BEBAN PENDINGINAN
MODUL 4
COOLING
LOAD (BEBAN PENDINGINAN)
Langkah awal dalam perancangan sistem pendingin central
ini adalah melakukan perhitungan beban pendinginan ruangan yang dikondisikan.
Langkah-langkah perhitungan dapat dijelaskan dengan gambar sebagai berikut :
(Arismunandar, Wiranto dan H Saito . 1995 . Penyegaran Udara . Jakarta : PT Pradnya
Paramita)
Gambar 1. Perhitungan Beban Pendinginan
1. Kondisi Dasar
1.1
Luas Lantai
Luas lantai adalah jarak panjang dikalikan lebar ruangan
seperti pada gambar dimana jarak antara
garis- garis teras tembok digunakan dalam perhitungan ini.
Gambar 2 Ukuran Lantai
1.2
Volume ruangan
Volume ruangan adalah luas lantai dikali jarak antara
titik tengah lantai dan titik tengah langit-langit.
Gambar 3 Tinggi Bangunan
1.3. Nama bulan perancangan.
Dalam hal ini harus diberikan bulan terpanas seperti yang
terlihat pada lampiran tabel 2 tentang
data cuaca dibeberapa negara asia.
2.
Kondisi udara dalam ruang
Temperatur
|
Perubahan
|
Temperatur
|
Kelembaban
|
Perbandingan kelembaban
|
|
bola kering
|
temperatur
|
bola basah
|
relatif
|
rata-rata sepanjang hari
|
|
harian
|
|||||
( o C )
|
( o C )
|
( o C )
|
( % )
|
( kg/ kg' )
|
|
Di dalam
|
|||||
Ruangan
|
Data Tdb, kelembaban rata-rata sepanjang hari, dan
perbandingan kelembaban rata-rata sepanjang hari di dalam ruangan untuk
rancangan (tabel 2. temperatur ruang,
kelembaban, dan perbandingan pada lampiran).
2.1. Kondisi udara diluar
ruang
Temperatur
|
Perubahan
|
Temperatur
|
Kelembaban
|
Perbandingan kelembaban
|
|
bola kering
|
temperatur
|
bola basah
|
relatif
|
rata-rata sepanjang hari
|
|
harian
|
|||||
( o C )
|
( o C )
|
( o C )
|
( % )
|
( kg/ kg' )
|
|
Di luar
|
|||||
Ruangan
|
Data Tdb, perubahan temperatur harian dan perbandingan
kelembaban rata-rata sepanjang hari di luar ruangan untuk rancangan ( tabel 2. tentang data cuaca dibeberapa negara asia
).
2.2. Temperatur udara luar sesaat .
Waktu
|
||||||||||
9
|
10
|
11
|
12
|
13
|
14
|
15
|
16
|
17
|
18
|
|
Temperatur
|
||||||||||
luar
( 0C)
|
||||||||||
Temperatur udara pada suatu saat tertentu dapat
diperkirakan dengan formula :
………………( 1 )
dimana
:
to = temperatur udara luar sesaat, (oC)
to rancangan = temperatur udara luar untuk perancangan, (oC)
Δt = perubahan temperatur harian, (oC)
15 = perubahan waktu sudut ( 
)
)
τ = waktu penyinaran matahari
γ = saat terjadinya temperatur maksimum ( + 2 )
Untuk τ (waktu penyinaran matahari ), pukul 12.00 siang
adalah 0, pagi hari (A.M) adalah negatif (-)
dan siang hari (P.M) adalah positif, dengan besarnya dinyatakan sampai
satu angka desimal, misalnya pukul setengah sepuluh pagi dinyatakan dengan
-2.5.
2.3. Radiasi panas matahari sesaat untuk
perancangan.
Waktu
|
||||||||||
9
|
10
|
11
|
12
|
13
|
14
|
15
|
16
|
17
|
18
|
|
Radiasi
|
||||||||||
matahari
|
||||||||||
( Kcal/ m2h )
|
||||||||||
Radiasi matahari dapat dibagi dalam golongan radiasi
langsung dan radiasi tidak langsung. Permeabilitas atmosferik adalah komplimen
dari faktor reduksi yang memperhitungkan
adanya panas radiasi matahari yang diserap oleh lapisan udara atmosfir diatas
permukaan bumi, hal ini dapat digambarkan seperti dibawah ini.
Gambar 4 Radiasi matahari
Jumlah kedua jenis radiasi tersebut dinamakan “radiasi
matahari total”. Sesuai dengan kedudukan permukaan bidang terhadap arah
datangnya radiasi, maka radiasi matahari langsung adalah :
Jn =
1164 P cosec h (kcal/ m2jam) ……………….………( 3 )
Jh = 1164 P cosec
h sin h (kcal/ m2jam)
…………………( 4 )
Jv = 1164 P cosec h cos h (kcal/
m2jam) ………..………( 5 )
Jβ = 1164 P cosec h cos h cos β (kcal/ m2jam) …….………..( 6 )
Dimana :
Jn
=
radiasi matahari langsung pada
bidang tegak lurus arah datangnya
radiasi
Jh = radiasi matahari langsung pada bidang
horizontal
Jv = radiasi matahari langsung pada bidang
vertikal
Jβ = radiasi matahari langsung pada bidang
vertikal, tetapi pada posisi
membuat sudut samping β dari arah datangnya radiasi
1164 = konstata
panas matahari (kcal/ m2jam)
P = permeabilitas atmosfirik ( 0,6 - 0,75 pada
hari yang cerah )
h = ketinggian matahari (dinyatakan dalam derajat
dengan sistem desimal)
Rumus Jn, Jh, dan Jv dapat dihitung dengan menggunakan gambar 1.1 pada lampiran.
Sebagai contoh besar radiasi matahari rancangan dapat dilihat pada tabel 2.3
yang diperoleh dari rumus yang telah dijelaskan diatas. Apabila lingkungan
gedung banyak memberikan refleksi atau tertutup oleh sesuatu maka besarnya
radiasi tak langsung pada bidang vertikal dapat dianggap ½ dari radiasi
matahari tak langsung pada bidang horizontal.
Sedangkan untuk ketinggian matahari (h) dan azimuth (A)
dapat digambarkan sebagai berikut.
Gambar 5 Ketinggian Matahari dan Azimuth
dan dapat diperoleh dari gambar diagram 1.3 tentang sudut
matahari atau dapat dicari dengan menggunakan rumus :
Sin h = sin ψ sin δ + cos ψ cos δ cos 15 τ………………………( 7 )
………………………( 8 )
dimana :
A = azimut matahari ( tepat sebelah
selatan adalah 0, kearah barat positif dan
kearah timur adalah negatif )
h =
ketinggian matahari
ψ = kedudukan garis lintang ( Lintang utara adalah positif
dan lintang selatan adalah negatif )
δ = deklinasi matahari ( lihat diagram 1.4 )
τ = saat penyinaran matahari ( pukul 12
siang adalah 0, siang hari adalah positif dan pagi hari adalah negatif )
nilai τ dapat di tulis sbb.
Pukul
|
9
|
10
|
11
|
12
|
13
|
14
|
15
|
16
|
17
|
18
|
τ
|
-3
|
-2
|
-1
|
0
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
2.4. Beban Kalor Sensibel Daerah Parimeter (tepi)
2.5.Tambahan kalor oleh
transmisi radiasi matahari melalui jendela
Dapat dirumuskan :
Luas jendela (m2)
x jml radiasi matahari (kcal/ m2jam) x faktor transmisi jendela x faktor bayangan…………………………………………..……(9)
Jumlah radiasi matahari melalui jendela adalah adalah
sama dengan jumlah radiasi matahari total yang diperoleh dalam perhitungan 7
Faktor transmisi radiasi matahari melalui “window pane”
dapat dicari dengan mempergunakan tabel faktor
transmisi jendela pada lampiran.
Faktor bayangan (shading faktor ) dari jendela,
apabila sebuah jendela dibayangi oleh suatu gedung sebelah atau tepi atapnya
sendiri, maka tidak semua panas matahari masuk ke dalam ruangan, jadi jumlah
radiasi matahari yang masuk ke dalam menjadi lebih kecil. Sebaliknya apabila
jendela ruangan berhadapan dengan benda lain yang memantulkan cahaya (misalnya
kaca jendela dari gedung sebelah atau lantai serambi rumah ), maka dipandang
perlu menambahkan sebanyak 10% sampai 30% dari radiasi matahari langsung dalam
perhitungan beban kalor pada siang hari yang panas.
2.6. Beban transmisi kalor melalui jendela
Dapat dirumuskan :
Luas jendela (m2) x koefisien transmisi kalor
melalui jendela, K (kcal/ m2jam oC) x Δt ruangan (oC) …………………………………………..…………(10)
Untuk nilai K dapat dilihat pada tabel 2.5 tentang koefisien transmisi dari jendela.
2.7. Infiltrasi beban kalor sensibel
Dapat dirumuskan :
{(Volume ruangan (m3) x jumlah penggantian
ventilasi alamiah, Nn) + jml udara luar} x 
x Δt ruangan(oC) …………..………..……( 11 )
x Δt ruangan(oC) …………..………..……( 11 )
Jumlah penggantian udara dalam ventilasi alamiah dapat
ditentukan dengan tabel jumlah penggantian (pada lampiran).
0,24 (kcal/kg oC) adalah kalor spesifik dari 1
kg udara, maka jumlah kalor yang diperlukan untuk menaikkan temperatur 1 m3 udara ruangan sebesar 1 oC
dapat diperoleh dengan membagi 0,24 dengan volume spesifik (m3/kg’)udara
luar tersebut.
2.8. Beban transmisi
kalor melalui dinding dan atap
Dapat dirumuskan :
Q = A x K x ETD………………………(12
)
Dimana :
A = Luas dinding / atap (m2 )
K = Koefisien transmisi kalor dari dinding/ atap
(kcal/ m2 jamoC)
ETD = Equivalent Temperature Difference (oC)
Koefisien perpindahan kalor dari dinding dan atap (K),
dapat ditunjukkan dengan tabel 2.7 pada lampiran tentang koefisien transmisi kalor dan kapasitas kalor dari dinding,
sedangkan koefisien perpindahan kalor dari atap dapat dilihat pada tabel
2.8 tentang koefisien transmisi kalor dan kapasitas kalor atap, sedangkan harga
ETD dapt dilihat pada tabel 2.11.
Apabila apabila tahanan perpindahan kalor R dari lapisan
tidak diperoleh pada tabel, maka R dapat diperoleh dengan :
(kcal/
m2jam. oC) ………………………(13 )
Rτ = Rsi
+ R1. tebalr1 + … +
Rn.tebaln + Rso……………( 14 )
Dimana :
Rτ = tahanan total, m2 jam oC
/kcal
Rsi = tahanan
perpindahan kalor dari lapisan permukaan dalam
dinding ( tabel 2.9 hambatan kalor
permukaan Rs )
Rso = tahanan
perpindahan kalor dari lapisan permukaan luar dinding ( tabel 2.9 hambatan kalor permukaan Rs)
R1..Rn =
tahanan perpindahan kalor dari setiap lapisan dinding (tabel 2.10 tahanan kalor dan kapasitas kalor dari bahan bangunan )
2.9. Beban kalor tersimpan dari ruangan
Perhitungan beban ini untuk keadaan dimana penyegar udara
dimulai 2 atau 3 jam sebelum waktu beban kalor maksimum.
Dapat dirumuskan :
Perhitungan ( 2.6.2.1 + 2.6.2.2 + 2.6.2.3 + 2.6.2.4 ) x
faktor beban kalor tersimpan……………………………………………………………………(15
)
Faktor beban kalor tersimpan. Dalam perhitungan beban
kalor dari suatu ruangan yang didinginkan, tetapi sebelumnya mengalami
pemanasan oleh matahari, beban kalor sensibel dari ruangan bagian tepi gedung
haruslah ditambah dengan 10% - 20%.
2.10.
Beban Kalor Laten Daerah Parimeter (tepi)
Beban kalor laten oleh infiltrasi dapat dirumuskan :
Vol ruang (m3) x jml ventilasi alamiah,Nn x 
x Δw (kg/kg’) …………………………..…………………………………………(16 )
x Δw (kg/kg’) …………………………..…………………………………………(16 )
Jumlah ventilasi alamiah dapat dilihat pada tabel 2.17
597,3 kcal/kg merupakan
kalor laten penguapan
Selisih kelembaban di
dalam dan di luar ruangan dapat dilihat pada
perhitungan 2.6.1.4 dan 2.6.1.5
2.11. Beban Kalor Sensibel
Daerah Interior
2.11.1.
Beban kalor dari partisi, langit-langit dan lantai
2.11.2.
Beban kalor kalor dari partisi
Dapat dirumuskan :
Luas kompartemen (m2) x koefisien transmisi
kalor dari kompartemen, K (kcal/ m2jam. oC) x selisih
temperatur dalam dan luar ruangan,( oC) …….……(17)
2.11.3.
Beban kalor dari Langit-langit
Dapat dirumuskan :
Luas langit-langit (m2) x koefisien transmisi
kalor dari langit-langit, K (kcal/ m2jam. oC) x selisih
temperatur dalam dan luar ruangan,( oC) …….……(18 )
2.11.4.
Beban kalor dari lantai
Dapat dirumuskan :
Luas lantai (m2) x koefisien transmisi kalor
dari lantai, K (kcal/ m2jam. oC) x selisih temperatur
dalam dan luar ruangan,( oC) …………………………(19
)
Koefisien perpindahan kalor ( K ) dari partisi,
langit-langit dan lantai dapat dihitung dengan persamaan seperti pada
perhitungan R dinding dan atap.
Untuk perhitungan ini hendaknya Rso tidak digunakan 0,05
seperti pada tabel 2.9, melainkan 0,125 , yaitu tahanan permukaan dalam
ruangan. Pada umumnya beban kalor dari lantai tanah diabaikan dalam perhitungan
beban kalor. Apabila dua ruangan berdampingan memperoleh penyegaran udara, beda
temperatur antara ruang tsb dapat dianggap 0.
2.11.5.
Beban kalor sensibel karena adanya sumber kalor interior
2.11.5.1.
Beban orang
Dapat dirumuskan :
Jml orang x kalor sensibel manusia (kcal/ jam.orang ) x
faktor kelompok……………………………………………………………………(
2.24 )
Jika tidak diketahui jumlah orang dalam ruangan gunakan
tabel 2.12. sedangkan kalor sensibel dari orang dapat dilihat pada tabel 2.13
pada lampiran mengenai jumlah kalor
sensibel, kalor laten dari orang dan
faktor kelompok untuk laki-laki dewasa. Untuk faktor kelompok wanita
haruslah dipakai faktor kelompok laki-laki dewasa dikali 0,82, sedang untuk
anak - anak dikali 0,75
2.12.Beban peralatan
Dapat dirumuskan :
Peralatan,Kw x kalor sensibel peralatan, kcal / Kw x
faktor penggunaan peralatan……………………………………………………………………(
20 )
Besarnya kalor kalor sensibel dari peralatan listrik
dapat dilihat pada lampiran tabel 2.14.
2.13. Beban Kalor Laten
Daerah Interior
2.13.1.
Beban kalor laten orang
Dapat dirumuskan :
Jml orang x kalor laten manusia (kcal/ jam.orang ) x
faktor kelompok…( 21 )
Kalor laten dari orang dapat dilihat pada tabel 2.13
untuk laki-laki dewasa. Untuk faktor kelompok wanita haruslah dipakai faktor
kelompok laki-laki dewasa dikali 0,82, sedang untuk anak-anak dikali 0,75
2.13.2.
Beban kalor laten lain
Beban kalor lain dapat dilihat pada tabel 2.16 yang
menunjukkan sumber kalor lain yang
terjadi pada saat memasak, membuat kopi, dan sebagainya dan tabel 2.15
menunjukkan banyaknya uap air yang
terjadi pada saat pembakaran gas.
2.14. Beban Kalor Sensibel Mesin
2.14.1.
Beban kalor sensibel udara oleh udara luar masuk
Dapat dirumuskan :
Jml udara (m2/jam) : volume spesifik udara
luar (m3/kg’) x 0,24 kcal/kg’ oC x selisih temperatur dalam dan luar ( oC) …………………………………..( 22 )
Jumlah pemasukan udara luar yang diperlukan tergantung
pada jenis kegiatan yang ada, dan ini ditunjukkan oleh tabel 2.17 mengenai udara luar masuk ruangan penyegaran.
Volume spesifik udara luar adalah 0,24 yang merupakan kalor spesifik dari 1 kg
udara kering
2.14.2.
Tambahan kalor sensibel udara oleh motor kipas udara
Dapat dirumuskan :
Daya kipas (Kw) x 0,860 kcal/Kw x efisiensi kipas………………………( 23 )
Efisiensi kipas dari penyegar udara biasanya adalah 0,8
2.15.
Beban kalor
sensibel ruangan total
Dapat dirumuskan :
Total Perhitungan 2.6.2
+ total perhitungan 2.6.4………………………( 24 )
Merupakan jumlah dari total kalor sensible daerah
parimeter dan total kalor sensibel daerah interior
Perhitungan beban ini digunakan untuk mencari beban kalor
mesin penyegar
2.16.
Kenaikan beban
oleh kebocoran saluran udara
Dapat dirumuskan :
Perhitungan ( 2.6.6.1 + 2.6.6.2 + 2.6.6.3 ) x
faktor kebocoran saluran udara…………………………………………………………………..……(
25 )
Faktor kebocoran saluran udara pada saluran lingkaran
dapat dianggap 0, sedangkan faktor kebocoran
saluran udara untuk saluran segi empat kira-kira 0,1 dan 0,2
2.17.
Beban Kalor Laten
Mesin
2.17.1.
Beban kalor laten
oleh udara luar masuk
Dapat dirumuskan :
Jml udara luar masuk (m3/jam) x 
x Δw (kg/kg’) ……….(26 )
x Δw (kg/kg’) ……….(26 )
Jumlah pemasukan udara luar dapat dilihat pada tabel 2.17
Selisih faktor pencampuran uap (∆w) dapat dilihat pada perhitungan 2.6.1.4 dan 2.6.1.5
2.18.
Beban kalor
laten ruangan total
Dapat dirumuskan :
Total perhitungan 2.6.3 + perhitungan 2.6.5……….……………………(
27 )
Merupakan jumlah dari total kalor laten daerah parimeter
dan total kalor laten daerah interior
2.19.
Kenaikan beban oleh kebocoran saluran udara
Dapat dirumuskan :
Total perhitungan ( 2.6.7.1 + 2.6.7.2 ) x faktor
kebocoran saluran udara……………………………………………………………………..( 28 )
Faktor kebocoran
saluran udara untuk saluran segi empat kira-kira 0,1 dan 0,2
Comments
Post a Comment