PERANCANGAN

SISTEM TATA UDARA

Teknik Instalasi

TEE 204 B

DASAR PERANCANGAN

SUMBER BEBAN PENDINGIN AIR CONDITIONING (AC)

EXTERNAL HEAT GAIN

Radiasi matahari yang ditransmisikan dalam ruangan melalui permukaan material seperti : atap, dinding, kaca, dll

INTERNAL HEAT GAIN

1. Metabolic heat2. Artificial lighting3. Electrical Equipment4. Cooking, bathing,

washing activity

Sumber panas bangunan

Heat Gain

Heat Gain ≠ Cooling Load

Heat Gain ≠ Cooling LoadLoadThermal storage and Construction Type

DASAR RANCANGAN

• Orientasi bangunan ke utara selatan atau dengan penyelesaian khusus untuk orientasi timur barat

• Menata denah untuk melokalisir panas dan kelembaban (kelompok ruang sumber panas, bau dan kelembaban harus diberi penyelesaian khusus seperti exhaust fan, cerobong asap, dll)

• Membuat skala prioritas ruang yang di AC

• Memakai bahan bangunan yang dapat menahan laju panas (nilai transmitansi rendah=bersifat isolator) dan reflektansi tinggi

• Mencegah aliran udara yang tak terkendali antara dalam dan luar ruangan

DASAR PERHITUNGAN

• Memakai lampu yang tidak mengeluarkan banyak panas

• Memakai peralatan yang mengeluarkan panas sedikit

• Memperlakukan khusus peralatan yang terus menerus bekerja menghasilkan panas

• Meletakkan AC pada tempat yang sesuai & sesuai kebutuhan

• Selalu membersihkan filter udara

• Memakai kipas angin dengan kecepatan rendah untuk meratakan suhu dingin

Desain

• Indoor▫ Temperatur udara (22-26 C)▫ Kecepatan udara (0,25 m/s)▫ Kelembaban relatif (30-70 %)▫ Kualitas udara

Kontaminan Kebersihan Tekanan

(ASHRAE 55 – 2004/comfort zone)• Outdoor

▫ Temperatur▫ Kecepatan angin▫ Cerah awan▫ Refleksi bumiASHRAE Fundamental Handbook

PERHITUNGAN KAPASITAS AC1. METODE COOLING LOAD

– Hasilnya lebih pasti dan dapat dipertanggungjawabkan

2. METODE PSYCHROMETRIC CHART– Sangat cocok digunakan pada perhitungan sistem

AC sentral3. METODE “CEPAT”

– Sangat sederhana– Dihitung m2 luasan = 0,07 PK– Kecenderungan boros listrik

4. METODE SEDERHANA– Dihitung berdasarkan standar SNI– Hasil yang dihasilkan tidak begitu cepat, hasil

perhitungan bisa lebih tinggi

METODE COOLING LOAD

Koefisien prestasi (coeficient of performance)

• CP = (Qpend)/Pkom

Pkom = daya kompresor (W, Btu/jam)

Qpend = kapasitas pendinginan (W, Btu/jam)

Daya input

Pin = Pinkom + Pinblow + Plain-lain

Daya Input

Input kompresor

• Pinkom = Pkom/ƞovkom

• Ƞovkom = ƞkomƞmot

• Ƞkom = antara 60% - 80%

• Ƞmot = antara 70% - 80%

Daya Input

• Daya tergantung blower dan perlengkapan lain

▫ Tergantung jumlah dan besar blower

▫ Tergantung jumlah dan perlengkapan yang digunakan (pompa sirkulasi air dsb)

▫ Diperkirakan antara 10% - 15% kebutuhan daya kompresor

Kapasitas Pendinginan

• Kemampuan pesawat pendingin untuk membuang kalor dari ruang yang didinginkan, tiap satuan waktu

• Besarnya tergantung beban pendinginan ruang

• Dinyatakan dengan satuan:

– TR (ton of refrigeration) = 12000 BTU/h

– BTU/h (Btu/jam)

– kW = 3412 BTU/h

– kCal/h = 39.683 BTU/h

– PK = 9000 BTU/h

Koefisien Prestasi

• Tergantung dari:

▫ Jenis refrigan

▫ Temperatur/tekanan evaporator dan kondenser

• Harganya berkisar antara 4 - 5

Konversi Satuan

• 1 TR = 12.000 Btu/jam = 3,517 kW

• 1 Btu/jam = 0,29304 W

• 1 Btu = 1,05504 kJ

• Note :

▫ 1 TR : daya untuk membekukan air 1 ton (2000lb) selama 24 jam

Beban Pendinginan

Tergantung dari:

• Temperatur udara di dalam dan luar ruangan

• Dinding yang melingkupi ruangan

• Jumlah dan aktifitas penghuni ruangan

• Peralatan di dalam ruangan

• Jumlah produk/material yang didinginkan

• Jumlah aliran udara untuk ventilasi

• dsb.

Kondisi Udara

• Temperatur udara nyaman : 220 – 260 C (720 –790 F), RH = 50 – 60%

• Temperatur udara luar

▫ Tergantung iklim, cuaca, ketinggian dan waktu

▫ Maksimum sekitar 330 C (91,40 F)

Sumber Beban Pendinginan (cooling load)

1. Transmisi kalor lewat dinding bangunan

2. Radiasi matahari

3. Udara ventilasi & infiltrasi

4. Emisi kalor dari penghuni

5. Kalor lampu

6. Kalor material

7. Kalor dari peralatan di dalam ruang

1. Transmisi kalor lewat dinding

Tergantung dari :

• Luas, tebal dan dinding

• Temperatur udara di luar dan di dalam ruangan

• Arah sinar matahari dan warna luar dinding

Persamaan yang digunakan

Q=A*U*K*CLTD (Btu/jam)

• A : luas dinding (ft2)

• U : konduktansi dinding

– Contoh dinding batubata, tebal 10 cm (4 in)

• U = 0,415 Btu/h.h.ft2.F

– Atap denga eternit : 0,1 Btu/h.ft2.F

• K : faktor yang tergantung dari warna luar dinding, contoh untuk warna medium K = 0,83; warna terang K : 0,65; warna gelap = 1,0

Persamaan yang digunakan (lanjutan)

• CLTD : cooling load temperature differene,– Tergantung : arah didinding, waktu dan jenis

dinding.– Contoh :• Temperatur udara luar = 300 C (860 F), temperature

udara dalam ruangan = 250 C (770 F), pada jam 14.00,

• CLTD (0F)–Arah selatan = 12

–Timur = 24

–Utara = 16

–Barat = 16

–Horisontal = 50

2. Radiasi matahari

• Persamaan yang digunakan:

• Q = A*SC*SGHF*CLF

▫ A = luas dinding transparan (ft2)

▫ SC = shading factor (faktor peneduh)

▫ SGHF = solar heat gain factor

Tergantung letak geografis, bulan, arah dinding dan waktu matahari

Untuk di jogja (±70 LS), bulan, Juni, jam 14.00: utara = 170; selatan = 32; barat 215; timur = 215 (Btu/ft2h)

Radiasi matahari (lanjutan)

• CLF : cooling load factor

▫ Tergantung waktu matahari, konstruksi gedung, arah dinding dan peneduh

▫ Contoh : untuk dinding bangunan bata 10 cm (4 in), jam 14.00

Utara = 0,58; selatan = 0,75; barat = 0,39; timur = 0,31

3. Ventilasi

• Q = (jml.orang)x(ventilasi/orang)x1,08x∆T.

▫ Kebutuhan ventilasi tiap orang tergantung tingkat pengotoran udara

Untuk ventilasi sedang = 15 CFM (ft3/men)

▫ ∆T : selisih temperatur udara luar dengan udara di dalam ruangan. Bila Tout = 860 dan Tin = 770 F; ∆T = 90 F

4. Kalor respirasi penghuni

• Q = (jml.orang)x(Q/orang) Btu/jam

▫ Q/orang : tergantung aktifitas penghuni dan temperatur ruangan.

▫ Untuk aktifitas kerja ringan dan temperatur ruangan 770 F; Q/orang = 660 Btu/jam

5. Kalor dari lampu

• Q= 3,4 x daya lampu x F1F2

▫ daya lampu : dalam watt

▫ F1 : use factor, tergantung cara pemasangan lampu; pada umumnya = 1

▫ F2 : allowance factor, lampu pijar = 1; lampu TL = 1,25

Contoh Perhitungan

• Spesifikasi ruangan :

– P = 20 m, l = 15 m, t = 3,5 m

• Temperatur udara luar = 300 C (860 F), dalam ruang = 250 C (770 F)

• Jumlah penghuni : 200 orang

• Luas dinding tembok :

– Utara 50 m2 (538,2 ft2)

– Selatan 45 m2 (484,38 ft2)

– Timur 40 m2 (430,56 ft2)

– Barat 35 m2 (376,34 ft2)

Lanjutan soal

• Luas dinding kaca:

– Utara 20 m2 (215,28 ft2)

– Selatan 30 m2 (322,92 ft2)

– Timur 12,5 m2 (134,55 ft2)

– Barat 17,5 m2 (188,37 ft2)

• Semua dinding tembok tebal 10 cm, warna medium

• Semua dinding kaca tanpa peneduh

• Luas atap = 300 m2

Lanjutan soal

• Daya lampu listrik = 2000 W

• Gedung berada di Yogyakarta (±70 LS)

• Akan dicari

▫ Beban pendinginan AC pada bulan Juni jam 14.00

▫ Perkiraan kebutuhan daya listrik

1. Transmisi kalor lewat dinding tembok

Dinding A(ft2) U K CLTD Q(Btu/jam)

Utara 538,20 0,42 0,83 16 2966,128

Selatan 484,38 0,42 0,83 12 2002,136

Timur 430,56 0,42 0,83 24 3559,353

Barat 376,74 0,42 0,83 16 2076,289

Atap 3229,2 0,1 0,83 50 13401,180

Jumlah 24005,087

2. Radiasi matahari

Q=A*SC*SHGF*CLF

Dinding A(ft2) SC SHGF CLF Q(Btu/jam)

Utara 215,28 1 170 0,58 21226,61

Selatan 322,92 1 32 0,75 7750,08

Timur 134,55 1 215 0,39 11282,02

Barat 188,37 1 215 0,39 15794,82

Jumlah 56053,53

3. Ventilasi

• Q=(jml.orang)x(ventilasi/orang)x1,08x∆T

= 200 x 15 x 1,08 x (86 - 77)

= 29160 Btu/jam

4. Kalor respirasi penghuni

• Q=(jml.orang)x(Q/orang) Btu/jam

= 200 x 660

= 132000 Btu/jam

5. Kalor dari lampu

• Q=3,4 x daya lampu x F1 x F2

= 3,4 x 2000 x 1 x 1,25

= 8500 Btu/jam

Rekapitulasi

Sumber kalor Harga (Btu/jam)

1. Trans. Lewat dinding 24.005,087

2. Radiasi matahari 56.053,530

3. Ventilasi 29.160,000

4. Respirasi penghuni 132.000,000

5. Lampu 8.500,000

Jumlah 249.718,617 249718,617

Tambahan 10% 24971,862

Jumlah 274690,479 Btu/jam

22,891 TR

80,507 kW

Kebutuhan daya listrik

• Asumsi– Efisiensi kompresor = 75 %– Efisiensi motor = 80%– Koefisien prestasi (CP) = 4

• Daya kompresor= 80,507/CP= 80,507/4= 20,127 kW

• Daya input kompresor= 20,127/(0,75x0,8)= 33,55 kW

Lanjutan perhitungan daya

• Input daya untuk perlengkapan lain, diambil 15% dari kebutuhan daya kompresor

• Kebutuhan daya total

= 1,15 x 33,55 kW

= 38,58 kW

Metode Psychrometric Chart

Indoor Comfort Zone

Dry-bulb Temperature

Hum

idity Ratio

80°F[26.7°C]

70°F[21.2°C]

comfort zone

A

METODE “CEPAT”

• Kebutuhan pendinginan per m2 = 0,07PK

• Contoh kasus

Sebuah kantor memiliki beberapa ruang

Ruang A = 3x4 m2;

Ruang B = 6x6 m2;

Hitung berapa PK AC tiap ruang tersebut?

Jawab:

Ruang A = 12 x 0,07 PK = 0,84 PK ≈ 1 PK

Ruang B = 36 x 0,07 PK = 2,52 PK ≈ 2,5 PK

METODE SEDERHANA

KEBUTUHAN SATUAN PENDINGINAN TIAP JENIS RUANG

Jenis Ruangan Kapasitas Satuan

Kantor 550 - 600 BTU/h/m2

Fasum (aula) 725 BTU/h/m2

Catatan : bisa juga menggunakan SNI

METODE SEDERHANA

• Contoh kasus

Sebuah kantor memiliki beberapa ruang

Ruang A = 3x4 m2;

Ruang B = 6x6 m2;

Hitung berapa PK AC tiap ruang tersebut?

Jawab:

METODE SEDERHANA

Ruang A

Luas = 3x4 m2 = 12 m2

kebutuhan AC:

Dalam BTU/h:

550 BTU/h/m2 x 12 m2 = 6600 BTU/h

Dalam PK:

6600/9000 = 0,73 PK

Di pasaran unit AC split yang ada ¾ PK

METODE SEDERHANA

Ruang BLuas = 6x6 m2 = 36 m2

Kebutuhan AC

Dalam BTU/h:550 BTU/h/m2 x 36 m2 = 19.800 BTU/h

Dalam PK :19.800/9000 = 2,2 PKDi pasaran unti AC split yang ada ¾ PK dan 1,5 PK

PERBANDINGAN HASIL PERHITUNGAN

NAMA RUANG

Kapasitas AC (PK)

Cepat Sederhana

Ruang A 0,84 0,73

Ruang B 2,52 2,20

Catatan : PK di sini daya listrik Cooling loadLoad listrik, untuk AC yang bagus, daya listriknya rata-rata30% dari kapasitas Cooling load