UJIAN TENGAH SEMESTER TAKE HOME TEST
AUDIT AND EFFICIENCY ENERGY
OLEH : NAMA : HABIBI EL HADIDHY NIM : 117015008
FAKULTAS TEKNIK PROGRAM STUDI MAGISTER TEKNIK MESIN UNIVERSITAS SUMATERA UTARA 2013
SOAL: Untuk kota-kota besar daerah tropis seperti Medan, Jakarta, dan Surabaya komsumsi energi terbesar dalam suatu bangunan komersial adalah untuk Pengkondisian Udara. Oleh karena itu dalam kebijakan Efisiensi dan langkah Audit energi pada Bangunan perlu diketahui teknik-teknik perhitungan beban pendingin. Pada soal ini dilakukan analysis beban pendingin. Sebuah bangunan komersial (perkantoran), seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah,berlokasi di daerah 40oLU. Dinding A berbatasan langsung dengan ruangan yang tidak dikondisikan, temperatur di ruangan tersebut dianggap sama dengan temperatur udara luar. Sementara, dinding B, C, dan D terpapar sinar matahari.
Ukuran ruangan adalah 25 m x 15 meter, tinggi ruangan di dalam gedung adalah 3 m dan data tambahan dari gedung ini adalah sebagai berikut: Dinding D: terbuat dari bata kilat 100 mm (light-colored face brick), 200 mm bata biasa (common brick), 16 mm plester, 6 mm plywood yang dilengketkan ke plester. Menurut data koefisien perpindahan panas tembok ini pada musim panas U =1,36 W/m2K (R=0,735).
Dinding B dan Dinding C: terbuat dari blok konkret cerah padat 200 mm dan plester 16 mm.Koefisien perpindahan panas pada musim panas U =2,73 W/m2K (R=0,366). Dinding A: terbuat dari bata padat 325 mm (tidak dicat), tidak diplester. Jika 300 mm bata ini mempunyai U = 2,29 W/m2K (R=0,435). Pada kedua sisi dinding diasumsikan terjadi konveksi dengan tahanan termal masing-masing R fc =1/ h=0,121 . Dengan menggunakan informasi ini tahanan thermal total dinding menjadi: R w =0,121 =0,435×325/300 +0,121 = 0,713 dan U =1/ R w = 1,4 W/m2K Atap: terbuat dari atap datar 115 mm dan 50 mm gypsum, dan 50 mm isolasi berwarna gelap dengan nilai U =0,51 W/m2K (R=1,96). Lantai: terbuat dari konkret 100 mm, terhubung dengan tanah. Jendela: jenis fixed (non operable) dengan ukuran 1m x 1,5 m terbuat dari plat gelas biasa dengan tirai (veneterian blind) warna cerah. Pintu: terbuat dari 45 mm baja dengan inti urethane (sejenis campuran organik) dan isolator. Koefisien perpindahan panas menyeluruh pintu pada musim panas diperkirakan U=1,08 W/m2K (R=0,926) untuk pintu luar dan U =1,02 W/m2K (R=0,980) untuk pintu dalam. Ukuran pintu adalah: Pintu depan 1,5 m x 2 m, pintu samping 1,5 m x 2 m, dan pintu belakang 1,5m x 2 m (termasuk pintu dalam).
Catatan: Koefisien perpindahan panas menyeluruh pada permukaan luar yang ditampilkan di sini untuk kondisi musim panas dengan asumsi kecepatan angin 12 km/jam dan untuk permukaan dalam diasumsikan adanya lapisan udara. Kondisi saat perancangan adalah: a. Kondisi udara luar (pada musim panas) adalah: temperatur bola kering 35oC dan bola basah 25oC dan perbedaan temperatur harian 11oC. b. Kondisi udara di ruangan yang ingin dicapai adalah temperatur bola kering TR0 dan RH 60%. TR = 22oC c. Penghuni ruangan: terdiri dari 85 pekerja, mulai jam 8 pagi s/d jam 5 sore. d. Lampu: Total daya lampu 17,5 kW jenis fluorenscent beroperasi mulai jam 8 pagi s/d jam 5 sore setiap hari dan juga 4000 W jenis pijar beropeasi secara continiu. Konfigurasi lampu adalah type tidak perlu ventilasi. e. Motorlistrik dan peralatan memasak: tidak ada peralatan memasak dan motor listrik di ruangan yang dikondisikan. f.
Ventilasi: yang direncanakan di sini adalah sebesar 7L/s/orang, maka total udara ventilasi adalah 85 x 7 =595 L/s.
g. Infiltrasi: yang mungkin pada ruangan ini hanyalah dari pembukaan pintu, dengan mempertimbangkan terjadi 30 orang keluar masuk dari pintu selama satu jam maka diperkirakan jumlah udara infiltrasi adalah 31,1 L/s. h. Termal Respon bangunan: dikategorikan medium. i.
Lokasi peralatan pendingin: direncanakan di dinding A sehingga tidak ada pengaruh langsung pada sumber panas.
Lakukanlah Perencanaan sistem pendingin untuk ruangan tersebut di atas dengan menjawab pertanyaan berikut: 1. Lakukan Perhitungan Beban Pendingin mulai jam 8 pagi s/d jam 20 2. Beban Pendingin puncak pada soal 1 anggap jadi Qevaporator, lakukan perhitungan SKU dengan Te = -5oC dan Tk = 40oC untuk mendapatkan Wk (Kerja Kompresor). Jenis refrigeran yang digunakan adalah R-22.
PENYELESAIAN : 1. Beban Pendingin a. Beban Pendingin Dari Atap
Dilihat dari tabel 31 dengan data terpilih : -
Mass Inside Roof
-
No ceiling
-
R factor = 1,96
Maka ditentukan klasifikasi atap tipe 4 1,8 < R < 2,6 ; 50 mm.
U = 0,51 W/(m2.K)
A = (25 x 15) m2 = 375 m2
Dilihat dari tabel 30 diperoleh nilai CLTD pukul 17.00 = 43.
C1 = (25,5 – Ti) = (25,5 – 22) = 3,5
Tm = 35 – 11/2 = 29,5oC
C2 = (Tm – 29,4) = (29,5 – 29,4) = 0,1
C1 + C2 = 3,5 + 0,1 = 3,6
CLTDcorr = CLTD + C1 + C2 = 43 + 3,6 = 46,6
Diperoleh harga q pada pukul 17.00 q = U.A.CLTDcorr q = (0,51)(375)(46,6) ≈ 8912,25 W
Dengan cara yang sama diperoleh beban pendingin atap dari pukul 08.00 s/d 20.00 Tabel 1 Beban Pendingin Atap Pukul
U (W/m2K)
A (m2)
CLTD
CLTDcorr
Q (W)
08.00
0,51
375
-2
1,6
306,00
09.00
0,51
375
0
3,6
688,50
10.00
0,51
375
4
7,6
1.453,50
11.00
0,51
375
9
12,6
2.409,75
12.00
0,51
375
16
19,6
3.748,50
13.00
0,51
375
23
26,6
5.087,25
14.00
0,51
375
30
33,6
6.426,00
15.00
0,51
375
36
39,6
7.573,50
16.00
0,51
375
41
44,6
8.529,75
17.00
0,51
375
43
46,6
8.912,25
18.00
0,51
375
43
46,6
8.912,25
19.00
0,51
375
41
44,6
8.529,75
20.00
0,51
375
37
40,6
7.764,75
Beban Pendingin Q (W)
10,000 8,000 6,000 4,000 2,000 0
2
4
6
8
10
12
14
Pukul
Gambar 1 Grafik Perubahan Beban Pendingin Atap Terhadap Waktu
b. Beban Pendingin dari Dinding D (Barat) A = (15 x 3) – (4x1x1,5 + 1x1,5x2) = 36 m2
U = 1,36 W/(m2.K)
Dari tabel 11 tipe dinding adalah C4 dengan deskripsi “200mm common brick”
Dari tabel 33B dengan data terpilih : -
Secondary Material = Face Brick
-
Wall Type
= C4
-
R
= 0,735
Maka ditentukan nomor dinding W = 16.
Dilihat dari tabel 32 nilai CLTD pada pukul 17.00 = 9
CLTDcorr = CLTD + C1 + C2 = 9 + 3,6 = 12,6
Diperoleh harga q q = U.A.CLTDcorr q = (1,36)(36)(12,6) ≈ 616,90 W
Dengan cara yang sama diperoleh beban pendingin dari pukul 08.00 s/d 20.00 Tabel 2 Beban Pendingin Dinding D (Barat) Pukul
U (W/m2K)
A (m2)
CLTD
CLTDcorr
Q (W)
08.00
1,36
36
9
12,6
616,90
09.00
1,36
36
8
11,6
567,94
10.00
1,36
36
7
10,6
518,98
11.00
1,36
36
7
10,6
518,98
12.00
1,36
36
6
9,6
470,02
13.00
1,36
36
6
9,6
470,02
14.00
1,36
36
6
9,6
470,02
15.00
1,36
36
7
10,6
518,98
16.00
1,36
36
8
11,6
567,94
17.00
1,36
36
9
12,6
616,90
18.00
1,36
36
11
14,6
714,82
19.00
1,36
36
14
17,6
861,70
20.00
1,36
36
17
20,6
1.008,58
Trend beban pendingin dinding barat setiap waktu dapat dilihat pada grafik berikut:
Beban Pendingin Q (W)
1,200 1,000 800 600 400 200 -
Waktu (Pukul)
Gambar 2 Perubahan Beban Pendingin Dinding Barat Terhadap Waktu
c. Beban Pendingin dari Dinding C (Selatan)
A = (25 x 3) – (1 x1,5 x 2) = 72 m2
U = 2,73 W/(m2.K)
Dilihat dari tabel 11 tipe dinding adalah C8 dengan deskripsi “200 mm high density concrete block”
Dilihat dari tabel 33B dengan data terpilih : -
Secondary Material = Plester (Stucco)
-
Wall Type
= C8
-
R
= 0,366
Maka ditentukan nomor dinding W = 5.
Dilihat dari tabel 32 nilai CLTD pada pukul 17.00 = 20
CLTDcorr = CLTD + C1 + C2 = 20 + 3,6 = 23,6
Diperoleh harga q q = U.A.CLTDcorr q = (2,73)(72)(23,6) ≈ 4.638,82 W
Dengan cara yang sama diperoleh beban pendingin dari pukul 08.00 s/d 20.00
Tabel 3 Beban Pendingin Dinding Selatan Pukul
U (W/m2K)
A (m2)
CLTD
CLTDcorr
08.00
2,73
72
1
4,6
904,18
09.00
2,73
72
2
5,6
1.100,74
10.00
2,73
72
2
5,6
1.100,74
11.00
2,73
72
4
7,6
1.493,86
12.00
2,73
72
7
10,6
2.083,54
13.00
2,73
72
11
14,6
2.869,78
14.00
2,73
72
14
17,6
3.459,46
15.00
2,73
72
17
20,6
4.049,14
16.00
2,73
72
19
22,6
4.442,26
17.00
2,73
72
20
23,6
4.638,82
18.00
2,73
72
20
23,6
4.638,82
19.00
2,73
72
19
22,6
4.442,26
20.00
2,73
72
18
21,6
4.245,70
Q (W)
Beban Pendingin Q (W)
Trend beban pendingin dinding selatan setiap waktu dapat dilihat pada grafik berikut: 5,000 4,500 4,000 3,500 3,000 2,500 2,000 1,500 1,000 500 -
Waktu (Pukul)
Gambar 3 Perubahan Beban Pendingin Dinding Selatan Terhadap Waktu
d. Beban Pendingin dari Dinding B (Timur)
A = (15 x 3) – (1x1,5x2 + 2x1x1,5) = 39 m2
U = 2,73 W/(m2.K)
Dari tabel 11 tipe dinding adalah C8 dengan deskripsi “200 mm high density concrete block”
Dari tabel 33B dengan data terpilih : -
Secondary Material = Plester (Stucco)
-
Wall Type
= C8
-
R
= 0,366
Maka ditentukan nomor dinding W = 5.
Dilihat dari tabel 32 nilai CLTD pada pukul 17.00 = 20
CLTDcorr = CLTD + C1 + C2 = 20 + 3,6 = 23,6
Diperoleh harga q q = U.A.CLTDcorr q = (2,73)(39)(23,6) ≈ 2.512,69 W
Dengan cara yang sama diperoleh beban pendingin dari pukul 08.00 s/d 20.00
Tabel 4 Beban Pendingin Dinding Timur Pukul
U (W/m2K)
A (m2)
CLTD
CLTDcorr
08.00
2,73
39
1
4,6
489,76
09.00
2,73
39
2
5,6
596,23
10.00
2,73
39
2
5,6
596,23
11.00
2,73
39
4
7,6
809,17
12.00
2,73
39
7
10,6
1.128,58
13.00
2,73
39
11
14,6
1.554,46
14.00
2,73
39
14
17,6
1.873,87
15.00
2,73
39
17
20,6
2.193,28
16.00
2,73
39
19
22,6
2.406,22
17.00
2,73
39
20
23,6
2.512,69
18.00
2,73
39
20
23,6
2.512,69
19.00
2,73
39
19
22,6
2.406,22
20.00
2,73
39
18
21,6
2.299,75
Q (W)
Trend beban pendingin dinding timur setiap waktu dapat dilihat pada grafik berikut:
Beban Pendingin Q (W)
3,000 2,500 2,000 1,500 1,000 500 -
Waktu (Pukul)
Gambar 4 Perubahan Beban Pendingin Dinding Timur Terhadap Waktu
e. Beban Pendingin dari Dinding A (Kopel)
A = (25 x 3) = 75 m2
R w =0,121 =0,435×325/300 +0,121 = 0,713
U =1/ R w = 1,4 W/m2K
Diperoleh harga q pada pukul 17.00 q = U.A.(To – Tr) q = (1,4)(90)(33,9 - 22) ≈ 1.249,50 W
Dengan cara yang sama diperoleh beban pendingin dari pukul 08.00 s/d 20.00 Tabel 5 Beban Pendingin Dinding Utara Pukul
U (W/m2K)
A (m2)
T0 (º)
Tr (º)
08.00
1,4
75
25,8
22
399,00
09.00
1,4
75
27,2
22
546,00
10.00
1,4
75
28,8
22
714,00
11.00
1,4
75
30,7
22
913,50
12.00
1,4
75
32,4
22
1.092,00
13.00
1,4
75
33,8
22
1.239,00
14.00
1,4
75
34,7
22
1.333,50
15.00
1,4
75
35
22
1.365,00
16.00
1,4
34,7
22
1.333,50
T0 (º)
Tr (º)
Q (W)
Pukul
75 2
U (W/m K)
2
A (m )
Q (W)
17.00
1,4
75
33,9
22
1.249,50
18.00
1,4
75
32,7
22
1.123,50
19.00
1,4
75
31,3
22
976,50
20.00
1,4
75
29,8
22
819,00
Trend beban pendingin dinding utara setiap waktu dapat dilihat pada grafik berikut:
Beban Pendingin Q (W)
1,600 1,400 1,200 1,000 800 600 400 200 -
Waktu (Pukul)
Gambar 5 Perubahan Beban Pendingin Dinding Utara Terhadap Waktu
f. Beban Pendingin dari Pintu di Dinding D (Barat)
A = 1,5 x 2 = 3 m2
U = 1,08 W/(m2.K)
Dilihat dari tabel 11 tipe dinding adalah B10 dengan deskripsi “50mm wood”
Dilihat dari tabel 33B dengan data terpilih : -
Secondary Material = Steel
-
R
= 0,926
Maka ditentukan nomor dinding W = 2.
Dilihat dari tabel 32 nilai CLTD pada pukul 16.00 = 33
CLTDcorr = CLTD + C1 + C2 = 33 + 3,6 = 36,6
Diperoleh harga q q = U.A.CLTDcorr q = (1,08)(3)(36,6) ≈ 118,58 W
Dengan cara yang sama diperoleh beban pendingin dari pukul 08.00 s/d 20.00 Tabel 6 Beban Pendingin Pintu Barat Pukul
U (W/m2K)
A (m2)
CLTD
CLTDcorr
08.00
1,08
3
0
3,6
11,66
09.00
1,08
3
1
4,6
14,90
10.00
1,08
3
3
6,6
21,38
11.00
1,08
3
5
8,6
27,86
12.00
1,08
3
7
10,6
34,34
13.00
1,08
3
9
12,6
40,82
14.00
1,08
3
13
16,6
53,78
15.00
1,08
3
18
21,6
69,98
16.00
1,08
3
26
29,6
95,90
17.00
1,08
3
33
36,6
118,58
18.00
1,08
3
38
41,6
134,78
19.00
1,08
3
41
44,6
144,50
20.00
1,08
3
37
40,6
131,54
Q (W)
Trend beban pendingin pintu barat setiap waktu dapat dilihat pada grafik berikut:
Beban Pendingin Q (W)
160 140 120 100 80 60 40 20 -
Waktu (Pukul)
Gambar 6 Perubahan Beban Pendingin Pintu Barat Terhadap Waktu
g. Beban Pendingin dari Pintu di Dinding C (Selatan)
A = 1,5 x 2 = 3 m2
U = 1,08 W/(m2.K)
Dilihat dari tabel 11 tipe dinding adalah B10 dengan deskripsi “50mm wood”
Dilihat dari tabel 33B dengan data terpilih : -
Secondary Material = Steel
-
R
= 0,926
Maka ditentukan nomor dinding W = 2.
Dilihat dari tabel 32 nilai CLTD untuk pukul 17.00 = 26
CLTDcorr = CLTD + C1 + C2 = 26 + 3,6 = 29,6
Diperoleh harga q q = U.A.CLTDcorr q = (1,08)(3)(29,6) ≈ 95,9 W
Dengan cara yang sama diperoleh beban pendingin dari pukul 08.00 s/d 20.00 Tabel 7 Beban Pendingin Pintu Selatan Pukul
U (W/m2K)
A (m2)
CLTD
CLTDcorr
08.00
1,08
3
-1
2,6
8,42
09.00
1,08
3
1
4,6
14,90
10.00
1,08
3
4
7,6
24,62
11.00
1,08
3
8
11,6
37,58
12.00
1,08
3
13
16,6
53,78
13.00
1,08
3
18
21,6
69,98
14.00
1,08
3
23
26,6
86,18
15.00
1,08
3
26
29,6
95,90
16.00
1,08
3
27
30,6
99,14
17.00
1,08
3
26
29,6
95,90
18.00
1,08
3
22
25,6
82,94
19.00
1,08
3
18
21,6
69,98
20.00
1,08
3
15
18,6
60,26
Q (W)
Trend beban pendingin pintu selatan setiap waktu dapat dilihat pada grafik berikut:
Beban Pendingin Q (W)
120 100 80 60 40 20 -
Waktu (Pukul)
Gambar 7 Perubahan Beban Pendingin Pintu Barat Terhadap Waktu
h. Beban Pendingin dari Pintu di Dinding B (Timur)
A = 1,5 x 2 = 3 m2
U = 1,08 W/(m2.K)
Dilihat dari tabel 11 tipe dinding adalah B10 dengan deskripsi “50mm wood”
Dilihat dari tabel 33B dengan data terpilih : -
Secondary Material = Steel
-
R
= 0,926
Maka ditentukan nomor dinding W = 2.
Dilihat dari tabel 32 nilai CLTD untuk pukul 17.00 = 18
CLTDcorr = CLTD + C1 + C2 = 18 + 3,6 = 21,6
Diperoleh harga q q = U.A.CLTDcorr q = (1,08)(3)(21,6) ≈ 69,98 W
Dengan cara yang sama diperoleh beban pendingin dari pukul 08.00 s/d 20.00
Tabel 8 Beban Pendingin Pintu Timur Pukul
U (W/m2K)
A (m2)
CLTD
CLTDcorr
08.00
1,08
3
8
11,6
37,58
09.00
1,08
3
18
21,6
69,98
10.00
1,08
3
26
29,6
95,90
11.00
1,08
3
31
34,6
112,10
12.00
1,08
3
32
35,6
115,34
13.00
1,08
3
29
32,6
105,62
14.00
1,08
3
24
27,6
89,42
15.00
1,08
3
21
24,6
79,70
16.00
1,08
3
19
22,6
73,22
17.00
1,08
3
18
21,6
69,98
18.00
1,08
3
17
20,6
66,74
19.00
1,08
3
15
18,6
60,26
20.00
1,08
3
15
18,6
60,26
Q (W)
Trend beban pendingin pintu timur setiap waktu dapat dilihat pada grafik berikut:
Beban Pendingin Q (W)
140 120 100 80 60 40 20 -
Waktu (Pukul)
Gambar 8 Perubahan Beban Pendingin Pintu Timur Terhadap Waktu
i. Beban Pendingin Akibat Konduksi Kaca Sebelah Barat dan Timur
A = (4 x 1 x 1,5) + (2 x 1 x 1,5) = 9 m2
U = 4,6 W/(m2.K)
Dilihat dari tabel 34 nilai CLTD untuk pukul 17.00 = 7
CLTDcorr = CLTD + C1 + C2 = 7 + 3,6 = 10,6
Diperoleh harga q q = U.A.CLTDcorr q = (4,6)(9)(10,6) ≈ 103,03 W
Dengan cara yang sama diperoleh beban pendingin dari pukul 08.00 s/d 20.00 Tabel 9 Beban Pendingin Akibat Konduksi dari Jendela Pukul
U (W/m2K)
A (m2)
CLTD
CLTDcorr
08.00
1,08
9
0
3,6
34,99
09.00
1,08
9
1
4,6
44,71
10.00
1,08
9
2
5,6
54,43
11.00
1,08
9
4
7,6
73,87
12.00
1,08
9
5
8,6
83,59
13.00
1,08
9
7
10,6
103,03
14.00
1,08
9
7
10,6
103,03
15.00
1,08
9
8
11,6
112,75
16.00
1,08
9
8
11,6
112,75
17.00
1,08
9
7
10,6
103,03
18.00
1,08
9
7
10,6
103,03
19.00
1,08
9
6
9,6
93,31
20.00
1,08
9
4
7,6
73,87
Q (W)
Beban Pendingin Q (W)
Trend beban pendingin akibat konduksi jendela setiap waktu dapat dilihat pada grafik berikut: 120 100 80 60 40 20 -
Waktu (Pukul)
Gambar 9 Perubahan Beban Pendingin Akibat konduksi Terhadap Waktu
j. Panas Transmisi Dari Jendela di Dinding D (Barat)
A = 4 x 1 x 1,5 = 6 m2
Dilihat dari (tabel 4-11. Koefisien Peneduhan / Shade Coefficient) pada buku “Refrigerasi dan Pengkondisian Udara, Edisi ke-2, karangan Wilbert F. Stoecker, dkk, halaman 71) dengan data terpilih : -
Jenis Kaca
: Kaca Tunggal
-
Tipe Kaca
: Pelat (6 mm - 12 mm)
-
Dengan krei pelindung terang
Maka diperoleh nilai SC = 0,55.
Dilihat dari tabel 20 dengan data terpilih : -
Zone Geometry
: 30m x 30m
-
Zone Height
: 3,0 m
Maka diperoleh nomor kaca adalah jenis 1 dan 2.
Dilihat dari tabel 35B dengan data terpilih : -
Nomor Kaca
: 1 atau 2
-
Floor Covering
: carpet
-
Partition Type
: concrete block
Maka diperoleh tipe kaca adalah tipe B.
Dilihat dari tabel 36 zona B diperoleh harga SCL pada pukul 17.00 = 545 W/m2.
Diperoleh harga q q = A(SC)(SCL) q = (6)(0,55)(545) ≈ 1.798,50 W Tabel 10 Panas Transmisi dari Jendela Barat Pukul
A (m2)
SCL
SC
08.00
6
69
0,55
227,70
09.00
6
85
0,55
280,50
10.00
6
98
0,55
323,40
11.00
6
110
0,55
363,00
12.00
6
117
0,55
386,10
13.00
6
186
0,55
613,80
14.00
6
318
0,55
1.049,40
SCL
SC
Pukul
2
A (m )
Q (W)
Q (W)
15.00
6
438
0,55
1.445,40
16.00
6
523
0,55
1.725,90
17.00
6
545
0,55
1.798,50
18.00
6
463
0,55
1.527,90
19.00
6
208
0,55
686,40
20.00
6
135
0,55
445,50
Beban Pendingin Q (W)
Trend beban pendingin akibat transmisi dari jendela bagian barat setiap waktu dapat dilihat pada grafik berikut 2,000 1,800 1,600 1,400 1,200 1,000 800 600 400 200 -
Waktu (Pukul)
Gambar 10 Perubahan Beban Pendingin Akibat Transmisi dari Jendela Barat Terhadap Waktu
k. Panas Transmisi Dari Jendela di Dinding B (Timur)
A = 2 x 1 x 1,5 = 3 m2
Dilihat dari (tabel 4-11. Koefisien Peneduhan / Shade Coefficient) pada buku “Refrigerasi dan Pengkondisian Udara, Edisi ke-2, karangan Wilbert F. Stoecker, dkk, halaman 71) dengan data terpilih : -
Jenis Kaca
: Kaca Tunggal
-
Tipe Kaca
: Pelat (6 mm - 12 mm)
-
Dengan krei pelindung terang
Maka diperoleh nilai SC = 0,55.
Dilihat dari tabel 20 dengan data terpilih : -
Zone Geometry
: 30m x 30m
-
Zone Height
: 3.0 m
Maka diperoleh nomor kaca adalah jenis 1 dan 2.
Dilihat dari tabel 35B dengan data terpilih : -
Nomor Kaca
: 1 atau 2
-
Floor Covering
: carpet
-
Partition Type
: concrete block
Maka diperoleh tipe kaca adalah tipe B.
Dilihat dari tabel 36 zona B diperoleh harga SCL pada pukul 17.00 = 107 W/m2.
Diperoleh harga q q = A(SC)(SCL) q = (3)(0,55)(107) ≈ 176,55 W
Dengan cara yang sama diperoleh beban pendingin dari pukul 08.00 s/d 20.00 Tabel 11 Panas Transmisi dari Jendela Barat Pukul
A (m2)
SCL
SC
08.00
3
501
0,55
826,65
09.00
3
510
0,55
841,50
10.00
3
450
0,55
742,50
11.00
3
331
0,55
546,15
12.00
3
233
0,55
384,45
13.00
3
198
0,55
326,70
14.00
3
173
0,55
285,45
15.00
3
151
0,55
249,15
16.00
3
129
0,55
212,85
17.00
3
107
0,55
176,55
18.00
3
79
0,55
130,35
19.00
3
47
0,55
77,55
20.00
3
32
0,55
52,80
Q (W)
Trend beban pendingin akibat transmisi dari jendela bagian timur setiap waktu dapat dilihat pada grafik berikut
Beban Pendingin Q (W)
900 800 700 600 500 400 300 200 100 -
Waktu (Pukul)
Gambar 11 Perubahan Beban Pendingin Akibat Transmisi dari Jendela Timur Terhadap Waktu
l. Panas dari Manusia
N = 85 orang
Dilihat dari tabel 3 dengan data terpilih : -
Moderately Active Office Work
-
Office
Maka diperoleh harga Sensible Heat Gain (SHG) = 75 W dan harga Latent Heat Gain (LHG) = 55 W.
Dilihat dari tabel 35A dengan data terpilih : -
Room location
: Single story
-
Floor covering
: Carpet
Maka diperoleh tipe zona C.
Dilihat dari tabel 37 dengan data terpilih pada pukul 16.00 : -
Zona tipe C
-
Lama jam kerja = (17.00 – 08.00) + 1 = 10 jam
Maka diperoleh harga CLF = 0,94.
Diperoleh harga qsensible dan qlatent adalah sebagai berikut : qsensible
= N(SHG)(CLF) = (85)(75)(0,94)
≈ 5.992,5 W
qlatent
= N(LHG) = (85)(55)
≈ 4.675 W
qtotal = qsensible + qlatent = 10.667,5 W Dengan cara yang sama diperoleh beban pendingin dari pukul 08.00 s/d 20.00 Tabel 12 Beban Pendingin dari Manusia Pukul
N
LHG
SHG
CLF
Qlatent (W)
Qsensible (W)
08.00
85
55
75
0,62
4.675,00
3.952,50
8.627,50
09.00
85
55
75
0,7
4.675,00
4.462,50
9.137,50
10.00
85
55
75
0,75
4.675,00
4.781,25
9.456,25
11.00
85
55
75
0,8
4.675,00
5.100,00
9.775,00
12.00
85
55
75
0,83
4.675,00
5.291,25
9.966,25
13.00
85
55
75
0,86
4.675,00
5.482,50
10.157,50
14.00
85
55
75
0,89
4.675,00
5.673,75
10.348,75
15.00
85
55
75
0,91
4.675,00
5.801,25
10.476,25
16.00
85
55
75
0,92
4.675,00
5.865,00
10.540,00
17.00
85
55
75
0,94
4.675,00
5.992,50
10.667,50
18.00
85
55
75
0,35
4.675,00
2.231,25
6.906,25
19.00
85
55
75
0,28
4.675,00
1.785,00
6.460,00
20.00
85
55
75
0,23
4.675,00
1.466,25
6.141,25
Trend beban pendingin dari manusia setiap waktu dapat dilihat pada grafik berikut:
Beban Pendingin Q (W)
12,000 11,000 10,000 9,000 8,000 7,000 6,000 5,000
Waktu (Pukul)
Gambar 12 Perubahan Beban Pendingin dari Manusia Terhadap Waktu
Qtotal (W)
m. Beban Pendingin dari Lampu
Diasumsikan bahwa : -
Wtungsten
= 4.000W (diketahui)
-
Wflourescent
= 17.500W (diketahui)
-
Fu
= 1,0
-
Fsa
= 1,0
-
CLF
= 1,0 (karena dioperasikan secara kontinu)
Dilihat dari tabel 35B dan berdasarkan parameter yang sama seperti pada kasus Energi Matahari yang Menembus Kaca Barat/ Transmisi maka diketahui bahwa zona ruangan adalah tipe C.
Dilihat dari tabel 38 dengan data terpilih untuk lampu flourescent pada pukul 16.00 : -
Zona tipe C
-
Lama jam kerja = (17.00 – 08.00) + 1 = 10 jam
-
Nomor jam setelah peralatan dinyalakan = (16.00 – 08.00) + 1 = 9 jam
Maka diperoleh harga CLF = 0,92.
Diperoleh harga : qflour
= W(Fu)( Fsa)( CLF)
qflour
= (17.500)(1,0)(1,2)(0,92) ≈ 19.320 W
qtungsten
= W(Fu)( Fsa)( CLF)
qtungsten
= (4.000)(1,0)(1,0)(1,0) ≈ 4.000 W
qtotal
= qflour + qtungsten = 23.320 W
Dengan cara yang sama diperoleh beban pendingin dari pukul 08.00 s/d 20.00 Tabel 13 Beban Pendingin Akibat Lampu Pukul
Wtungs (W)
Wflour (W)
Fu
Fsatungs
Fsaflour
CLFtungs
CLFflour
Qtungs (W)
Qflour (W)
Qtotal (W)
08.00
4000
17500
1
1
1,2
1
0,73
4000
15330
19330
09.00
4000
17500
1
1
1,2
1
0,81
4000
17010
21010
10.00
4000
17500
1
1
1,2
1
0,85
4000
17850
21850
11.00
4000
17500
1
1
1,2
1
0,87
4000
18270
22270
12.00
4000
17500
1
1
1,2
1
0,89
4000
18690
22690
13.00
4000
17500
1
1
1,2
1
0,9
4000
18900
22900
14.00
4000
17500
1
1
1,2
1
0,91
4000
19110
23110
15.00
4000
17500
1
1
1,2
1
0,92
4000
19320
23320
Pukul
Wtungs (W)
Wflour (W)
Fu
Fsatungs
Fsaflour
CLFtungs
CLFflour
Qtungs (W)
Qflour (W)
Qtotal (W)
16.00
4000
17500
1
1
1,2
1
0,92
4000
19320
23320
17.00
4000
17500
1
1
1,2
1
0,93
4000
19530
23530
18.00
4000
17500
1
1
1,2
1
0,25
4000
5250
9250
19.00
4000
17500
1
1
1,2
1
0,16
4000
3360
7360
20.00
4000
17500
1
1
1,2
1
0,13
4000
2730
6730
Trend beban pendingin akbat panas lampu setiap waktu dapat dilihat pada grafik berikut:
Beban Pendingin Q (W)
30,000 25,000 20,000 15,000 10,000 5,000 -
Waktu (Pukul)
Gambar 13 Perubahan Beban Pendingin Akibat Panas Lampu Terhadap Waktu
n. Beban Pendingin dari Ventilasi
Kondisi Udara Luar pada pukul 17.00 : -
Dry Bulb Temp. (To) = 33,9 oC
-
Wet Bulb Temp. = 25 oC
-
Humadity ratio (wo) = 0,0159
Kondisi Ruangan yang Diinginkan : -
Dry Bulb Temp. (Ti) = 22 oC
-
RH = 60 %
-
Humadity ratio (wi) = 0,0098
Q = 7 L/s per orang atau Q = 595 L/s karena orangnya berjumlah 85 orang.
Diperoleh harga qsensible dan qlatent pada pukul 17.00 adalah sebagai berikut : qsensible
= 1,23Q(To - Ti) = (1,23)(595)(33,9 – 22)
≈ 8.7090,0 W
= 3010Q(wo - wi) = (3010)(595)(0,0155 – 0,0098)
qlatent
≈ 10.276 W
Tempertur udara luar untuk lokasi dimana gedung berada dapat dilihat pada Tabel 1 Bab 28 ASHRAE 1997. Pada pukul 8 sampai dengan pukul 20 ditampilkan pada tabel berikut.
Pukul 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Tempratur 25,8 27,2 28,8 30,7 32,4 33,8 34,7 35 34,7 33,9 32,7 31,3 29,8 Dengan cara yang sama diperoleh beban pendingin dari pukul 08.00 s/d 20.00. Tabel 14 Beban Pendingin dari Ventilasi Pukul
To (K)
RHO
Ti (K)
RHi
08.00 298,8 0,45
295
0,6
0,00923 0,0098
595
2781,03
-1020,84
1760,19
09.00 300,2 0,45
295
0,6
0,01004 0,0098
595
3805,62
429,83
4235,45
10.00 301,8 0,45
295
0,6
0,01104 0,0098
595
4976,58
2220,78
7197,36
11.00 303,7 0,45
295
0,6
0,01234 0,0098
595
6367,09
4549,01
10916,11
12.00 305,5 0,45
295
0,6
0,0137
0,0098
595
7684,43
6984,71
14669,13
13.00 306,8 0,45
295
0,6
0,01476 0,0098
595
8635,83
8883,11
17518,94
14.00 307,7 0,45
295
0,6
0,01554 0,0098
595
9294,49
10280,05
19574,55
15.00
0,45
295
0,6
0,01581 0,0098
595
9514,05
10763,61
20277,66
16.00 307,7 0,45
295
0,6
0,01554 0,0098
595
9294,49
10280,05
19574,55
17.00 306,9 0,45
295
0,6
0,01485 0,0098
595
8709,01
9044,30
17753,31
18.00 305,7 0,45
295
0,6
0,01386 0,0098
595
7830,79
7271,26
15102,05
19.00 304,3 0,45
295
0,6
0,01278 0,0098
595
6806,21
5337,03
12143,24
20.00 302,8 0,45
295
0,6
0,01171 0,0098
595
5708,43
3420,71
9129,14
308
Wo
Wi
Q (L/s) Qsensible (W) Qlatent (W)
25,000 20,000 15,000 10,000 5,000 20.00
19.00
18.00
17.00
16.00
15.00
14.00
13.00
12.00
11.00
10.00
09.00
08.00
Beban Pendingin Q (W)
Trend beban pendingin dari ventilasi setiap waktu dapat dilihat pada grafik berikut:
Waktu (Pukul)
Gambar 14 Perubahan Beban Pendingin dari Ventilasi Terhadap Waktu
Qtotal (W)
o. Beban Pendingin Akibat Infiltrasi
Data kondisi luar dan dalam ruangan sama seperti pada kasus ventilasi di atas.
Diasumsikan : -
Orang yang melewati pintu = 40 orang/jam
-
Volume manusia yang lewat = 2,8 m3/orang
Diperoleh nilai Qinf sebesar : Qinf = (40 orang/jam x 2,8 m3/orang) = 112 m3/jam = 31,1 L/detik.
Diperoleh harga qsensible dan qlatent adalah pada pukul 16.00 sebagai berikut : qsensible
= 1,23Q(To - Ti) = (1,23)(31,1)(34,7 – 22)
≈ 486 W
qlatent
= 3010Q(wo - wi) = (3010)(31,1)(0,0155 – 0,0098)
≈ 537 W
Dengan cara yang sama diperoleh beban pendingin dari pukul 08.00 s/d 20.00 Tabel 15 Beban Pendingin Akibat infiltrasi Pukul
To (K)
RHO
Ti (K)
RHi
08.00 298,8 0,45
295
0,6
0,00923 0,0098
31,1
145,3614
-53,36
92,00
09.00 300,2 0,45
295
0,6
0,01004 0,0098
31,1
198,92
22,47
221,38
10.00 301,8 0,45
295
0,6
0,01104 0,0098
31,1
260,12
116,08
376,20
11.00 303,7 0,45
295
0,6
0,01234 0,0098
31,1
332,80
237,77
570,57
12.00 305,5 0,45
295
0,6
0,0137
0,0098
31,1
401,66
365,08
766,74
13.00 306,8 0,45
295
0,6
0,01476 0,0098
31,1
451,39
464,31
915,70
14.00 307,7 0,45
295
0,6
0,01554 0,0098
31,1
485,81
537,33
1023,14
15.00
0,45
295
0,6
0,01581 0,0098
31,1
497,29
562,60
1059,89
16.00 307,7 0,45
295
0,6
0,01554 0,0098
31,1
485,81
537,33
1023,14
17.00 306,9 0,45
295
0,6
0,01485 0,0098
31,1
455,21
472,74
927,95
18.00 305,7 0,45
295
0,6
0,01386 0,0098
31,1
409,31
380,06
789,37
19.00 304,3 0,45
295
0,6
0,01278 0,0098
31,1
355,75
278,96
634,71
20.00 302,8 0,45
295
0,6
0,01171 0,0098
31,1
298,37
178,80
477,17
308
Wo
Wi
Q (L/s) Qsensible (W) Qlatent (W) Qtotal (W)
Trend beban pendingin akibat infiltrasi setiap waktu dapat dilihat pada grafik berikut:
Beban Pendingin Q (W)
1,200 1,000 800 600 400 200 -
Waktu (Pukul)
Gambar 15 Perubahan Beban Pendingin Akibat Infiltrasi Terhadap Waktu
Dari hasil perhitungan di atas dapat ditabulasikan sepertti tabel di bawah untuk mengetahui beban pendingin terbesar terjadi pada pukul berapa. Beban pendingin tersebut adalah beban pendingin total (baik beban sensibel maupun beban laten) yang diperoleh dari berbagai faktor. Berikut adalah tabel yang menunjukkan beban pendingin total dari gedung dari pukul 08.00 hingga pukul 20.00. Tabel 16 Beban Pendingin Total Tiap Waktu Pukul
Q total (W)
08.00
33.672,54
09.00
39.370,24
10.00
44.525,49
11.00
50.837,51
12.00
57.672,37
13.00
63.972,61
14.00
69.286,56
15.00
72.886,59
16.00
74.057,13
17.00
73.171,47
18.00
51.995,50
19.00
44.946,39
20.00
39.439,58
Beban pendingin puncak dapat dilihat melalui grafik berikut:
Beban Pendingin Q (W)
80,000.00 70,000.00 60,000.00 50,000.00 40,000.00 30,000.00
Q total (W)
20,000.00 10,000.00 19.00
18.00
17.00
16.00
15.00
14.00
13.00
12.00
11.00
10.00
09.00
08.00
-
waktu (Pukul)
Gambar 16 Grafik Beban Pendingin Puncak
Diperoleh kesimpulan bahwa beban pendingin terbesar yang diterima gedung adalah sebesar 74.057,13 W atau sekitar 74,10 kW di mana terjadi pada pukul 16.00. Jadi dianggap bahwa
Qevaporator = 74,10 kW.
. Kerja Kompresor dan Kalor Keluar Kondensor Skema Siklus Kompresi Uap 3
Kondenser
2
KE
Kompresor
4
Evaporator
1
Gambar 2. Skema Siklus Kompresi Uap Single-Stage
Diagram p-h Siklus P (kPa)
3
Tk = 40 0C
1016,5
243,375
2
TE = -5 0C 4
1
h (kJ/kg)
Gambar 3. Diagram p-h Siklus Kompresi Uap Single-Stage Dengan menggunakan tabel saturasi Refrigeran 134a ASHRAE diperoleh :
h1 = hg@-5oC = 395,74 kJ/kg
h3 = hf@40oC = 256,35 kJ/kg
h4 = h3 = 256,35 kJ/kg
s1 = sg@-5oC = 1,73035 kJ/(kg.K)
Dilihat pada tabel sifat uap-lanjut R-134a ASHRAE. Dengan fakta bahwa s2 = s1 = 1,73035 kJ/(kg.K) dan dengan 2 kali interpolasi diperoleh nilai h2 = 425,56 kJ/kg pada 1016,5 kPa.
Kerja Spesifik Kompresor (wc) 𝑤 = ℎ2 − ℎ1 = 425,56 − 395,74 𝑘𝐽/𝑘𝑔 𝑤 = 29,82 𝑘𝐽/𝑘𝑔 Diperoleh kerja spesifik kompresor sebesar 29,82 kJ/kg.
Kalor Spesifik Keluar Kondensor (qk) 𝑞 = ℎ2 − ℎ3 = 425,56 − 256,35 𝑘𝐽/𝑘𝑔 𝑞 = 169,21 𝑘𝐽/𝑘𝑔 Diperoleh kalor spesifik keluar kondensor sebesar 169,21 kJ/kg. Laju Aliran massa Refrigeran yang Dibutuhkan (ṁ) 𝑚=
𝑄𝑒 74,10 𝑘𝑊 = ℎ1 − ℎ4 395,74 − 256,35 𝑘𝐽/𝑘𝑔
𝑚 = 0,5316 𝑘𝑔/𝑠 Dibutuhkan laju aliran massa refrigeran sebesar 0,5316 kg/s untuk keberlangsungan siklus kompresi uap single stage ini.
