Oleh :Dedi KurniawanDeny Prabowo

Dinadha Aries w

PERHITUNGAN BEBAN PEMANASAN DAN PENDINGINAN

PENDIDIKAN TEKNIK MESINUNIVERSITAS SEBELAS MARET

Dalam perancangan pendirian bangunan harus mengetahui sifat-sifat termal dinding dan atap untuk menentukan kapasitas dan energy kerja yang dibutuhkan dengan system HVAC untuk kenyamanan bangunan.

4.1 Pendahuluan

4.2 Kriteria Sehat dan Nyaman Tubuh Manusia.

Kriteria tubuh sehat adalah suatu organisme yang mampu menyesuaikan secara cepat dengan lingkungan sekitar, bahkan dalam kondisi cuaca ekstrim sekalipun, maka diperlukan kondisi yang baik dalam rumah agar dapat dipertahankan lingkunganyang sehat dan nyaman, sehingga tubuh tidak bekerja terlalu keras dalam penyesuaian kondisi lingkungan.

4.3 Kenyamanan Thermal

Tubuh manusia senantiasa memproduksi kalor terus menerus melalui proses metabolisme, untuk kalor harus disalurkan atau dikeluarkan agar suhu tubuh tetap. Faktor yang mempengaruhi kenyamanan Thermal tubuh yang mengeluarkan kalor yaitu :1.Suhu Udara2.Suhu Permukaan3.Gerakan Udara4.Kelembaban Relatif

4.4 Kualitas Udara

• Kualitas udara harus selalu dijaga untuk kepentingan kesehatan dan kenyamanan.

• Ventilasi merupakan kegiatan pemasukan udara segar secara alamiah atau mekanis ke dalam ruangan untuk menjaga kualitas udara dan membuang sumber-sumber pengotor udara.

• Ventilasi membebani peralatan penghangat dan pendingin, karena itu ventilasi merupakan factor utama dalam penggunaan energy.

• pemilihan ventilasi harus disesuaikan dengan kondisi dan fungsi ruangan, contohnya diijinkan merokok pada sebagian atau suatu ruangan.

Standar ASHRAE untuk menentukanl aju pendauran yang diizinkan pada ventilasi adalah:Penyerap debu dan bulu kain :

TABEL PEROLEHAN PANAS UNTUK VENTILASI

Contoh soal:Tentukan laju ventilasi, laju udara luar dan laju daur ulang untuk

suatu ruang pertemuan dari suatu bangunan kantor jika merokok diizinkan. Suatu alat pembersih udara dengan E: 60 persen untuk menyingkirkan asap rokok yang tersedia.

Penyelesaian: Tabel 4.1 menunjukkan bahwa untuk ventilasi ruang per-orang tanpa

pendauran ulang dan pembersihan udara , diperlukan 17,5 L/det. Tabel tersebut juga memuat bahwa 3,5 L/det laju udara diperlukan per-orang untuk ruang dilarang merokok, dan keperluan contoh. Ini dapat dianggap sebagai laju minimum. Ada dua cara penyelesaian masalah perancangan ini (a) memasukkan udara 17,5 L/det udara luar per-orang atau (b) menghitung laju daur ulang yang diperbolehkan dan laju ventilasi yang dibutuhkan yang berkenaan dengan hal diatas sebagai berikut:

Dari penyelesaian di atas, cara (b) lebih besar penentuan laju ventilasi total, tetapi kebutuhan energinya mungkin lebih sedikit disebabkan oleh penurunan laju aliran udara.

4.5 Perkiraan besar kalor yang hilang dan yang diperoleh.

Perhitungan kehilangan dan perolehan kalor berguna untuk mengira kapasitas yang diperlukan dalam berbagai macamperalatan pemanasan dan pengkondisian udara untuk mempertahankan kondisi nyaman didalam suatu ruangan.

Kelompok beban penghangatan dan pendinginan :1.Transmisi yaitu kehilangan kalor atau perolehan kalor yang disebabkan oleh beda suhu antara kedua sisi elemen bangunan.2.Solar (panas matahari) yaitu perolehan kalor yang disebabkan oleh penjalaran energy matahari melalui komponen bangunan yang tembus pandang atau penyerapanoleh komponen bangunan yang tidak tembus cahaya 3.Perembesan udara yaitu kehilangan atau perolehan kalor yang disebabkan oleh udara luar ke dalamruangan yang dikondisikan4.Sumber dalam yaitu perolehan kalor yang disebabkan oleh pelepasan energy di dalam ruang (lampu, orang, peralatan)

Gambar Kelompok beban penghangatan dan pendinginan :

4.6 Kondisi-kondisi Rancangan

• Biasanya dikhususkan untuk menghitung beban-beban penghangatan adalah suhu-suhu bola kering di dalam dan di luar ruangan.

• Rancang penghangatan di dalam ruangan umumnya dianggap 20◦ – 22◦ C.

• Rancang pendinginnya 24◦ – 26◦ C.• Kondisi rancang bangunan disesuaikan dengan

table data untuk perancangan dibeberapa negara.

4.7 Transmisi Thermal

Perhitungan kalor yang hilang atau kalor yang diperoleh dari transmisi thermal yaitu :

BEBAN PENDINGINAN DARI DALAM

Beban Pendinginan Dari Manusia

Beban Pendinginan Dari Lampu:

Panas Dari Peralatan

Ventilasi Dan Infiltrasi

Beban sensibel : beban yang berpengaruh pada suhu udaraBeban laten : beban yang berpengaruh pada kelembaban

Panas dari penghuni ruang terdiri dari panas sensibel dan panas laten. Jumlah panas yang dihasilkan tergantung dari jenis kelamin, usia, dan tingkat kegiatan yang dilakukan. Panas dari tubuh manusia dipancarkan dengan cara :

1. Radiasi dari permukaan tubuh ke permukaan sekitarnya2. Konveksi dari permukaan tubuh dan dari pernafasan uara

sekitarnya 3. Penguapan keringat dari permukaan tubuh

Jumlah panas yang dikeluarkan dengan cara radiasi dan konveksi besarnya tergantung pada perbedaan temperatur antara tubuh mausia dengan udara ruang. Sedangkan laju penguapan besarnya tergantung pada tekanan uap udara sekitarnya.

Beban Pendinginan Dari Manusia:

BEBAN SENSIBELQs = N0 . SHG . CLF ( W ) (STOCKER 69)

Dimana ,N0 = jumlah penghuni ruangan

SHG = sensibel head gain of occupantsCLF = Cooling load factor

BEBAN LATENQL = N0 . LHG ( W ) (STOCKER 69)

Dimana

N0 = jumlah penghuni ruangan

LHG = Laten head gain of occupants

Beban Pendinginan Dari Lampu:

Beban pendinginan ini di asumsikan bahwa semua lampu yang berada diruangan menyala selama unit mesin pendingin beroperasi.Untuk mencari beban panas dari lampu kita dapat mengggunakan persamaan :

Dalam watt

Flourescent (neon), q = Total watt x 1,25 x 3,4 Btu/hr x CLF

Dimana

1,25 = faktor balast untuk lampu – lampu neon

CLF = faktor beban pendingin

Panas Dari Peralatan

Qalat = SHG . CLF (W)

Dimana

CLF = Cooling Load Factor ( faktor beban pendinginan)

SHG = Sensibel Head Gain of Occupants

Beban pendinginan yang diakibatkan oleh sumber lain disebabkan oleh peralatan yang dapat menimbulkan panas. Beban pendinginan ini dapat juga disebabkan adanya kebocoran pada saluran udara,

Ventilasi Dan Infiltrasi

Ventilasi sangat dibutuhkan untuk menggantikan udara ruangan yang telah digunakan dengan udara segar. Udara segar tersebut berasal dari luar yang masuk ke dalam ruangan melewati filter sehingga kebersihan terjaga.Infiltrasi adalah udara luar yang masuk ke dalam ruangan terkondisi secara tidak sengajayang disebabkan gaya – gaya alamiah misalnya angin dan daya apung akibat perbedaan suhu antara dalam ruanga dan luar ruangan.. Infiltrasi dapat masuk melalui celah – celah pintu dan jendela yang tertutup maupun pintu dan jendela yang dering dibuka. Hal ini di sebabkan adanya perbedaan temperatur dan tekanan udara luar dengan udara ruangan.

Beban pendnginan ventilasi dan infiltrasi merupakan beban sensibel dan laten.Beban sensibel

qis = 1,23 Q ( t0 – ti )

dimanaQis = menyatakan sensibel-dalamQ = laju aliran volumetrik udara luar, L/detkT = perbandingan temperature dalam dan luar ruangan

beban laten qil = 3000 Q ( W0 – Wi )

Dimana  qil = menyatakan laten-dalam

Q = laju aliran volumetrik udara luar, L/detkW = perbandingan kelembaban air terhadap udara Kg/Kg

Total Penambahan Panas

Total penambahan panas dari udara ventilasi dan infiltrasi dapat dihitung dengan menggunakan rumus :

Q = 4,334 . l/s . Δh

Dimana

l/s = jumlah udara ventilasi dan infitrasi

Δh = perbandingan entalphi udara dalam ruangan da luar ruangan

Entalpi adalah energi kalor yang dimiliki oleh suatu zat pada suatu temperatur tertentu

Jumlah Udara Ventilasi Dan Infiltrasi

ventilasijumlah udara dibutuhkan ditentukan dengan rumusUv = V . N0

DimanaV = udara ventilasi yang dibutuhkan per orangN0 = jumlah penghuni ruanganInfiltrasiJumah udara infiltrasi yang masuk melalui celah – celah ditentukan dengan rumus :Ui = I . CLDimanaI = udara infiltrasi yang masuk , per meter celahCL = panjang celah dari pintu atau jendela

r + ρ + α = 1

Beban Panas Matahari melalui Permukaan Tembus Cahaya

Perolehan kalor yang disebabkan oleh panas matahari yang jatuh pada suatu permukaan yang ditentukan oleh sifat-sifat fisikanya.Sifat-sifat optika permukaan dinyatakan dalam :

r = Faktor transmisiρ = Faktor pemantulanα = Faktor penyerapan

untuk permukaan tembus cahaya semisal jendela, Energi matahari yang menembus permukaan tersebut qsg dengan satuan Watt.

It = Intesitas radiasi permukaan luar ( W/m2 )N = Fraksi radiasi yang diserap dan diteruskan ke dalam ruangan dengan cara konveksi dan konduksiHo = koefisien perpindahan kalor luar ( W/m2. K )

Pada saat keadaan steady N dapat berharga sama dengan U/ho maka pembentukan persamaannya menjadi :

Bentuk It ( r + U/ho ) untuk kaca jendela bening satu lembar sering disebut factor perolehan kalor matahari ( solar heat gain factor ) SHGF.

Tabel SHGF

Koefisien Peneduhan ( Shading Coefficient )

Koefisien peneduhan digunakan untuk menghitung harga SHGF dari jendela-jendela kaca jenis lain atau untuk menghitung factor peneduh alat-alat peneduh bagian dalam.

Tabel SC

Energi matahari yang menembus suatu jendela dapat dirumuskan :

• Energi matahari yang diserap ditahan sebelum dilepaskan lagi ke udara di ruangan secara konveksi.

• Proses penahanan tersebut dapat menimbulkan perbedaan waktu, maka hal ini dimasukkan ke dalam suatu factor beban pendinginan ( CLF )

Tabel CLF

Beban Panas Matahari pada Permukaan Tak Tembus Cahaya ( Opaque Surfaces )

Skema perolehan kalor pada dinding opaque diilustrasikan pada gambar.Sebagian energy matahari dipantulkan dan sisanya diserap.Energi yang diterima sebagian dikonveksikan dan sebagian diradiasikan kembali ke luar.Sisanya diteruskan ke dalam dengan cara konduksi atau sementara disimpan dalam dinding.

Prosedur Perkiraan Beban Pendinginan

Proses perkiraan beban pendinginan sama dengan yang digunakan dalam perkiraan beban penghangatan.1.Menentukan harga rancang suhu.2.Menentukan suhu rancang di dalam yang cocok dengan aktivitas yang akan dilakukan diruangan tersebut.3.Menentukan apakah ada kondisi khusus.4.Mempertimbangkan koefisien perpindahan kalor komponen bangunan.5.Menentukan skedul kerja system.

6. Menentukan karakteristik tambahan pada bangunan.

7. Menentukan beda suhu beban pendinginan.8. Menghitung laju perolehan kalor ruangan.9. Mempertimbangkan factor beban pendinginan

( lampu, peralatan lainnya, orang )10.Mengkalkulasi seluruh komponen beban

tersebut untuk menentukan kapasitas maksimum yang dibutuhkan untuk pendinginan atau penghangatan.

Lanjutan .......

TERIMA KASIH ATAS PERHATIANNYA .......

SEKIAN

TERIMA KASIH

DAN

DISKUSI

NO QUESTIONS