Kinerja sistem tata udara (AC)

Sistem tata udara atau yang sering disebut dengan air conditioner (AC) adalah salah satu peralatan dalam bangunan yang mengkonsumsi energi terbesar. Oleh karena itu kinerja sistem tata udara perlu diperhatikan agar bangunan menjadi lebih efisien. Salah satu parameter yang menunjukkan seberapa baik sebuah AC adalah COP (coefficient of performance). 

COP didefinisikan sebagai perbandingan antara sesuatu yang dimanfaatkan dengan sesuatu yang diberikan. atau dapat dituliskan:

AC sendiri dapat dimanfaatkan sebagai pendingin atau pemanas. Namun, di Indonesia yang beriklim tropis, AC lebih banyak digunakan sebagai pendingin. Oleh karena itu COPnya adalah perbandingan antara kalor yang diserap oleh AC dengan listrik yang diberikan ke AC. Perlu dicatat, bahwa perhitungan COP seperti ini adalah sesuai dengan SNI untuk sistem tata udara. Dalam konteks termodinamika (buku teks), khususnya siklus refrigerasi kompresi uap, COPnya dihitung dari perbandingan antara kalor yang diserap di evaporator dengan kerja pada kompresor.

COP sebuah AC dapat dihitung dengan cara melihat nameplate atau pengukuran secara langsung. Cara yang pertama (melihat nameplate) merupakan cara paling mudah, tapi yang dihitung adalah COP desain pabrik, bukan COP sebenarnya. Oleh karena itu, bisa saja COP yang dihitung disini berbeda dengan COP sebenarnya karena banyak hal, misal AC sudah berumur sehingga kompresornya tidak berjalan dengan baik atau perawatan yang kurang maksimal. Sedangkan dengan cara kedua, pengukuran, lebih sulit diterapkan karena perlu alat ukur perhitungan.

Secara matematis, COP dapat dihitung dengan cara berikut:

Dibawah ini adalah contoh mengestimasikan COP pada sebuah AC menggunakan data-data yang ada di name plate

Berapakah nilai COP dari AC di atas?

Dari name plate tersebut diketahui bahwa:

Kapasitas pendinginan atau laju penyerapan kalor adalah 5000 btu/h. Dengan menghkonversikan ini ke satuan international, maka didapat kapasitas pendinginannya adalah 1.46 kW. Oleh karena itu, maka COPnya adalah:

(Tri Ayodha Ajiwiguna)

Cara menentukan kebutuhan lampu untuk pencahayaan ruangan

Salah satu langkah dalam mendesain sistem tata cahaya adalah menentukan jumlah total lumen yang harus tersedia di sebuah bangunan atau ruangan. Untuk menghitungnya dapat menggunakan persamaan dibawah ini sebagaimana tercantum dalam SNI tentang tata pencahayaan bangunan.

dengan E adalah nilai lux yang tertera pada bidang kerja, Ftotal adalah jumlah total lumen (fluks luminus yang dipancarkan oleh semua lampu, kp adalah koefisien pengguna, kd adalah koefisien depresiasi, dan A adalah luas bangunan atau ruangan. 

Untuk bangunan standar yang tidak terlalu tinggi (tinggi bangunan sekitar 3-4 meter) maka hasil nilai kp dan kd masing-masing dapat diestimasikan 0.7 dan 0.8. 

Untuk lebih jelasnya, bisa lihat contoh berikut:

Sebuah ruangan kerja kantor membutuhkan tata pencahayaan sebesar 350 lux di meja kerja para pegawai. Jika panjang dan lebar ruangan tersebut adalah 5 x 4 m, berapa total lumen yang diperlukan di ruangan tersebut.

Untuk menjawabnya pertama kita perlu hitung luas ruangan tersebut, yaitu:

Kemudian, dengan mengasumsikan bahwa ruang kantor tersebut adalah ruang standar maka jumlah total lumen yang dibutuhkan dapat dihitung, yaitu:

Dengan perhitungan di atas didapat bahwa total lumen yang dibutuhkan adalah 12500 lumen. Lalu berapa jumlah lampu yang dibutuhkan?

Untuk menjawab ini maka perlu ditentukan terlebih dahulu jenis lampu yang digunakan. Misal lampu yang digunakan adalah LED 20 W dengan jumlah lumen 1440, maka jumlah lampu yang dibutuhkan adalah:

Dengan perhitungan diatas dapat diestimasikan bahwa jumlah lampu yang dibutuhkan adalah 9 lampu

(Tri Ayodha Ajiwiguna)

Mengapa kita tetap dapat bernafas di ruangan tertutup ber-AC?

Sebagai makhluk hidup, bernafasnya adalah suatu keharusan agar dapat tetap hidup. Untuk bernafas, kita membutuhkan oksigen yang ada di udara. Lalu, mengapa kita tetap dapat bernafas di ruangan tertutup ber-AC?

Sebenarnya ruangan dengan AC maupun tanpa AC tidak ada hubungannya dengan bisa bernafas atau tidak. Nah, kalau memang ruangan tertutup, kok kita tetap bisa bernafas?

Ruangan yang kita tempati itu sudah berisi sejumlah udara. Artinya kita bisa gunakan udara tersebut untuk bernafas. Tapi kan lama-lama udaranya habis kita hirup? Ya benar, saat kita bernafas okisgen kita gunakan dan kira keluarkan karbondioksida (CO2). Lama kelamaan, jika sama sekali tidak ada ventilasi maka ruangan tersebut akan mengandung banyak CO2. Jika terlalu banyak CO2 gimana? Gajalanya adalah kita menjadi gampang ngantuk.

Kok kita bisa bernafas seperti biasa berjam-jam di ruangan ber-AC tertutup?

Kebutuhan udara segar untuk manusia di ruangan berdasarkan ASHRAE adalah sekita 5-10 cfm atau setara dengan 8.5 -17 m³/h untuk satu orang. Kita bisa perkirakan jika ruangan itu benar-benar tertutup, maka ada berapa banyak udara dalam ruangan tersebut dan berapa lama kita bisa bernafas dengan nyaman. Misal kita sedang sendiri berada di ruangan yang berdimensi 3 x 3 x2 (p x lx t). Ruangan ini bisa diisi dengan udara sebanyak 18 m³. Artinya, jika ruangan tersebut benar-benar tertutup (kedap udara), maka kita bisa bernafas dengan nyaman di ruangan tesebut selama kurang lebih 2 jam.

Menagapa kadang kita bisa bernafas lebih dari itu?

Pertama, kita dapat berlama-lama di ruangan ber-AC itu karena adanya inflatrasi udara, yaitu celah-celah dalam ruangan yang memungkinkan adanya udara masuk atau keluar. Inflirtasi ini bisa berasal dari celah-celah pintu atau jendela.

Ilustrasi inflitrasi (https://www.aerobuild.com/)

Kedua, ruangan yang kita tempati tidak selalu tertutup dalam jangka waktu yang lama. Tentunya kita pasti keluar ruangan untuk berbagai keperluan. Saat kita keluar dari ruangan tersebut, maka pasti kita buka pintunya. Nah, saat pintu terbuka maka akan udara segar yang masuk ke ruangan tesebut.

 

Skema AHU dan Ducting

Sebenarnya, kualitas udara dalam ruangan merupakan topik khusus yang diperhatikan dalam merancang sistem AC khususnya untuk bangunan komersial seperti Mall dan perkantoran. Berbeda dengan kasus ACsplit rumahan yang penghuni kamarnya hanya 1-2 orang per kamar, bangunan komersial diisi oleh banyak orang. Lokasi jendela atau pintu terkadang sangat jauh dari tempat orang beraktifitas. Oleh karenanya udara segar (fresh air) sengaja dialirkan ke dalam ruangan tersebut dengan menggunakan sistem ducting. Udara segar memang sengaja dicampur dengan udara return ruangan tesebut untuk memenuhi kebutuhan udara segar.

(Tri Ayodha Ajiwiguna)

Semakin banyak barang dalam satu ruangan, apakah AC akan lebih panas atau dingin?

 Oleh: Tri Ayodha

Tergantung jenis barang, banyak barang dan kapasitas AC yang dipasang. Pertama, kalo barang tersebut adalah barang yang tidak menghasilkan kalor (contoh: kursi, meja, sepatu, dll) maka akan sama saja dinginnya. Paling yang berbeda hanya waktu yang dibutuhkan untuk mendinginkan ruangan saja.

Kedua, kalau barang-barang tersebut menghasilkan kalor (panas), tapi total panas yang dihasilkan lebih kecil dibandingkan dengan kapasitas AC yang dipasang, maka ruangan akan sama saja dinginnya. Kenapa? karena AC masih bisa menangani beban kalor yang dihasilkan oleh barang-barang tersebut.

Ketiga, kalau barang-barang tersebut menghasilkan kalor dan total kalor yang dihasilkan lebih besar dengan kapasitas AC yang dipasang, maka ruangan ajan jadi lebih panas. Kenapa? ya karena AC tidak mampu menangani beban kalor sebanyak itu.

Prinsip Kerja Pendinginan Evaporatif

Oleh: Tri Ayodha Ajiwiguna

Pendinginan evaporatif merupakan fenomena yang terjadi pada saat tubuh manusia berkeringat untuk menjaga temperatur tubuh. Pendinginan dengan prinsip ini juga sudah dikembangkan untuk sistem tata udara bangunan. Pada prinsipnya pada saat terjadi perubahan fasa dari liquid (air) ke gas (uap) maka terjadi penurunan temperatur. Kalor dibutuhkan suatu zat agar dapat berubah fasa di sisi lain kalor tidak dapat berpindah jika tidak ada perbedaan temperatur. Oleh karena itu pada saat terjadi evaporasi maka temperatur di perbatasan antara liquid dan uap akan turun agar kalor terserap oleh liquid. 

 

Bagaiamana penjelasan terjadinya penurunan temperatur tersebut?

Gambar 1. Ilustrasi evaporasi pada air

 

Untuk menjawab pertanyaan ini maka perlu ditinjau secara mikroskopis bahwa fluida cair adalah terdiri dari molekul-molekul yang bergerak acak, seperti ditunjukkan gambar 1. Oleh karena itu molekul air memiliki energi kinetik yang dalam termodinamika disebut dengan energi dalam. Besarnya energi kinetik ini sebanding dengan temperatur. Khusus untuk gas ideal berlaku:

 

Intinya adalah bahwa energi kinetik molekul berbanding lurus dengan temperaturnya. Pada saat terjadi evaporasi maka terjadi perpindahan massa dari liquid ke uap yang menyebabkan massa liquid berkurang. Semakin kecil nilai massa maka semakin kecil juga energi kinetiknya. Oleh karena itu saat massa liquid terevaporasi maka energi kinetik molekul juga berkurang dan mengakibatkan turunnya temperatur. 

Keyword: Evaporative Cooling, pendinginan evaporatif, prinsip kerja

Apakah 1 PK sama dengan 9000 btuh??

Oleh: Tri Ayodha Ajiwiguna

Ada sebuah kesepekatan tidak tertulis yang digunakan para teknisi AC bahwa untuk menunjukkan kapasitas pendinginan sebuah AC yaitu dengan menggunakan satuan paardenkracht (PK) yang sama dengan 9000 btuh. Apakah hal ini tepat? Bagaimana pembahasannya secara ilmiah?

Secara definisi satuan PK adalah sama dengan tenaga kuda (horse power) dalam bahasa belanda. Dengan kata lain 1 PK sama dengan 1 HP yang dalam satuan internsional (SI) sama dengan 745.7 W. Hal menarik lainnya adalah satuan PK seharusnya menunjukkan daya mekanik dari kompresor, bukan kapasitas pendinginan. Dalam bidang pemgkondisian udara, satuan yang digunakan untuk menunjukkan kapasitas pendinginan adalah British Thermal Units per Hour (btuh) yang memiliki ekivalensi bahwa 1 W sama dengan 3.412 btuh

Dengan nilai ekivalensi di atas maka 1 PK sama dengan 745.7 W, kemudian dengan mudah kita dapat mengkonversi bahwa 1 PK sama dengan 2544.32 btuh. Telah jelas bahwa secara konversi satuan adalah 1 PK tidak sama dengan 9000 btuh. untuk lebih jelasnya lihat perhitungan dibawah.

Setelah dianalisis lebih lanjut maka hal ini akan masuk akal jika kita mengubah dari daya mekanik menjadi kapasitas pendinginan. Nilai perfomansi dari AC ditunjukkan dari nilai coefficient of performance (COP). Secara definisi COP adalah perbandingan antara kapasitas pendinginan (laju kalor yang diserap di evaporator) dengan daya kerja yang dibutuhkan kompresor. Nilai COP untuk AC biasanya diasumsikan sekitar 3.5. Hal ini mengartikan bahwa jika daya mekanik kompresor yang digunakan adalah 745.7 W (1 PK) maka akan menghasilkan kapasitas pendinginan sebesar 2609 W yang hampir sama dengan 9000 btuh. Untuk lebih jelasnya perhatikan perhitungan dibawah ini:

Keyword: COP, PK, btuh