konveksi Aliran Eksternal Yang
Terjadi Ketika Refrigeran Mengalami Proses
Desuperheating ............................................................. 69
5.3.1.2. Perpindahan Panas Konveksi Aliran Eksternal Yang
Terjadi Ketika Refrigeran Mengalami Proses
Kondensasi ................................................................... 70
5.3.2. Perpindahan Panas Konveksi Aliran Internal ............................. 72
5.3.2.1. Perpindahan Panas Konveksi Aliran Internal Yang
Terjadi Ketika Refrigeran Mengalami Proses
Desuperheating ............................................................ 72
5.3.2.2. Perpindahan Panas Konveksi Aliran Internal Yang
Terjadi Ketika Refrigeran Mengalami Proses
Madi Margoyungan : Perencanaan Unit Mesin Pendingin Untuk Kebutuhan Pengkondisian Udara Pada Bangunan Kantor ADPEL Di Medan, 2008. USU Repository 2009
Kondensasi ................................................................... 73
5.3.3. Perpindahan Panas Global ......................................................... 74
5.3.3.1. Perpindahan Panas Global Tube Yang Mengalami
Proses Desuperheating ................................................ 74
5.3.3.2. Perpindahan Panas Global Tube Yang
Mengalami Kondensasi ................................................ 75
5.3.3. Perencanaan Geometri dari Kondensor ...................................... 77
5.4. Katup Ekspansi ................................................................................... 80
5.5 Penukar Kalor Pipa Hisap dan Pipa Cair .............................................. 81
BAB 6. COOLING TOWER ............................................................................... 86
6.1. Pengertian Menara Pendingin .............................................................. 86
6.2. Fungsi Menara Pendingin .................................................................... 87
6.3. Prinsip Kerja Menara Pendingin .......................................................... 87
6.4. Konstruksi Menara Pendingin ............................................................. 87
6.5. Analisa Perhitungan Pada Cooling Tower............................................ 94
6.5.1. Kalor Yang Dibuang Kondensor ................................................. 94
6.5.2. Massa Aliran Air ........................................................................ 95
6.5.3. Volume Aliran Air...................................................................... 95
6.5.4. Kondisi Udara dan Air pada Cooling Tower ............................... 96
6.5.4.1. Kondisi Udara ................................................................. 96
6.5.4.2. Temperatur Air pada Menara Pendingin .......................... 98
6.5.5. Massa Air per Satuan Massa Udara Kering ................................. 98
6.5.6. Kebutuhan Udara Pada Menara Pendingin .................................. 100
6.5.7. Total Kebutuhan udara Luar ....................................................... 101
6.5.8. Air Tambahan Pada Menara Pendingin ....................................... 102
6.5.8.1. Kerugian Akibat Penguapan ............................................ 102
6.5.8.2. Kerugian Akibat Hanyutan(Drift) ................................... 102
6.5.8.3. Banyaknya Pemakaian Air Tambahan ............................. 103
6.5.9. Perhitungan Dimensi Menara Pendingin ..................................... 103
6.5.9.1. Diameter dan Tinggi Menara Pendingin .......................... 103
6.5.9.2. Luas dan Tinggi Lubang Udara ....................................... 104
6.5.9.3. Diameter Kepala Sprinkler .............................................. 105
Madi Margoyungan : Perencanaan Unit Mesin Pendingin Untuk Kebutuhan Pengkondisian Udara Pada Bangunan Kantor ADPEL Di Medan, 2008. USU Repository 2009
6.5.9.4. Diameter Pipa Sprinkler .................................................. 106
6.5.9.5. Diameter Lubang Sprinkler ............................................. 106
6.5.9.6. Kipas .............................................................................. 107
6.6. Analisa Psikometrik Pada Cooling Tower............................................ 107
BAB 7. SISTEM PEMIPAAN AIR DAN UDARA .......................................... 109
7.1. Sistem Pemipaan Air ........................................................................... 109
7.1.1. Kerugian Head Pada Pemipaan Air ............................................ 109
7.1.2. Perencanaan Diameter Pipa Air ................................................. 111
7.1.3. Layout Sistem Pemipaan Air untuk Kondensor dan Cooling
Tower ........................................................................................ 113
7.1.3.1. Sistem Pemipaan Air pada Kondensor ........................... 113
7.1.3.2. Sistem Pemipaan Air pada Cooling Tower .................... 122
7.1.4. Pemilihan Pompa untuk Cooling Tower ..................................... 124
7.1.4.1. Head Pompa ................................................................. 124
7.1.4.2. Daya Pompa.................................................................. 127
7.2. Sistem Distribusi Udara...................................................................... 128
7.2.1. Package Unit ........................................................................... 128
7.2.2. Pemilihan Package Unit .......................................................... 129
7.2.3. Perencanaan Saluran Udara ..................................................... 130
BAB 8. KESIMPULAN ..................................................................................... 135
LAMPIRAN
DAFTAR PUSTAKA
Madi Margoyungan : Perencanaan Unit Mesin Pendingin Untuk Kebutuhan Pengkondisian Udara Pada Bangunan Kantor ADPEL Di Medan, 2008. USU Repository 2009
DAFTAR SIMBOL (NOMENKLATUR)
Ac,b Luas permukaan dinding dari tube yang ditutupi oleh sirip ft2(m2)
Af Luas penampang atas dan bawah permukaan sirip ft2(m2)
Ai Luas permukaan dalam tube alat penukar kalor ft2(m2)
Ao Luas permukaan luar tube alat penukar kalor ft2(m2)
At Luas pemaparan panas dinding luar tube kondensor bersirip m2
BF Faktor balast untuk lampu incandescent ---
BF Faktor bypass untuk udara melalui coil Fan Coil Unit ---
Cfm)inf Laju aliran udara infiltrasi yang memasuki gedung ft3/min
CLF Faktor beban pendingin untuk kaca ---
Cl Clearance untuk silinder kompressor in.(mm)
COP Koefisien performansi dari suatu siklus kompressi uap ---
cp,l Kalor jenis refrigeran pada fasa cair jenuh kJ/kg K
cp,s Kalor jenis refrigeran pada pipa hisap kJ/kg K
cp,v Kalor jenis refrigeran pada fasa uap jenuh kJ/kg K
cp,w Kalor jenis air kJ/kg K
D Diameter luar dari tube tembaga pada evaporator dan kondensor in.(mm)
Db Diameter baffle in.(mm)
Ds Diameter shell evaporator in.(mm)
d Diameter dalam dari tube tembaga pada evaporator dan kondensor in.(mm)
Fc Faktor koreksi perpindahan panas evaporator dan kondensor ---
f Koefisien gesekan air karena kekasaran dinding pipa ---
G Faktor koreksi untuk jumlah dinding luar gedung ---
GSHF Faktor beban pendingin sensibel untuk mesin pendingin ---
GTH Beban pendingin untuk mesin pendingin (Grand Total Heat) Btu/h
Madi Margoyungan : Perencanaan Unit Mesin Pendingin Untuk Kebutuhan Pengkondisian Udara Pada Bangunan Kantor ADPEL Di Medan, 2008. USU Repository 2009
H Tinggi gedung ft
Hp Head pompa m(ft)
h1 Entalpi refrigeran masuk ke evaporator siklus kompressi uap kJ/kg
h2 Entalpi refrigeran keluar evaporator siklus kompressi uap kJ/kg
h3 Entalpi refrigeran masuk ke kondensor siklus kompressi uap kJ/kg
h4 Entalpi refrigeran keluar ke kondensor siklus kompressi uap kJ/kg
h3 Entalpi udara memasuki coil pendingin pada Fan Coil Unit Btu/lb
h4 Entalpi udara keluar dari coil pendingin pada Fan Coil Unit Btu/lb
hf Kerugian head mayor m
hi,dspht Koefisien konveksi panas aliran internal proses desuperheating W/mK
hi,eva Koefisien konveksi panas aliran internal karena proses evaporasi W/mK
hi,kond Koefisien konveksi panas aliran internal karena proses kondensasi W/mK
hi Koefisien konveksi panas aliran internal kondensor dan evaporator W/mK
ho Koefisien konveksi panas aliran eksternal evaporator dan
kondensor W/mK
K Faktor koreksi untuk warna dinding ---
k Konduktivitas panas dari material W/m2K
kf Konduktivitas panas refrigeran pada fasa cair jenuh W/m2K
ks Konduktivitas panas refrigeran pada pipa hisap W/m2K
kv Konduktivitas panas refrigeran pada fasa uap jenuh W/m2K
L Panjang tube untuk evaporator dan kondensor ft (m)
L Panjang gedung ft (m)
Lt Panjang total tube kondensor dan evaporator ft (m)
LMTD Rata-rata beda suhu logaritmik oC
l Panjang pipa air ft (m)
lb Jarak antar baffle in
m r Laju aliran massa refrigeran kg/s
m r Laju aliran massa refrigeran pada tiap tube kondensor kg/s
N Banyaknya sirip di sepanjang tube kondensor ---
Nt Jumlah total tube pada evaporator ---
NuD Bilangan Nusselt ---
n Koefisien isentropis dari refrigeran pada proses adiabatik ---
Madi Margoyungan : Perencanaan Unit Mesin Pendingin Untuk Kebutuhan Pengkondisian Udara Pada Bangunan Kantor ADPEL Di Medan, 2008. USU Repository 2009
P Daya pompa kW(hp)
Psiklus Daya yang dibutuhkan kompressor per satuan laju aliran massa kW
Pr Bilangan Prandtl dengan fluida dievaluasi pada suhu film ---
Prw Bilangan Prandtl fluida dievaluasi pada suhu permukaan tube ---
Q Kapasitas air m3/s
Qlantai Beban pendingin dari lantai Btu/h
Qkaca Beban pendingin dari kaca Btu/h
Qlaten Beban pendinginan laten Btu/h
Qpenerangan Beban pendingin dari penerangan Btu/h
Qsensible Beban pendinginan sensibel Btu/h
Qrej Kalor yang dibuang oleh kondensor ke lingkungan kJ/kg
Qatap Beban pendingin dari atap Btu/hr
Qdinding Beban pendingin dari dinding Btu/hr
Q coolingload Beban pendingin total Btu/hr
R Tahanan panas dari material ft2oF/Btu
RE Efek pendinginan yang dihasilkan karena penguapan refrigeran kJ/kg
Re Bilangan Reynold ---
Rf Tahanan termal maksimum dari konfigurasi sirip m2K/W
Rf,i Faktor pengotoran dari refrigeran di dalam tube m2K/W
Rt,c Tahanan akibat adanya kontak persinggungan m2K/W
RH Kelembaban relatif %
RSHF Faktor beban pendingin sensibel untuk ruangan ---
ro Jari-jari luar tube evaporator dan kondensor in.(mm)
ri Jari-jari dalam tube evaporator dan kondensor in.(mm)
SC Koefisien faktor koreksi yang bergantung pada jenis kaca ---
SHF Faktor beban pendingin sensibel ---
SHGF Faktor koreksi akibat radiasi sinar matahari pada kaca ---
Sn Jarak vertikal tube di dalam evaporator dan kondensor in.(mm)
Sp Jarak horizontal tube di dalam evaporator dan kondensor in.(mm)
s Ukuran panjang sirip in.(mm)
TETD Total perbedaan temperatur ekivalen dinding oF(oC)
TETD Total perbedaan temperatur ekivalen atap oF(oC)
Madi Margoyungan : Perencanaan Unit Mesin Pendingin Untuk Kebutuhan Pengkondisian Udara Pada Bangunan Kantor ADPEL Di Medan, 2008. USU Repository 2009
TD Beda suhu ruangan yang dikondisikan dengan suhu tanah oF(oC)
Tf Suhu film oF(oC)
Tground Suhu rata-rata permukaan tanah oF(oC)
Tr,i Suhu refrigeran memasuki evaporator dan kondensor oF(oC)
Tr,o Suhu refrigeran keluar evaporator dan kondensor oF(oC)
Tcoil Suhu rata-rata permukaan tube evaporator dan kondensor oF(oC)
Tsat Suhu saturasi refrigeran pada tekanan evaporasi dan kondensasi oF(oC)
Tw,i Suhu air memasuki evaporator oF(oC)
Tw,o Suhu air keluar evaporator oF(oC)
tadp Suhu pengembunan pada coil di Fan Coil Unit oF(oC)
T,o Suhu udara (DB) di luar ruangan oF(oC)
T,r Suhu udara (DB) di dalam ruangan yang dikondisikan oF(oC)
U Koefisien pindahan panas global untuk material Btu/ft2 oF
Uo Koefisien pindahan panas global untuk evaporator dan kondensor W/m2K
W Daya total lampu untuk penerangan dalam gedung W
w Lebar sirip pada kondensor in.(mm)
wi Kelembaban udara di dalam ruangan yang dikondisikan gr/lb
wo Kelembaban udara di luar ruangan gr/lb
Dn Diameter nominal pipa air (steel pipe) in.
Dn Diameter nominal pipa refrigeran (copper tube) in.
Nilai kekasaran pipa m(ft)
o Nilai keefektifan total sirip ---
f Nilai keefektifan sirip yang bergantung kepada konfigurasi sirip ---
Viskositas dinamik untuk udara atau air Pas
l Viskositas dinamik R-134a pada fasa cair jenuh Pas
s Viskositas dinamik R-134a pada pipa hisap Pas
Viskositas kinematik untuk air dan udara m2/s(ft2/s)
v Viskositas kinematik dari R-134a pada fasa uap jenuh m2/s(ft2/s)
l Viskositas kinematik dari R-134a pada fasa cair jenuh m2/s(ft2/s)
Massa jenis air atau udara kg/m3
l Massa jenis R-134a pada fasa cair jenuh kg/m3
s Massa jenis R-134a pada pipa hisap kg/m3
Madi Margoyungan : Perencanaan Unit Mesin Pendingin Untuk Kebutuhan Pengkondisian Udara Pada Bangunan Kantor ADPEL Di Medan, 2008. USU Repository 2009
u Massa jenis udara pada tekanan 1 bar kg/m3
v Massa jenis R-134a pada fasa uap jenuh kg/m3
l Volume jenis refrigeran pada fasa cair jenuh m3/kg
v Volume jenis refrigeran pada fasa uap jenuh m3/kg
f Koefisien tahanan termal maksimum pada sirip kondensor ---
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1 Tabel Total Equivalent Temperatur Different untuk dinding sebelum dikoreksi
Tabel 3.2 Tabel nilai tahanan panas untuk berbagai material
Tabel 3.3 Tabel Total Equivalent Temperatur Different untuk dinding setelah dikoreksi
Tabel 3.4 Tabel luas dinding luar lantai 1,2, dan 3 dari gedung.
Tabel 3.5 Tabel Cooling Load dinding pada Lantai 1,2, dan 3.
Tabel 3.6 Tabel Total Equivalent Temperature Differentials untuk atap konstruksi
berat dengan bahan beton 6 inci dan isolasi 2 inci, sebelum dikoreksi
Tabel 3.7 Tabel Total Equivalent Temperature Differentials untuk atap konstruksi
berat dengan bahan beton 6 inci dan isolasi 2 inci, setelah dikoreksi
Tabel 3.8 Perhitungan Cooling Load Atap
Tabel 3.9. Nilai SHGF untuk 4oLU
Tabel 3.10 Tabel SC untuk kaca
Tabel 3.11 Nilai CLF untuk kaca
Tabel 3.12 Tabel perhitungan Luas kaca berdasarkan arah pada Lantai 1,2, dan 3
Tabel 3.13. Tabel Cooling Load kaca untuk Lantai 1,2, dan 3
Tabel 3.14 Tabel Estimasi beban listrik bangunan
Madi Margoyungan : Perencanaan Unit Mesin Pendingin Untuk Kebutuhan Pengkondisian Udara Pada Bangunan Kantor ADPEL Di Medan, 2008. USU Repository 2009
Tabel 3.15 Tabel Cooling Load penerangan dan alat elektronik untuk Lantai
1,2,dan 3
Tabel 3.16 Tabel panas yang dihasilkan manusia
Tabel 3.17 Tabel Cooling Load manusia untuk Lantai 1,2,dan 3
Tabel 3.18 Tabel Cooling Load infiltrasi untuk Lantai 1,2,dan 3
Tabel 3.19 Tabel kebutuhan udara untuk ventilasi
Tabel 3.20 Tabel Cooling Load ventilasi untuk Lantai 1,2,dan 3
Tabel 3.21 Tabel Cooling Load Total Lantai 1 s/d. Lantai 3
Tabel 4.1 Tabel Perbandingan titik beku, titik didih, dan tekanan evaporator dan
kondensor berbagai refrigeran
Tabel 4.2 Tabel Nilai P, h, dan T untuk R134 A
Tabel 5.1 Bagian-bagian Alat Penukar Kalor Shell and Tube berdasarkan standar
TEMA
Tabel 5.2 Tebal pelat Baffle
Tabel 5.3 Tabel clearance antara shell dengan baffle (TEMA Standard)
Tabel 5.4 Tabel ukuran diameter baffle (TEMA Standard)
Tabel 5.5 Standar jumlah ukuran tie-rods alat penukar kalor
Tabel 5.6 Tabel tebal shell
Tabel 7.1 Tabel kekasaran Pipa Berbagai Material
Tabel 7.2 Tabel sifat fisik air
Tabel 7.3 Harga C untuk berbagai jenis pipa
Tabel 7.4 Tabel perhitungan head pompa
Tabel 7.5 Tabel kecepatan maksimum udara dalam duct system kecepatan rendah
Tabel 7.6 Tabel perhitungan Ukuran ducting pada lantai 1
Tabel 7.7 Tabel perhitungan Ukuran ducting pada lantai 2
Tabel 7.8 Tabel perhitungan Ukuran ducting pada lantai 3
Madi Margoyungan : Perencanaan Unit Mesin Pendingin Untuk Kebutuhan Pengkondisian Udara Pada Bangunan Kantor ADPEL Di Medan, 2008. USU Repository 2009
DAFTAR LAMPIRAN
L.1. Tabel Temperatur Kota Medan pada bulan Januari s.d Maret 2007
L.2. Tabel RH kota Medan pada bulan Januari s.d Maret 2007
L.3. Tabel Saturasi R-134 A
L.4. Tabel Equivalent Temperature Difference untuk atap beserta koreksinya
L.5. Tabel Total Equivalent Temperature Difference untuk dinding
L.6. Tabel Total Equivalent Temperature Differentials untuk atap
L.7. Tabel Cooling Load Factor untuk kaca tanpa Interior Shading
L.8. Tabel C dan m untuk korelasi Zhukaukas
L.9. Faktor koreksi untuk korelasi Zhukaukas
L.10. Tabel sifat air pada saturasi
L.11. Tabel data tube copper
L.12. Tabel sifat udara pada tekanan 1 atm
L.13. Tabel faktor pengotoran
L.14. Tabel tahanan kontak
L.15. Grafik nilai f
L.16. Tabel data pipa baja
L.17. Tabel panjang ekivalen aksesoris pipa
L.18. Katalog Liang Chi Industry Co., LTD
L.19. Jalur ducting Lantai 1
Madi Margoyungan : Perencanaan Unit Mesin Pendingin Untuk Kebutuhan Pengkondisian Udara Pada Bangunan Kantor ADPEL Di Medan, 2008. USU Repository 2009
L.20. Jalur ducting Lantai 2
L.21. Jalur ducting Lantai 3
L.22. Jalur pemipaan air di lantai 1,2,3
L.23. Katalog Package Unit Model 50BJ054
L.24. Katalog Kelly and Lewis Pump
L.25. Denah bangunan kantor ADPEL
L.26. Tabel sifat termodinamika air jenuh
L.27. Gambar teknik Cooling Tower
L.28. Tabel sifat fisik berbagai material
L.29. Tabel uap air pada tekanan atmosfer 14,696 psia ( 29,92 in Hg)
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Dewasa ini, penggunaan mesin pengkondisian udara semakin marak sejak
pertama kali ditemukan oleh Carrier pada tahun 1902. Teknologi mesin
pengkondisian udara telah berkembang pesat sejak saat itu, dan mengalami perbaikan
dari waktu ke waktu. Berbagai sistem pengkondisian udara telah dikembangkan mulai
dari direct ekspansion sampai water chiller dan telah menjadi bagian yang tidak
terpisahkan dalam kehidupan manusia saat ini. Mesin pendingin menjadi kebutuhan
utama untuk tempat-tempat umum seperti gedung perkantoran, hotel, rumah sakit,
mal, supermarket, restoran, bar, dsb yang ditempati banyak orang dimana
kenyamanan udara menjadi sangat penting. Pada beberapa tahun terakhir ini, kurang
lebih setengah dari seluruh biaya pembangunan sarana yang diperlukan suatu
bangunan, misalnya untuk sistem mekanikal dan elektrik dan sebagainya, kira-kira 30
sampai 50 persen dihabiskan untuk sistem penyegaran udara saja. Dan seorang ahli
kesehatan Frugge pada tahunn 1905 mengatakan jika seseorang berada di dalam suatu
ruangan tertutup untuk jangka waktu yang lama, maka pada suatu ketika ia akan
merasa kurang nyaman. Manusia dapat diibaratkan seperti sebuah motor bakar.
Manusia harus mengeluarkan panas yang dihasilkannya sebagai akibat dari kerja yang
dilakukannya. Jika panas tersebut tidak dapat keluar dari badan manusia, misalnya
Madi Margoyungan : Perencanaan Unit Mesin Pendingin Untuk Kebutuhan Pengkondisian Udara Pada Bangunan Kantor ADPEL Di Medan, 2008. USU Repository 2009
karena temperatur dan kondisi udara di sekelilingnya tidak memungkinkan hal
tersebut untuk terjadi dengan baik, maka ia akan merasakan suatu keadaan yang tidak
menyenangkan. Dan hasil penelitian tentang lingkungan kerja menunjukkan bahwa di
dalam ruang kerja yang berudara segar, karyawan dapat bekerja lebih baik dan jumlah
kesalahan dapat dikurangi, sehingga efisiensi kerja dapat ditingkatkan.
Sesuai dengan judul tugas sarjana ini, perencanaan mesin pendingin yang akan
dibahas adalah pada bidang perkantoran, yaitu pada proyek pembangunan kantor
berlantai 3 di Medan, tepatnya di daerah Belawan. Kantor ini merupakan Kantor
Administrator Pelayaran (ADPEL) yang bergerak di bidang Pelayaran dan Kelautan.
1.2. Tujuan Perencanaan
Tujuan perencanaan sistem penyegaran udara yang dirancang pada bangunan
Kantor Administrator Pelayaran ini adalah untuk memperoleh temperatur,
kelembaban serta distribusi udara sesuai dengan persyaratan yang diperlukan serta
untuk memberikan kenyamanan kepada pengunjung (tamu-tamu) dan karyawan-
karyawan kantor agar mereka dapat bekerja secara maksimal.
1.3. Pembatasan Masalah
Adapun pembatasan masalah pada tugas sarjana ini adalah hanya pada
perhitungan termodinamika dan perpindahan panas yang diasumsikan dalam keadaan
steady state. Untuk perhitungan termodinamika, dibatasi hanya pada analisa siklus
kompresi uap ideal dimana semua penurunan tekanan yang terjadi pada siklus
diabaikan karena keterbatasan data survei dan referensi pendukung. Perhitungan
perpindahan panas didasarkan pada metode empiris berdasarkan korelasi Zhukaukas
dan Pethukov. Perhitungan perpindahan panas dengan metode beda hingga maupun
metode elemen hingga tidak dibahas karena faktor keterbatasan.
Perencanaan mesin pendingin dibatasi pada komponen utama yaitu
evaporator, kompresor, kondensor, katup ekspansi dan cooling tower. Adapun
komponen pendukung seperti alat kontrol tidak dibahas karena keterbatasan. Khusus
untuk kondensor, perhitungan dibatasi pada dimensi utama yaitu ukuran sirip, tube
dan susunannya. Untuk evaporator, perhitungan dibatasi pada dimensi utama yaitu
ukuran sirip, tube dan susunannya. Untuk kompresor, perhitungan dibatasi sampai
daya kompresor dan volume displacement. Sedangkan untuk cooling tower,
Madi Margoyungan : Perencanaan Unit Mesin Pendingin Untuk Kebutuhan Pengkondisian Udara Pada Bangunan Kantor ADPEL Di Medan, 2008. USU Repository 2009
perhitungan meliputi dimensi utama yaitu diameter dan tinggi menara, luas dan tinggi
lubang udara, diameter kepala, pipa dan lubang sprinkle. .Perhitungan dimensi lain
dari kompresor dan analisa kinematika serta dinamika pada kompresor tidak diuraikan
lagi.
Untuk sistem pemipaan air dingin dibatasi pada perencanaan jalur pemipaan,
perencanaan diameter pipa berdasarkan kerugian head dan kapasitasnya, perencanaan
pompa berdasarkan kerugian head. Perencanaan package unit didasarkan pada
pemilihan package unit berdasarkan katalog Carrier.
Satuan yang digunakan dalam tugas sarjana ini terdiri dari satuan British,
metrik, dan SI. Penggunaan satuan yang bervariasi dalam tugas sarjana ini disebabkan
bervariasinya satuan yang digunakan pada literatur, grafik, dan tabel empiris yang
menjadi dasar perhitungan penulis.
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
Mesin pendingin adalah suatu alat yang digunakan untuk memindahkan panas
dari dalam ruangan ke luar ruangan. Adapun sistem mesin pendingin yang paling
banyak digunakan adalah sistem kompresi uap. Secara garis besar komponen sistem
pendingin siklus kompresi uap terdiri dari:
Kompresor, berfungsi untuk mengkompresi refrijeran dari fasa uap tekanan
rendah evaporator hingga ke tekanan tinggi kondensor.
Kondensor, berfungsi untuk mengkondensasi uap refrijeran panas lanjut yang
keluar dari kompresor.
Katup ekspansi, berfungsi untuk mencekik (throttling) refrijeran bertekanan tinggi
yang keluar dari konsensor dimana setelah melewati katup ekspansi ini tekanan
refrijeran turun sehingga fasa refrijeran setelah keluar dari katup ekspansi ini
adalah berupa fasa cair + uap.
Evaporator, berfungsi untuk menguapkan refrijeran dari fasa cair + uap menjadi
fasa uap
Madi Margoyungan : Perencanaan Unit Mesin Pendingin Untuk Kebutuhan Pengkondisian Udara Pada Bangunan Kantor ADPEL Di Medan, 2008. USU Repository 2009
Secara garis besar, diagram alir dan diagram P-h untuk siklus kompresi uap
dapat dilihat pada gambar 2.1 di bawah.
(a)
(b)
Gambar 2.1. (a) Diagram alir siklus kompresi uap
(b) Diagram P-h
Proses-proses yang membentuk siklus kompresi uap antara lain :
1-2. Penambahan kalor reversibel pada tekanan tetap di evaporator, yang
menyebabkan penguapan menuju uap jenuh.
2-3. Kompressi adiabatik dan reversibel di kompresor, dari uap jenuh menuju
tekanan kondensor.
Madi Margoyungan : Perencanaan Unit Mesin Pendingin Untuk Kebutuhan Pengkondisian Udara Pada Bangunan Kantor ADPEL Di Medan, 2008. USU Repository 2009
3-4. Pelepasan kalor reversibel pada tekanan konstan di kondensor, menyebabkan
penurunan panas-lanjut (desuperheating) dan pengembunan refrijeran.
4-1. Ekspansi tidak reversibel pada entalpi konstan di katup ekspansi, dari cairan
jenuh menuju tekanan evaporator.
Besaran-besaran yang penting untuk diketahui dari suatu siklus kompresi uap antara
lain:
- Kerja kompresi yaitu perubahan entalpi pada proses 2-3 yaitu dari h2 h3
- Dampak Refrijerasi (Refrigerating Effect) atau RE yaitu kalor yang dipindahkan
pada proses 1-2 atau h2 h1 yang dapat dirumuskan:
RE = h2 h1......(2.1)
(literatur : Jordan, Richard C., Refrigeration and Air Conditioning ,hal 69)
- Koefisien prestasi (COP) dari siklus kompressi uap ideal adalah dampak
refrijerasi dibagi dengan kerja kompressi :
23
12
hhhh
COP
= ......(2.2)
(literatur : Jordan, Richard C., Refrigeration and Air Conditioning ,hal 71)
- Laju alir massa refrijeran ( rm
) dapat dihitung dengan membagi kapasitas
refrijerasi dengan dampak refrijerasi :
12 hhQ
REQmr
==
( kg/s).....(2.3)
(literatur : Stocker, Wilbert F., and William C. Jerold., Air Conditioning and Refrigeration ,hal 189)
- Daya Per Kilowatt Refrijerasi ( P ) yaitu daya untuk setiap kilowatt refrijerasi
merupakan kebalikan dari koefisien prestasi dan dapat dihitung sebagai berikut :
( )Q
hhmP 23 =
(kW/kW).....(2.4)
(literatur : Stocker, Wilbert F., and William C. Jerold., Air Conditioning and Refrigeration ,hal 189)
Sistem refrijerasi berdasarkan siklus kompresi uap kadang-kadang dilengkapi
dengan penukar kalor jalur cair-ke-hisap (liquid-to-suction), yang menurunkan suhu
Madi Margoyungan : Perencanaan Unit Mesin Pendingin Untuk Kebutuhan Pengkondisian Udara Pada Bangunan Kantor ADPEL Di Medan, 2008. USU Repository 2009
(subcools) cairan dari kondensor dengan uap isap (suction vapor) yang datang dari
evaporator yang dapat dilihat pada gambar 2.2 di bawah.. Membawahdinginkan
(subcooling) cairan dari kondensor dilakukan untuk menjamin bahwa seluruh
refrijeran yang memasuki alat ekspansi dalam keadaan 100 persen cair. Pemanasan
lanjut uap dari evaporator disarankan sebagai pencegah cairan agar tidak memasuki
kompressor.
Gambar 2.2. Diagram alir siklus kompresi uap
yang dilengkapi penukar kalor.
Dalam aplikasinya, sistem pengkondisian udara (AC) yang pada prinsipnya
berdasarkan pada sistem kompresi uap, dilengkapi dengan berbagai peralatan
pendukung tambahan dan menggunakan fluida kerja tambahan selain refrijeran untuk
meningkatkan efisiensi dan performansinya. Berbagai sistem pengkondisian udara
beserta keuntungan dan kerugiannya akan dibahas lebih lanjut pada subbab berikut :
2.2 Klasifikasi Sistem Pengkondisian Udara
Secara umum, sistem pengkondisian udara dapat diklasifikasikan menjadi 3
bagian yaitu:
1. All Air Systems
2. All Water Systems
Madi Margoyungan : Perencanaan Unit Mesin Pendingin Untuk Kebutuhan Pengkondisian Udara Pada Bangunan Kantor ADPEL Di Medan, 2008. USU Repository 2009
3. Air-Water Systems
2.2.1. All Air Systems Sistem ini merupakan sistem pengkondisian udara yang paling banyak
dipergunakan. Di dalam sistem ini yang menjadi media pendingin adalah udara yang
bertukar panas langsung dengan coil yang didalamnya mengalir refrijeran. Campuran
udara luar dan udara ruangan difilter dengan saringan udara, lalu didinginkan dengan
koil pendingin dan dilembabkan (udara dapat juga dipanaskan dengan koil pemanas)
melalui mesin pendingin, kemudian dialirkan kembali ke dalam ruangan dengan kipas
atau blower melalui saluran udara (duct) menuju beberapa bagian ruangan.
All Air Systems dapat dilihat pada gambar 2.3.
Gambar 2.3. All Air Systems
Keuntungan dari sistem ini adalah:
a. Sederhana, mudah perancangan, pemasangan, pemakaian dan perawatannya.
b. Biaya awalnya relatif murah.
Madi Margoyungan : Perencanaan Unit Mesin Pendingin Untuk Kebutuhan Pengkondisian Udara Pada Bangunan Kantor ADPEL Di Medan, 2008. USU Repository 2009
Sedangkan kerugian dari sistem ini adalah:
a. Kesulitan pengaturan temperatur dan kelembaban dari ruangan yang dikondisikan,
karena beban kalor dari setiap ruangan tersebut mungkin berbeda satu sama lain.
b. Saluran utama berukuran besar sehingga makan tempat.
Adapun jenis dari All Air Systems adalah:
(a) Window System
Pada window system kondensor, kompresor dan evaporator terletak pada satu
unit mesin. Dimana letak dari evaporator akan dihadapkan pada ruangan yang
dikondisikan, sedangkan letak kondensor dan kompresor akan dihadapkan
keluar ruangan yang tidak dikondisikan., seperti Gambar 2.4 berikut
Gambar 2.4. Window System
(b) Split System
Unit ini hampir sama seperti halnya window system, hanya saja pada split system
ini unit kondensor beserta kompresor dan unit evaporator dan katup ekspansi
diletakkan secara terpisah, dimana evaporator dan katup ekspansi diletakkan
dalam ruangan dan kondensor serta kompresor diletakkan di luar ruangan yang
dikondisika, seperti gambar 2.5. berikut
Madi Margoyungan : Perencanaan Unit Mesin Pendingin Untuk Kebutuhan Pengkondisian Udara Pada Bangunan Kantor ADPEL Di Medan, 2008. USU Repository 2009
Gambar 2.5. Split System
(c) Package System
Pada package system unit kondensor, kompresor, evaporator, dan katup ekspansi
semuanya dipaketkan dalam satu unit mesin pendingin. Kondensor dapat
diletakkan didalam ruangan beserta dengan evaporator. Siklus kerjanya sama
seperti tipe windo w system dan split system. Hanya saja kondensor yang dipakai
umumnya berupa water-cooled condensor (kondensor pendinginan air) dimana
panas dari refrijeran di dalam kondensor akan diserap oleh air pendingin. Air
pendingin ini yang telah mengalami kenaikan suhu akan didinginkan di dalam
cooling tower. Gambar Package unit dapat dilihat pada Gambar 2.6 berikut
Madi Margoyungan : Perencanaan Unit Mesin Pendingin Untuk Kebutuhan Pengkondisian Udara Pada Bangunan Kantor ADPEL Di Medan, 2008. USU Repository 2009
Gambar 2.6. Package System
2.2.2. All Water Systems Pada All Water Systems, udara dikondisikan oleh air dingin sebagai media
pendingin yang dialirkan melalui Fan Coil Unit. Mesin pendingin yang digunakan
sistem ini dikenal dengan water chiller. Air yang telah menjadi panas setelah
menyerap panas udara ruangan yang dikondisikan, dialirkan ke evaporator untuk
didinginkan oleh refrijeran menjadi air dingin yang untuk selanjutnya dialirkan
kembali ke Fan Coil Unit di tiap ruangan yang dikondisikan.
All Water Systems untuk penggunaan komersial dapat dipertimbangkan karena
lebih murah dan membutuhkan tempat yang lebih sedikit dibandingkan All Air
Systems, tapi tidak sama halnya bila untuk pengguna perumahan.
Air memiliki kalor jenis yang lebih tinggi dan massa jenis yang lebih besar
dibandingkan dengan udara. Yang berarti kebutuhan akan air lebih sedikit untuk
disirkulasikan untuk perpindahan panas yang sama besarnya. Hasil akhirnya adalah
luas daerah pengerjaan dibagian pemipaan akan lebih kecil jika dibandingkan dengan
pemasangan ducting.
All Water Systems sangat berguna sekali ketika tempat yang tersedia benar-
benar terbatas. Contoh yang terpenting adalah instalasi sistem pendingin udara di
gedung-gedung besar yang telah dibangun lama yang pada dasarnya tidak didesain
untuk dikondisikan.
Kejelekan dari pengerjaan ducting dan peralatan pengendali udara sentral, dan
dalam rangka menghemat tempat yang berharga pada bangunan, maka hasil akhir
menunjukkan bahwa All Water Systems pada dasarnya sering lebih murah
dibandingkan All Air Systems untuk pekerjaan skala besar, terutama di gedung-
gedung yang menjulang tinggi.
Disamping itu ada pula kerugian-kerugian dari All Water Systems adalah:
Madi Margoyungan : Perencanaan Unit Mesin Pendingin Untuk Kebutuhan Pengkondisian Udara Pada Bangunan Kantor ADPEL Di Medan, 2008. USU Repository 2009
a. Banyaknya fan coil unit yang berarti membutuhkan banyak biaya perawatan dan
biaya-biaya lainnya.
b. Pengontrolan dari jumlah udara ventilasi tidak dapat diperhitungkan dengan tepat
apabila pada fan coil unit tersebut menggunakan kipas kecil.
c. Pengontrolan dari kelembaban sangat terbatas.
All Water Systems sangat populer dengan sistem sentral dengan biaya rendah
untuk multi ruangan terutama pada gedung-gedung yang menjulang tinggi.
All Water Systems dapat dilihat pada gambar 2.7.
Gambar 2.7. All Water Systems
Madi Margoyungan : Perencanaan Unit Mesin Pendingin Untuk Kebutuhan Pengkondisian Udara Pada Bangunan Kantor ADPEL Di Medan, 2008. USU Repository 2009
2.2.3. Air-Water Systems Sistem ini adalah kombinasi dari All Air System dan All Water System dimana
sistem ini menggunakan media udara primer yang didinginkan dan media air
pendingin yang didistribusikan dari sistem sentral ke unit terminal di tiap ruangan
individu.
Air-Water Systems menggunakan yang terbaik dari All Air Systems dan All
Water Systems. Kebanyakan energi diserap oleh air. Dan biasanya jumlah udara yang
terdistribusi hanya cukup untuk ventilasi. Oleh karena itu, besarnya ruangan ceiling
yang dibutuhkan juga kecil. Sebagai tambahan, udara biasanya dimasukkan dengan
kecepatan tinggi.
Fan coil unit dapat digunakan sebagai terminal unit dalam ruangan, diatur
untuk menerima distribusi udara dari sentral, atau udara dapat disuplai secara
langsung ke dalam ruangan. Biasanya terminal unit yang digunakan dalam All Water
Systems adalah Unit Induksi. Udara sentral yang sampai ke tiap unit disebut udara
primer. Udara dengan kecepatan tinggi melalui unit tersebut, maka menginduksi udara
di dalam ruangan (udara sekunder) melalui coil air. Oleh sebab itu tidak dibutuhkan
kipas atau fan atau motor untuk tipe unit seperti ini, yang tentunya mengurangi biaya
perawatan yang besar.
Unit induksi sistem Air-Water Systems sangat populer di gedung-gedung
bertingkat yang menjulang tinggi.Biaya awalnya juga relatif lebih tinggi.
Jumlah udara primer dalam sistem induksi mungkin sekitar 25 persen atau
kurang dari total penggunaan udara pada sistem All Air Systems yang konvensional.
Karena sebab itu sering tidak cukup udara luar mendinginkan, bahkan sekalipun pada
musim dingin. Maka pada saat demikian air dingin perlu dialirkan ke dalam unit coil
di dalam ruangan.
Air-Water Systems dapat dilihat pada gambar 2.8.
Madi Margoyungan : Perencanaan Unit Mesin Pendingin Untuk Kebutuhan Pengkondisian Udara Pada Bangunan Kantor ADPEL Di Medan, 2008. USU Repository 2009
Gambar 2.8. Air-Water Systems
2.3. Kondisi Kenyamanan ASHRAE
Tujuan sistem pengkondisian udara adalah menghasilkan lingkungan yang
nyaman dan sehat bagi manusia yang berada di dalamnya. Adapun faktor-faktor yang
mempengaruhi kenyamanan tersebut adalah:
a. Temperatur Udara
Temperatur udara yang terlalu tinggi akan mengurangi konveksi panas tubuh ke
udara sekitar, sehingga suhu tubuh tidak dapat terbuang ke udara dan tubuh akan
terasa tidak nyaman. Temperatur udara yang terlalu rendah juga akan
mengakibatkan kehilangan panas tubuh yang sangat besar, yang juga
menyebabkan tidak nyaman.
b. Kelembaban Udara
Kelembaban yang tinggi akan menyebabkan evaporasi pendingin menjadi
terhalang dari perspirasi.
c. Kecepatan Udara
Kecepatan udara yang terlalu tinggi juga akan menyebabkan konveksi yang
bertambah dan evaporasi, dimana udara ruangan akan memperbesar kehilangan
panas yang terjadi. Sehingga pada akhirnya akan menyebabkan tubuh kehilangan
panas tubuh yang berlebihan.
ASHRAE (American Society of Heating and Air-Conditioning Engineers)
Madi Margoyungan : Perencanaan Unit Mesin Pendingin Untuk Kebutuhan Pengkondisian Udara Pada Bangunan Kantor ADPEL Di Medan, 2008. USU Repository 2009
melakukan beberapa tes terhadap manusia untuk menentukan kondisi udara yang
nyaman berdasarkan kombinasi dari ketiga kondisi diatas, dan hasilnya digambarkan
dalam bentuk ASHRAE Comfort Chart. Kondisi suhu dan kelembaban relatif dalam
suatu perencanaan harus berdasarkan ASHRAE Comfort Chart seperti gambar 2.9 di
bawah.
Gambar 2.9. ASHRAE Comfort Chart
2.4. Pertimbangan dan Perencanaan Awal Dalam merencanakan sistem pendingin, hendaknya juga harus memperhatikan
banyak aspek antara lain masalah biaya dan dari segi arsitektur bangunan, agar seni
bangunan tidak menjadi rusak. Oleh karena itu, perencanaan sistem refrijerasi dan
pengkondisian udara pada bangunan kantor ini didasarkan pada gambar denah
bangunan kantor yang diberikan yaitu gambar 2.10, 2.11, dan 2.12 berikut, dan
disertakan pada Lampiran secara lengkap.
Madi Margoyungan : Perencanaan Unit Mesin Pendingin Untuk Kebutuhan Pengkondisian Udara Pada Bangunan Kantor ADPEL Di Medan, 2008. USU Repository 2009
Gambar 2.10. Denah Lantai 1
Bid
. K
PLP
Toile
t K
abid
BA
K T
AN
AM
AN
BA
K T
AN
AM
AN
R.
Ars
ip
Ka
bid
. K
PLP
Kasi
K
ea
manan
R.S
en
jata
Kasi
P
en
yela
mata
nK
asi
K
esy
ahb
an
da
raan
Toile
t P
ria
Toile
t W
an
ita
Janito
r
LO
BB
Y
ME
E
Pan
try
Um
um
R.I
stirahat
Ka
.Adpel
RS
GR
.Pers
iap
an
Pantr
y
Rua
ng
Tid
ur
Penja
ga
Keam
ana
n/Info
rmasi
Sm
oki
ng
Are
a
Rua
ng
Serb
agu
na
/AU
LA
DEN
AH
LA
NTA
I 1
Madi Margoyungan : Perencanaan Unit Mesin Pendingin Untuk Kebutuhan Pengkondisian Udara Pada Bangunan Kantor ADPEL Di Medan, 2008. USU Repository 2009
Gambar 2.11. Denah Lantai 2
Bag
. P
embu
kuan
Bag
. K
euan
gan
Rua
ng
Kon
trol
R. F
otoc
opy
KO
RID
OR
Kan
tin
Rua
ng
Per
awat
an
dan
Oba
t-Oba
tan
Toile
t K
abid
Rua
ng
Istir
ahat
Sm
okin
g A
rea
Kab
id.
Adm
initr
asi
Bid
. Adm
inis
trasi
Rua
ng A
rsip
R. P
eral
atan
Toile
t Um
um
Toile
t P
ria
Toile
t W
anita
Jani
tor
VO
ID
VO
ID
DEN
AH
LA
NTA
I 2
VO
ID
Madi Margoyungan : Perencanaan Unit Mesin Pendingin Untuk Kebutuhan Pengkondisian Udara Pada Bangunan Kantor ADPEL Di Medan, 2008. USU Repository 2009
Gambar 2.12.
Denah Lantai 3
2.4.1. Perencanaan Sistem
Sistem refrijerasi yang
akan dipilih adalah
sistem kompresi uap dengan kompresor
bolak-balik (reciprocating
compressor) dan kondensor tipe shell
and tube. Adapun jenis
evaporator yang
direncanakan tergantung
pada sistem
pengkondisian udara
yang dipilih apakah akan menggunakan sistem AC sentral atau terpisah.
Dalam perencanaan sistem pengkondisian udara, ada 2 alternatif yang dapat
dipertimbangkan yaitu All-Water Systems atau All-Air Systems. Adapun Air-Water
Toi
let
Kab
id
Kas
i P
engu
kura
nK
asi
Kep
elau
tan
Kas
i K
esel
amat
an
Kap
al
Bid
. K
elai
klau
tan
Kap
al
Rua
ng
Ars
ip II
Kab
id.
Kel
aikl
auta
n K
apal T
oile
t K
abid
.
VO
IDS
mok
ing
Are
aR
. AIS
Rua
ng A
rsip
Kas
i Was
. F
asili
tas
Kas
i Pe
num
pang
A
ngla
& T
KB
M
Kas
i Lal
in &
Ang
la
R.Wudhu
R.S
hola
t
Jan
itor Toi
let W
ani
ta
Toi
let
Pria
Kab
.Lal
a &
K
epel
abuh
an
Bid
.La
la &
K
epel
abuh
an
DEN
AH
LA
NTA
I 3
Madi Margoyungan : Perencanaan Unit Mesin Pendingin Untuk Kebutuhan Pengkondisian Udara Pada Bangunan Kantor ADPEL Di Medan, 2008. USU Repository 2009
System tidak menjadi pertimbangan karena terdapat kesulitan dalam pemasangan dan
pengontrolan sistem tersebut.
Pada All-Water Systems terdapat dua metode dalam pengkondisian udara
dengan yaitu dengan menggunakan AHU atau Fan Coil Unit. Bila menggunakan
AHU, maka air dingin hanya dialirkan ke ruangan AHU untuk mengkondisikan udara
ruangan yang dialirkan ke AHU melalui ducting (saluran udara). Sedangkan bila
menggunakan Fan Coil Unit, air dingin dialirkan ke setiap Fan Coil Unit yang
ditempatkan di setiap kamar yang dikondisikan dan langsung digunakan untuk
mengkondisikan udara di setiap kamar tersebut. Sehingga dalam hal ini, tidak
diperlukan ducting. Dalam perencanaan unit pendingin untuk gedung perkantoran,
pemasangan fan coil unit akan membutuhkan biaya dan waktu perawatan sedangkan
gedung perkantoran digunakan setiap jam kerja sehingga akan mengganggu aktivitas
kerja yang menyebabkan keefektifan dan produktivitas kerja menurun. Selain fan coil
unit, berdasarkan gambar denah bangunan kantor ini, tidak disediakan ruangan khusus
untuk AHU.
Jadi, menggunakan All-Water System tidak menjadi pertimbangan yang bagus
dalam perencanaan ini. Sistem ini dinilai tidak cocok dari segi biaya, pemasangan,
performansi, maupun pengontrolan dan pengawasannya. Pada sistem ini, mesin
pendingin tidak dapat diletakkan terpisah dari ruangan yang dikondisikan dimana air
dingin sebagai media pendingin dalam sistem ini dihasilkan dari evaporator dan
dialirkan melalui jalur perpipaan untuk mengkondisikan udara di setiap ruangan
kantor. Di samping itu, tidak terhitung berapa biaya listrik yang dihabiskan dalam
mengkondisikan ruangan-ruangan yang relatif besar dalam gedung ADPEL ini tetapi
pemakaiannya relatif tidak sering dan ruang pemasangan yang relatif lebih besar jika
dibandingkan dengan All-Air System. Karena kesulitan-kesulitan itu, sistem pendingin
All-Water System tidak cocok digunakan dalam perencanaan ini.
Pada All-Air System, terdapat dua pilihan yang dapat menjadi pertimbangan
yaitu apakah akan menggunakan split system atau package unit. Split system tidak
cocok untuk bangunan kantor yang terdiri dari banyak tingkat dan ruangan. Hal ini
disebabkan akan terdapat bagian dari split system yaitu condensing unit (kompresor
dan kondensor) yang dipasang pada sisi bangunan sebelah luar. Hal ini tentu saja akan
merusak seni arsitektur dari bangunan.
Dengan demikian package unit adalah pemiilihan yang tepat dalam bangunan
Madi Margoyungan : Perencanaan Unit Mesin Pendingin Untuk Kebutuhan Pengkondisian Udara Pada Bangunan Kantor ADPEL Di Medan, 2008. USU Repository 2009
kantor ADPEL ini. Package unit untuk aplikasi kantor ditempatkan pada setiap lantai
untuk memenuhi kebutuhan udara dingin pada tiap lantai. Hal yang menjadi
pertimbangan dalam pemilihan package unit karena adanya ruangan tertentu yang
digunakan jika terdapat acara (event) tertentu saja seperti yang telah disinggung.
Adapun evaporator yang akan digunakan adalah jenis fin-coil air cool evaporator.
2.4.2. Modifikasi Bangunan
Sebelum merencanakan dan menempatkan mesin pendingin di bangunan
kantor ini, ada beberapa bagian dari bangunan yang perlu dimodifikasi. Adapun
modifikasi yang perlu dilakukan adalah:
Pada gedung ADPEL, direncanakan suatu shaft yang melalui tiap-tiap lantai sehingga membentuk satu garis dari lantai 1 hingga ke lantai 3. Shaft tersebut
direncanakan akan diletakkan di depan tangga utama Lobby Lantai 1. Demikian
juga dengan Lantai 2 dan 3 gedung perkantoran ini.
2.5. Penempatan Mesin Pendingin
Penempatan perlengkapan mesin pendingin berdasarkan gambar denah
bangunan adalah sebagai berikut:
Package Unit untuk Lantai 1 dan Lantai 2 diletakkan pada Lantai 1-Mezanine, sedangkan mesin pendingin untuk lantai 3 diletakkan pada Lantai 3, di samping
ruang arsip.
Pompa air untuk memompakan air dingin dari kondensor ke cooling tower. Pompa ini diletakkan bersama-sama dengan mesin pendingin pada masing-
masing lantai.
Pipa air dari kondensor dilewatkan dari shaft menuju ke cooling tower melewati bagian atas langit-langit.
Menara pendingin diletakkan di atap lantai 3.
BAB 3
ESTIMASI BEBAN PENDINGIN DAN
SIKLUS PENGKONDISIAN UDARA
Madi Margoyungan : Perencanaan Unit Mesin Pendingin Untuk Kebutuhan Pengkondisian Udara Pada Bangunan Kantor ADPEL Di Medan, 2008. USU Repository 2009
3.1. Definisi Beban Pendingin dan Kondisi Perencanaan
Beban pendingin adalah total seluruh kalor yang harus dikeluarkan dari sebuah
ruangan agar temperatur dan kelembaban udara dalam ruangan dapat dipertahankan
pada tingkat kenyamanan tertentu.
Komponen-komponen yang mengkonstribusikan kalor yang diserap oleh
ruangan dapat dituliskan sebagai berikut:
a. Transmisi kalor melalui struktur bangunan
b. Radiasi panas matahari
c. Infiltrasi atau kebocoran udara yang masuk ke dalam ruangan
d. Kalor yang masuk dikarenakan oleh kebutuhan ventilasi
e. Emisi kalor dari manusia yang berada didalam ruangan
f. Kalor dari lampu dan barang elektronik
g. Kalor yang bersumber dari dalam ruangan, seperti halnya komputer, pemanas
air dan sebagainya.
h. Kalor yang berasal dari material atau barang yang dibawa masuk ke dalam
ruangan yang dikondisikan, yang berasal dari temperatur yang lebih tinggi.
Kondisi perencanaan meliputi:
Kondisi suhu dalam ruang direncanakan (T,r) adalah 75,2oF (24oC) dengan
kelembaban relatif (RH) berdasarkan perhitungan grafik Psychometric Chart.
Suhu udara luar direncanakan dari suhu udara maksimum berdasarkan tabel data
statistik suhu dan kelembaban udara kota Medan pada Lampiran [L.1] yaitu T,o =
35,6 C DB dengan RH = 77%. Hal ini didasarkan atas Data Badan Meteorologi
dan Geofisika (BMG)
3.2. Perhitungan Cooling Load
3.2.1. Perhitungan Cooling Load dari dinding
Besarnya panas yang diserap oleh dinding bangunan karena radiasi matahari
dihitung dengan:
Qdinding = U A TETD(3.1) (literatur : Jordan, Richard C., Refrigeration and Air Conditioning ,hal 225)
Dimana: U = koefisien perpindahan panas menyeluruh dari dinding
Madi Margoyungan : Perencanaan Unit Mesin Pendingin Untuk Kebutuhan Pengkondisian Udara Pada Bangunan Kantor ADPEL Di Medan, 2008. USU Repository 2009
A = luas permukaan dinding luar yaitu dinding yang menerima sinar
matahari secara langsung.
TETD = Total equivalent temperature diference adalah total perbedaan
temperatur ekivalen yang ditampilkan pada tabel 3.1 berikut
yang terdapat pada Lampiran [L.4]
Tabel 3.1 TETD untuk dinding 4 in Brick, warna terang ARAH Waktu
8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00
N -4 -3 -2 1 4 5 6 8 10 11 12 E 0 7 14 15 16 15 14 13 12 13 14 S -4 -3 -2 5 12 14 16 17 18 17 16 W -2 -1 0 3 6 7 8 13 18 23 28 SE -2 4 10 14 18 17 16 15 14 14 14 SW -2 -2 -2 1 4 3 2 15 22 24 26 NE -4 4 12 11 10 8 6 8 10 12 14 NW -4 -3 -2 1 4 5 6 9 12 17 22
Sumber : Jordan, Richard C.,Refrigeration and Air Conditioning ,hal 224 Adapun material dinding pada bangunan kantor ini dengan tahanan panasnya masing-
masing berdasarkan Tabel 3.1.1 adalah sbb :
- 4 in common brick dengan tahanan termal (R1) adalah 0,8 oF hr ft2 / Btu.
- 1 in cement plaster dengan tahanan termal (R2 =R3) adalah 0,2oF hr ft2 / Btu.
- Tahanan konveksi di luar ruangan untuk udara bergerak dengan kecepatan
7,5mph (Ro) adalah 0,25 oF hr ft2 / Btu.
- Tahanan konveksi di luar ruangan untuk udara bergerak menurut Jordan [L. 4]
dengan kecepatan angin berkisar antara 7,5 - 15 mph. Sedangkan dari hasil
pengukuran diperoleh kecepatan angin di Medan berkisar antara 10 - 12
km/jam dan dipilih kecepatan maksimumnya yaitu 12 km/jam atau sekitar 7,5
mph. Sehingga tahanan konveksi di luar ruangan (Ro) = 0,25 oF.hr.ft2/Btu
- Maka U = io RRRRR ++++ 321
1 =68,025,02,02,08,0
1++++
=0,47
Btu/ft2hroF
Tabel 3.2. Nilai tahanan panas untuk berbagai material
Madi Margoyungan : Perencanaan Unit Mesin Pendingin Untuk Kebutuhan Pengkondisian Udara Pada Bangunan Kantor ADPEL Di Medan, 2008. USU Repository 2009
Madi Margoyungan : Perencanaan Unit Mesin Pendingin Untuk Kebutuhan Pengkondisian Udara Pada Bangunan Kantor ADPEL Di Medan, 2008. USU Repository 2009
Gambar (3.1). Konstruksi dinding
Menurut Jordan , nilai TETD pada tabel 3.1 harus dikoreksi terlebih dahulu
dengan faktor pertimbangan koreksi sebagai berikut:
Berdasarkan perbedaan temperatur udara luar dengan temperatur udara ruangan
yang dikondisikan.
a. Jika perbedaan temperatur lebih besar dari 15 derajat, tambahkan
kelebihannya ke nilai TETD pada tabel 3.1.
b. Jika perbedaan temperatur lebih kecil dari 15 derajat, kurangkan
kekurangannya ke nilai TETD pada tabel 3.1.
Berdasarkan daily range temperatur udara luar.
a. Jika daily range lebih kecil dari 20 derajat, tambahkan 1 derajat setiap
penurunan 2 derajat daily range ke nilai TETD pada tabel 3.1.
b. Jika daily range lebih besar dari 20 derajat, kurangkan 1 derajat setiap naiknya
2 derajat daily range ke nilai TETD pada tabel 3.1.
Sehingga faktor koreksi dapat dihitung sbb:
- Daily range yang diperoleh dari hasil pengolahan data temperatur dan kelembaban
kota Medan secara statistik pada Lampiran [L.2] yaitu 8,12oF < 20oF, maka
koreksi yang perlu ditambahkan adalah :
= (20oF 8,12oF) / 2 = 5,94oF 6 oF
- Perbedaan temperatur udara luar maksimum dengan temperatur udara ruangan
yang dikondisikan adalah:
To - Tr = 96,08oF 76oF = 20,08oF > 15oF
maka koreksi yang perlu ditambahkan adalah :
= 20,08oF 15oF = 5,08oF
Maka total koreksi yang perlu ditambahkan adalah = 5,94 + 5,08 = 11,02oF
Adapun nilai TETD yang telah dikoreksi dapat dilihat pada tabel 3.3 berikut
ini.
Madi Margoyungan : Perencanaan Unit Mesin Pendingin Untuk Kebutuhan Pengkondisian Udara Pada Bangunan Kantor ADPEL Di Medan, 2008. USU Repository 2009
Tabel 3.3 Nilai TETD setelah dikoreksi ARAH Waktu
8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 N 8.04 9.04 9.02 12.02 15.02 16.02 17.02 19.02 21.02 22.02 23.02 E 12.04 19.04 25.02 26.02 27.02 26.02 25.02 24.02 23.02 24.02 25.02 S 8.04 9.04 9.02 16.02 23.02 25.02 27.02 28.02 29.02 28.02 27.02
W 10.04 11.04 11.02 14.02 17.02 18.02 19.02 24.02 29.02 34.02 39.02 SE 10.04 16.04 21.02 25.02 29.02 28.02 27.02 26.02 25.02 25.02 25.02 SW 10.04 10.04 9.02 12.02 15.02 14.02 13.02 26.02 33.02 35.02 37.02 NE 8.04 16.04 23.02 22.02 21.02 19.02 17.02 19.02 21.02 23.02 25.02 NW 8.04 9.04 9.02 12.02 15.02 16.02 17.02 20.02 23.02 28.02 33.02
Berdasarkan gambar 3.3, luas dinding arah utara lantai 1 dapat dihitung sbb:
Qdinding = U A TETD
= 0,47 x 2619,4194 x (8,04)
=9898,262
Dengan cara yang sama, arah dan luas dinding luar dari lantai 1 sampai 3
dapat dihitung dan ditampilkan pada tabel 3.4 berikut.
Tabel 3.4 Arah dan luas dinding luar dari lantai 1 sampai 3 Arah dan luas dinding
Dinding M2 ft2 Lantai 1
Luas sebelah TIMUR = 165.85 1785.2094 Luas sebelah BARAT = 159 1711.476 Luas sebelah UTARA = 243.35 2619.4194 Luas sebelah SELATAN = 283.2 3048.3648
TOTAL Adinding Lt.1 851.4 9164.4696
Lantai 2 Luas sebelah TIMUR = 0 0 Luas sebelah BARAT = 36 387.504 Luas sebelah UTARA = 93.6 1007.5104 Luas sebelah SELATAN = 58.55 630.2322
TOTAL Adinding Lt.2 188.15 2025.2466
Lantai 3 Luas sebelah TIMUR = 0 0 Luas sebelah BARAT = 36 387.504 Luas sebelah UTARA = 57.6 620.0064 Luas sebelah SELATAN = 60.75 653.913
TOTAL Adinding Lt.3 154.35 1661.4234
Madi Margoyungan : Perencanaan Unit Mesin Pendingin Untuk Kebutuhan Pengkondisian Udara Pada Bangunan Kantor ADPEL Di Medan, 2008. USU Repository 2009
Dengan cara yang sama, cooling load dari dinding untuk tiap arah di lantai 1
sampai lantai 3 mulai dari pukul 08.00-18.00 dapat dihitung dan ditampilkan pada
tabel 3.5 berikut. Adapun besar cooling load dari dinding untuk tiap lantai yang
diperhitungkan adalah cooling load maksimum yaitu yang ditandai dengan tulisan
cetak tebal.
Tabel 3.5 Cooling load dari dinding untuk semua lantai mulai pukul 08.00-18.00 Lantai Arah Waktu
dinding 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00
1 N 9898 11129 11104 14798 18491 19722 20953 23416 25878 27109 28340
S 11519 12951 12923 22952 32981 35846 38712 40145 41577 40145 38712
E 10102 15975 20992 21832 22671 21832 20992 20153 19314 20153 20992
W 8076 8880 8864 11277 13690 14495 15299 19321 23343 27365 31387
Total Lt.1 39595 48937 53885 70860 87834 91896 95958 103036 110114 114773 119433
2 N 3807 4280 4271 5691 7112 7585 8059 9006 9953 10427 10900
S 2381 2677 2671 4745 6818 7411 8003 8299 8595 8299 8003
E 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
W 1828 2010 2007 2553 3099 3281 3464 4374 5285 6195 7106
Total Lt.2 8017 8969 8950 12990 17030 18279 19527 21681 23834 24922 26010
3 N 2342 2634 2628 3502 4376 4668 4959 5542 6125 6416 6708
S 2471 2778 2772 4923 7074 7689 8304 8611 8918 8611 8304
E 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
W 1828 2010 2007 2553 3099 3281 3464 4374 5285 6195 7106
Total Lt.3 6642 7423 7407 10979 14551 15639 16728 18528 20329 21224 22118
TOTAL 54255 65329 70243 94830 119417 125815 132213 143246 154279 160921 167563 Sehingga dapat disimpulkan bahwa untuk Cooling Load Dinding yang terbesar
(Maksimum) adalah pada waktu Pukul 18:00 dengan Total Cooling Load Dinding
sebesar 167563 Btu/Hour.
3.2.2. Perhitungan Cooling Load dari Atap
Besarnya panas yang diserap oleh atap bangunan karena radiasi matahari
dihitung dengan:
Qatap = U A TETD. (3.2) (literatur : Jordan, Richard C., Refrigeration and Air Conditioning ,hal 222)
Dimana: U = koefisien perpindahan panas menyeluruh dari atap
A = luas proyeksi horizontal dari atap
TETD = Total equivalent temperature difference adalah total
perbedaan temperatur ekivalen atap.
3/8
Madi Margoyungan : Perencanaan Unit Mesin Pendingin Untuk Kebutuhan Pengkondisian Udara Pada Bangunan Kantor ADPEL Di Medan, 2008. USU Repository 2009
Gambar (3.2). Konstruksi Atap
Adapun jenis material atap untuk bangunan kantor ini berdasarkan gambar 3.2
yaitu untuk ruangan yang dikondisikan beserta tahanan panasnya masing-masing
berdasarkan Lampiran [L.4] adalah sbb:
- Concrete 6 inci dengan R1 = 0,91oF.hr.ft2/Btu
- Air space 40 inci dengan C = 1,1oF.hr.ft2/Btu
- Gypsum inci dengan R2 = 0,32oF.hr.ft2/Btu
- Tahanan konveksi di luar ruangan untuk udara bergerak berdasarkan Lampiran
[L.4] dengan kecepatan angin berkisar antara 7,5 - 15 mph. Sedangkan dari
hasil pengukuran diperoleh kecepatan angin di Medan berkisar antara 10 - 12
km/jam dan dipilih kecepatan maksimumnya yaitu 12 km/jam atau sekitar 7,5
mph. Sehingga tahanan konveksi di luar ruangan (Ro) = 0,25 oF.hr.ft2/Btu
- Tahanan konveksi di dalam ruangan untuk udara diam (Ri) adalah 0,92
oF.hr.ft2/Btu
Maka U = io RRRCR ++++ 21
1 =92,032,091,01,125,0
1++++
= 0,285
Btu/ft2hroF
Perbedaan temperatur ekivalen total untuk atap dapat dilihat pada tabel 3.5
berikut berdasarkan tabel 10.6 Jordan pada Lampiran [L.5]
Tabel 3.6. Total Equivalent Temperature Differentials untuk atap konstruksi berat dengan bahan beton 6 inci ,terbuka ke matahari
Deskripsi Konstruksi
atap
Waktu
8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 6
concrete 6 6 6 13 20 27 34 38 42 43 44 Sumber : Jordan, Richard C., Refrigeration and Air Conditioning ,hal 222
Adapun faktor koreksinya adalah sama dengan faktor koreksi seperti pada
tabel 3.7 sehingga memberikan hasil yang sama yaitu 11,02oF. Dengan penambahan
Madi Margoyungan : Perencanaan Unit Mesin Pendingin Untuk Kebutuhan Pengkondisian Udara Pada Bangunan Kantor ADPEL Di Medan, 2008. USU Repository 2009
faktor koreksi tersebut, perbedaan temperatur ekivalen totalnya dapat ditampilkan
sbb:
Tabel 3.7 Total Equivalent Temperature Differentials setelah dikoreksi
Deskripsi Konstruksi atap
Waktu
8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
6 concrete 17.02 17.02 17.02 24.02 31.02 38.02 45.02 49.02 53.02 54.02 55.02
Berdasarkan gambar 2.12, luas proyeksi horizontal atap dapat dihitung dan
diperoleh sbb:
Aatap = 1221,42 m2= 13147,36488 ft2
Maka Cooling Load Atap pada pukul 08:00 dapat dihitung dengan cara sbb:
Qatap = U A TETD
= 0,285 x 13147,36488 x (17,02)
= 63773 Btu/Hour
Dengan cara yang sama, Cooling Load untuk atap dari Pukul 08:00 sampai Pukul
18:00 dapat ditabelkan pada Tabel 3.8 berikut :
Tabel 3.8. Perhitungan Cooling Load Atap
Lantai 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00
3 63773 63773 63773 90002 116231 142460 168689 183677 198665 202412 206159
TOTAL Aatap 63773 63773 63773 90002 116231 142460 168689 183677 198665 202412 206159
Dengan demikian, dapat disimpulkan bahwa cooling load Atap paling besar
(Maksimum) adalah pada pukul 18:00 sebesar 206159 Btu/Hour
2.4.2. Perhitungan Cooling Load dari Kaca
Energi radiasi matahari yang dipantulkan dan juga yang diserap oleh kaca
jendela ataupun kaca pintu akan masuk ke dalam ruangan dan menjadi beban mesin
pendingin. Besarnya panas yang diserap oleh kaca dapat dihitung dengan rumus :
Qkaca = SHGF A SC CLF..(3.3)
(literatur : Pita, Edward G., Air Conditioning Systems, hal 102)
Madi Margoyungan : Perencanaan Unit Mesin Pendingin Untuk Kebutuhan Pengkondisian Udara Pada Bangunan Kantor ADPEL Di Medan, 2008. USU Repository 2009
Dimana: SHGF = Solar Heat Gain Factor yaitu panas matahari maksimum
yang diserap pada waktu , orientasi , dan garis lintang
tertentu dalam satuan Btu/hr-ft2
A = luas permukaan kaca, ft2
SC = shade coefficient yaitu suatu koefisien untuk faktor koreksi
yang bergantung pada jenis kaca
CLF = cooling load factor yaitu faktor koreksi beban pendingin
dari kaca yang bergantung pada waktu.
SHGF untuk daerah Medan pada posisi 4oLU.. Dari Interpolasi nilai SHGF
untuk 0oLU dan 8oLU, diperoleh nilai SHGF untuk berbagai arah yang ditampilkan
pada tabel 3.9 berikut
Tabel 3.9. SHGF maksimum untuk kaca pada garis lintang 4o LU Arah 0o LU 8o LU 4LU
N 75 47 61 E 212 216 214 S 38 41 39.5 W 212 216 214 SE 112 128 120 SW 112 128 120 NE 187 179 183
Sumber : Pita, Edward G., Air Conditioning Systems, hal 102 Adapun shading coefficient (SC) untuk kaca jenis reflective glass, no interior
shading dari tabel 3.10 berikut bernilai 0,4.
Tabel
3.10. SC untuk
kaca
Madi Margoyungan : Perencanaan Unit Mesin Pendingin Untuk Kebutuhan Pengkondisian Udara Pada Bangunan Kantor ADPEL Di Medan, 2008. USU Repository 2009
Sumber : Pita, Edward G., Air Conditioning Systems, hal 104
Untuk harga cooling load factor (CLF), dapat diambil dari tabel 3.11 untuk
tipe konstruksi kaca medium berdasarkan Lampiran [L.7]
Tabel 3.11. CLF untuk kaca tanpa Interior Shade (termasuk Reflective Glass) untuk
tipe konstruksi kaca medium Arah 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00
N 0.46 0.52 0.59 0.65 0.7 0.73 0.75 0.76 0.74 0.75 0.79 E 0.44 0.5 0.51 0.45 0.39 0.35 0.32 0.29 0.26 0.23 0.21 S 0.14 0.21 0.31 0.42 0.52 0.57 0.58 0.53 0.47 0.41 0.36 W 0.1 0.11 0.12 0.13 0.14 0.19 0.29 0.4 0.5 0.56 0.55 SE 0.38 0.48 0.54 0.55 0.51 0.45 0.4 0.36 0.33 0.29 0.25 SW 0.12 0.13 0.15 0.17 0.23 0.33 0.44 0.53 0.58 0.59 0.53 NE 0.44 0.45 0.4 0.36 0.33 0.31 0.3 0.28 0.26 0.23 0.21
(Sumber : Pita, Edward G., Air Conditioning Systems, hal 105) Luas dan Arah Bangunan Kantor ini dapat dihitung dan ditabelkan pada Tabel
3.12 sbb:
Tabel 3.12. Perhitungan Luas Kaca pada berbagai arah
Kaca m2 ft2 Lantai 1
Luas Sebelah TIMUR = 36.15 389.1186 Luas Sebelah BARAT = 43 462.852 Luas Sebelah UTARA = 47.65 512.9046 Luas Sebelah SELATAN = 43.8 471.4632
TOTAL Akaca Lt.1 170.6 1836.3384
Lantai 2 Luas Sebelah TIMUR = 117.6 1265.8464
Madi Margoyungan : Perencanaan Unit Mesin Pendingin Untuk Kebutuhan Pengkondisian Udara Pada Bangunan Kantor ADPEL Di Medan, 2008. USU Repository 2009
Luas Sebelah BARAT = 105.6 1136.6784 Luas Sebelah UTARA = 168 1808.352 Luas Sebelah SELATAN = 203.05 2185.6302
TOTAL Akaca Lt.2 594.25 6396.507
Lantai 3 Luas Sebelah TIMUR = 141.6 1524.1824 Luas Sebelah BARAT = 129.6 1395.0144 Luas Sebelah UTARA = 204 2195.856 Luas Sebelah SELATAN = 201.65 2170.5606
TOTAL Akaca Lt.3 676.85 7285.6134
Dengan menggunakan rumus (3.3), cooling load dari kaca untuk tiap lantai
dari lantai 1 sampai lantai 3 mulai dari pukul 08.00-18.00 dapat dihitung dan
ditampilkan pada tabel berikut. Sama halnya seperti cooling load dari dinding dan
atap, besar cooling load dari kaca untuk tiap kamar yang diperhitungkan adalah
cooling load maksimum yang ditandai dengan tulisan cetak tebal
Tabel 3.13.Cooling load dari kaca untuk lantai 1 mulai pukul 08.00-18.00
Lantai Arah Waktu
Kaca 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00
1 N 5756 6507 7383 8134 8760 9135 9386 9511 9261 9386 9886
S 1042 1564 2309 3128 3873 4245 4320 3948 3501 3054 2681
E 14655 16654 16987 14988 12990 11657 10658 9659 8660 7660 6994
W 3962 4358 4754 5150 5546 7527 11489 15848 19810 22187 21791
Total Lt.1 25417 29084 31434 31402 31171 32567 35855 38966 41232 42288 41354 2 N 20296 22944 26033 28680 30886 32210 33092 33534 32651 33092 34857
S 4834 7251 10705 14503 17957 19683 20029 18302 16230 14158 12431
E 47676 54178 55261 48760 42259 37924 34674 31423 28172 24921 22754
W 9729 10702 11675 12648 13621 18486 28216 38919 48649 54487 53514
Total Lt.2 82538 95077 103676 104593 104724 108305 116012 122179 125704 126661 123559 3 N 24646 27861 31611 34826 37505 39112 40184 40719 39648 40184 42327
S 4801 7201 10631 14403 17833 19548 19891 18176 16118 14060 12346
E 57406 65235 66539 58711 50883 45664 41750 37836 33922 30008 27398
W 11941 13135 14329 15523 16717 22688 34629 47765 59706 66871 65677
Total Lt.3 98795 113433 123112 123465 122939 127013 136455 144497 149395 151124 147749 TOTAL 206751 237595 258223 259461 258835 267887 288323 305644 316332 320074 312663
Dengan demikian,dapat disimpulkan bahwa Cooling Load kaca terbesar
(maksimum)adalah pada pukul 17:00 sebesar 320074 Btu/Hour.
3.2.4. Perhitungan Cooling Load dari Lantai
Besarnya panas yang diserap oleh lantai bangunan dari tanah dapat dihitung
Madi Margoyungan : Perencanaan Unit Mesin Pendingin Untuk Kebutuhan Pengkondisian Udara Pada Bangunan Kantor ADPEL Di Medan, 2008. USU Repository 2009
dengan rumus:
Qlantai = U A TD..(3.4) (literatur : Pita, Edward G., Air Conditioning Systems, hal 101)
Dimana: U = koefisien perpindahan panas menyeluruh dari lantai
A = luas lantai, ft2
TD = Temperature difference: Ttanah Tdesain ruangan Ttanah = 28oC = 82,4oF
TD = (82,4 75)oF
TD = 7,4 oF
Adapun material lantai bangunan kantor beserta tahanan panasnya masing-masing
berdasarkan Tabel 3.2. adalah sbb:
- Ceramic Tile 1 inci memiliki R1 = 0,08 hr.ft2.oF/Btu
- Concrete 5 inci memiliki R2 = 0,81 hr.ft2.oF/Btu
- Cement Plaster 2 inci memiliki R3 = 0,4 hr.ft2.oF/Btu
Gambar 3.3. Konstruksi lantai
Maka U = 321
1RRR ++
=4,081,008,0
1++
= 0,77
Madi Margoyungan : Perencanaan Unit Mesin Pendingin Untuk Kebutuhan Pengkondisian Udara Pada Bangunan Kantor ADPEL Di Medan, 2008. USU Repository 2009
Berdasarkan gambar 2.10, luas lantai 1 dapat dihitung dengan hasil sebagai
berikut:
Alantai = 1540 m2 = 16576.56 ft2
Adapun cooling load dari lantai lantai 1 dapat dihitung sebagai berikut:
Qlantai = U Alantai TD
= 0,77 16576,56 7,4
= 94453,23 Btu/hr
3.2.5. Perhitungan Cooling Load dari Lampu / Penerangan dan Alat Elektronik
Besarnya beban pendingin yang dihasilkan oleh penerangan / lampu dapat
dihitung dengan rumus :
Qpenerangan = 3,4 W BF..(3.5) (literatur : Pita, Edward G., Air Conditioning Systems, hal 108)
Dimana : W = total daya lampu keseluruhan
BF = Balast Factor
Untuk lampu fluorescent BF = 1,25
Untuk lampu incandescent BF = 1,0
Adapun daya lampu yang dibutuhkan untuk penerangan pada bangunan
Kantor dipilih sebesar 30 Watt/m2 untuk daya lampu daerah komputer berdasarkan
Tabel 3.14, dengan jenis
lampu incandescent
dengan BF = 1,0.
Sedangkan alat elektronik
yang diperkirakan
ada sesuai standar hotel
hanyalah TV dengan
200Watt dan computer
dengan 125 Watt.
Tabel 3.14. Estimasi Beban
listrik suatu Bangunan
Madi Margoyungan : Perencanaan Unit Mesin Pendingin Untuk Kebutuhan Pengkondisian Udara Pada Bangunan Kantor ADPEL Di Medan, 2008. USU Repository 2009
(Sumber : Tangoro, Dwi, Utilitas Bangunan, hal 76)
Dengan cara tabulasi sebagai berikut, cooling load dari lampu dan alat
elektronik untuk tiap ruangan mulai dari lantai 1 sampai lantai 3 dapat dilihat pada
tabel 3.15.
Tabel 3.15. Cooling load dari Penerangan/Lampu dan TV untuk tiap ruangan dari lantai 1 sampai 3
Lantai Ruang Daya/Luas Alat Elektronik Luas Q lampu Q elektronik Q lampu &
(Watt/m2) TV Komputer Ruang(m2) (Btu/h) (Btu/h) Elektronik (Btu/h)
1 Lobby 30 1 2 595.6 75939 2231.25 78170.25
Ruang Serbaguna/Aula 30 1 2 331.8 42304.5 2231.25 44535.75
Ruang Istirahat Ka.Adpel 30 1 1 50.4 6426 1381.25 7807.25
Kabid.KPLP 30 1 2 36 4590 2231.25 6821.25
Kasi Kesyahbandaraan 30 - 1 13 1657.5 850 2507.5
Kasi Penyelamatan 30 - 1 13 1657.5 850 2507.5
Kasi Keamanan 30 0 1 11.4 1453.5 127.5 1581
Ruang Senjata 30 - - 11.4 1453.5 - 1453.5
Ruang KPLP 30 1 5 330.4 42126 4781.25 46907.25
TOTAL LANTAI 1 1393 177607.5 14683.75 192291.25
2 Bid.Lala & Kepelabuhan 30 1 5 311.8 39754.5 4781.25 44535.75
Ruang Kab.Lala & Kepelabuhan 30 1 1 36 4590 1381.25 5971.25
Madi Margoyungan : Perencanaan Unit Mesin Pendingin Untuk Kebutuhan Pengkondisian Udara Pada Bangunan Kantor ADPEL Di Medan, 2008. USU Repository 2009
Ruang Kontrol 30 - 3 11.4 1453.5 2550 4003.5
Ruang Peralatan 30 - - 11.4 1453.5 - 1453.5
Bag. Pembukuan 30 - 2 13 1657.5 1700 3357.5
Bag. Keuangan 30 - 2 13 1657.5 1700 3357.5
Ruang Istirahat 30 2 1 64.8 8262 1912.5 10174.5
Ruang Obat-obatan 30 - - 21.6 2754 - 2754
Kantin 30 2 - 9 1147.5 1062.5 2210
Koridor 30 - - 118.08 15055.2 - 15055.2
TOTAL LANTAI 2 610.08 77785.2 15087.5 92872.7
3 Bid.Lala & Kepelabuhan 30 1 5 337.86 43077.15 4781.25 47858.4
Kabid.Lala & Kepelabuhan 30 1 1 36 4590 1381.25 5971.25
Kasi Was.Fasilitas 30 - 2 25.2 3213 1700 4913
Kasi Lalin dan Angla 30 - 2 10.08 1285.2 1700 2985.2
Kasi penumpang Angla & TKBM 30 - 2 35.28 4498.2 1700 6198.2
Ruang Wudhu 30 - - 19.8 2524.5 - 2524.5
Koridor 30 - - 75.6 9639 - 9639
Kabid.Kelaiklautan Kapal 30 1 2 46.8 5967 2231.25 5967
Ruang AIS 30 - - 15.12 1927.8 - 1927.8
Bid.Kelaiklautan Kapal 30 1 5 321.9 41042.25 4781.25 45823.5
Kasi Keselamatan Kapal 30 - 2 15.3 1950.75 1700 3650.75
Kasi Kepelautan 30 - 2 15 1912.5 1700 3612.5
Kasi Pengukuran 30 - 2 15 1912.5 1700 3612.5
TOTAL LANTAI 3 968.94 123539.85 23375 144683.6
TOTAL COOLING LOAD PENERANGAN & ALAT ELEKTRONIK 378932.55 53146.25 429847.55
Dengan demikian, Beban Pendingin dari Penerangan dan Alat Elektronik adalah
sebesar 429847 Btu/Hour.
3.2.6. Perhitungan Cooling Load dari Manusia
Total kalor yang dilepas oleh tubuh manusia sangat tergantung kepada
kegiatan yang dilakukan oleh manusia tersebut. Untuk menghitung besarnya kalor
yang dilepas oleh tubuh manusia dapat digunakan rumus sebagai berikut:
Qsensibel = qsensibel n...(3.6)
Qlaten = qlaten n..(3.7) (literatur : Pita, Edward G., Air Conditioning Systems, hal 111)
Dimana: Qsensibel dan Qlaten = total panas sensibel dan laten dari tubuh manusia
qsensibel dan qlaten = panas sensibel dan laten untuk tiap orang
n = banyaknya jumlah orang didalam ruang
Tabel 3.16. Panas yang dihasilkan dari manusia
Madi Margoyungan : Perencanaan Unit Mesin Pendingin Untuk Kebutuhan Pengkondisian Udara Pada Bangunan Kantor ADPEL Di Medan, 2008. USU Repository 2009
(Sumber : Carrier Air Conditioning Co., System Design Manual 1, Load Estimating, hal 100)
- Dari tabel 3.16, untuk aktivitas pekerja kantor dan aktivitas berdiri, berjalan
lambat pada aplikasi hotel, besarnya panas sensibel dan panas laten untuk
temperatur ruangan 76oF masing-masing didapat 235 Btu/hr dan 215 Btu/hr
per orang.
Selanjutnya cooling load dari manusia untuk tiap ruangan mulai dari lantai 1
sampai lantai 3 berdasarkan denah bangunan dapat dilihat pada tabel 3.17.
Tabel 3.17. Cooling load dari manusia mulai lantai 1 sampai lantai 3
Lantai Ruang n Qs (Btu/h) Ql (Btu/h) Q manusia (Btu/h) 1 Lobby 13 2450 2050 5000
Ruang Serbaguna/Aula 0 0 0 0 Ruang Istirahat Ka.Adpel 0 0 0 0 Kabid.KPLP 2 490 410 900 Kasi Kesyahbandaraan 2 490 410 900 Kasi Penyelamatan 2 490 410 900 Kasi Keamanan 2 490 410 900 Ruang Senjata 2 490 410 900 Bid. KPLP 11 2450 2050 4950
Madi Margoyungan : Perencanaan Unit Mesin Pendingin Untuk Kebutuhan Pengkondisian Udara Pada Bangunan Kantor ADPEL Di Medan, 2008. USU Repository 2009
TOTAL Qmanusia Lantai 1 7350 6150 14450 2 Bid.Administrasi 50 12250 10250 22500
Ruang Kab.Administrasi 7 1715 1435 3150 Ruang Kontrol 2 490 410 900 Ruang Peralatan 2 490 410 900 Bag. Pembukuan 2 490 410 900 Bag. Keuangan 2 490 410 900 Ruang Istirahat 2 490 410 900 Ruang Perpustakaan Mini 2 490 410 900 Kantin 4 980 820 1800 Koridor 2 490 410 900
TOTAL Qmanusia Lantai 2 18375 15375 33750 3 Bid.Lala & Kepelabuhan 50 12250 10250 22500
Kabid.Lala & Kepelabuhan 7 1715 1435 3150 Kasi Was.Fasilitas 5 1225 1025 2250 Kasi Lalin dan Angla 2 490 410 900 Kasi penumpang Angla & TKBM 7 1715 1435 3150 Ruang Wudhu 0 0 0 0 Koridor 2 490 410 900 Kabid.Kelaiklautan Kapal 2 490 410 900 Ruang AIS 3 735 615 1350 Bid.Kelaiklautan Kapal 48 11760 9840 21600 Kasi Keselamatan Kapal 2 490 410 900 Kasi Kepelautan 2 490 410 900 Kasi Pengukuran 2 490 410 900
TOTAL Qmanusia Lantai 3 32340 27060 59400 TOTAL COOLING LOAD MANUSIA 58065 48585 107600
3.2.7. Perhitungan Cooling Load dari Infiltrasi
Biasanya kebutuhan udara luar sangat cukup untuk menghasilkan tekanan
yang sedikit berbeda dari ruangan dan menyeimbangkan infiltrasi. Tidak perlu untuk
memikirkan infiltrasi hanya jika volume udara luar dapat ditangani oleh peralatan
yang mampu untuk menyeimbangkan besarnya total infiltrasi yang diperhitungkan.
Tapi jika peralatan tidak mampu untuk menangani infiltrasi yang terlalu besar, maka
infiltrasi perlu diperhitungkan sebagai total beban pendingin.
Besarnya infiltrasi dalam ruangan yang terjadi dapat dihitung dengan
menggunakan rumus:
Cfm)inf = 6060ganVolumeRuanGWLH
=
..(3.8)
(literatur : Jordan, Richard C., Refrigeration and Air Conditioning ,hal 234)
Madi Margoyungan : Perencanaan Unit Mesin Pendingin Untuk Kebutuhan Pengkondisian Udara Pada Bangunan Kantor ADPEL Di Medan, 2008. USU Repository 2009
Dimana : H = tinggi gedung (ft) L = panjang gedung (ft)
W= lebar gedung (ft) G = faktor dinding
G = 1 , jika ruangan memiliki satu dinding luar
G = 1,5 , jika ruangan memiliki dua dinding luar
G = 2 , jika ruangan memiliki tiga buah atau lebih dinding luar
Yang dimaksud dengan dinding luar adalah dinding yang berhubungan dengan
bagian ruangan gedung yang tak dikondisikan yaitu dinding yang memiliki jendela
ataupun pintu yang memungkinkan terjadinya infiltrasi. Jika celah-celah pintu dan
jendela diisolasi dengan strip, maka infiltrasi yang terjadi adalah setengah dari
besarnya infiltrasi yang diperoleh dari persamaan 3.8.
Infiltrasi pada bangunan kantor ini berdasarkan gambar 2.10-2.12, dan ditinjau
pada lantai 1,2 dan 3 yaitu pada lobby dan Ruang Serbaguna serta Ruang yang yang
memiliki pintu yang berhubungan langsung dengan udara luar dan alirannnya ke
tingkat selanjutnya. Tidak adanya infiltrasi melalui jendela karena tidak terdapat
jendela pada Gedung ini. Besarnya infiltrasi tersebut diatur dengan putaran exhaust
fan dan disesuaikan dengan kebutuhan udara ventilasi untuk ruangan-ruangan
tersebut. Sehingga besar infiltrasi ini identik dengan kebutuhan udara ventilasi dan
oleh sebab itu menjadi bagian dari perhitungan cooling load dari ventilasi
Adapun perhitungan infiltrasi pada lantai yaitu perhitungan infiltrasi untuk
lobby yang memiliki pintu depan dan ruang serbaguna yang memiliki pintu samping
serta ruang lain yang memiliki ruang kontak dengan udara luar.
Dengan tinggi lobby 4 m (13,123 ft) dan luas lantai lobby 6411.0384 ft2 berdasarkan
tabel 3.19, diman