Februari 2012 | Penghematan biaya Air Conditioner

Posted in Bangunan Hemat Energi, Bangunan Ramah Lingkungan, News

Abstrak. Pendingin ruangan adalah pengkonsumsi energi listrik terbesar dalam sebuah rumah, sehingga harus dipikirkan bagaimana mencapai kualitas udara maksimum yang sehat dan nyaman dengan konsumsi energi pendingin ruangan yang minimum. Efisiensi energi pendingin ruangan dapat dicapai terutama dari desain bangunannya, yang dalam artikel ini menggunakan b-panel^®. b-panel^® merupakan panel lapis ganda beton bertulang yang didesain khusus dengan lapisan insulasi expanded polystyrene (EPS) di tengahnya. Gambar 1 menunjukkan rumah yang terbuat dari b-panel^®. Faktor yang mempengaruhi beban penyejukan pada ruangan adalah letak lokasi (ketinggian), radiasi matahari, orientasi letak bangunan yang mempengaruhi penyerapan radiasi, warna pada dinding bangunan, dan kualitas material pendukung lainya (seperti kaca pada jendela). Oleh karena itu, penghematan yang terjadi untuk beban penyejukan di dataran tinggi (Bandung) dan daerah pesisir (Jakarta) akan berbeda. Artikel ini menyajikan analisa perbedaan tersebut.

Gambar 1 – Rumah dengan sistem b-panel^®

Indonesia merupakan negara beriklim tropis lembab. Hal ini mengakibatkan banyak daerah di Indonesia harus menggunakan pendingin ruangan untuk mendapatkan kenyamanan termal karena tidak cukup jika hanya menggunakan ventilasi alami. Karakteristik negatif pada iklim tropis lembab yang menyebabkan ventilasi alami tidak bisa diandalkan untuk kenyamanan termal adalah:

Sangat tergantung pada iklim dan kualitas udara lingkungan. Tidak ada perbedaan yang jelas waktu antara musim hujan dengan musim kemarau, bahkan dapat mengalami overlapping.
Suhu tidak mudah diprediksi. Suhu di Indonesia relatif tinggi dengan amplitudo siang-malam kecil (24^oC – 32^oC) dan radiasi matahari yang tinggi, yaitu lebih besar dari 900 W/m².
Kecepatan angin tidak mudah diprediksi. Kecepatan rendah di pagi hari dan malam hari, sedangkan angin berhembus kuat pada siang hari.
Kelembaban tidak mudah diatur. Kelembaban tinggi (60% – 95%) menyebabkan keringat tidak menguap, sehingga kulit terasa lengket dan tidak nyaman.
Lain-lain. Kualitas udara berdebu, bau, dan berpolusi. Selain itu, adanya gangguan serangga dan gangguan lingkungan (seperti kebisingan) yang sulit dicegah.

Oleh karena itu, agar didapatkan kenyamanan termal di ruangan adalah dengan menggunakan ventilasi buatan, seperti pendingin ruangan atau yang lebih dikenal dengan air conditioning (A/C). Keuntungan dari penggunaan A/C adalah:

Suhu udara mudah disejukkan dan diatur
Kecepatan dan arah gerak udara dapat dirancang (0,6 m/s < V < 1,5 m/s)
Kelembaban dapat diturunkan ke comfort zone (40% < Relative Humidity (RH) < 60%). Kelembaban di tropis basah memberi kontribusi terbesar terjadinya atau tidak kenyamanan termal.
Kebersihan dan kesehatan udara dapat dijaga dengan filter dan ionizer untuk membunuh bakteri, jamur, dan sebagainya yang dapat memberikan efek segar.
Karena kebanyakan penggunaan A/C di ruangan tertutup, maka keuntungan sampingan diperoleh, yaitu kenyamanan akustik dan pangaturan bau (odor management)

Namun, ada beberapa kerugian yang disebabkan oleh penggunaan A/C. Di antaranya adalah:

Boros energi. Energi listrik yang digunakan rata-rata mencapai 40% dari penggunaan total sebuah hunian.
Kecenderungan ruang yang tertutup menyebabkan polutan tertumpuk di dalam, sehinggan terjadi sick building syndrome. Oleh karena itu, ventilasi buatan diperlukan dengan ACH (Air Change per Hour) yang memadai (Sumber: Sistem Kelengkapan Bangunan, Ir. Paulus A.S., MT.)

Tugas utama dari penggunaan A/C adalah mengangkut panas dari dalam ruang ke luar ruangan. Oleh karena itu, panas yang masuk ke dalam ruang atau yang timbul dalam ruang harus sesedikit mungkin. Salah catu cara untuk mengurangi panas yang masuk adalah dengan memakai bahan bangunan yang dapat menahan panas terik matahari (solar load) dan suhu luar (ambient temperature) masuk ke dalam ruangan sebanyak mungkin (memiliki nilai transmitan yang rendah), seperti dengan menggunakan material insulasi expanded polystyrene (EPS). b-panel^® adalah panel lapis ganda beton bertulang yang didesain khusus dengan lapisan EPS di tengahnya. Pemakaian b-panel^® pada bangunan dapat menghambat perambatan panas maupun panas dari luar ruangan. Hal ini akan berdampak positif untuk pengurangan konsumsi energi A/C, sehingga penghuni dapat menghemat pengeluaran biaya listrik.
Berikut ini adalah diagram komponen-komponen panas yang masuk ke dalam ruangan dan yang ditimbulkan di dalam ruangan. Komponen-komponen ini diperlukan untuk menghitung beban penyejukan (cooling load) yang diperlukan pada ruangan untuk menentukan model A/C yang digunakan dengan kapasitas penyejukan A/C yang memadai.

Gambar 2 – Komponen panas (sumber gambar: www.egydown.com)

Di dalam artikel ini akan dibahas mengenai penghematan A/C yang terjadi jika digunakan b-panel^® sebagai material bangunan di dataran tinggi (Bandung) dan daerah pesisir (Jakarta). Berikut adalah data kenyamanan termal dari kota Bandung :

Temperatur siang 28^oC – 29^oC. Bahkan di daerah Tegallega dan Gedebage telah terbentuk heat island dengan minimal suhu 27^oC. Temperatur siang dalam keadaan ekstrim mencapai lebih dari 30^oC. Temperatur malam hari 16^oC – 19^oC. Dengan demikian, temperatur udara pada siang hari telah melebihi ambang batas kenyamanan 26^oC
RH 80% – 90% sudah melebihi batas kenyamanan yaitu 60%
Arah dan kecepatan angin tidak menentu karena terhalang bangunan. Di lingkungan terbuka kecepatan angin dapat mencapai 2 – 4 m/s (Sumber: Sistem Kelengkapan Bangunan, Ir. Paulus A.S., MT.)

Berikut adalah kenyamanan data termal kota Jakarta:

Rata-rata temperatur siang pada tahun 2010 adalah antara 31,3^oC – 34,3^oC. Rata-rata temperatur malam hari adalah 24,2^oC – 25,5^oC (Sumber: World Meteorological Organisation).
Pada tahun 2005 RH pada musim kemarau rata-rata 60% – 85%, sedangkan pada musim hujan kelembaban rata-rata 79% – 88%.
Pada tahun 2005 kecepatan angin pada musim kemarau mecapai 0,2 – 0,8m/s, sedangkan kecepatan angin pada musim hujan 0,6-1,6m/s. Angin mengarah ke selatan dan tenggara (Sumber: Studi Ekologi Kualitas Udara di Jakarta, Tangerang, dan Bogor)

Untuk memudahkan menganalisa, maka akan dibuat batasan mengenai ruangan yang akan dihitung beban penyejukan. Beban penyejukan akan dihitung untuk masing-masing bangunan yang menggunakan b-panel^® dan bata merah baik di Jakarta maupun di Bandung. Terdapat rumah tinggal dengan panjang = 8 m, lebar = 8 m, dan tinggi = 3,2 m dengan 4 ruangan di mana 3 ruangan dipasang A/C dan 1 ruangan tidak dipasang A/C. Semua ruangan identik dan memiliki 1 jendela (lihat Gambar 3 dan Gambar 4).

Gambar 3 – Denah rumah

Gambar 4 – Tampak depan rumah

Dinding memiliki ketebalan 15 cm. Setiap ruangan memiliki dua dinding yang berhubungan langsung dengan udara luar. Ruangan A dan Ruangan C memiliki dinding yang berhubungan dengan udara dengan ruangan tanpa A/C, sedangkan ruangan B memiliki 2 dinding yang berhubungan dengan udara pada ruangan yang dipasang A/C (yang berarti tidak ada aliran termal). Rumah ini menggunakan dak atap. Dua tipe dari dinding yang dianalisis:

Dinding yang terbuat dari bata merah dengan tebal 11 cm, kemudian diplester dan diaci pada kedua sisi dengan tebal masing-masing 2 cm (Udinding = 2,55 W/m² ^oC, αdinding = 0,89). Tabel nilai absorbtansi radiasi matahari untuk dinding luar dan atap tak tembus cahaya (a) lainnya ditunjukkan pada Tabel 1:
Dinding yang terbuat dari beton bertulang yang tengahnya diisi dengan expanded polystyrene (EPS) yang dikenal dengan nama b-panel^®. Dinding dianggap sebagai beton ringan. Tebal EPS adalah 9 cm dan tebal beton untuk masing-masing sisi adalah 3 cm (Udinding = 0,4 W/m² ^oC, αdinding = 0,86).

Tabel 1 – Nilai absorbtansi radiasi matahari untuk dinding luar dan atap tak tembus cahaya
(sumber: www.jurnalinsinyurmesin.com)

Dinding luar dan dak atap dicat dengan warna abu-abu α_cat = 0,88. Jika dinding luar dicat dengan warna berbeda akan memberikan nilai absorbtansi radiasi matahari (a) yang berbeda, seperti ditunjukkan pada Tabel 2 di bawah ini:

Tabel 2 – Nilai absorbtansi radiasi matahari untuk cat permukaan dinding luar
(sumber: www.jurnalinsinyurmesin.com)

Di dinding dipasang jendela kaca dengan panjang kaca = 0,9 m dan tinggi kaca = 1,5 m (Ukaca = 4,48 W/m² ^oC, dari brosur pabrik). Rata-rata sudut datang matahari yang masuk melalui dinding dan jendela diasumsikan β = 75⁰ dan jendela memiliki F = 0.75.
Berikut data-data lainnya beserta penjelasan singkat yang diperlukan untuk penghitungan beban penyejukan jika bangunan direncanakan di dua kota yang berbeda, yaitu Jakarta dan Bandung:

Radiasi Matahari. Radiasi matahari adalah pancaran energi yang berasal dari proses termonuklir yang terjadi di matahari. Energi radiasi matahari berbentuk sinar dan gelombang elektromagnetik. Spektrum radiasi matahari sendiri terdiri dari dua yaitu, sinar bergelombang pendek dan sinar bergelombang panjang. Sinar yang termasuk gelombang pendek adalah sinar x, sinar gamma, sinar ultraviolet, sedangkan sinar gelombang panjang adalah sinar infra merah. Jumlah total radiasi yang diterima di permukaan bumi tergantung 4 faktor, yaitu :

Jarak matahari. Setiap perubahan jarak bumi dan matahari menimbulkan variasi terhadap penerimaan energi matahari
Intensitas radiasi matahari yaitu besar kecilnya sudut datang sinar matahari pada permukaan bumi. Jumlah yang diterima berbanding lurus dengan sudut besarnya sudut datang. Sinar dengan sudut datang yang miring kurang memberikan energi pada permukaan bumi disebabkan karena energinya tersebar pada permukaan yang luas dan juga karena sinar tersebut harus menempuh lapisan atmosfer yang lebih jauh dibandingkan jika sinar dengan sudut datang yang tegak lurus.
Panjang hari (sun duration), yaitu jarak dan lamanya antara matahari terbit dan matahari terbenam. Karena Bandung dan Jakarta terletak di belahan bumi selatan, maka panjang hari lebih besar ketika akhir tahun (Desember/Januari) dibandingkan dengan tengah tahun (Juni/Juli).
Pengaruh atmosfer. Sinar yang melalui atmosfer sebagian akan diabsorbsi oleh gas-gas, debu dan uap air, dipantulkan kembali, dipancarkan dan sisanya diteruskan ke permukaan bumi. (Sumber: www.wikipedia.com)

Berikut ini merupakan tabel data hasil pengukuran intensitas radiasi tenaga surya di seluruh Indonesia yang dilakukan oleh BPPT dan BMKG dari tahun 1965 hingga 1995.

Tabel 3 – Intensitas radiasi matahari di Indonesia

sumber : ‘Analisis Potensi Pembangkit Listrik Tenaga Surya di Indonesia’
oleh Irawan Rahardjo dan Ira Fitriana

Diketahui radiasi matahari rata-rata = I = 1000 W/m². Ini merupakan rata-rata daya radiasi matahari di Indonesia.

Transmitan Lapisan Udara Luar. f_o= 20 W/m² ^oC (asumsi)
Air Change Hour (ACH). ACH adalah jumlah berapa kali terjadi pergantian udara di sebuah ruang tertentu (biasanya ruangan atau rumah). Perubahan udara di ruang tertutup sangat penting untuk beberapa alasan, terutama karena kita membutuhkan udara segar untuk hidup. Tanpa pertukaran udara yang segar tersebut, kelembaban akan terperangkap dalam sebuah bangunan, jamur dapat berkembang, dan penyebab alergi, juga gas berbahaya yang berlebihan lainnya(seperti karbonmonoksida, karbondioksida, urea-formaldehid) bisa tetap berada di dalam rumah. Udara pengap tidak baik untuk kesehatan, dan karena manusia dan hewan ‘menerima’ udara tersebut ke dalam tubuh ketika bernafas, berkeringat, mencuci, mandi atau pengeringan, kita butuh ventilasi, untuk meningkatkan jumlah pergantian udara di rumah dengan udara segar di luar. Dengan fokus baru pada efisiensi energi, untuk mengurangi karbon, mengurangi ketergantungan terhadap bahan bakar fosil, konsumen mencoba untuk menyegel rumah mereka dari transfer udara masuk dan keluar pada musim dingin dan panas. Pentingnya asupan udara segar tidak dapat dikesampingkan. Pertukaran udara tidak merepresentasikan bertukarnya semua udara dalam ruangan atau struktur kecuali itu dapat dianggap sebagai plug flow. Persentase aktual dari udara dalam ruangan yang telah ditukar dalam periode tertentu tergantung pada efisiensi aliran udara dari ruangan tersebut dan metode apa yang digunakan dalam proses ventilasi tersebut. Jumlah aktual dari pertukaran udara dalam skenario ventilasi yang baik adalah 63,2% setelah 1 jam dan 1 ACH. Untuk mencapai keseimbangan tekanan yang sesuai, jumlah udara yang keluar dan masuk permukaan haruslah sama.

Tabel 4 – Tingkat pergantian udara
(sumber: www.wikipedia.com)

Ventilasi = 3 ACH (Air Change Hour, pergantian udara tiap jam)

Suhu dalam ruang yang dipasang A/C dikondisikan = T₁ = 20^oC (dalam keadaan seimbang, tidak ada aliran panas di dinding pembatas dengan ruangan lain).
Berikut ini adalah data iklim kota Bandung dan Jakarta yang diukur pada tanggal 5 Januari 2012 oleh BMKG.

Tabel 5 – Data iklim di Bandung (sumber: www.bmkg.co.id)

Tabel 6 – Data iklim di Jakarta (sumber: www.bmkg.co.id)

Masing-masing ruangan berisi satu penghuni dan setiap ruangan menggunakan dua buah lampu CFL (Compact Fluorescent Lamp) dengan daya 11 Watt. Setiap orang mengeluarkan panas 140 Watt.

Berikut ini merupakan perhitungan beban penyejukan yang diperlukan di kedua tempat yang dianalisa dalam artikel ini. Perhitungan bersumber dari diktat Mata Kuliah Sistem Kelengkapan Bangunan Semester 3 yang disusun oleh Ir. Paulus A. S., MT. Gambar di bawah ini menunjukkan panas yang yang masuk ke ruangan.

Gambar 5 – Diagram sumber panas yang masuk ke dalam ruangan

Perhitungan beban penyejukan bangunan yang menggunakan bata merah di daerah pesisir (Jakarta):
Formula yang digunakan adalah: Qm = Qi + Qs + Qc + Qv . Panas yang harus diangkut adalah panas dari sumber dalam ruang, panas matahari yang menembus kaca atau jendela, panas dari luar yang menembus dinding, dan panas dari udara luar. Berikut adalah perhitungan untuk Ruangan A dan Ruangan C.
Dicari terlebih dahulu Δkaca dan Δdinding :

Δ Tkaca

= T₀ – T₁
= 28,5⁰C – 20⁰C
= 8,5⁰C

Δ Tdinding dengan menghitung terlebih dahulu rata-rata absorbsi dinding bata merah yang diplester dan diaci:

= 0,5 (αwall + αpaint)
= 0,5 (0,89 + 0,58)
= 0,735

suhu permukaan dinding di luar

T_s

= T₀+ (I.a.cosβ/f₀)
= 28,5 + (1000)(0,735)(cos75/20)
= 38,01⁰C

Maka Δ Tdinding = 38,21 – 20 = 18,01⁰C

Beban Penyejukan :

= jumlah total panas manusia dan peralatan
= panas lampu + panas manusia
= (2)(11) + (1)(140)
= 162 W

= panas matahari yang menembus kaca
= αkaca .I . Δ
= (0,9)(1,5)(1000)(0,75)
= 1012,5 W

= panas melalui dinding dan panas melalui kaca
= αdinding .Udinding . ΔTdinding + αkaca .Ukaca.ΔTkaca
= [(2 x 4 x 3,2 – 1,5 x 0,9 + 4 x 4)(2,55)(38,01 - 20) + (4 x 3,2)(2,55)(26 - 20)] + (1,5 x 0,9)(4,48)(28,5 – 20)
= 2095,91 W

Qv
V

= panas karena ventilasi
= (Volume ruang) x (ACH)/3600 detik
= (4 x 4 x 3,2) x (3)/3600
= 0,0427
= 1300.V. ΔT
= (1300)(0,0427)(28,5-20)
= 471,84 W

Qm= 162 + 1012,5 + 2095,91 + 471,84 = 3742,25 W. Jadi, panas yang harus diangkut keluar dari Ruangan A dan Ruangan C adalah masing-masing 3742,25 W. Dengan cara yang sama, didapatkan beban penyejukan yang diperlukan untuk Ruangan B adalah :
Qi = 162 W
Qs = 1012,5 W
Qc = 1900,07 W
Qv = 471,84 W
Qm = 162 + 1012,5 + 1900,07 + 471,84 = 3546,41 W. Jadi, panas yang harus diangkut keluar dari Ruangan B adalah 3,55 kW. Jadi, beban penyejukan yang diperlukan untuk rumah ini adalah = 3742,25 W + 3742,25 W + 3546,41 W = 11030,91 W = 11,03 kW.

Perhitungan beban penyejukan bangunan yang menggunakan b-panel^® di daerah pesisir (Jakarta):
Berikut adalah perhitungan untuk Ruangan A dan Ruangan C:
Qi = 162 W
Qs = 1012,5 W
Qc = 368,99 W
Qv = 471,84 W
Qm = 162 + 1012,5 + 368,99 + 471,84 = 2015,33 W. Jadi, panas yang harus diangkut keluar dari Ruangan A dan Ruangan C adalah masing-masing 2015,33 W. Dengan cara yang sama, didapatkan beban penyejukan yang diperlukan untuk Ruangan B adalah :
Qi = 162 W
Qs = 1012,5 W
Qc = 338,27 W
Qv = 471,84 W
Qm = 162 + 1012,5 + 338,27 + 471,84 = 1984,61 W. Jadi, panas yang harus diangkut keluar dari Ruangan B adalah 1984,61 W. Jadi, beban penyejukan yang diperlukan untuk rumah ini adalah = 2015,33 W + 2015,33 W + 1984,61 W =6015,27 W =6,02 kW.

Perhitungan beban penyejukan bangunan yang menggunakan bata merah di dataran tinggi (Bandung):
Berikut adalah perhitungan untuk Ruangan A dan Ruangan C:
Qi = 162 W
Qs = 1012,5 W
Qc = 1530,61 W
Qv = 249,80 W
Qm = 162 + 1012,5 + 1530,61 + 249,80 = 2954,91 W. Jadi, panas yang harus diangkut keluar dari Ruangan A dan Ruangan C adalah masing-masing 2954,91 W. Dengan cara yang sama, didapatkan beban penyejukan yang diperlukan untuk Ruangan B adalah :
Qi = 162 W
Qs = 1012,5 W
Qc = 1465,33 W
Qv = 249,80 W
Qm = 162 + 1012,5 + 1465,33 + 249,80 = 2889,63 W. Jadi, panas yang harus diangkut keluar dari Ruangan B adalah 2889,63 W. Jadi, beban penyejukan yang diperlukan untuk rumah ini adalah = 2954,91 W + 2954,91 W + 2889,63 W = 8799,45 W = 8,80 kW.

Perhitungan beban penyejukan bangunan yang menggunakan b-panel^® di dataran tinggi (Bandung):
Berikut adalah perhitungan untuk Ruangan A dan Ruangan C:
Qi = 162 W
Qs = 1012,5 W
Qc = 259,92 W
Qv = 249,80 W
Qm = 162 + 1012,5 + 810,26 + 249,80 = 1684,22 W. Jadi, panas yang harus diangkut keluar dari Ruangan A dan Ruangan C adalah masing-masing 1684,22 W. Dengan cara yang sama, didapatkan beban penyejukan yang diperlukan untuk Ruangan B adalah :
Qi = 162 W
Qs = 1012,5 W
Qc = 249,68 W
Qv = 249,80 W
Qm = 162 + 1012,5 + 800,01 + 249,80 = 1673,98 W. Jadi, panas yang harus diangkut keluar dari Ruangan B adalah 1673,98 W. Jadi, beban penyejukan yang diperlukan untuk rumah ini adalah = 1684,22 W + 1684,22 W + 1673,98 W =5042,42 = 5,04 kW.
Berikut adalah tabel ringkasan beban penyejukan yang diperlukan untuk mendinginkan rumah baik dengan menggunakan bata merah maupun b-panel^® di kedua tempat.
Tabel 7 – Beban penyejukan yang diperlukan

Dengan menggunakan b-panel^® dapat mengurangi beban penyejukan sebesar 45,5% di Jakarta dan 42,7% di Bandung terhadap bangunan dengan bata merah. Di bawah ini merupakan grafik perbandingan beban penyejukan yang diperlukan antara Bandung dan Jakarta.

Gambar 6 – Grafik beban penyejukan Bandung dan Jakarta

Kesimpulan. Penggunaan b-panel^® secara konsisten menurunkan beban penyejukan A/C secara signifikan, yakni sekitar 40% pada daerah pesisir (Jakarta) maupun daerah dataran tinggi (Bandung). Perbedaan suhu rata-rata kedua kota menyebabkan beban A/C yang berbeda. Namun, perbaikan drastis penggunaan daya A/C terjadi apabila seluruh permukaan dinding dan dak atap yang berhubungan langsung dengan luar terbalut dengan lapisan insulasi, seperti adanya EPS dalam sistem b-panel^®.

Berita Terkait:

Februari 2012 | Penghematan biaya Air Conditioner

Subscribe Now!