Teknologi Penghematan Energi pada Bangunan Gedung1. Sistem Tata UdaraSistem tata udara adalah suatu proses mendinginkan/memanaskan udara sehingga dapat mencapai suhu dan kelembaban yang diinginkan/dipersyaratkan. Selain itu, mengatur aliran udara dan kebersihannya. Jika seseorang berada di dalam suatu ruangan tertutup untuk jangka waktu yang lama, maka pada suatu ketika ia akan merasa kurang nyaman, begitu juga jika kita berada pada ruang terbuka pada siang hari dengan sinar matahari mengenai tubuh kita akan terasa kurang nyaman. Hal ini diakibatkan dua hal utama yakni temperatur (suhu) dan kelembaban (humidity) udara tersebut tidak sesuai dengan yang dibutuhkan oleh tubuh.

Penyegaran udara gedung, khususnya gedung perkantoran diperlukan untuk memberikan kenyamanan lingkungan kerja bagi para karyawan. Dalam banyak hal penyegaran udara itu juga diadakan untuk melindungi peralatan kantor, sebaiknya terdapat pengatur suhu dan kelembaban atau pembagian ruangan berdasar aktivitas yang sama untuk mempermudah melakukan penyegaran udara jika dikehendaki adanya perlakuan yang berbeda.

Penyegar udara yang baik harus mempunyai syarat-syarat sebagai berikut :a. Dapat mengatur dan menyesuaikan suhu didalam ruangan.b. Dapat menjaga dan mengatur kelembaban udara.c. Memperlengkapi penukaran udara dengan baik.d. Dapat mengedarkan kembali udara yang telah ada di dalam ruang yang sudah diberikan pengaturan udara.e. Dapat menyaring dan membersihkan udara.

Untuk dapat melakukan penghematan pada sistem tata udara, kita harus tetap berpatokan pada standar penyegar udara yang baik. Berikut sistem tata udara yang umum digunakan di gedung perkantoran komersial.

Gambar 1. Unit pengkondisi udara

Beberapa jenis beban pendinginan di area zona beban :a. Beban Eksternal : selubung bangunan, partisi, ventilasi dan infiltrasib. Beban internal : manusia (hunian), lampu (pencahayaan), peralatanc. Faktor lain : kriteria pengkondisian, mass load

Gambar 2. Beban pendinginan

Berikut adalah komposisi beban pendinginan untuk kondisi seperti pada gambar

Gambar 3. Prosentase beban pendinginan

1.1 Teknologi penghematan dengan meminimalisir bebanPenghematan sistem tata udara yang paling mendasar bisa dilakukan dengan meminimalisir beban pendinginan yang tidak perlu. Berikut beberapa hal yang memungkinkan untuk dilakukan dalam upaya meminimalisir beban pendinginan.1) Potensi meminimalisasi beban eksternala. Selubung bangunanBeban pendinginan yang berasal dari luar melalui selubung bangunan, misalnya untuk gedung kantor satu lantai di Indonesia dapat mencapai 40% - 50% dari beban pendingin seluruhnya pada saat terjadi beban puncak. Potensi penghematan dengan meminimalisir beban selubung ini adalah dengan :i. Menggunakan kaca shading koefisien rendahii. Mengisolasi dinding dan atapiii. Mengatur orientasi gedung terhadap faktor radiasi matahari apabila akan membangun gedung baru.b. Partisii. Perkecil permukaan partisiii. Jangan berbatasan dengan ruang-ruang panasiii. Ventilasi ruang partisiiv. Alirkan udara dingin buangan ke ruang partisi

Gambar 4. Ruang partisic. Ventilasi dan InfiltrasiMengurangi laju ventilasi :i. Minimalisasi kriteria ventilasiii. Gunakan sensor CO2Mengurangi beban pendinginan ventilasi dapat juga dilakukan dengan memanfaatkan ventilasi dari sumber yg adem (vegetasi, tertutup).

Mencegah infiltrasi pada ruang Air Handling Unit (AHU) :i. Ruang AHU jangan batasan langsung dengan luarii. Ruang AHU jangan dekat akses ke luariii. Jangan fungsikan ruang AHU sebagai plenumiv. Isolasi ruang AHU agar kedap udaraMencegah infiltrasi akibat exhaust :i. Positive pressure ruang ber-ACii. Ruang ber-AC relatif kedap, ruang lain relatif terbukaiii. Ruang ber-AC di hulu, utilitas/koridor di hiliriv. Intake-exhaust hampir sama untuk area yang bergabung dgn ruang AC (ruang dapur, ruang merokok)v. Exhaust intermitten bukan nonstop (kamar hotel)Mencegah AC terbuang (karena stack effect) :i. Ruang AC tertutupii. Pintu otomatis, door closeriii. Bukaan/pintu masuk lebih tinggi dari lantai dasar2) Potensi meminimalisasi beban internala. HunianFaktor yang mempengaruhi :i. Kepadatanii. Derajat aktivitasBeban pendinginan :

Potensi penghematan yang dapat dilakukan terkait beban pendinginan akibat hunian :i. Fleksibilitas hunian Individual AC / AC tambahan (split, fcu, wcp, vav) jika tak terpakai matikan. Partisi ruang.ii. Kurangi beban partisi Lokalisasi setting rendah. Kumpulkan ruang/lantai/zone yang di AC berdekatan.

iii. Kurangi beban lain karena hunian Optimalkan 1 ruang > 1 lantai > 1 zone. Utamakan lantai yg bebannya rendah berada di bawah.

Gambar 5. Zone bebaniv. Penghematan pencahayaanFaktor yang berpengaruh : Daya lampu Faktor ballast Lama penggunaanBeban pendinginan :

Plamp = daya lampu (W)Fu= faktor penggunaanFb= faktor ballastPenghematan yang memungkinkan dilakukan dengan adanya beban pendinginan akibat pencahayaan : Sumber : menggunakan pencahayaan alami, lampu dengan lux tinggi daya rendah, armateur yang masuk plenum bukan gantung. Beban pencahayaan : kriteria lux minimal, interior dan properti cerah. Distribusi : distribusi merata, utamakan area kerja. Grouping : grouping sesuai kelompok beban, grouping pada area intensitas cahaya alami sama, lampu dalam 1 armateur beda grouping. Operasional : matikan jika tidak digunakan, gunakan sensor gerakan, gunakan sensor intensitas.v. PeralatanBeberapa hal yang bisa dilakukan untuk mengurangi beban pendinginan akibat adanya peralatan : Lokalisasi dan tanpa AC di hilir aliran udara ditiap lantai. Intake-exhaust hampir sama untuk area yang bergabung dengan ruang AC, seperti dapur, area merokok.3) Menetapkan kriteria pengkondisian udara yang diinginkan.Dengan menetapkan kriteria pengkondisian udara, terdapat setting point yang harus kita kontrol dan monitor. Dalam hal ini, kriteria pengkondisian udara akan berfungsi optimal apabila didukung dengan automation system pengkondisi udara.4) Potensi meminimalisasi mass load dengan mengatur penempatan peralatan/equipment yang menghasilkan panas maupun yang mudah menyerap/melepas panas.

1.2 Teknologi penghematan dengan pemanfaatan teknologi di sistem pengkondisi udara 1) Ice storageTeknologi ini sangat cocok untuk beban pendinginan yang fluktuatif dan beban dengan durasi tertentu serta bangunan gedung yang memiliki perbedaan antara peak load dan off load listrik yang cukup besar. Temperatur yang dihasilkan juga bisa sangat rendah sehingga ukuran dari ducting, fan dan komponen pengkondisi udara yang lain bisa lebih kecil.

Gambar Sistem pengkondisi udara dengan ice storage2) Mengganti sistem kontrol udara dari constant air volume (CAV) menjadi variable air volume (VAV).3) Menghitung ulang kapasitas fan yang dipakai.Jika ukuran fan dari suatu sistem pengkondisi udara terlalu besar, mengganti fan dengan ukuran yang benar akan lebih efektif. Kombinasi dengan menghitung ulang ukuran motor, belt dan pemanfaatan variable speed menjadi alternative terbaik untuk menghemat. Keuntungan lain yang bisa diperoleh dengan adanya menghitung dengan benar kapasitas peralatan adalah :a. biaya rendah saat pertama kali, b. tingkat kenyamanan yang baik karena udara yang disuplai sesuai kebutuhan,c. usia pakai peralatan lebih panjang apabila memakai variable speed pada peralatan yang sudah dihitung ulang kapasitasnya dibanding dengan peralatan yang oversized dengan variable speed.4) Penggunaan variable speed drives pada motor.Dengan teknologi ini, motor bisa bekerja, menyesuaikan kebutuhan saja dan sangat efektif apabila dikombinasikan dengan pengkondisi udara dengan VAV sistem.5) Modifikasi kontrol.AgarTeknologi ini akan dibahas pada bagian building automation system (BAS).

2. Tata CahayaPencahayaan mengkonsumsi hampir 35% dari listrik yang digunakan pada bangunan komersial di Amerika Serikat dan mempengaruhi sistem bangunan lain melalui kebutuhan listrik dan menghasilkan panas yang merugikan terutama bagi sistem pendingin. Konsumsi energi yang rendah tanpa harus menurunkan kualitas pencahayaan harus benar-benar diperhatikan. Upgrade sistem pencahayaan dengan sumber cahaya yang efisien, perlengkapan, dan kontrol dapat mengurangi penggunaan energi pencahayaan, meningkatkan kualitas visual, dan mempengaruhi ukuran HVAC dan sistem listrik. Untuk memastikan bahwa upgrade pencahayaan mengarah ke sistem yang efektif dan efisien, berikut beberapa pedoman yang bisa diterapkan :a. Desain sistem untuk mendapatkan jumlah yang tepat cahaya untuk aktivitas yang akan dilakukan di ruang tersebut.b. Mendistribusikan cahaya untuk mencegah silau.c. Manfaatkan cahaya siang hari namun sebisa mungkin menghindari sinar matahari langsung, dan menginstal kontrol untuk mengurangi penggunaan lampu listrik saat cahaya siang hari cukup untuk pencahayaan.d. Gunakan sumber cahaya yang paling efisien untuk aplikasi tertentu.e. Gunakan kontrol otomatis untuk menyalakan lampu atau lampu redup.f. Merencanakan dan melaksanakan komisioning dari semua sistem pencahayaan untuk memastikan bahwa performa sesuai yang dikehendaki, dan membuat jadwal untuk uji performa secara berkala.g. Disain sistem pencahayaan dengan memikirkan juga pemeliharaannya, dan termasuk rencana yang komprehensif untuk peremajaan lampu, kebersihan, dan pembuangan yang tepat dari lampu yang akan diganti berikut ballastnya.1. 2. 2.1. Penggunaan sumber cahaya secara efisienPencahayaan yang efisien dimulai dengan penggunaan cahaya siang hari sebanyak mungkin. Setelah itu, pilih kombinasi lampu / ballast / fixture yang akan memaksimalkan efisiensi sambil menyeimbangkan kualitas dan kuantitas pencahayaan. Sumber cahaya matahari, secara efektif mampu menyediakan hingga 140 lumen (lm) cahaya untuk setiap watt (W) dari energi panas, lebih baik dibandingkan dengan sistem pencahayaan listrik yang hanya 90 lm / W. Sistem yang menggunakan siang hari sebagai sumber pencahayaan memiliki potensi untuk mengurangi penggunaan energi, mengurangi permintaan beban puncak, dan menciptakan lingkungan dalam ruangan sesuai yang diinginkan. Namun, dibutuhkan perencanaan yang matang untuk mencapai semua manfaat yang dibutuhkan dari sistem pencahayaan.2.2. Penggunaan lampu hemat energiPada saat ini perkembangan teknologi lampu hemat energi sangat pesat. Berikut perbandingan yang menunjukkan perbedaan teknologi lampu yang ada saat ini dengan yang sebelumnya.

Gambar 6. Lampu dengan conventional ballast dan elektronik ballast

Tabel 1. Penghematan energi lampu konvensional dengan elektronik

2.3. Penggunaan lumen secara efisienBanyak sistem pencahayaan menggunakan sumber penerangan yang efisien tetapi gagal untuk memberikan cahaya yang maksimal. Untuk dapat mencapai pemanfaatan terbaik dari sumber yang efisien, adalah penting untuk mempertimbangkan efisiensi dan distribusi cahaya. Untuk mengefisienkan lumen bisa dibantu dengan reflector, lensa dan difuser, dan louver.

Gambar 7. Optimalisasi lumen

2.4. Penggunaan kontrol otomatis pada lampuPengurangan pencahayaan hanya mewakili satu bagian dari potensi untuk memaksimalkan potensi energi yang ada. Bagian lain adalah meminimalkan penggunaan beban melalui kontrol otomatis. Kontrol otomatis pencahayaan berdasarkan waktu, hunian, tingkat pencahayaan, atau kombinasi dari ketiganya. Apabila pencahayaan dilakukan hanya pada durasi tertentu, kemudian adanya ruangan yang telah kosong, atau ketika siang hari cukup dengan cahaya matahari, maka perlu dipertimbangkan untuk menginstal kontrol otomatis sebagai suplemen atau pengganti kontrol manual.2.5. Perencanaan pengoperasian dan maintenance yang baikUpgrade sistem pencahayaan dapat menurunkan konsumsi energi, meningkatkan kualitas pencahayaan, dan meningkatkan semangat kerja karyawan, namun semua manfaat yang bisa hilang jika sistem pencahayaan yang baru yang tidak terawat dengan baik. Semua sistem pencahayaan pasti mengalami penurunan dalam hal output cahaya dan efisiensi dari waktu ke waktu, karena :a. Lumen lampu pasti menurun seiring pemakaian.b. Rumah lampu yang kotor menurunkan luminasi.c. Lampu terbakar.d. Sistem kontrol aus atau diganti oleh penghuni.Beberapa hal yang bisa dilakukan terkait perencanaan pengoperasian dan maintenance yang baik yang bertujuan penghematan energi :a. Perencanaan peremajaan lampu.Dalam beberapa kasus, cara yang paling hemat untuk mempertahankan kualitas sistem pencahayaan adalah program peremajaan satu grup lampu, dimana dalam operasi yang sama semua lampu diganti dibanding dengan penggantian lampu hanya ketika mereka terbakar habis.b. Kalibrasi ulang kontrol lampu.Kalibrasi ini bertujuan untuk mengembalikan setting point seperti pada saat awal. Hal ini diperlukan karena ada kemungkinan peralatan sensor mengalami gangguan atau kerusakan.c. Penyusunan manual operasi dan maintenance sebagai peraturan yang mendukung kebijakan penghematan lampu.d. Pembuangan sampah lampu dengan benar.

3. Building Automation SystemOtomatisasi bangunan secara fungsional bisa dilakukan dengan sistem kontrol. Building Automation System (BAS) adalah contoh dari sistem kontrol terdistribusi. Sistem kontrol ini dikomputerisasi dalam sebuah perangkat elektronik yang dirancang untuk memantau dan mengontrol sistem mekanis dan pencahayaan di dalam gedung.Fungsi inti BAS adalaj menjaga kondisi dalam ruangan tetap pada range tertentu, mengatur pencahayaan berdasarkan jadwal hunian, dan memantau kinerja sistem dan kegagalan perangkat serta mengirim signal apabila terjadi problem kepada operator. Dengan adanya BAS dapat mengurangi pemakaian energi dan biaya pemeliharaan bila dibandingkan dengan bangunan tanpa BAS.

Gambar Topology BASPada topologi diatas tampak adanya primary bus dan secondary bus. Secondary bus merupakan indiviual control yang biasanya mengontrol sistem tertentu seperti sistem pengkondisi udara atau bahkan hanya sebagai individual kontrol suatu alat tertentu. Sedangkan primary bus merupakan pengkoneksi dari beberapa secondary bus sebagai level kontrol tertinggi.Kontrol pada dasarnya sangat kecil, sebagai sistem komputer yang memiliki kemampuan input dan output. Sebagai input, kontrol bisa membaca temperatur, kelembabaan, tekanan, laju alir, aliran udara, dan faktor-faktor lain. Sebagai output, kontrol bisa mengirim perintah dan signal kontrol ke perangkat atau ke peralatan lain dalam sistem. Building automation system sendiri dibedakan dalam beberapa group yaitu programmable logic controller (PLC), network controller dan terminal unit controller. PLC digunakan untuk high-end application seperti rumah sakit yang tidak lagi memikirkan biaya, karena sistem ini sangat mahal dari segi biaya. Network controller umumnya dipakai untuk mengontrol alat pengkondisi udara, boiler, chiller dan sub-network controller dibangunan perkantoran, mall, supermarket dan beberapa bangunan lainnya. Terminal unit controller umumnya dipakai untuk mengontrol lampu, fan coil, heat pump, VAV box dan beberapa perlengkapan lainnya. Terminal unit controller umumnya sebagai individual control yang melekat pada peralatan tertentu.Berikut penerapan beberapa alat kontrol pada bangunan gedung :a. HunianPada bangunan kantor, ada tidaknya hunian biasanya didasarkan pada penjadwalan tertentu (jam kerja). Kemudian kondisi ruang diupayakan pada tingkat kenyamanan tertentu baik tata udara maupun pencahayaannya. Sensor yang umum dipakai disini adalah sensor temperatur untuk mengatur panas dingin ruangan dan sensor hunian mengatur pencahayaan.b. PencahayaanPemakaian sumber cahaya bisa didasarkan atas waktu pemakai (jam kerja karyawan), ada tidaknya penghuni dengan sensor hunian, intensitas cahaya dalam ruang dengan photosensor dan apabila dikehendaki penggunaan cahaya pada waktu atau durasi tertentu saja bisa dengan timer.c. Pengontrol udaraUdara tambahan diperlukan agar udara dalam ruang tetap sehat. Tetapi dengan iklim di Indonesia, penggunaan udara luar sekaligus akan sangat merugikan karena temperatur cukup tinggi. Sehingga sebagian udara dingin dari ruang yang masih cukup sehat diresirkulasi lagi dengan penambahan sejumlah udara dari luar. Sehingga kerugian akibat beban panas udara bisa diminimalkan. Sensor temperatur baik analog maupun digital bisa dipasang diruangan, saluran resirkulasi dan saluran suplai udara, dan beberapa ditempatkan udara luar. Kemudian aktuator kontrol bisa diletakkan pada valve untuk air chiller, udara luar dan dumper resirkulasi. Apabila sistem yang dipakai adalah resirkulasi udara ruang, maka fan bisa dioperasikan start dan stop waktu-waktu tertentu, temperatur, tekanan maupun kombinasi.

d. Pengkondisi udara dengan variable volumePrinsip kerja sistem ini adalah adanya box VAV yang tekanannya bisa diubah-ubah untuk menyesuaikan beban dengan alat pengontrol disisi suplai. Pengatur tekanan ini adalah fan atau blower yang sudu-sudunya bisa diatur dengan kecepatan putar tetap.i. LiftPengaturan lift sesuai dengan intensitas pemakaian, seperti saat jam masuk kantor akan berbeda dengan pada saat jam kerja.ii. Alarm Temperatur alarm : ruang, suplai udara, suplai air untuk chiller dan suplai air panas. Differential pressure alarma ditiap-tiap filter. Status alarm peralatan mechanical seperti pompa, fan perlu ada alarm feedback kondisi pompa benar-benar menyala atau benar-benar mati. Sesuai atau tidak terhadap inputan yang diberikan. Tiap valve ada switch sebagai feedback operasi terhadap inputan yang diberikan pada valve yang bisa menunjukkan valve terbuka atau tertutup. Sensor pendeteksi kadar CO dan CO2. Sensor pendeteksi kebocoran refrigerant. Sensor arus untuk melihat slip pada belt fan atau penyumbatan pada strainer.