Teknologi Konservasi Energi Pada Lampu

BAB IPENDAHULUANBAB I PENDAHULUANLatar BelakangGedung merupakan bangunan yang mengkonsumsi energi. Gedung banyak dimanfaatkan untuk perkuliahan, perkantoran dan hotel. Oleh karena itu, konsumsi energi pada setiap gedung mempunyai standar yang berbeda-beda. Gedung untuk perkuliahan relatif lebih rendah konsumsi energinya dibandingkan dengan gedung yang digunakan untuk perkantoran dan hotel. Untuk mengetahui profil konsumsi energi listrik pada sektor penerangan di Gedung Kuliah Baru (GKB) lantai satu maka diperlukan dilakukan audit energi, manajemen energi dan konservasi energi. Audit energi dilakukan untuk menganalisa mengenai penerangan di GKB lantai satu sesuai dengan standar penerangan atau tidak kemudian jika tidak dilakukannya rekomendasi-rekomendasi mengenai penghematan yang dapat dilakukan melalui langkah konservasi energi atas dasar manajemen energi. Profil penggunaan energi gedung ini meliputi sektor penerangan, non penerangan dan non AC.Tujuan dan SasaranSetelah melakukan audit energi di GKB lantai satu dapat: Mengukur dan menghitung kinerja lampu di GKB lantai satu. Menghitung dan membuat profil konsumsi energi yang digunakan oleh ruang kelas. Membandingkan kesesuaian kinerja dan konsumsi energi yang telah distandarkan. Melakukan improvement teknologi melalui konservasi energi dan manajemen energi.Rumusan Masalah Bagaimana kondisi konsumsi energi pada lampu untuk sistem penerangan di GKB Lantai 1 yaitu pada ruang kelas? Apakah diperlukan retrofiting pada ruang kelas di GKB lantai 1? Apa technology improvement yang akan digunakan? Bagaimana pengaruh technology improvement tersebut? Apa rekomendasi yang cocok untuk sistem penerangan di GKB lantai 1 khususnya pada ruang kelas?

BAB IILANDASAN TEORILandasan teoriSistem PencahayaanPemakaian energi oleh sistem penerangan atau pencahayaan kira-kira mencapai 20 % dari konsumsi energi listrik yang dihasilkan atau sekitar 5-6 % dari national budget energy saat ini. Bangunan komersial mencapai 20-45% dan plant industri 3-10% energi digunakan untuk sistem penerangan. Tabel 2.1 Distribution of Lighting in the United States According to end UseEnd UseLighting Energy (%)

Residential20

Store19

Industrial19

Offices10

Outdoor advertising, area lighting, sports lighting8

Schools7

Streets and highways3

All other indoor (public bldgs, garages, hospital, etc)14

Sumber: Rose and Baruzzini (126)Teori Dasar Mengenai CahayaCahaya hanya merupakan satu bagian berbagai jenis gelombang elektromagnetis yang terbang ke angkasa. Gelombang tersebut memiliki panjang dan frekuensi tertentu, yang nilainya dapat dibedakan dari energi cahaya lainnya dalam spektrum elektromagnetisnya. Cahaya dipancarkan dari suatu benda dengan fenomena sebagai berikut:1. Pijar padat dan cair memancarkan radiasi yang dapat dilihat bila dipanaskan sampai suhu 1000K. Intensitas meningkay dan penampakan menjadi semakin putih jika suhu naik.2. Muatan Listrik jika arus listrik dilewatkan melalui gas maka atom dan malekul memancarkan radiasi dimana spektrumnya merupakan karakteristik dari elemen yang ada.3. Electro Luminescence cahaya dihasilkan jika arus listrik dilewatkan melalui padatan tertentu seperti semikonduktor atau bahan yang mengandung fosfor.4. Photoluminescence radiasi pada salah satu panjang gelombang diserap, biasanya oleh suatu padatan, dan dipancarkan kembali pada berbagai panjang gelombang. Bila radiasi yang dipancarkan kembali tersebut merupakan fenomena yang dapat terlihat maka radiasi tersenut disebut fluorescence atau phosphorescence.

Gambar 2.1 Radiasi Cahaya TampakIstilah-istilah dan Persamaan atau Rumus yang Digunakan Dalam Sistem Pencahayaan/PeneranganIstilah yang sering digunakan didalam sistem penerangan adalah sebagai berikut: Lumen satuan flux cahaya. Satu lux adalah satu lumen per meter persegi. Lumen (lm) adalah kesetaraan fotometrik dari watt yang memadukan respon mata pengamat standar. Satu watt sama dengan 638 lumens pada panjang gelombang 555 nm. Efficacy Beban Terpasang merupakan iluminasi/ terang rata-rata yang dicapai pada suatu bidang kerja yang datar per watt pada pencahayaan umum didalam ruangan yang dinyatakan dalam lux/W/m2. Luminaire adalah satuan cahaya yang lengkap, terrdiri dari sebuah lampu atau beberapa lampu, termasuk rancangan pendistribusian cahaya, penempatan dan perlindungan lampu-lampu, dan dihubungkannya lampu ke pasokan daya. Efficacy cahaya terhitung perbandingan keluaran lumen terhitung dengan pemakaian daya terhitung dinyatakan dalam lumens/watt. Rata-rata lux yaitu sebagai berikut:= Menghitung efikasi lampu yaitu dengan menggunakan persamaan-persamaan sebagai berikut:Efikasi cahaya terhitung:= Efikasi beban terpasang:

Menghitung intensitas konsumsi energi lampu yaitu sebagai berikut:= Menghitung daya pencahayaan yaitu sebagai berikut:= Jenis-Jenis Sistem PencahayaanSistem pencahayaan/penerangan yang digunakan di GKB lantai satu menggunakan lampu neon untuk sistem penerangannya. Lampu neon merupakan lampu yang 3 sampai 5 kali lebih efisien dibandingkan dengan lampu pijar standar dan dapat bertahan 10 kali sampai 20 kali lebih tahan lama akan tetapi, kualitas lampunya lebih rendah dibandingkan dengan lampu sodium, lampu uap merkuri, lampu metal halida dam lampu LED. Prinsip kerja dari lampu neon adalah yaitu dengan melewatkan listrik melalui uap gas atau logam akan menyebabkan radiasi elektromagnetik pada panjang gelombang tertentu sesuai dengan komposisi kimia dan tekanan gasnya. Tabung neon memilki uap merkuri bertekanan rendah dan akan memancarkan sejumlah kecil radiasi biru/hijau namun kebanyakan akan berupa UV pada 253,7 nm dan 185 nm. Lampu neon sangat berguna bagi pencahayaan luar ruangan karena memilki fitting yang kompak.

Gambar 2.2 Lampu Neon

Gambar 2.3 Diagram alir energi lampu neonOperasi lampu neon paling efisien dicapai bila suhu ambien berada antara 20 dan 30 0C. Suhu yang lebih rendah menyebabkan penurunan tekanan merkuri, yang berarti bahwa energi UV yang diproduksi menjadi semakin sedikit. Oleh karena itu, lebih sedikit energi UV yang berlaku sebagai fosfor sehingga sebagai hasilnya cahaya yang dihasilkan menjadi sedikit. Suhu yang tinggi menyebabkan pergeseran dalam panjang gelombang UV yang dihasilkan sehingga akan lebih dekat ke spektrum tampak. Makin panjangnya panjang gelombang UV akan makin sedikit pengaruhnya terhadap fosfor dan oleh karena itu, keluaran cahaya pun akan berkurang. Pengaruh keseluruhannya adalah bahwa keluaran cahayanya jatuh diatas dan dibawah kisaran suhu ambien yang optimal.

Dipasaran selain terdapat lampu neon yang tunggal juga terdapat lampu neon yang disebut dengan lampu neon kompak. Lampu neon kompak adalah lampu neon yang dirancang dengan bentuk yang lebih kecil yang dapat bersaing dengan lampu pijar dan uap merkuri dipasaran lampu dan memiliki bentuk bulat atau segi empat. Lampu neon kompak yang tersedia dipasaran adalah lampu neon kompak GFG dan CFN. Terdapat tiga jenis lampu neon yaitu lampu neon CFl, halofosfat dan tri-fosfor.

Gambar 2.4 Lampu neon kompak CFLCiri-ciri: Lampu Neon CFLEfficacy= 60 lumens/WattIndeks perubahan warna= 1BSuhu warna= hangat, menengahUmur lampu= 7-10.000 jam Lampu Neon halofosfatEfficacy= 80 lumens/WattSuhu warna= variasiUmur lampu= 7000-15.000 jam Lampu neon tri-fosforEfficacy= 90 lumens/WattSuhu warna= variasiUmur lampu= 7000-15.000 jamBallastBallast yang digunakan didalam berbagai lampu ada dua jenis yaitu ballast konvensional dan ballast elektronik. Ballast konvensional terbuat dari lempengan besi yang didalamnya terdapat kumparan kawat tembaga/spul. Sedangkan ballast elektronik merupakan konverter elektronika daya untuk mensuplai discharge lamp. Prinsip kerja dari ballst elektronik adalah menaikan atau mengubah tegangan listrik AC 220V PLN mejadi tegangan AC 500V 800V dengan frekuensi 20 KHz 60 KHz. Berikut kelemahan dan keunggulan dari ballast konvensional dan ballast elektronik.Tabel 2.2 kelebihan dan kekurangan ballast elektronik dan konvensionalBallast KonvensionalBallast Elektronik

Konsumsi arus besar ( 0,45 Ampere / 40 Watt).

Konsumsi arus kecil (0,15 - 0,2 Amp/40W)

Tidak akan menyala sempurna pada tegangan < 200 VDapat menyala sempurna pada tegangan < 200 V

Adanya kedipanTidak ada kedipan

Umur lampu pendek karena adanya flicker dan arus picu pada filamenUsia lampu lebih panjang karena menggunakan sistem rapid start.

Arus dan tegangan tidak stabil akibat induksi medan magnet pada kumparan ballastArus dan tegangan relatif stabil

Cos phi rendah 0,48 (dibawah standar PLN)Cos phi 0,93-0,99 (diatas standar PLN)

Standardisasi Dalam Sistem PeneranganDidalam menentukan baik tidaknya, besar kecilnya, efisien tidaknya suatu sistem penerangan selain data hasil pengukuran yang didapat diperlukan juga suatu pembanding berupa standar yang telah dibakukan. Standar-standar tersebut akan dijelaskan didalam tabel dibawah ini.Tabel 2.3 Standar iluminasi maksimum untuk suatu bangunan/ruanganNoJenis Gedung/ruanganIlluminasi (LUX)

1

Ruang Kelas250

Perpustakaan 300

Laboratorium 500

Ruang gambar750

Kantin200

Wc250

Sumber : SNI-03-6197-2000Tabel 2.4 Standar daya pencahayaan maksimum untuk gedung/ruanganNo.Jenis Bangunan / RuanganDaya Pencahayaan (Watt/m2)

1.2.3.4.5.6.7.8.9.10.KantorRuangan KelasAuditoriumPasar swalayanKamar tamu hotelDaerah umum hotelRuang pasienGudangKafetariaGarasi151525201720155102

Sumber : Departemen Pekerjaan Umum 1993

BAB IIIPROFIL ALATPROFIL ALATSpesifikasi AlatDidalam audit sistem penerangan ini, lampu yang diuji atau dilakukan pengukuran yaitu pada lampu neon (TL) 36 watt/40 yang terdapat diruang-ruang kelas serta lampu neon (TL). Ballast yang digunakan dalam lampu TL tersebut adalah jenis ballast konvensional dengan merk philips.SpesifikasiJenis lampu

Philips SL 11 WPhilips TL 18 WPhilips TL 36 W

Tegangan (volt)220-240230230

Arus (mA)80360335

Power factor0.6--

Luminous Flux (lm)6501050725

Luminous Efficacy (lm/w)59--

Daya (W)111815

Masa pakai (jam)80001000010000

HargaRp 28,000.00Rp 40,000.00Rp 35,000.00

Jumlah132584

Lampu TL 36 watt digunakan pada ruang-ruang kelas sedangkan lampu TL 8 watt digunakan di koridor 1 dan 3 kemudian untuk koridor 2 menggunakan lampu SL 11 watt.Prinsip kerja alat adalah sebagai berikut:

CAHAYALISTRIKLAMPU TL

Prosedur Pengambilan Data

START

Penetapan ruangan yang akan diaudit

Pengukuran luas ruangan

Penentuan titik pengukuran lux/luas

Pengukuran lux

Buatan (Penggunaan lampu)Alami (tanpa penggunaan lampu

12 lampu8 lampu4 lampuFINISHRekomendasiPengolahan Data

2013Teknologi Konservasi Energi Pada Lampu

3.2.2

25Profil Bangunan GKB Lantai Satua) Denah Bangunan GKB Lantai Satu

b) Denah Titik Lampu

3.4 3.2.2 Titik Pengukuran LUXRuang 103

Kaca Jendela

Ruang 108

Kaca Jendela

Ruang 104

Kaca JendelaKoridor 1 dan Koridor 3

Kaca JendelaDiagram Pengawatan Saklar Lampu

3.3 Profil Penggunaan EnergiRuang 103

Jumlah Lampulm/m2W/m2

SoreSiangSoreSiang

4108,4225,43,783,77

8253,4304,48,498,52

12303477,612,2412,19

Rata-rata221,6335,88,178,16

114,20,01

Ruang 108

Jumlah Lampulm/m2W/m2

SoreSiangSoreSiang

4371,65382,521,62

8429,2547,410,3910,34

12487,6730,612,4912,44

Rata-rata429,466667605,3333338,466666678,13333333

175,86666670,333333333

Ruang 104

Jumlah Lampulm/m2W/m2

SoreSiangSoreSiang

474,6341,22,182,199

8147,23869,229,317

12224434,811,3911,489

Rata-rata148,6387,3333337,596666677,66833333

238,73333330,071666667

*perhitungan-perhitungan mengenai penggunaan energi dan profil energi dalam bentuk grafik dapat dilihat pada bagian lampiran*Dari hasil pengolahan data diatas nilai untuk lm/m2 merupakan reperesentasi nilai cahaya alami. Nilai cahaya alami tersebut didapat dikarenakan pengukuran dilakukan pada siang dan sore hari sehingga adanya kontaminasi dari cahaya alami (cahaya matahari).Dikarenakan dari hasil pengukuran didapat bahwa nilai tegangan atau daya yang dikonsumsi untuk setiap ruangan berbeda, maka dari nilai tersebut didapat simpulan bahwa fasa yang masuk kedalam setiap ruangan itu berbeda. Dikarenakan ruangan yang diukur 3 buah ruangan dan setiap ruangan mempunyai nilai daya yang berbeda maka kami mengansumsikan bahwa fasa yang masuk di ruangan 103 adalah fasa R, fasa yang masuk di ruang 108 adalah fasa S dan ruang 104 adalah fasa T. Dengan asumsi tersebut maka dapat diperoleh: Konsumsi energiRuang 103

Jumlah LampuKonsumsi Daya (W)Daya Pencahayaan (W/m2)

SoreSiangSoreSiang

4242,535241,3853,783,77

8543,641545,7138,498,52

12783,804780,3312,2412,19

Rata-rata8,178,16

0,01

Ruang 108

Jumlah LampuKonsumsi Daya (W)Daya Pencahayaan (W/m2)

SoreSiangSoreSiang

4105,1103,752,521,62

8665,595662,1310,3910,34

12799,994796,60112,4912,44

Rata-rata8,466678,133333333

0,333333333

Ruang 104

Jumlah LampuKonsumsi Daya (W)Daya Pencahayaan (W/m2)

SoreSiangSoreSiang

4640596,2812,182,199

8140,097140,7679,229,317

12590,621735,3511,3911,489

Rata-rata7,596666677,668333333

0,071666667

Baseline Dengan melihat profil penggunaan energi dan konsumsi energinya maka retrofiting hanya bisa dilakukan pada saat lampu dinyalakan sebanyak 12 buah lampu. Hal tersebut dikarenakan daya pancar (lux) akan sesuai dengan standar jika ke-12 lampu dinyalakan. Jadi, retrofiting hanya dilakukan untuk konsumsi daya pencahayaannya. Sehingga baseline yang dapat diambil adalah dari nilai rata-rata setiap ruangan pada saat pengukuran sore hari. RuanganBaseline (W/m2)

1038,16

1048,13

1087,67

Biaya operasiRuang 103

Jumlah LampuKonsumsi DayaDaya Pencahayaan (W/m2)

SoreBiaya Operasi/thn (RP)SiangBiaya Operasi/thn (RP)SoreSiang

4242,535418576604,4241,385416591888,43,783,77

8543,641938237383,4545,731941813323,98,498,52

12783,8041352720295780,33134672472712,2412,19

Rata-rata8,178,16

0,01

Ruang 108

Jumlah LampuKonsumsi DayaDaya Pencahayaan (W/m2)

SoreBiaya Operasi/thn (RP)SiangBiaya Operasi/thn (RP)SoreSiang

4105,1181385784103,751790559002,521,62

8665,5951148710475662,13114273043910,3910,34

12799,9941380661645796,601137480587012,4912,44

Rata-rata8,466678,133333333

0,333333333

Ruang 104

Jumlah LampuKonsumsi DayaDaya Pencahayaan (W/m2)

SoreBiaya Operasi/thn (RP)SiangBiaya Operasi/thn (RP)SoreSiang

46401104537600140,767242941319,32,182,199

8140,097241785006,5596,28110290856019,229,317

12590,6211019317347735,35126909644411,3911,489

Rata-rata7,596666677,668333333

0,071666667

BAB IVTECHNOLOGY IMPROVEMENTTeknologi improvementPerencanaan Pemasangan Technology Improvement Pada LampuTechnology improvement yang dimungkinkan untuk sistem penerangan di GKB lantai satu khususnya untuk ruang 103, 104 dan 108 adalah berupa penggantian lampu dengan LED dan berupa penggunaan ballast elektronik pada lampu TL yang sudah terpasang. Hal tersebut dimasudkan untuk mengurangi konsumsi daya yang digunakan untuk setiap ruangannya. Sehingga diharapkan dari teknologi tersebut dapat didapat penghematan energi.Daya pancar (lux) tidak dilakukan retrofiting dikarenakan daya pancar sudah sesuai dengan standar pencahayaan pada ruang kelas. Kesesuaian standar tersebut jika lampu dinyalakan semuanya yaitu 12 buah lampu. Sehingga, retrofitting yang seharusnya dilakukan adalah penghematan dari segi daya pencahayaannya.Technology Improvement dengan Penggantian LampuLampu yang akan digunakan adalah berupa LED. Hal tersebut dikarenakan LED merupakan lampu yang mempunyai tingkat efisiensi yang paling tinggi dibandingkan dengan lampu-lampu lainnnya yang baru ditemukan sampai sekarang.Lampu TL 36 Watt dengan ballast konvensional akan diganti dengan lampu LED 18 W/Clear sebanyak 12 buah sesuai dengan jumlah lampu TL yang ada diruangan kelas. Sehingga daya total yang digunakan adalah sebesar 336 Watt. Nilai daya tersebut sudah digabungkan dengan rugi ballast elektronik sebesar 10 Watt/lampu. Analisis perhitungan yang digunakan adalah untuk 12 buah lampu. Hal tersebut dikarenakan standar lux tercapai jika lampu dinyalakan sebanyak 12 buah.

NoRuanganKonsumsi Daya Sebelum Retrofitting (kWH/years)Biaya Operasi/years ($)Daya Pencahayaan (W/m2)Baseline (W/m2)

11031693,01664135,271369512,258,16

21041727,98704138,065490912,498,13

31081574,748125,821751311,397,67

NoRuanganKonsumsi Daya Setelah Retrofitting (kWH/years)Biaya Operasi/years ($)Investasi ($)Cost Saving/years ($)SPP (years)Daya Pencahayaan (W/m2)Penurunan Daya Pencahayaan (W/m2)

1103725,7657,98794108764,09677,283428479,8869319745,257

2104725,7657,98794108764,09680,07754989,5419502965,257,24

3108725,7657,98794108764,09667,8338102411,26423535,256,14

Technology Improvement dengan Penggunaan Ballast Elektronik Pada Lampu TLTechnology improvement yang kedua yaitu dengan penggantian ballast konvensional dengan ballast elektronik. Analisis perhitungan untuk konsumsi energi dilakukan pada 12 buah lampu seperti pada technology improvement yang pertama. Sehingga daya total yang dapat dihasilkan untuk per ruangannya yaitu sebesar 552 Watt. Nilai daya tersebut sudah ditambahkan dengan rugi ballast elektronik sebesar 10 Watt.Ballast elektronik yang digunakan adalah TL elektronik 1x36 Watt Philips EBC 136 dengan harga Rp. 29.000/buah.

NoRuanganKonsumsi Daya Sebelum Retrofitting (kWH/years)Biaya Operasi/years ($)Daya Pencahayaan (W/m2)Baseline (W/m2)

11031693,01664135,271369512,258,16

21041727,98704138,065490912,498,13

31081574,748125,821751311,397,67

NoRuanganKonsumsi Daya Setelah Retrofitting (kWH/years)Biaya Operasi/years ($)Investasi ($)Cost Saving/years ($)SPP (years)Daya Pencahayaan (W/m2)Penurunan Daya Pencahayaan (W/m2)

11031192,3295,265903234,79940,005466350,8698561278,6253,625

21041192,3295,265903234,79942,799587680,8130685818,6253,865

31081192,3295,265903234,79930,555848121,1388654598,6252,765

BAB VREKOMENDASIrekomendasiKesimpulan Pengukuran dilakukan hanya pada ruang kelas 103, 104 dan 108. Dari ruang kelas tersebut mempunyai karakteristik yang berbeda dalam hal pemakaian daya. Hal tersebut dikarenakan fasa yang masuk untuk ketiga ruangan berbeda. Kinerja lampu relatif sudah sesuai dengan standar. Daya pancar untuk setiap ruangan sudah sesuai dengan standar yaitu 250 lux dengan lampu yang menyala sebanyak 12 buah. Daya pencahayaan juga sudah sesuai dengan standar yaitu < 15 W/m2. Retrofiting harus dilakukan pada konsumsi energinya, sehingga daya pencahayaan yang dihasilkan akan semakin kecil dan hal tersebut berpengaruh pada biaya operasi. Technology improvement yang dilaksanakan adalah berupa penggantian lampu dengan LED 18 Watt dan penggunaan ballast elektronik pada lampu tersebut dikarenakan ballast yang digunakan pada lampu yang sekarang adalah menggunakan ballast konvensional. Rekomendasi yang baik untuk menurunkan konsumsi energi pada setiap ruang kelas adalah dengan penggunaan ballast elektronik. Hal tersebut hasil pertimbangan dari nilai SPP dan pencapaian didalam baseline yang telah ditetapkan untuk daya pencahayaannya. SPP untuk penggunaan ballast elektronik lebih kecil dibanding dengan SPP pada penggantian lampu, walaupun penurunan konsumsi daya dan daya pencahayaannya lebih baik dengan technology penggantian lampu.

TUGAS BESAR KONSERVASI ENERGI KELISTRIKAN GKB LANTAI 1Laporan ini disusun untuk memenuhi salah satu tugas mata kuliah Audit Energi pada semester VI

Disusun oleh:Silvi Wildia Hariadi 101711062Fitri Wilaeni 10171100323A

JURUSAN TEKNIK KONVERSI ENERGIPOLITEKNIK NEGERI BANDUNG2013