Penghitungan Beban Pendinginan

Di negara maju seperti Amerika serikat, dalam hal pemasangan ac selalu menggunakan software kalkulasi beban pendinginan.

Tujuan dari Penghitungan beban pendinginan antara lain untuk:

-Menyediakan informasi untuk pemilihan peralatan dan perancangan Sistem AC yang effisien dan efektif.
-Menyediakan data untuk evaluasi kemungkinan optimasi atau pengurangan beban.

Secara tidak langsung, penghitungan beban pendinginan dapat membantu:

-Penaksiran beban daya listrik.
-Penyesuaian disain arsitektural (tata ruang) dan struktural (pembebanan)
-Pembuatan Recana Anggaran Biaya Sementara (Preliminary)
-Lain-lain

Prinsip Cooling Load.

Cara yang sebuah sumber beban memasuki ruangan adalah sebagai berikut:

1. Radiasi sinar matahari melalui permukaan yang transparan seperti jendela
2. Konduksi kalor melalui dinding luar dan atap.
3. konduksi kalor melalaui dinding dalam, plafon dan lantai.
4. Kalor yang dihasilkan didalam ruangan yang bersumber dari penghuni, penerangan, perlengakapan rumah tangga, peralatan dan berbagai macam proses.
5. Penambahan panas yang lainnya.

Jenis heat gain (penambahan panas) yaitu sensible dan laten. Secara sederhana, kalor sensible itu adalah kalor yang diperlukan untuk membuat perubahan temperatur. Sedangkan kalor sensible itu adalah kalor yang diperlukan untuk perubahan wujud suatu zat (air misalnya) tanpa terjadi perubahan temperatur.

Selain itu perlu diperhatikan juga faktor keserempakan (diversity), secara umum faktor keserempakan di terapkan pada penghuni dan penerangan.
Untuk banguan bangunan industrial, aplikasikan juga pada peralatan-peralatan.
Juga waktu terjadi beban puncak, baik itu waktu terpanas dalam setaiap harinya atau pun bulan terpanas dalam setiap tahunnya.
Biasanya penaksiran beban puncak harian dibuatkan "hourly analisys" dengan membuat profil2 beban setiap jamnya untuk beban yang bersumber dari matahari, penerangan, ventilasi, penghuni dan beban atap.

Komponen sensible cooling load dihasilkan dari specific load source untuk waktu yang diberikan dengan menggunakan faktor konversi dari tabel-tabel "Cooling Load Temperature Different" (CLTD) atau "Cooling Load Factor" (CLF).

Informasi yang di butuhkan (Input).

Input untuk External Load.

1. Orientasi dan dimensi bagian-bagian bangunan.
2. Konstruksi bahan-bahan untuk atap, dinding, plafon, partisi interior, lantai dan fenestrasi.
3. Ukuran dan ruangan yang akan di kondisikan.
4. Kondisi luar sekeliling.

Input untuk Internal Load.

1. Penerangan – daya terpasang, Incandescent atau fluorescent, jadwal penggunaan
2. Manusia – Jumlah, aktivitas, lama hunian, jadwal hunian.
3. Peralatan internal – data name plate, lokasi, jadwal penggunaan, konsumsi listrik atau bahan bakar, hooded atau unhooded, banyaknya udara yang hembuskan atau di hisap.

Input untuk Infiltrasi dan ventilasi.

1. Cfm per orang dan atau per feet kubik.
2. Exhaust fan – tipe, ukuran, kecepatan, cfm yang dihasilkan.
3. Pintu-pintu dan jendela-jendela – lokasi, ukuran, jenis dan frekwensi pembukaan.

Ringkasan Umum Formula Perhitungan Cooling Load adalah :

External load.

Atap.

q = U x A x CLTD

dimana :

q : perpindahan panas rata2 (Btu/h)

U : Koefisien perancangan perpindahan kalor (Btu/(hr.ft2.°F))

A: Luas terhitung dari Denah Arsitektural (ft2)

CLTD : Cooling Load Temperature Difference base condition untuk atap (°F )

Dinding

q = U x A x CLTD

dimana :

U : Koefisien perancangan perpindahan kalor (Btu/(hr.ft2.°F))

A: Luas terhitung dari Denah Arsitektural (ft2)

CLTD : Cooling Load Temperature Difference base condition untuk dinding (°F )

Konduksi Kaca.

q = U x A x CLTD

dimana :

U : Jenis kaca dan shading dalam (Btu/(hr.ft2.°F))

A: Luas kaca terhitung dari Denah Arsitektural.

CLTD : Cooling Load Temperature Difference untuk beban konduksi melalui kaca (°F )

Radiasi Sinar matahari.

Q = A x SC x SHGF x CLF

Dimana :

A : luas bersih kaca terhitung dari denah arsitektural (ft2)

SC : Koefisien shading untuk kombinasi jenis gelas dan jenis bayangan.

SHGF : Factor penambahan panas sinar matahari maksimal untuk orientasi yang spesific dari permukaan.

CLF : Cooling Load Factor.
Partisi, plafon, lantai.

q = U x A x TD

dimana :

U : Koefisien perancangan perpindahan kalor (Btu/(hr.ft2.°F))

A: Luas terhitung dari Denah Arsitektural (ft2)

TD : Temperature Difference (°F )

Internal Load.

Penerangan.

q = 3,41 x q1 x Fa x Fbx CLF

dimana :

3,41 : konversi btu/h per watt.

q1 : Total daya lampu (Watt).

Fb : persentase dari penggunaan q1.

Fa : Allowance khusus untuk balast jika menggunakan fluorescent fixture.

CLF : Cooling Load Factor.

Orang.

Penambahan kalor Sensible.

qs = (q/person) x No.of people x CLF.

dimana :

No.of people : Jumlah orang yang berada di ruangan (orang).

q/person : Sensible heat gain per orang (Btu/h).

CLF : cooling load factor dari orang.

Orang.

Penambahan kalor laten.

ql = (q/person) x No. of people

dimana :

No.of people : Jumlah orang yang berada di ruangan (orang).

q/person : latent heat gain per orang (Btu/h).

Peralatan.

Penambahan kalor Sensible.

qs = sensible x CLF

dimana :

sensible = sensible cooling load (Btu/h) dari data manufacturer.

CLF = Cooling load factor.

Peralatan.

Penambahan kalor laten.

qs = latent

dimana :

latent = latent cooling load (Btu/h) dari data manufacturer.

Infiltration & ventilation.

Penambahan kalor Sensible.

qs = 1.10 x (∆T) x scfm

dimana :

1,10 : dalam satuan dalam Btu/h F.

∆T : perbedaan temperatur luar dan dalam (derajat F).

scfm : standard CFM.

scfm = (cfm/ orang) x jumlah orang.

Infiltration & ventilation.

Penambahan kalor laten.

qs = 4840 x (∆W) x scfm.

dimana :

4840 : dalam satuan dalam Btu/h per scfm.

∆W: perbedaan perbandingan kelambaban luar dan dalam (lb of water vapor to lb of dry air).

scfm : standard CFM.

scfm = (cfm/ orang) x jumlah orang.

hal-hal yang kemungkinan menjadi kendala dalam perhitungan Cooling load ini diantaranya sebagai berikut:

1. Satuan yang digunakan adalah menggunakan sistem imperial, dalam bidang HVAC (Heating Ventilation Air Condition) sistem satuan imperial ini sangat populer, tetapi disisi lain untuk segi arsitektural, jarang sekali digunakan di Indonesia, jadi kita harus terlebih dahulu menyesuaikan (membuat konversi) di Calculation Sheet kita.
Sebagai contoh, pada dimensi ruangan bangunan yang dirancang oleh insinyur / arsitek di Indonesia bisanya menggunakan satuan Metrik atau SI, untuk dimensi panjang biasanya menggunakan satuan milimeter atau meter, tetapi pada perhitungan ini menggunakan feet.

2. Minimnya informasi atau data survey mengenai letak bangunan pada koordinat Bujur dan lintang, kelembaban udara, data cuaca dan temperatur rata-rata, dalam buku ASHRAE GRP158, untuk lokasi di indonesia hanya tercatat untuk daerah Jakarta saja. Apalagi dengan adanya Global warming yang membuat kondisi cuaca tidak menentu.

3. Minimnya informasi detail bangunan, misalnya ukuran pintu, kaca dan jendela, serta jenis bahan konstruksi yang digunakan tidak ada pada tabel, sehingga Faktor U harus dihitung terlebih dahulu.

4. Kebanyakan penghitungan Cooling Load di buat pada saat bangunan tersebut belum ada, informasi yang ada biasanya hanya blue print atau gambar2 denah, tampak dan potongan saja.
Pada tahap ini biasanya terjadi banyak sekali perubahan perubahan disain arsitektur dan sehingga berpengaruh pada zona-zona pendinginan yang dirancang.
Dan terkadang terjadi perubahan orientasi bangunan dan tata ruang.

5. Ketelitian pengukuran dimensi panjang, luas dan volume ruangan yang akan di kondisikan, karena terkadang ruangan yang akan dikondisikan bentuknya tidak persegi atau tidak beraturan, hal ini memerlukan ketelitian pengukuran dan perhitungan. Perhitungan luas dinding luar, kaca, pintu dan jendela juga merupakan hal-hal yang memerlukan ketelitian pengukuran dan perhitungan.

6. Belum pastinya jumlah populasi penghuni bangunan.
Jika tidak ada denah interior seperti meja kursi yang secara spesifik dapat menunjukan banyaknya orang, maka biasanya digunakan pendekatan luas ruang per orang.

7. Belum pastinya data2 peralatan dan sistem penerangan, seperti data2 teknis peralatan dan jumlah serta tipe lampu-lampu yang akan di pasang.
Karena untuk penerangan itu sendiri besarnya total daya lampu ditentukan oleh jenis dan kriteria rancangan penerangan.
Antara ruangan yang satu dengan yang lain besar kriteria "Lux"nya biasanya tidak sama.

8. Tentunya harus memiliki tabel2 CLTD, yang akan dijadikan referensi penghitungan Cooling Load ini.

Kendala kendala diatas biasanya memeperlambat proses penghitungan Cooling Load, Apalagi dengan banyaknya zona atau ruangan yang akan dihitung, sehingga semakin tebal pula buku laporan / cooling load calculation report.
Disamping itu sempitnya waktu perencanaan maka terkadang diambil jalan pintas. Misalnya dengan mengkalkulasikan beban berdasarkan luas lantai dengan nilai Btu/h per m2 tertentu misalnya 450, 500, 600 dan lain – lain, atau dengan penaksiran 1 TR atau Ton Refregerant untuk nilai meter persegi tertentu, misalnya 1 TR untuk 20 m2 dan sebagainya.
Penaksiran ini berdasarkan pengalaman proyek-proyek yang sebelumnya. Dan seringkali perhitungan cooling load secara mendetail dianggap sebagai hal yang terlalu teoritis atau dianggap tidak praktis oleh sebagian praktisi.

Maka untuk mempermudah membuat hitungan Cooling load biasanya di gunakan perangkat lunak yang khusus dirancang untuk keperluan itu, seperti coolpack software yang dapat anda download disini.