4 Sistem Tata Udara [PDF]

Citation preview

SISTEM TATA UDARA



Setelah mempelajari bab ini diharapkan mahasiswa : • Mengerti tentang system tata udara. • Dapat membedakan sistem udara penuh, sistem air penuh dan sistem air-udara. • Dapat membedakan sistem daerah tunggal dan sistem daerah ganda. • Dapat membedakan sistem saluran tunggal dan sistem saluran ganda



1.1 Pengertian Tata udara adalah suatu proses mengkondisikan udara sehingga dapat mencapai temperatur dan kelembaban yang sesuai dengan yang dipersyaratkan terhadap kondisi udara dari suatu ruangan. Selain itu mengatur aliran udara dan kebersihannya. Suatu sistem tata udara dapat melakukan pengendalian satu variabel saja (temperatur saja, kelembaban saja dan lainnya), juga dapat melakukan pengendalian dua, tiga atau lebih variabel, tergantung pada keperluan pengkondisian ruangan tersebut.



1.2 Penggolongan Sistem Tata Udara  Berdasarkan fungsinya sistem tata udara dapat digolongkan menjadi : • Sistem tata udara untuk kenyamanan Mengkondisikan udara dari ruangan untuk memberikan kenyamanan kerja bagi orang yang melakukan kegiatan tertentu. • Sistem tata udara untuk industri Mengkondisikan udara dari ruangan karena diperlukan oleh proses, bahan, peralatan atau barang yang ada di dalamnya.  Berdasarkan letak, posisi dan kesatuan unit mesin pendingin dan komponenkomponennya, sistem tata udara pada gedung dapat digolongkan menjadi dua, yaitu : • Unitary system, dan • Central system.



1.2.1 Sistem Unitari (Unitary System) Pada unitary system umumnya unit mesin pendingin dan komponenkomponennya dirakit oleh pabrik dan dikemas dalam satu paket. Sistem unitary biasanya tersedia dari kapasitas pendinginan kecil hingga sedang. Contoh dari sistem unitary antara lain : o AC Window o AC Split o AC Paket



Pada AC Window, semua komponennya dirakit dan ditempatkan daalam satu rumah dan biasanya dipasang di dinding. Bagian evaporator yang dilengkapi dengan saringan udara (air filtering) menghadap



ke dalam ruangan sedangkan bagian



kondensor menghadap ke luar ruangan. Pengoperasian AC jenis ini umumnya adalah secara manual namun akhir-akhir ini sudah ada yang menggunakan remote control. Baik evaporator maupun kondensornya menggunakan jenis koil bersirip dimana koilnya dibuat dari pipa tembaga dan siripnya dari plat aluminium, sedangkan kompresornya menggunakan kompresor putar (rotary compressor) dari jenis hermetik, di mana motor listrik dan kompresor terbungkus dalam satu rumah. Kelemahan AC jenis ini, suaranya yang berisik sehingga juga dapat mengurangi kenyamanan dari penghuninya. Saat ini penggunaan AC window sudah mulai ditinggalkan karena sudah ada AC jenis lain yang lebih halus suaranya yaitu AC Split.



]



Gambar 1.1 AC Window



Indoor side



Outdoor side



Gambar 1.2 Pemasangan AC Window



Ciri-ciri AC Window :  Biasanya digunakan untuk mendinginkan satu ruangan tunggal.  Sistem terangkai menjadi satu paket utuh.  Dipasang menorobos dinding dengan kondenser menghadap keluar dan evaporator menghadap ke dalam.  Kipas kondenser biasanya aksial dan kipas evaporator biasanya sentrifugalradial.



Keunggulan : • Instalasi mudah. • Tidak memerlukan ruang khusus untuk menyimpan unit. • Murah



Kelemahan : o Umur pakai relatif pendek ~ 10 tahun. o Pemakaian energi relatif boros. o Perlu penanganan untuk kondensat. o Pengontrolan temperatur ON-OFF, sehingga kemungkinan temperatur ruangan berubah-ubah. o Kebisingan relatif tinggi. o Penyaringan udara terbatas. o Bentuk kurang disukai.



Pada AC Split, komponen-komponennya ditempatkan dalam dua unit yaitu unit indoor yang dipasang di dalam ruangan dan unit outdoor yang dipasang di luar ruangan. Kedua unit ini dihubungkan dengan sistem pipa yang umumnya dibuat dari pipa tembaga. (copper tube). Pada unit indoor diletakan komponen evaporator (koil pendingin) dilengkapi dengan motor blower untuk mensirkulasikan udara ruangan serta perangkat modul elektronik untuk pengoperasian dan pengontrolan. Pada unit outdoor ditempatkan komponen kompresor, kondensor dan alat ekspansi, juga dilengkapi dengan motor kipas untuk mensirkulasikan udara pendingin kondensor.



Gambar 1.3 AC Split



Cara pengoperasian AC split umumnya adalah menggunakan sistem kendali jarak (remote control system). Pengontrolan yang dilakukan meliputi pengontrolan temperatur, kecepatan putaran blower, waktu hidup-mati (timer ON/OFF), arah aliran udara dingin dan sebagainya. Sama halnya seperti pada AC window, maka pada AC split, jenis evaporator dan kondensornya juga dari koil bersirip plat dan kompresornya juga jenis kompresor putar hermetik.



Ciri-ciri AC Split :  Kondenser dan kompresor dipasang dalam satu wadah (casing) dan dikenal sebagai outdoor unit atau condensing unit.  Condensing unit dipasang diluar ruangan.  Evaporator/indoor unit dipasang di dalam ruangan.



Indoor unit



Outdoor unit



Gambar 1.4 Pemasangan AC Split jenis Wall-mounted unit



Pada AC Paket (Package type Air Conditioner) terdiri dari peralatan penyegar dan evaporator yang terletak dalam satu rumah. Gambar 1.3 menunjukkan sebuah konstruksi, di mana komponen dan penyegar udara tersebut yang terdiri dari kipas udara, koil udara, saringan udara dan panci penampung terletak di bagian atas dari rumah. Dengan demikian udara yang terinduksi melalui lubang masuk akan mencapai temperatur dan kelembaban yang diinginkan. Selanjutnya udara tersebut ditekan masuk ke dalam ruang plenum yang ada di bagian atas kipas udara, kemudian masuk ke dalam ruangan. Di bagian bawah dari penyegar udara terdapat mesin pendingin yang terdiri dari kompresor, kondensor, pengontrol otomatik dan peralatan listrik. Kompresor yang dipakai dapat berupa kompresor torak atau kompresor putar. Motor listrik yang dipakai berdaya sekitar 7,5 KW dan biasanya dari jenis hermetik. Dalam hal ini dapat dipakai kondensor pendinginan udara atau pendinginan air. Jika dipakai kondensor pendinginan air, kondensor biasanya diletakan di dalam unit.. Sedangkan kondensor pendinginan udara, biasanya diletakan di luar unit tersebut.



AC jenis paket berkapasitas anatar 3 sampai 10 TR dan dirancang untuk memberikan kenyanmanan normal maupun untuk keperluan industri atau keperluan lain, di mana dapat diperoleh udara bertemperatur dan berkelembaban rendah.



Gambar 1.5 AC jenis paket



1.2.2 Sistem Sentral (Central System) Pada sistem sentral, unit mesin pendingin ditempatkan pada satu lokasi dan sering disebut Chiller. Sedangkan pengkondisian ruangan digunakan saluran distribusi air-dingin dan udara-dingin. Pada umumnya hanya unit mesin pendingin (chiller) yang dibuat di pabrik. Sedangkan pendistribusi udara-dingin (ducting) dan air-dingin (piping) dirancang sesuai dengan kebutuhan.



AHU/FCU Suplay/difuser



Return Grille



Cooling Tower



PUMP 2



PUMP 1



WATER CHILLER



Gambar 1.6 AC Sentral



Bila ditinjau dari pendistribusian media pendingin (air-dingin atau udara-dingin) yang dipergunakan sebagai pendingin ruangan, sistem tata udara sentral dapat dikelompokan menjadi tiga yaitu : • Sistem udara- penuh (all-air system). • Sistem air- penuh (all-water system). • Sistem air-udara (air-water system).



1.3 Sistem Udara-Penuh (All-Air System) Sistem udara-penuh adalah sistem tata udara yang hanya menggunakan udara dingin untuk menurunkan temperatur ruangan. Udara dingin ini biasanya campuran udara-balik (return-air) dari ruangan dan udara luar yang dilewatkan koil pendingin yang berada di dalam AHU (Air Handling Unit). Udara yang telah didinginkan oleh koil pendingin ini disemburkan ke tiap ruangan untuk menghasilkan kenyamanan termal bagi penghuni ruangan. Karena kualitas udara di dalam ruangan terus menurun akibat pernafasan oleh penghuninya maka sebagian udara di dalam ruangan tersebut harus dikeluarkan untuk diganti udara dingin yang segar.



Cooling Tower



AHU/FCU PUMP 1 Suplay/difuser



Unit AC



Return Grille



Gambar 1.7 Sistem udara penuh dengan condenser berpendingan air



AHU/FCU Suplay/difuser



Unit AC



Return Grille



Gambar 1.8 Sistem udara penuh dengan condenser berpendingan udara



Keuntungan sistem udara-penuh : •



Sederhana,



mudah



perancangan,



pemasangan,



perawatannya. •



Biaya awalnya relatif murah.



•



Lebih mudah pengontrolan kelembaban ruangan.



pemakaian,



dan



•



Lebih mudah pengontrolan kebutuhan udara segar ruangan.



•



Lebih mudah perawatan pada unit terminalnya (diffuser).



Kerugian sistem udara-penuh : o Perlu ruang yang relatif besar pada langit-langit untuk penempatan saluran udara (ducting). o Perlu ruangan yang relatif besar untuk penempatan AHU. o Saluran utama berukuran besar sehingga memakan tempat.



Sistem udara penuh dapat dibedakan menjadi dua yaitu:  sistem saluran tunggal, dan  sistem dua-saluran.



1.3.1 Sistem Saluran Tunggal Sistem ini merupakan sistem penyegaran udara yang paling banyak digunakan. Pada Gambar 1.9, campuran udara luar dan udara ruangan didinginkan dan dilembabkan, kemudian dialirkan kembali ke dalam ruangan melalui saluran udara. Pada dasarnya sistem pengaturan untuk sistem saluran tunggal menyangkut pengaturan temperatur udara melalui bagian-bagian utama dari saluran.



Gambar 1.9 Skema sistem penyegaran udara



Dalam hal tersebut, laju aliran air dingin, laju aliran air panas atau uap ke koil udara, diatur sedemikian rupa sehingga temperatur udara dapat diubah. Sistem ini dinamai sistem volume konstan-temperatur variabel, yang sudah banyak dipergunakan dalam sistem penyegaran udara. Dalam keadaan dimana beban kalor dari beberapa ruangan yang akan dilayani itu berbeda-beda, boleh dikatakan tidak mungkin mempertahankan udara ruangan pada suatu temperatur tertentu, kecuali bagi beberapa ruangan utama saja. Jadi masalah tersebut dapat dipecahkan dengan dengan melayani ruangan dengan beban kalor yang sama oleh satu penyegar udara sentral. Sistem saluran tunggal yang lain adalah sistem pemanasan ulang, dimana udara segar yang mengalir di dalam saluran utama dapat dipertahankan konstan, pada alat pemanas yang dipasang pada saluran-cabang masing-masing. Pemanas tersebut memanaskan udara dan diatur sedemikian rupa sehingga diperoleh temperatur udara yang sesuai dengan temperatur udara ruangan yang diinginkan (lihat Gambar 1.10). Sistem ini dinamai sistem pemanasan ulang terminal dan banyak digunakan untuk melayani beberapa ruangan pribadi yang ada di dalam gedung perkantoran umum.



Gambar 1.10 Sistem pemanas terminal



Adapun sistem saluran tunggal yang bekerja dengan volume variabel di mana jumlah aliran udara dapat diubah sesuai dengan beban kalornya ; jadi volume aliran udara akan berkurang dengan turunnya beban kalor dari ruangan yang harus dilayani. Pengaturan volume aliran udara dilakukan dengan mengatur posisi damper atau dengan



unit volume variabel. Ada beberapa macam unit volume variabel. Salah satu diantaranya ditunjukan pada Gambar 1.11. Pemasukan udara diatur oleh tekanan udara yang bekerja pada tirai (curtain) dari alat pengatur volume konstan dan gaya pegas. Pemasukan udara minimum harus diatur agar supaya distribusi udara di dalam ruangan dapat berlangsung sebaik-baiknya, dengan jumlah ventilasi udara yang minimal. Jumlah udara masuk akan berkurang dengan turunnya beban kalor, sehingga apabila jumlah udara masuk menjadi lebih kecil dari pada jumlah udara masuk yang minimal, maka temperaur udara masuk akan berubah. Dalam sistem volume variabel, putaran atau sudu isap dari kipas udara dapat diatur sesuai dengan perubahan pemasukan udara yang diinginkan. Sistem pengaturan kipas udara tersebut di atas memungkinkan penghematan daya yang diperlukan untuk menggerakkan kipas udara pada beban parsial.



Gambar 1.11 Unit volume udara variabel



1.3.2 Sistem Dua-Saluran Untuk mengatasi kesulitan pada sistem saluran tunggal, maka sistem tersebut pada Gambar 1.12, kebanyakan digunakan pada gedung-gedung yang besar. Dalam hal tersebut udara panas dan udara dingin dihasilkan secara terpisah oleh mesin pengkondisian udara yang bersangkutan. Kedua jenis udara itupun disalurkan melalui saluran yang terpisah satu sama lain. Tetapi kemudian dicampur sedemikian rupa sehingga tercapai tingkat keadaan yang sesuai dengan beban kalor dari ruangan yang akan disegarkan. Sesudah itu disalurkan ke dalam ruangan yang bersangkutan. Sistem ini dinamai sistem dua-saluran (dual duct).



Dalam sistim ini alat yang diperlukan untuk mencampur udara panas dan udara dingin, dalam perbandingan jumlah aliran yang ditetapkan untuk memperoleh konidi akhir yang diinginkan, dinamai alat pencampur. Sistem dua-saluran dapat memberikan hasil pengaturan yang lebih teliti. Tetapi memerlukan lebih banyak energi kalor dan lebih tinggi harga awalnya. Ada dua jenis sistem dua-saluran yaitu sistem volume konstan dan sistem volume variabel.



Gambar 1.12 Sistim dua-saluran



Dalam Gambar 1.13, ditunjukan modifikasi dari sistem dua-saluran, dimana pemanas udara dan pendingin udara dipasang paralel di dalam mesin pengkondisian udara.



Gambar 1.13 Sistem unit daerah ganda (Multi zone)



Pencampuran udara dilaksanakan oleh pengatur campuran, sedemikian rupa sehingga dapat meberikan beberapa tingkat keadaan udara sesuai dengan kesegaran ruangan atau daerah yang akan dilayanai. Maka udara segar dengan tingkat keadaan



yang itu mengalir melalui saluran yang berbeda pula. Sistem tersebut disebut sistem unit multi-daerah (multi zone).



1.4 Sistem Air-Penuh (All-Water System) Sistem ini menggunakan air-dingin (chilled-water) sebagai media pendingin ruangan. Chilled-water terlebih dahulu didinginkan oleh mesin pendingin (water chiller), kemudian chilled-water ini didistribusikan ke tiap unit koil-kipas udara (Fan Coil Unit; FCU) yang berada di tiap ruangan (perhatikan Gambar 1.14).



Gambar 1.14 Sistem Air-Penuh (All-Water System).



Pendinginan udara ruangan dilakukan dengan cara melewatkan udara ruangan melalui koil pendingin yang terdapat pada FCU yang berisi chilled-water. Karena persentuhan koil pendingin dan udara ruangan akan mengakibatkan menurunnya temperatur udara ruangan. Untuk mendapatkan kebutuhan udara segar dari luar ruangan, sistem ini juga dilengkapi damper yang dapat diatur untuk menarik udara luar.



Keuntungan dari sistem air-penuh : 1. Diperlukan ruangan relatif lebih kecil di langit-langit untuk menempatkan pipa pendistribusi chilled-water. 2. Karena tidak menggunakan unit pengolah udara (air handling unit, AHU), maka banyak menghemat tempat.



Kerugian dari sistem air-penuh : 1. Konstruksi FCU cukup rumit, sehingga diperlukan perawatan yang lebih rumit dan mahal. 2. Keterbatasan pengontrolan kelembaban udara, sehingga udara ruangan dapat menjadi terlampau lembab atau terlampau kering. 3. Tidak cocok untuk melayani gedung yang besar karena kesulitan ventilasi dan pengaturan kelembaban.



1.5 Sistem Air-Udara (Air-Water System) Sistem air udara merupakan perpaduan antara sistem udara-penuh dengan sistem air-penuh, dengan mengambil segi positif dari sistem udara-penuh dan sistem air-penuh. Pada umumnya sistem ini menggunakan unit induksi (induction unit) sebagai unit terminalnya (lihat gambar 1.15). Dimana di dalam unit induksi menerima udara dingin dengan kecepatan tinggi yang dilewatkan pada nosel di dalam unit induksi, sehingga menyebabkan udara keluar dari nosel bertekanan rendah (karena kecepatan tinggi), hal ini mengakibatkan tertariknya udara di luar unit induksi (bertekanan relatif lebih) masuk ke dalam unit induksi untuk dilewatkan ke koil pendingin (cooling coil) di dalam unit induksi agar udara menjadi dingin. Dengan cara demikian tidak diperlukan lagi motor dan kipas untuk menarik udara ke dalam unit, seperti halnya pada FCU. Hal ini tentu saja akan memudahkan dan mengurangi biaya perawatan.



Pada sistem ini sebagian besar energi pendingin didistribusikan dengan air sejuk (chilled-water), sedangkan kebutuhan udara hanya sebagai ventilasi, sehingga sistem ini hanya memerlukan udara 25% dari sistem udara-penuh. Tentu saja, hal ini akan menghemat tempat untuk penempatan saluran udara (air-ducting). Kekurangan dari sistem ini adalah relatif tingginya biaya awal dari sistem lainnya dan pengaturan kelembaban ruangan masih kalah dibanding dengan sistem udara-penuh.



Gambar 1.15 Sistem Air-Udara (A) Sistem unit induksi



(B) Sistem unit koil-kipas udara (FCU)



FCU dan unit induksi dinamai juga unit terminal dan dipasang di dalam ruangan. Semua unit tersebut merupakan bagian dari sistem pengkondisian udara dan berfungsi sama. Di dalam unit tersebut, koil pendingin ditempatkan di dalam kabinet kecil, dimana dialirkan air dingin (chilled-water). Pada FCU, udara dialirkan oleh kipas udara yang dipasang di dalam unit tersebut. Pada unit induksi, udara primer berkecepatan tinggi dialirkan melalui beberapa nosel. Selanjutnya dengan efek induksi udara primer, udara ruangan terisap masuk ke dalam unit dan didinginkan oleh koil udara kemudian disirkulasikan kembali ke dalam ruangan. Pada FCU, yang dilengkapi dengan kipas udara dapat dengan mudah mengisap udara ruangan. Dengan menaikkan tekanan statik kipas udara, udara yang mengandung



debu dapat dibersihkan dengan mengalirkan udara tersebut melalui saringan yang dipasang di dalam saluran udara. Perawatan dan pemeriksaan menjadi lebih sulit dan makan waktu karena kipas udara, motor penggerak dan perlengkapan listrik lainnya berada di dalam unit yang bersangkutan. Sedangkan pada unit induksi, tidak terdapat bagian mesin yang bergerak dan lebih mudah perawatannya. Unit induksi dapat mengisap udara ruangan karena adanya efek induksi udara yang disemburkan dengan kecepatan tinggi melalui nosel, tetapi tanpa saringan udara. Ada tiga jenis sistem yang menggunakan air dingin yang dialirkan ke unit koil pendingin dari FCU atau unit induksi yaitu : jenis dua-, tig- dan empat-pipa.



Gambar 1.16 Sistem pipa



Jenis dua pipa adalah yang paling populer, dimana dipergunakan pipa masuk dan pipa balik untuk mengalirkan air dingin. Pada jenis tiga pipa terdapat tiga jenis pipa, yaitu pipa masuk untuk air dingin, pipa air panas dan pipa balik. Dalam hal tersebut terakhir, dipakai katup tiga-jalan (3-way valve), dimana air dingin dan air panas dialirkan ke dalam koil pendingin sesuai dengan beban kalor ruangan. Sedangkan pipa balik membawa kembali air panas dan air dingin tersebut dalam bentuk campuran. Pencampuran seperti itu menyebabkan kerugian energi. Pada jenis empat pipa, terdapat



dua pipa masuk dan dua pipa balik, masing-masing untuk air dingin dan air panas. Pengaturannya dilakukan dengan mengatur jumlah pemasukan air, dengan perantaraan katup tiga-jalan, sesuai denga perubahan beban kalor yang terjadi di dalam ruangan.