ESTIMASI BEBAN PENDINGINAN MUSEUM GEOLOGI BANDUNG PADA RUANG ORIENTASI DAN RUANG SAYAP BARATdibuat dan diajukan untuk memenuhi tugas mata kuliah Teknik Tata Udara semester genap 2013/2014 dengan dosen pengampu Ega Taqwali B, S.Pd, M.Eng.

oleh: R.Marsetio HKN1304156

JURUSAN PENDIDIKAN TEKNIK MESINFAKULTAS PENDIDIKAN TEKNOLOGI DAN KEJURUANUNIVERSITAS PENDIDIKAN INDONESIABANDUNG2014

DATA PERANCANGAN

A. Orientasi RuanganRuangan yang akan diestimasikan adalah lantai 1 Museum Geologi yang terletak di kota Bandungm (ruang sayap barat dan ruang tengah) dengan arah hadap sisi depan gedung ke arah selatan.

B. Penggunaan Ruangan Bangunan yang dikondisikan ini merupakan sebuah museum (laboratorium geologi) yang dapat dikunjungi para pengunjung mulai pukul 08.00 - 16.00 WIB yang di dalamnya terdapat berbagai benda seperti fosil-fosil, gambar informasi mengenai geologi, artefak, dan lain-lain.

C. Gambar 1 Denah lantai 1Posisi Ruangan

Gambar 2 Dimensi lantai 1a) Dinding sebelah timur terdapat ruangan.b) Dinding sebelah selatan tidak terdapat ruangan, sehingga sinar matahari tidak terhalangi.c) Dinding sebelah barat, terdapat ruangan rapat.d) Dinding sebelah utara tidak terdapat ruangan dan tersinari matahari.D. Ukuran RuanganUkuran dari ruangan yang dikondisikan adalah:Panjang: 50,4 m = 165,354331 ftLebar: 17,6 m= 57,742782 ftTinggi: 4 m= 13,123 ftLuas: 887,40 m2= 9.551,8941 ft2Volume: 3.549,6 m3= 125.351,522 ft3

E. Konstruksi BangunanLapisan dari konstruksi bahan bangunan akan mempengaruhi besarnya beban pendinginan dalam ruangan, lapisan konstruksi bangunan terdiri dari:1. DindingHarga Konduktivitas didapat dari tabel 10-4 Dossat (hal. 443).Table 1 Bahan dan struktur dindingStrukturBahanTebalK (Btu/ hr.ft2.oF)

cminch

1 2 3 4 5 6 1. Lapisan udara dalam2. Gypsum3. Plester 4. Batu bata5. Plester6. Lapisan udara luar-

1,55205--

0,591,977,871,97-1,65

0,328,05,08,04,00

Harga koefisien perpindahan panas untuk dinding :U = = = 0,209 Btu/ hr.ft2.oF

2. Lantai Table 2 Bahan dan struktur lantaiStrukturBahanTebalK (Btu/ hr.ft2.oF)

cminch

2341 51. Lapisan udara dalam2. Karpet3. Keramik4. Tembok cor5. Tanah-

0,50,720--

0,20,37,87-1,65

2,080,0812,0-

Harga koefisien perpindahan panas untuk lantai :U = = = 0,195 Btu/ hr.ft2.oF

3. Atap Table 3 Bahan dan struktur atapStrukturBahanTebalK (Btu/ hr.ft2.oF)

cminch

43521 1. Lapisan udara luar2. Tembok cor3. Gypsum4. Lapisan udara dalam-

202,5--

7,870,98-

4,00

12,00,321,65

Harga koefisien perpindahan panas untuk atap :U = = = 0,218 Btu/ hr.ft2.oF

2. Pintu Harga koefisien perpindahan panas untuk pintu (material pintu menggunakan kayu setebal 1 inch, diketahui pintu berukuran 2,5 m x 2 m) berada di selatan bangunan.U = = = 0,474 Btu/ hr.ft2.oF

3. KacaKaca yang digunakan berwarna cerah. Ketebalan kaca sekitar 0,5 inch. Menurut Holman (1991:482) lampiran 13, koefisien perpindahan panas (U) untuk kaca single glass adalah 1,10 BTU/ hr. ft2. F. Jumlah kaca yang terpasang sebanyak

Table 4 Ukuran dan jumlah kacaHadapanUkuranJumlahLuasTotal Luas

Selatan(1,5 x 0,8) m111,2 m2 (12,9 ft2)141,9 ft2

F. Kapasitas Penghuni RuanganMenurut info sebuah situs mengenai Museum Geologi, kapasitas maksimum dari bangunan yang diestimasikan bisa mencapai 450 orang.

G. Lampu PeneranganLampu yang digunakan pada ruangan ini adalah lampu incandescent yang berjumlah 70 buah dengan daya setiap lampunya 18 watt, dan lampu fluorescent yang berjumlah 45 buah dengan daya setiap lampunya 40 watt. Jadi daya dari seluruh lampu adalah 18 x 70 = 1.260 watt dan 40 x 45 = 1.800 watt.

H. Kondisi Udara yang DirancangBerdasarkan sumber buku V. Paul Lang (1961 : 10), kondisi udara yang nyaman bagi tubuh manusia adalah sekitar 72-80 oF dengan kelembapan sekitar 45-50 %. Dimana ruangan dirancang dengan keadaan sebagai berikut :Temperatur Udara: 73 oF db% RH : 50 % Dalam perancangan ini diasumsikan bahwa bulan terpanas di Indonesia adalah bulan April (tahun 2015 sekitar 33oC = 91,4o F) (bmkg.go.id).

I. Kondisi Udara LuarKondisi rata-rata udara kota Bandung adalah :Temperatur: 84 oF db dan 77,5 oF wb% RH : 85 %Daily Range: 30oC(86oF)-24oC(75,2oF) = 10,8oFKarena dalam satu hari temperatur udara luar tidak sama di setiap jamnya, maka diperlukan faktor koreksi yang mengacu pada tabel 2, Carrier (1-18). Dengan demikian maka temperatur udara luar setiap jam adalah:Table 5 Temperatur tiap jam dalam satu hariTemper-aturWaktu matahari

08.0009.0010.0011.0012.0013.0014.0015.0016.00

Db (oF)71,675,27779,778,880,691,48278,8

to-ti-1,42,246,45,87,618,495,8

Keterangan :to = temperatur udara luar ruanganti = temperatur udara dalam ruangan yang dirancangDari tabel didapatkan bahwa temperature terpanas kota Bandung terjadi pada pukul 15.00 WIB.

PERHITUNGAN BEBAN PENDINGINAN

Beban pendinginan dapat diperoleh dari dalam dan luar ruangan. Perhitungan beban pendinginan dalam perancangan ini dipertimbangkan dari : Bulan terpanas terjadi pada bulan April. Pemakaian AC mulai dari jam 08.00 s.d jam 16.00 (8 jam)

A. Beban Pendinginan dari Luar RuanganBeban pendinginan dari luar ruangan yaitu sinar matahari yang meradiasikan kalor ke dinding, atap dan lantai. Besar laju perpindahan kalor melalui dinding dapat dihitung menggunakan rumus :Q = U x A x te Carrier (1965 : 1-59)Keterangan :Q = Laju perpindahan kalor melalui dinding (BTU/hr).U = Koefisien perpindahan panas dari seluruh bahan dinding (BTU/hr.ft2.oF).A = Luas permukaan dinding (ft2).te = Perbedaan temperatur equivalen (oF).

1. Koreksi temperatur equivalenUntuk kota Bandung besar koreksi temperatur equivalen sebagai berikut:Daily Range : 10,8 oFSelisih temperatur pada jam 14.00 WIB adalah :91,4 oF - 73oF = 18,4 oFDengan menggunakan tabel 20A Carrier (1965 : 1-63) untuk selisih temperatur 18,4oF dari hasil interpolasi diperoleh koreksi temperatur sebesar 8,8 oF.

2. Perbedaan temperatur equivalen teBerdasarkan perbedaan temperatur equivalen untuk dinding dan atap dengan asumsi dinding berwarna medium, dihitung dengan menggunakan persamaan :te = (0,78 x ) + (1 - 0,78 x ) tesCarrier (1965 : 1-64)Ket:te= temperatur equivalen untuk dinding dan atap (oF)tes= perbedaan temperatur equivalen untuk dinding dan atap yang dikenai bayangan (oF)tem= perbedaan temperatur equivalen untuk dinding dan atap yang dikenai sinar matahari langsung (oF)Rs= maksimun solar heat gain yang melalui dinding dan atap pada bulan September dengan posisi 100 LS (BTU/hr.ft2)Rm= maksimun solar heat gain yang melalui dinding dan atap pada bulan September dengan posisi 100 LU (BTU/hr.ft2)

Harga tem dan tes ditentukan dengan cara : Untuk dinding menurut tabel 19 Carrier (1965:1-62) + koreksi temperatur equivalen tabel 20A Carrier (1965:1-63) Untuk atap menurut tabel 20 Carrier (1965:1-63) + koreksi temperatur equivalen tabel 20A Carrier (1965:1-63)

Penentuan hasil diambil berdasarkan pertimbangan untuk lokasi bangunan pada posisi 100 LS dan berat persatuan luas dinding rata-rata 100 lb.ft2. Dengan demikian harga tem dan tes adalah sebagai berikut:

Table 6 harga tem untuk dindingHadapanWaktu matahari

08.0009.0010.0011.0012.0013.0014.0015.0016.00

Timur14,816,822,828,832,833,832,828,826,8

Selatan 10,810,810,811,812,816,823,824,826,8

Barat14,814,814,814,814,815,816,818,820,8

Table 7 harga tes untuk dindingHadapanWaktu matahari

08.0009.0010.0011.0012.0013.0014.0015.0016.00

Utara8,88,88,88,88,89,810,811,812,8

Untuk menentukan harga Rs digunakan tabel 15 Carrier (1965 : 1-45) dengan asumsi bulan terpanas terjadi bulan April pada posisi 10o LS, maka didapat harga seperti pada tabel berikut :

Table 8 harga maximum solar heat gain (Rs)Hadap- anWaktu matahari

08.0009.0010.0011.0012.0013.0014.0015.0016.00

Timur155145100401414141310

Selatan 405565717371655540

Barat101314141440100145155

Untuk menentukan harga Rm digunakan tabel 15 Carrier (1965 : 1-45) dengan asumsi bulan terpanas terjadi bulan April pada posisi 10o LU, maka didapat harga seperti pada tabel berikut :

Table 9 harga maximum solar heat gain (Rm)Hadap-anWaktu matahari

08.0009.0010.0011.0012.0013.0014.0015.0016.00

Timur163149104461414141311

Selatan 111314141414141311

Barat11131414144680149163

Tabel perbedaan harga temperatur equivalen dindingte = (0,78 x ) tem + (1 - 0,78 x ) tesTable 10 harga temHadap-anWaktu matahari

08.0009.0010.0011.0012.0013.0014.0015.0016.00

Timur12,8114,6318,9621,2127,5228,5227,9625,0621,56

Selatan 37,6743,8348,156,4962,1577,3997,2292,8284,83

Barat12,2513,4813,4813,4813,4812,5919,3516,7917,9

Table 11 beban pendinginan melalui dinding timurJamAUteQ

08.00757,758 ft20,209 Btu/ hr.ft2.oF12,812.028,73

09.0014,632.316,97

10.0018,963.002,72

11.0021,213.359,05

12.0027,524.358,38

13.0028,524.516,75

14.0027,964.428,06

15.0025,063.968,78

16.0021,563.414,48

Table 12 beban pendinginan melalui dinding selatanJamAUteQ

08.002.169,94 ft20,209 Btu/ hr.ft2.oF37,6717.084,002

09.0043,8319.877,67

10.0048,121.814,18

11.0056,4925.619,2

12.0062,1528.186,11

13.0077,3935.097,71

14.0097,2244.090,96

15.0092,8242.095,49

16.0084,8338.471,88

Table 13 beban pendinginan melalui dinding baratJamAUteQ

08.00757,758 ft20,209 Btu/ hr.ft2.oF12,251940,04

09.0013,482134,84

10.0013,482134,84

11.0013,482134,84

12.0013,482134,84

13.0012,591993,89

14.0019,353064,48

15.0016,792659,05

16.0017,92834,84

Qdinding utara = A x U x (to-ti)= 2.169,94 x 0,209 x (83,8-73)= 4.897,98 Btu/hrQlantai = A x U x (to-ti)= 9.551,8941 x 0,195 x (71,8-73)= -2.235,14 Btu/hrQatap = A x U x (to-ti)= 9.551,8941 x 0,218 x (78-73)= 10.411,5646 Btu/hr

Table 14 Tabel Pendinginan melalui pintu selatanJamAUteQ

08.0053,972 ft20,474 Btu/ hr.ft2.oF37,67963,70

09.0043,831.121,29

10.0048,11.230,52

11.0056,491.445,16

12.0062,151.589,96

13.0077,391.979.84

14.0097,222.487,15

15.0092,822.374,58

16.0084,832.170,18

Beban Pendinginan Melalui KacaBeban pendinginan pada kaca hanya melalui proses radiasi dan konveksi. Karena jendela tidak pernah dibuka.Secara Radiasi :Q = U.A(t0-ti)+A.SC.SHGFKeterangan :A: Luas permukaan kaca (ft2)U: Koefisien perpindahan kaca (BTU/ hr.ft2.F)To: Temperatur udara luar (oF)Ti: Temperatur udara ruangan (oF)SC: Shade CoefficientsSHGF: Solar Heat Gain Faktor (BTU/ hr.ft2) Harga SC diperoleh dari table 15 Carrie (1965, 1-45) lampiran 2 pada kedudukan 10oLS. Harga SC dan U diperoleh dari Tugas Akhir Ega (2002 : 26).

Table 15 harga SHGF pada posisi 10oLSHadapan Waktu Matahari

9101112131415161718

Selatan131414141414131161

Table 16 harga perpindahan panas melalui kaca secara radiasiJamSelatan

AUSCto-tiSHGFQ

08.00141,9 ft21,13110,8

09.0010,8133.573,84

10.0010,8143.718,34

11.0011,8143.566,51

12.0012,8144.039,04

13.0016,8144.680,42

14.0023,8145.802,85

15.0024,8135.821,3

16.0016,8114.254,72

Konduksi :Q = U x A x CLTDKeterangan :U: koefisien perpindahan panas kaca (BTU/ hr. ft2. oF)A: luas permukaan kaca (ft2)CLTD: Cooling Load Temperature Difference Correction

harga CLTD, didapat Tugas Akhir Ega (2002 : 28). Table 17 Cooling load temperature difference correctionoFWaktu Matahari

08.0009.0010.0011.0012.0013.0014.0015.0016.00

246,59111313,514

Table 18 harga perpindahan panas melalui kaca secara konduksi

JamSelatan

AUCLTDQ

08.00141,9 ft21,13

09.002320,69

10.004641,38

11.006,51.042,25

12.0091.443,12

13.00111.763,81

14.00132.084,51

15.0013,52.164,68

16.00142.244,85

B. Beban Pendinginan dari Dalam Ruangan

1. Beban pendinginan dari manusiaBeban pendinginan terdiri atas beban sensible dan beban latent. Untuk ruang auditorium berdasarkan hasil interpolasi dari tabel 48 Carrier (1965 : 1-100) untuk jenis standing/ walking slowly , besar kalor dari orang adalah:

Qsensibel = jumlah orang x 220 (BTU/hr)Qlaten = jumlah orang x 280 (BTU/hr)

Dengan demikian diperoleh beban pendinginan dari manusia sebesar :Qsensibel = 450 x 220 = 99.000 (BTU/hr)Qlaten = 450 x 280 = 126.000 (BTU/hr)

2. Beban pendinginan dari lampuLampu merupakan salah satu beban sensibel yang harus diperhitungkan, karena memberikan energi radiasi ke sekeliling ruangan. Perhitungan beban pendinginan dari lampu berdasarkan tabel carrier (1965 : 1-101) lampiran 10, besar perolehan panas dari lampu adalah: Fluoresescent : Q = jumlah lampu x daya x 3,4 (BTU/hr) Incandescent : Q = jumlah lampu x daya x 1,25 x 3,4 (BTU/hr)

Dengan demikian diperoleh beban pendinginan dari lampu sebesar : Fluoresescent : Q = 45 x 40 x 3,4 = 6.120 (BTU/hr) Incandescent : Q = 70 x 18 x 1,25 x 3,4 = 5.355 (BTU/hr)Jadi Qtotal lampu = 11.475 BTU/ hr

3. Beban pendinginan dari peralatan kelistrikan lain.Peralatan kelistrikan yang terdapat pada ruangan terdiri dari 3 televisi dengan daya 460 watt, 1 speaker dengan daya 200 watt. Total daya peralatan listrik = 250 + (2 x 200) + 1000 = 1650 wattQ = total daya x 3,4 (BTU/hr) = 1580 x 3,4 = 5.372 BTU/hr

4. Beban pendinginan masuknya udara luar InfiltrasiBeban ini terjadi akibat adanya perbedaan tekanan udara luar dengan tekanan udara dalam ruangan melalui pintu utama. Cfm = Keterangan :W: lebar ruangan (ft)H: tinggi ruangan (ft)L: panjang ruangan (ft)G: faktor dinding Besar udara akibat infiltrasi adalah :Cfm = = 2088,31 cfm

Jadi beban total pendinginan adalah sebesar 190.879,41 BTU/hr atau 11,913 Ton Refrigerasi. Dari 6 unit air conditioning yang tersedia di ruang auditorium dengan masing-masing unit berkapasitas 5 PK, jadi total kapasitas mesin pendingin ruang auditorium sebesar 30 PK sudah bisa mendinginkan ruang yang hanya memerlukan mesin pendingin dengan kapasitas 16 PK saja, artinya hanya perlu menyalakan 4 unit dari 6 unit air conditioning yang tersedia.1