DASAR TATA UDARA(Teori)

KKRA 2023

2 SKS/ 3 Jam per Minggu

BEBAN PENDINGINAN

1

MATERI Pengertian beban pendinginan Metoda perhitungan beban pendinginan Koefisien perpindahan panas keseluruhan dinding,

atap, kaca, pintu, lantai dan langit-langit (konduksi) Beban pendinginan atap, dinding luar, fenestrasi,

partisi, penghuni, penerangan, peralatan, motor listrik, ventilasi dan infiltrasi

Beban pendinginan total ruangan Beban pendinginan mesin pendingin

DEFINISI Cooling load (beban pendinginan) adalah

kuantitas kalor yang harus dikeluarkan / dipindahkan dari udara ruangan / materi sehingga kondisi ruangan / materi sesuai dengan kondisi rancangan.

Heat gain atau perolehan kalor adalah kuantitas kalor yang masuk ke ruangan dan melalui struktur ruangan atau yang berasal dari sumber-sumber kalor dari luar dan dari dalam ruangan.

Perbedaan keduanya disebabkan karena kapasitas termal dari struktur gedung, sehingga terjadi time lag antara cooling load dan heat gain

DEFINISI Heat gain semakin besar bila temperatur udara

ambien semakin tinggi dan temperatur udara ruangan yang diinginkan semakin rendah.

Apabila penggunaan energi menjadi pertimbangan utama, penentuan temperatur rancangan harus dipertimbangkan secara matang.

Dilihat dari asalnya, heat gain dapat dikelompokan menjadi dua, yaitu: beban kalor Internal dan beban kalor External.

Pada umumnya, heat gain terbesar berasal dari beban external yaitu dari matahari.

Apabila biaya konsumsi energi listrik untuk pengkondisi udara menjadi pertimbangan, maka posisi, orientasi, komposisi dan materi bahan bangunan menjadi pertimbangan utama.

DEFINISI Selain dapat dikelompokkan berdasarkan asalnya

(sumbernya), heat gain juga dapat dikelompokan berdasarkan jenisnya atau sifatnya, yaitu: kalor sensibel dan kalor laten.

Masuknya beban kalor sensibel ke dalam suatu ruangan akan ditandai dengan naik temperatur dry bulb, sedangkan masuknya beban kalor laten ditandai dengan meningkatnya kandungan uap air di dalam udara.

DEFINISI Heat Gain ≠ Cooling Load, hal ini dikarenakan

bahwa kalor yang diterima oleh suatu ruangan melalui berbagai sumber baik dari radiasi matahari , penerangan penghuni, peralatan, dan lainnya tidak secara langsung meningkatkan temperatur ruangan.

Hanya sebagian kecil yang diserap oleh udara dalam ruangan dan meningkatkan temperatur, sedangkan sebagian besar kalor tersebut diserap oleh strukur maupun permukaan dalam ruangan, seperti dinding, atap, lantai, furniture, dll.

Kalor yang diterima atau masuk ke dalam ruangan yang diserap oleh strukur maupun permukaan dalam ruangan pada waktunya akan dilepas kembali dan akhirnya temperatur ruangan akan meningkat walaupun sumber kalor (utamanya dari kalor radiasi surya ) telah tiada (matahari terbenam).

Bangunan dengan konstruksi ringan (light construction) mencapai peak load lebih dulu dibanding yang lainnya, namun cooling load cepat menurun.

Dengan kata lain, bangunan dengan dinding yang tipis (ringan), maka temperatur ruangan cenderung mengikuti kondisi udara ambien(outdoor).

Artinya bila kondisi udara ambien panas, maka temperatur ruangan juga akan segera panas (karena mempunyai time lag yang relatif pendek), dan sebaliknya pada malam hari, udara ruangan akan lebih cepat dingin, mengikuti kondisi udara ambien.

Sedangkan untuk konstruksi struktur gedung medium dan heavy construction akan memiliki time lag yang lebih panjang.

Panjangnya time lag pada satu bangunan dapat dirasakan bila berada pada bangunan yang memiliki dinding yang tebal dan kokoh, seperti candi maupun museum.

Temperatur dalam candi maupun museum relatif dingin walaupun temperatur ambien terasa panas.

Namun sebaliknya, pada malam hari di dalam candi maupun museum relatif hangat bila dibandingkan dengan udara ambien.

Hal ini disebabkan bahan dinding candi maupun museum memiliki kapasitas kalor yang cukup tinggi, yaitu menyimpan kalor yang cukup banyak pada siang hari dan melepaskannya kembali ke dalam ruangan pada malam hari.

Tujuan Perhitungan Beban Pendinginan Sebagai informasi/ data untuk memilih

kapasitas peralatan mesin pendingin (cooling capacity) yang sesuai pada beban puncak

Sebagai informasi untuk memilih sistem pengaturan pada beban parsial

Metoda PerhitunganCLTD (Cooling load Temperature Difference)dan CLF ( Cooling Load Factor)

Konduksi melalui dinding luar Konduksi melalui atap Konduksi melalui kaca Konduksi melalui partisi interior Konduksi melalui langit-langit Konduksi melalui lantai Radiasi matahari melalui kaca Infiltrasi Ventilasi

BEBAN EKSTERNAL

Penerangan/pencahayaan ruangan Orang/penghuni Peralatan

BEBAN INTERNAL

DATA YANG DIPERLUKAN

o Orientasi, letak geografik (lokasi/latitude) dan dimensi (komponen) gedung (dari gambar rancangan gedung).

o Konstruksi selubung ruangan (atap, dinding, ceilling, partisi lantai dan kaca /fenestrasi).

o Ukuran dan fungsi ruangano Kondisi udara rancangan luar dan udara

ruangan yang akan dikondisikan (temperatur , kelembaban udara dan bulan rancangan ).

BEBAN EKSTERNAL

DATA YANG DIPERLUKANBEBAN INTERNAL

BEBAN UDARA VENTILASI DAN INFILTRASI a. CFM per penghuni atau CFM/sq.ft b. Pintu dan jendela, lokasi, jenis dan frekwensi

buka

o Lampu : watt lampu, jenis pijar/ fluorescent, jadwal nyala lampu, jumlah penggunaan , peletakan dan aliran udara sekitar lampu.

o Penghuni : jumlah, aktifitas, lama dan jadwal hunian

o Peralatan : data name plate, lokasi, jadwal penggunaan, penggunaan daya/ bahan bakar, kebutuhan udara dan saluran untuk exhaust

JENIS BEBAN Beban Sensibel (sensible load)

Meningkatkan temperatur ruangan

Beban Laten (latent load)Meningkatkan kelembaban ruangan

BEBAN SENSIBEL

Konduksi melalui dinding luar Konduksi melalui atap Konduksi melalui kaca Konduksi melalui partisi interior Konduksi melalui langit-langit Konduksi melalui lantai Radiasi matahari melalui kaca Penerangan/pencahayaan ruangan

BEBAN LATEN

Orang/penghuni Peralatan Infiltrasi Ventilasi

Sumber beban ini sekaligus juga memberikan beban sensibel

BEBAN EKSTERNAL

Q = U x A x CLTDc

Q = Beban pendinginan atap [BTU/H] atau [Watt]

U = Koefisien perpindahan panas atap [BTUH/ft²⁰F] atau [w/m ² ⁰C ]

CLTDc = Koreksi terhadap CLTD [⁰F] atau [⁰C]

CLTD = Cooling load temperature difference [⁰F atau [⁰C]

BEBAN KONDUKSI ATAP

Harga CLTD (tabel 3.8), berlaku untuk kondisi : - konstruksi atap datar sesuai roof no. 1 s/d 13 - warna atap gelap - temperatur udara ruangan 78 [⁰F] atau 25 [⁰C] - temperatur udara luar maksimum To,max = 95 [⁰ F] atau To,max = 35 [⁰C] dengan daily range,dr = 21 [⁰ F] dan temperatur rata- rata To = 85 [ºF] - letak geografik 40 º Lintang Utara bulan Juli tgl 21 - tahanan lapisan udara luar Ro = 0,333 [ft² ⁰ F/BTUH] - tahanan lapisan udara ruangan Ri = 0,685 [ft² ⁰

F/BTUH] Diluar kondisi tersebut diperlukan koreksi terhadap CLTD

TABEL 3.8 CLTD FOR FLAT ROOFSWITHOUT SUSPENDED CEILING

TABEL 3.8 CLTD FOR FLAT ROOFSWITH SUSPENDED CEILING

SUSPENDED CEILLING

CLTDc =[(CLTD+LM)K + (78-Tr) + (To – 85)] x fLM = Koreksi terhadap lintang dan bulan [ºF],

lihat tabel 3.12K = koreksi terhadap warna atapK = 1 untuk warna gelap atau pada daerah industriK = 0,5 untuk warna cerah atau daerah

perumahan(78 – Tr ) = koreksi terhadap temperatur ruangan [ºF](To – 85 ) = koreksi terhadap temperatur luar rata-

rata[ºF]f = faktor koreksi terhadap atticf = 1 bila tanpa attic atau ductf = 0,75 untuk kondisi possitive ventilation

Untuk konstruksi atap di luar roof no., gunakan ekivalen terhadap mass x heat capacity

TABEL 3.12 CLTDC UTK LM

DINDING & ATAPUNTUK LINTANG

UTARA

TABEL 3.13 CLTDC UTK TEMPERATUR UDARA RUANGAN DAN TEMPERATUR UDARA LUAR

Cari CLTDcor untuk dinding luar warna cerah group D, arah barat laut (NW) pada jam 14.00, bulan Juni dan 80LS, sedangkan temperatur udara luar rancangan 950F dan daily range 150F , serta rancangan udara ruangan 760F.

CONTOH CLTDC

Solusi :CLTD c = (CLTD +LM)K + (78-Tr) + (To-85)Dari tabel 3.10 baca Grup D, jam 14.00, arah barat daya (SW) bulan Desember lintang utar, diperoleh CLTD = 120FDari tabel 3.12. baca pada 80 LU , bulan Desember arah SW, diperoleh LM = 40FWarna cerah K = 0,65tr = 76 0Fto =( 95 - 15/2) = 87,5 0FCLTD c = (12+4)0,65 + (78-76) + (87,5-85)CLTD c= 17,5 0F

Q = U A CLTDc

U = konduktivitas termal kaca (BTU/hr ft2F), lihat tabel 3.14 – 3.16

A = luas permukaan kaca (ft2)CLTDc = koreksi terhadap CLTD (oF)

Adapun CLTDc = CLTD + (78 – tR) + (to – 85)

Tabel CLTD dinding dan kaca berbeda. Tabel CLTD kaca terlihat seperti tabel 3.23

BEBAN KONDUKSI KACA

TABEL 3.14 KOEFISIEN KONDUKSI (U) UTK KACA

TABEL 3.14 KOEFISIEN KONDUKSI (U) UTK KACA

TABEL 3.23 CLTD UTK KACA

Suatu bangunan terletak pada 32oLU ruang memiliki dinding yang terbuat dari seluas 150 ft2 menghadap utara. Kaca yang digunakan adalah single dengan pelindung (interior shading) dengan U = 0,50 BTU/hrft2F. Hitung laju kalor per satuan luas kalor yang merambat ke dalam ruangan pada bulan Februari pada solar time 16.00, bila indoor ruangan rancangan adalah 77oF dan daily average temperature adalah 90oF.

CONTOH KONDUKSI KACA

Solusi:Dari tabel 3.23 jam 16.00 didapat bahwa CLTD = 140FCLTDc = 14 + (78 – 77) + (90 – 85) = 20oFQ = U x A x CLTDc = 0,5 x 150 x 20 = 1500 BTU/hr.

Q = U x A x ΔTU = koefisien konduktfitas partisi (BTU /h ft2F)

Cara mencari nilai U sama seperti dindingA = luasan partisi (ft2)ΔT = perbedaan temperatur ruangan dengan ruang sebelahnya(0F)

Jika temperatur sebelah ruangan tidak diketahui maka nilai ΔT diambil paling kecil sekitar 6oF (3oC). Bila ruangan disebelahya tidak dikondisikan dan terdapat banyak peralatan yang mengeluarkan kalor, maka nilai ΔT dapat lebih besar.

BEBAN KONDUKSI PARTISI

Selain merambat secara konduksi, kalor juga merambat secara radiasi melalui kaca, dengan demikian perhitungan beban pendinginan melalui kaca terdiri dari dua komponen beban yaitu secara konduksi dan secara radiasi.

Q = SHGF x A x SC x CLF

SHGF = solar heat gain factor, Tabel 3.25A = luas permukaan kacaSC = shade coefficient, Tabel 3.18 – 3.22CLF = cooling load factor for glass, Tabel 3.27

BEBAN RADIASI KACA

TABEL 3.25 SHGF UTK

KACA TERSINARI,

LINTANG UTARA

TABEL 3.26 SHGF UTK KACA TEDUH, LINTANG UTARA

TABEL 3.18 SC UTK KACA

TABEL 3.27 CLF UTK KACA

TANPA INTERIOR SHADING

KETERANGAN

KONSTRUKSI GROUP DINDING

L GM EH C

Hitung maksimum SHGF melalui kaca jendela 3/8 single jenis heat absorbing dengan medium colored inside venetion blinds kostruksi ringan L, menghadap arah yang menghadap barat daya SW pada gedung yang terletak di 32oLU pada tanggal 21 September, jam 16.00. Hitung pula beban pendinginan radiasi per satuan luas kaca

CONTOH SHGF

SolusiDari tabel 3.25 September LU arah SW didapat SHGF = 218 BTU/hr-ft2. Dari tabel 3.18 untuk kaca jendela 3/8 single jenis heat absorbing dengan medium colored inside venetion blinds didapat SC = 0,54Dari tabel 3.27 untuk kostruksi ringan L arah SW baca LU, jam 16.00, diperoleh CLF = 0,66Beban pendinginan Q / A = SHGF x SC x CLF = 218 x0,54 x 0,66 = 77,7 (BTU/hr ft0 F)

Sebuah gedung terletak di 0oLU memiliki bagian kaca yang menghadap ke arah barat setinggi 7’’. Cari tinggi bagian kaca yang terkena radiasi langsung, dan tinggi kaca yang membentuk bayangan pada jam 3 pm pada bulan November. Hitung juga beban pendinginan radiasi melalui kaca tersebut, bila SC = 0,54

CONTOH RADIASI KACA

Lebar overhang P = 4’ ; Tinggi kaca lg = 7’Tinggi dinding dari overhang ke kaca lw = 1’Dari tabel 3.29, didapat tinggi teduh ,SH/P = 0,5Tinggi teduh SH = SH/P x P = 1 x 4’ = 4’Tinggi kaca teduH lsh = SH – lw = 4’ – 1’ = 3’Tinggi kaca teradiasi lush = lg – lsh = 7’ – 3’ = 4’

SC =0,54, single glass jenis heat absorbing dengan medium colored inside venetion blindsMencari CLF, lihat tabel 3.27 Pada jam 15.00 arah barat, CLF=0,4Mencari SHG ush. Dari tabel 3.25 untuk 80LU, Nopember, arah barat W, diperoleh SHGFush = 220 (BTU/hr ft0 F)Mencari SHGsh. Dari tabel 3.26 untuk 80LU, Nopember, arah barat W, diperoleh SHGFsh = 34 (BTU/hr ft2 F)Beban radiasi total kaca per lebar kaca :Q /m = [( lush x SHGFush) + [( lsh x SHGFuh) x]SC x CLF = [(4’ x 220 )+(3' x 34)] 0,54 x 0,72 = 381.8 BTU /hr / inch lebar kac

BEBAN INTERNAL

Lampu atau penerangan listrik menghasilkan kalor sensibel sama dengan daya listrik yang digunakan.

Q = 3,41 X qi x fs x fu x CLF

3,41 = konversi dari btu/hr ke wattqi = jumlah daya lampu (watt)fs = perbandingan jumlah fixturefu = faktor ballast (tabel 4.1)CLF = Faktor beban pendinginan untuk lampu

BEBAN PENERANGAN

Angka 3,41 adalah konversi dari watt ke BTU/hr.

Khusus untuk lampu neon, konsumsi daya listrik adalah 25% di atas daya yang tertulis pada lampu (Tabel 4.1)

CLF = 1 untuk sistem tata udara bekerja kurang dari 24jam/hari atau apabila nyala lampu lebih dari 16 jam/ hariNilai CLF memperhitungkan faktor storage pada ruangan, heat gain tergantung pada lamanya lampu menyala, cooling system, building construction, ventilation rate, dll.

BEBAN PENERANGAN

QS, QL = kalor sensibel, laten yang dihasilkan orang (Tabel 4.5)N = Jumlah penghuniCLF = cooling load factor untuk orang.

Untuk tujuan kenyamanan dalam beraktifitas maupun bekerja, umumnya terdapat aturan yang mengatur jumlah orang yang diijinkan tiap luas bangunan. Tentu saja nilainya akan bervariasi sesuai fungsi ruangan tersebut. Perkiraan jumlah penghuni untuk berbagai fungsi gedung terlihat seperti pada Tabel 5.3

BEBAN PENGHUNI

TABEL 4.5 KALOR PENGHUNI

TABEL 5.3 JUMLAH

PENGHUNI

TABEL 4.6 CLF UNTUK PENGHUNI

Cari beban pendinginan untuk 6 penghuni ruangan perkantoran pada jam 14.00, dan masuk ruangan dari jam 8.00 hngga jam 16.00

Solusi :Dari tabel 4.5 untuk perkantoran kegiatan ringan, kalor sensibel dan kalor laten per penghuni :qs = 230 BTU/hrqL = 190 BTU/hrCLF = 1 untuk sistem tata udara bekerja ˂ 24 jamJumlah penghuni n = 6Beban pendinginan penghuniQ = QS + QL

= (qs X n x CLF) + (qL x n)=( 230 x 6 x 1 ) + ( 190 x 6 )

= 2520 BTU/ hr

CONTOH BEBAN PENGHUNI

Besarnya beban pendinginan peralatan :Beban sensibel : QS = Cs x qS x CLFBeban laten : QL = CL x qL

CS = koefisien sensibel untuk peralatanCL = koefisien laten untuk peralatanCs dan CL lihat tabel 4.7qS = beban pendinginan sensibel peralatan (BTU/hr)qL = beban pendinginan laten peralatan (BTU/hr) qS & qL dapat dilihat pada tabel 4.8 dan 4.9CLF = faktor beban pendinginanCLF = 1 untuk mesin tata udara tidak bekerja 24 jam/ hariHarga CLF yang lain lihat tabel 4.10 dan 4.11

BEBAN PERALATAN

Qs = (A/B/C) x FL x CLF

Qs = beban mesin dan motor [BTUH/H]A/B/C = Daya dan lokasi motor/mesin, Tabel 4.12FL = faktor overload limit, Tabel 4.13CLF = faktor beban , Tabel 4.11CLF = 1, bila sistem pendingin bekerja ≤ 24 jam/hari

BEBAN MESIN & MOTOR

Beban Pendinginan Udara Ventilasi

Beban pendinginan sensibel OASH = 1,01 x Qcfm x ∆T [BTU/H] →∆T [ F]⁰ = 1,23 x L/s x ∆T [Watt] →∆T [ C]⁰ Beban pendinginan laten OALH = 4840 x Qcfm x ∆ω →∆ω [lbv/lba] = 3010 x L/s x ∆ω →∆ω [kgv/kga]

Debit yang diperlukanQcfm = cfm/org x ncfm & n lihat pada Tabel 5.3

BEBAN VENTILASI

INFILTRASI ATAU EKFILTRASI

Kebutuhan penggantian udara akibat infiltrasi ataupun ekfiltrasi dapat menggunakan 2 metoda :1. Metoda pergantian udara ruangan (ACH,

Air Change per Hour)2. Metoda bukaan/ celah pada selubung

ruangan akibat perbedaan tekanan antara ruangan dengan tekanan udara ambien

ACH, AIR CHANGE PER HOUR

 

ACH, AIR CHANGE PER HOUR

 

INFILTRASI MELALUI CELAH  

INFILTRASI MELALUI CELAH

INFILTRASI MELALUI CELAH

Gunakan cara perhitungan dan grafik

Cari debit infiltrasi melalui pintu 2m x 1m (keliling pintu = 2 x (2m + 1m) dengan celah 1 mm (0,001m) dengan perbedaan tekanan 20 Pa