Perhitungan Beban Kalor Ruangan - Sistem Pengkondisian Udara [PDF]

Citation preview

TUGAS BESAR TF 4011 REKAYASA LINGKUNGAN DAN TERMAL



LAPORAN PERHITUNGAN BEBAN KALOR PENDINGINAN PADA RUANGAN DI LANTAI 4 GEDUNG TP RACHMAD LABTEK VI ITB



Oleh Maria Sri Suratmi



13311035



Faris Abdala



13311036



Elfi Yulia



13311091



Program Studi Teknik FIsika Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Bandung 2014



I.



Denah Gedung Pengukuran dilakukan di lantai 4 gedung TP Rachmad Labtek VI yang berada di ketinggian 768 m di atas permukaan laut.



II.



Pembagian dan Pendefinisian Zona (Zoning) Berdasarkan daerah kerja yang telah ditentukan, daerah kerja ini akan dibagi menjadi beberapa zona menurut karakteristik dari masing-masing zona tersebut untuk mempermudah perhitungan. Hasil pembagian zona adalah sebagai berikut



1



2.1. Zona 1 (Ruang PII 1) Zona 1 terdiri dari 4 sisi dinding, lantai, langit-langit, dan atap. Pada bagian utara terdapat dinding penyekat, pada bagian barat dan selatan terdapat kaca sedangkan pada bagian timur sebagian sisi berkaca dan sebagian lagi dinding dalam. Zona ini juga memiliki sistem pendingin berupa air conditioner. Di zona ini terdapat 15 orang yang akan berada di aktivitas belajar-mengajar dengan bantuan sebuah proyektor selama kurang lebih 10 jam mulai dari pukul 8 pagi, serta terdapat 3 buah lampu TL 40 Watt yang akan menyala selama 10 jam



2.2. Zona 2 (Ruang Seminar TF 2) Zona 2 terdiri dari 4 sisi dinding, lantai, langit-langit, dan atap. Pada bagian utara terdapat dinding luar berkaca, pada bagian selatan terdapat dinding bagian dalam yang sebagian dinding atasnya juga berkaca, serta pada bagian timur dan bagian barat terdapat dinding dalam. Di zona ini terdapat 80 orang yang akan berada di aktivitas belajar-mengajar dengan bantuan sebuah proyektor selama kurang lebih 10 jam mulai dari pukul 7 pagi, serta terdapat 50 buah lampu TL 40Watt yang akan menyala selama 11 jam. 2.3. Zona 3 (Laboratorium Praktikum A) Zona 3 terdiri dari 4 sisi dinding, lantai, langitlangit, dan atap. Pada bagian utara terdapat dinding luar berkaca, pada bagian selatan terdapat dinding bagian dalam yang sebagian dinding atasnya juga berkaca, serta pada bagian timur dan bagian barat terdapat dinding dalam. Di zona ini terdapat 30 orang yang akan beraktivitas selama kurang lebih 10 jam mulai dari pukul 8 pagi, serta terdapat 30 buah lampu TL 40 Watt yang akan menyala selama 10 jam. Zona ini dilengkapi oleh alatalat seperti heat exchanger, thermometer comparison, resistance low measuring 2



apparatus, proyektor, osiloskop dan juga generator sinyal yang masing-masing menghasilkan kalor saat dinyalakan.



2.4. Zona 4 (Laboratorium Komputer) Zona 4 terdiri dari 4 sisi dinding, lantai, langit-langit, dan atap. Pada bagian selatan terdapat dinding luar berkaca, pada bagian utara terdapat dinding bagian dalam yang sebagian dinding atasnya juga berkaca, serta pada bagian timur dan bagian barat terdapat dinding dalam. Di zona ini terdapat 78 orang berinteraksi dengan computer. Ruangan ini selain dilengkapi computer sebanyak 78 buah juga dilengkapi 4 buah Air Conditioner selama kurang lebih 10 jam mulai dari pukul 7 pagi, serta terdapat 15 buah lampu TL 40Watt yang akan menyala selama 11 jam. 2.5. Zona 5 (Ruang Seminar TF 4) Zona 5 ini terdiri dari 4 sisi dinding, lantai, langit-langit, dan atap. Pada bagian Selatan terdapat dinding luar berkaca, pada bagian utara terdapat dinding bagian dalam yang sebagian dinding atasnya juga berkaca, serta pada bagian timur dan bagian barat terdapat dinding dalam. Di zona ini terdapat30 orang yang akan berada di aktivitas belajar-mengajar dengan bantuan sebuah proyektor selama kurang lebih 10 jam mulai dari pukul 8 pagi, serta terdapat 12 buah lampu TL 40 Watt yang akan menyala selama 10 jam.



2.6. Zona 6 (Ruang Seminar TF 5) Zona 6 ini terdiri dari 4 sisi dinding, lantai, langit-langit, dan atap. Pada bagian Selatan terdapat dinding luar berkaca, pada bagian utara terdapat dinding bagian dalam yang sebagian dinding atasnya juga berkaca, serta pada bagian timur dan bagian barat terdapat dinding dalam. Di zona ini terdapat30 orang yang akan berada di aktivitas belajar-mengajar dengan bantuan sebuah proyektor selama kurang lebih 10 jam mulai dari pukul 8 pagi, serta terdapat 12 buah lampu TL 40 Watt yang akan menyala selama 10 jam.



3



2.7. Zona 7 (Ruang Praktek) Zona 7 terdiri dari 4 sisi dinding, lantai, langit-langit, dan atap. Pada bagian Selatan terdapat dinding luar berkaca, pada bagian utara terdapat dinding bagian dalam yang sebagian dinding atasnya juga berkaca, serta pada bagian timur dan bagian barat terdapat dinding dalam. Di zona ini terdapat 30 orang yang akan beraktivitas selama kurang lebih 10 jam mulai dari pukul 8 pagi, serta terdapat 10 buah lampu TL 40 Watt yang akan menyala selama 10 jam. III.



Pengolahan Data dan Perhitungan Dalam menghitung besar cooling and heat load dapat digunakan persamaan berikut : ̅ 𝑥 𝐴̅ 𝑥 𝐶𝐿𝑇𝐷 𝑞= 𝑈 Dimana U = Koefisien heat transmission, A = Luas daerah yang akan dihitung dann CLTD = cooling load temperature difference. Dalam menghitung besar nilai U digunakan persamaan sebagai berikut : 𝑼=



𝟏 𝑹𝒕𝒐𝒕𝒂𝒍



Dengan 𝑅 =



1 𝐶



=



𝑙 𝑘



=



Untuk perhitungan beban kalor pendinginan kali ini, terdapat beberapa asumsi yang digunakan, antara lain:  Temperatur existing luar gedung sebesar 29⁰C.  Tinggi ruangan yang dihitung 3.53m  Pada perhitungan dibutuhkan informasi temperatur terendah dan tertinggi di Bandung, sehingga diasumsikan temperatur terendah Bandung 17⁰C (79⁰F) dan temperatur tertertinggi Bandung 31⁰C (95⁰F).  Lampu yang digunakan pada tiap-tiap ruangan diasumsikan memiliki daya sama yaitu 40 Watt



4



 Ruangan digunakan sebagian besar ruang belajar-mengajar 4.1 Perhitungan Koefisien Transmisi Kalor (U) Perhitungan nilai koefisien transmisi dilakukan pada dinding luar yang terkena cahaya matahari, kaca, atap, dinding dalam (partisi), lantai, langit-langit, kaca dalam (partisi). Berikut ini dijabarkan cara perhitungan nilai U pada masingmasing bagian di atas beserta asumsi yang digunakan :  Dinding luar Dinding luar diasumsikan memiliki tebal total 10 inch. Plester muka menghadap luar setebal 1 inch, bata common dan plester antar bata tersusun paralel dengan tebal 8 inch dan plester muka menghadap dalam setebal 1 inch.



Untuk mencari Nilai R : 𝑙



 𝑅𝑏𝑎𝑡𝑎 = 𝑅𝑝𝑙𝑒𝑠𝑡𝑒𝑟 =𝑘 . Menurut Tabel 3.1A 𝐾𝑏𝑎𝑡𝑎 = 𝐾𝑝𝑙𝑒𝑠𝑡𝑒𝑟 = 5  𝑅𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎 𝑏𝑒𝑟𝑔𝑒𝑟𝑎𝑘 (𝐿𝑢𝑎𝑟) =



1 𝐶



Menurut Tabel 3.3 𝐶𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎 𝑏𝑒𝑟𝑔𝑒𝑟𝑎𝑘 (luar) = 4 . Maka 𝑅𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎 𝑏𝑒𝑟𝑔𝑒𝑟𝑎𝑘 = 0,25  𝑅𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎 𝑑𝑖𝑎𝑚 (𝑑𝑎𝑙𝑎𝑚) =



1 𝐶



Menurut Table 3.3 𝐶𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎 𝑑𝑖𝑎𝑚 (dalam) = 1.46 . Maka 𝑅𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎 𝑏𝑒𝑟𝑔𝑒𝑟𝑎𝑘 = 0.68  𝑅𝑝𝑎𝑟𝑎𝑙𝑒𝑙 = 1 𝑅𝑝𝑎𝑟𝑎𝑙𝑒𝑙



=



1 𝑅𝑏𝑎𝑡𝑎



+𝑅



1 𝑝𝑙𝑒𝑠𝑡𝑒𝑟



5 5 10 + = = 0.8 8 8 8



Maka nilai koefisien transmisi dinding luar



5



𝑈=



1 𝑅𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙



=



1 𝑅𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎 𝑙𝑢𝑎𝑟 + 𝑅𝑝𝑙𝑒𝑠𝑡𝑒𝑟 + 𝑅𝑝𝑎𝑟𝑎𝑙𝑒𝑙 + 𝑅𝑝𝑙𝑒𝑠𝑡𝑒𝑟 + 𝑅𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎 𝑑𝑎𝑙𝑎𝑚 = =



1 0,25 + 0,2 + 0,8 + 0,2 + 0,68 1 = 𝟎, 𝟒𝟕 2,13



 Kaca (Luar) Kaca diasumsikan berjenis gelas arsitektur. Berdasarkan tabel 3.1A nilai C = 10. 𝑅=



1 1 = = 0.1 𝐶 10



Maka nilai koefisien transmisi kaca : 𝑈= = =



1 𝑅𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 1



𝑅𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎 𝑙𝑢𝑎𝑟 + 𝑅𝑘𝑎𝑐𝑎 + 𝑅𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎 𝑑𝑎𝑙𝑎𝑚 1 1 = 0,25 + 0,1 + 0,68 1,03



= 𝟎, 𝟗𝟕  Atap Atap diasumsikan berjenis sirap aspal. Berdasarkan tabel 3.1A nilai C = 2,27 . 𝑅=



1 1 = = 0,44 𝐶 2,27



Maka nilai koefisien transmisi atap : 𝑈= = =



1 𝑅𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 1



𝑅𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎 𝑙𝑢𝑎𝑟 + 𝑅𝑎𝑡𝑎𝑝 + 𝑅𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎 𝑑𝑎𝑙𝑎𝑚 1 1 = 0,25 + 0,44 + 0,68 1,37



6



= 𝟎, 𝟕𝟑  Dinding dalam (partisi) A Dinding dalam diasumsikan memiliki ketebalan 6 inch yang terdiri atas 2 inch plester muka yang menghadap masing-masing bagian dan gabungan bata dan plester yang tersusun paralel dengan tebal 4 inch. Berdasarkan table 3.1A nilai C = 2,27. 1



=



𝑅𝑝𝑎𝑟𝑎𝑙𝑒𝑙



1 𝑅𝑏𝑎𝑡𝑎



1



+



𝑅𝑝𝑙𝑒𝑠𝑡𝑒𝑟



=



5 5 10 + = ,𝑅 = 0,4 4 4 4 𝑝𝑎𝑟𝑎𝑙𝑒𝑙



Maka nilai koefisien transmisi dinding dalam (partisi): 𝑈=



1 𝑅𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙



=



1 𝑅𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎 𝑑𝑎𝑙𝑎𝑚 + 𝑅𝑝𝑙𝑒𝑠𝑡𝑒𝑟 + 𝑅𝑝𝑎𝑟𝑎𝑙𝑒𝑙 + 𝑅𝑝𝑙𝑒𝑠𝑡𝑒𝑟 + 𝑅𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎 𝑑𝑎𝑙𝑎𝑚



=



1 0,68 + 0,2 + 0,4 + 0,2 + 0,68



=



1 = 𝟎, 𝟒𝟔 2,16



 Lantai Lantai diasumsikan memiliki ketebalan 10 inchi yang terdiri atas gabungan bata dan plester yang tersusun paralel serta ubin yang menutupi bagian atas. Nilai C dari ubin pada tabel 3.1A mengikuti C dari ubin- asphalt, lynoleum, vinyl. Nilai C = 20. 𝑅=



1 1 = = 0,05 𝐶 20



Maka nilai R = 0.05 1 𝑅𝑝𝑎𝑟𝑎𝑙𝑒𝑙



=



1 𝑅𝑏𝑎𝑡𝑎



+



1 𝑅𝑝𝑙𝑒𝑠𝑡𝑒𝑟



=



1 1 + = 1, 𝑅𝑝𝑎𝑟𝑎𝑙𝑒𝑙 = 1 0.05 0,05



Maka nilai koefisien transmisi lantai : 𝑈=



1 𝑅𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 7



=



1 𝑅𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎 𝑑𝑎𝑙𝑎𝑚 + 𝑅𝑢𝑏𝑖𝑛 + 𝑅𝑝𝑎𝑟𝑎𝑙𝑒𝑙 + 𝑅𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎 𝑑𝑎𝑙𝑎𝑚



=



1 0,68 + 0,05 + 1 + 0,68



=



1 = 𝟎, 𝟒𝟏 2,41



 Langit-langit Langit langit diasumsikan tersusun atas ubin akustik setebal 0,75 inch dan insulasi atap setebal 4 inch. Berdasarkan tabel 3.1A nilai C dari ubin akustik = 0,53 𝑅=



1 1 = = 1.88 𝐶 0.53



Sedangkan Kinsulasi atap = 0,34 (tabel 3.1A), 𝑅=



𝑙 4 = = 11.76 𝑘 0.34



Maka nilai koefisien transmisi langit-langit : 𝑈=



1 𝑅𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙



=



1 𝑅𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎 𝑑𝑎𝑙𝑎𝑚 + 𝑅𝑢𝑏𝑖𝑛 𝑎𝑘𝑢𝑠𝑡𝑖𝑘 + 𝑅𝑖𝑛𝑠𝑢𝑙𝑎𝑠𝑖 + 𝑅𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎 𝑑𝑎𝑙𝑎𝑚



=



1 0,68 + 1,88 + 11,76 + 0,68



=



1 = 0,067 15



 Kaca (dalam) Kaca diasumsikan berjenis gelas arsitektur. Berdasarkan tabel 3.1A nilai C = 10.. 𝑅=



1 1 = = 0.1 𝐶 10



8



Maka nilai koefisien transmisi kaca : 𝑈= =



1 𝑅𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 1



𝑅𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎 𝑑𝑎𝑙𝑎𝑚 + 𝑅𝑘𝑎𝑐𝑎 + 𝑅𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎 𝑑𝑎𝑙𝑎𝑚



=



1 0,68 + 0,1 + 0,68



=



𝟏 = 𝟎, 𝟔𝟖 𝟏, 𝟒𝟔



4.2 Perhitungan Cooling Load Temperature Difference (CLTD) Dalam menghitung nilai CTLD dilakukan pada waktu puncak yang diasumsikan berada pada jam 10.00, 12.00 dan 14.00 dengan rincian sebagai berikut. 



Dinding berdasarkan table 3.10 Grup B disesuaikan dengan arah dinding terhadap cahaya matahari.







Kaca Asumsi tidak diperhitungkan



 Atap berdasarkan pada table 3.8 Sedangkan koreksi pada CLTD ditinjau dari koreksi lintang, koreksi warna dan koreksi suhu luar-dalam. CLTDkor = [(CLTD + LM) x K + (78 - Tr) +( To-85 ) x f Keterangan LM = Koreksi lintang dan bulan ( berada di 8o LS pada bulan Juni) T = Koreksi Suhu luar dan dalam ( table 3.13) Tr = Suhu ruangan To = Suhu lingkungan K = koreksi warna K = 1.0 untuk warna gelap K = 0.83 untuk permukaan warna sedang K = 0.65 untuk permukaan warna terang f = Faktor untuk attic fan f =1 no attic ( yang digunakan ) f = 0.75 ventiasi positif



9



IV.



Analisis Data Perhitungan laju kalor pendinginan pada ruangan dipengaruhi oleh beban internal dan beban eksternal ruangan tersebut. Beban internal berasal dari jumlah kapasitansi ruangan, peralatan dan jenis lampu yang digunakan. Nilai beban internal diukur pada waktu puncak jam 10.00, 12.00 dan 14.00 dengan penjabaran sebagai berikut : Beban internal



Tabel



Keterangan



Kapasitansi



Tabel 4.5



Zona 1,2,,5,6 :



Ruangan



(Qs dari penghuni



belajar-mengajar



disesuai dengan



sebesar 230 Btu/hr,



aktivitas yang



zona 4 : duduk ringan,mengetik



dilakukan)



dengan nilai 255Btu/hr,



dengan



nilai



Zona 3 dan 7 : kerja mesin ringan dengan nilai 345 Btu/hr.



Jenis Lampu



Tabel 4.6



Nilai Cooling Load Factor



Faktor beban



10.00 : 0.89



pendinginan kalor



12.00 : 0.34



sensibel untuk manusia



14.00 : 0.23



Tabel 4.1



Jenis



lampu



yang



digunakan



Faktor ballast untuk adalah lampu TL dengan ballas 1,2 lampu fluorescent Table 4.11 Faktor beban pendinginan peralatan tak



Nilai CLF 10.00 : 0.9 12.00 : 0.29 14.00 : 0.2



bertudung Peralatan



Peralatan yang digunakan adalah LCD



asumsi 450 Watt dengan



heat loss 460.65 Btu/hr Komputer



asumsi



450



Watt



dengan heat loss 460.65 Btu/hr



10



Asumsi



seluruh



alat



bekerja



dengan efisiensi 70%. Nilai CLF Table 4.11 Faktor beban pendinginan peralatan tak



10.00 : 0.9 12.00 : 0.29 14.00 : 0.2



bertudung



Sedangkan nilai beban eksternal berasal dari konduksi (dinding, kaca, langit-langit, lantai dan atap) dan solar (arah kaca terhadap matahari) yang dipengaruhi oleh arah dan material yang digunakan pada bangunan. Nilai beban eksternal terlampir.



11



V.



Kesimpulan Berdasarkan perhitungan besar beban kalor pendinginan pada ruangan di lantai 4 gedung TP Rachmat Labtek VI ITB dengan membagi ruangan menjadi 7 zona di peroleh besar nilai laju kalo perndinginan sebagai berikut : Zona - Ruang



Laju Kalor Pendingin (Btu/hour) 10.00



12.00



14.00



1. Ruang PII 1



14441.84



13497.00



17221.70



2. Ruang Seminar TF 2



52498.92



45858.00



51328.00



3. Laboratorium Praktikum A



41122.51



41500.00



41147.50



4. Laboratorium Komputer



74779.77



71229.00



71682.00



5. Ruang Seminar TF 4



24742.44



20206.00



20649.40



6. Ruang Seminar TF5



30629.14



27497.00



28182.00



7. Ruang Praktek



40124.27



37231.00



37921.20



Total



278338.89 257018.00 268131.80 Besar laju kalor pendinginaan dipengaruhi oleh besar koefisien heat transmission, luas daerah dan nilai cooling load temperature difference yang sangat bergantung pada jenis bahan yang digunakan.



12