ABSTRAK - dewey.petra.ac.id · sudah meneliti optimasi penghawaan dan pencahayaan alami maupun buatan. Akan tetapi, penelitian tersebut masih dilakukan secara terpisah. Pada penelitian

Universitas Kristen Petra

vi

ABSTRAK

Christopher Raymond Wikono: Tesis Optimasi Hybrid Penghawaan dan Pencahayaan pada Gedung

Universitas Kristen Petra (P1 & P2)

Masalah pemanasan global dan keterbatasan energi listrik di Indonesia adalah masalah yang tidak asing saat ini. Untuk mengurangi masalah tersebut, perencanaan bangunan dan para arsitek harus lebih perduli dan lebih mendalam dalam merencanakan suatu bangunan. Desain gedung Universitas Kristen Petra (P1&P2) merupakan bangunan yang sudah memperhatikan kebutuhan efisiensi penggunaan energi. Penelitian Wijaya, P. P. (2012) dan Susanto, R. Y. (2012) sudah meneliti optimasi penghawaan dan pencahayaan alami maupun buatan. Akan tetapi, penelitian tersebut masih dilakukan secara terpisah. Pada penelitian hybrid ini, membuktikan bahwa hasil penelitian pencahayaan alami dan buatan dapat menaikkan kebutuhan total konsumsi energi pada penghawaan buatan. Oleh sebab itu, pada penelitian lanjutan ini difokuskan untuk pengoptimalan total beban listrik pada gedung P1 & P2. Beberapa cara untuk mengurangi kebutuhan penggunaan energi antara lain dengan pengaturan jadwal operasional AC, observasi langsung pada gedung yang sudah ada untuk melihat kebutuhan aktual pencahayaan, dan pemilihan jenis material pencahayaan yang maksimal (contoh: LED). Kata Kunci: Optimasi, Hybrid, Penghawaan Alami, Penghawaan Buatan, Pencahayaan Alami, Pencahayaan Buatan, LED, Aktual, Energi

http://www.petra.ac.id/http://dewey.petra.ac.id/dgt_directory.php?display=classificationhttp://digilib.petra.ac.id/help.htmlhttp://www.petra.ac.idhttp://dewey.petra.ac.id/dgt_directory.php?display=classificationhttp://digilib.petra.ac.id/help.html


vii

ABSTRACT

Christopher Raymond Wikono: Thesis Hybrid Optimization of HVAC and Lighting System for Petra Christian University Building (P1 & P2) The problems of global warming and limited electricity supply in Indonesia are not rare problems at this time. To minimize these problems, building consultants and architects must pay more attention in planning the building design. The design of New Christian Petra University (P1 & P2) has been concerning to minimize the energy consumption. In the previous researchs of Wijaya, P. P.(2012) and the Susanto, R. Y. (2012) have been optimizing the size of the windows and the building materials to optimize the HVAC system & artifcial lighting. However, those researchs has been done separately. This hybrid method proves that windows configuration for lighting purpose and the energy of artificial lightings can increase the total energy consumption for the cooling load. Therefore, the further research in order to optimize the energy in the building of P1 & P2 can be done. Some recommendation to reduce the energy consumption loads are setting up air condition working schedule, comparing the existing building with the design standard to see the real lighting needs, and choosing the correct type of lighting material (ex: LED). Keywords: Optimization, Hybrid, Natural Ventilation, Air Conditioning System, Natural Lighting, Artificial Lighting, LED, Actual, Energy

http://www.petra.ac.id/


viii

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ........................................................................................... i

LEMBAR PENGESAHAN ................................................................................. ii

LEMBAR PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH ........................... iii

KATA PENGHANTAR ...................................................................................... iv

ABSTRAK .......................................................................................................... vi

DAFTAR ISI ..................................................................................................... viii

DAFTAR TABEL ............................................................................................... xi

DAFTAR GAMBAR ......................................................................................... xiii

DAFTAR LAMPIRAN .................................................................................... xvii

DAFTAR ISTILAH .......................................................................................... xix

1 PENDAHULUAN ......................................................................................... 1

1.1 Latar Belakang ..................................................................................... 1 1.2 Perumusan Masalah ............................................................................. 3 1.3 Ruang Lingkup Masalah ..................................................................... 4 1.4 Tujuan Penelitian ................................................................................. 5 1.5 Manfaat Penelitian ............................................................................... 5

2 LANDASAN TEORI ..................................................................................... 7

2.1 Kenyamanan Termal di Daerah Iklim Tropis ................................... 7 2.1.1 Karakter Iklim Tropis Secara Makro ............................................... 7

2.1.2 Iklim Mikro Kota Surabaya ............................................................. 8

2.2 Tujuan dan Hal-Hal yang Mempengaruhi Penghawaan dan Pencahayaan Bangunan Bertingkat (Krishan, 2000) ...................... 12

2.2.1 Tujuan Utama dalam Mendesain Penghawaan dan Pencahayaan pada Bangunan Bertingkat ............................................................. 12

2.2.2 Faktor-faktor yang Dapat Mempengaruhi Hasil dari Desain Sebuah Bangunan Bertingkat ......................................................... 12

2.3 Penghawaan Alami ............................................................................. 13 2.3.1 Kriteria Kenyamanan ..................................................................... 13

2.3.2 Ventilasi ......................................................................................... 16

2.3.3 Cross Ventilation ........................................................................... 19

2.3.4 Stack Ventilation ............................................................................ 21



ix

2.3.5 Hubungan antara Kecepatan Angin vs Boundary Layer ............... 22

2.4 Pencahayaan Alami ............................................................................ 23 2.4.1 Fakta Mengenai Pencahayaan Alami ............................................. 23

2.4.2 Kondisi Pencahayaan Alami yang Dikatakan Baik ....................... 24

2.4.3 Faktor-Faktor Utama yang Mempengaruhi Intensitas Pencahayaan Alami.............................................................................................. 24

2.4.4 Langit Perancangan ........................................................................ 26

2.4.5 Faktor Langit (fl) ........................................................................... 27

2.4.6 Titik Ukur ...................................................................................... 28

3 METODE PENELITIAN ............................................................................ 30

3.1 Object Penelitian ................................................................................ 30 3.2 Tempat dan Waktu Penelitian .......................................................... 33 3.3 Jenis Penelitian ................................................................................... 33 3.4 Bahan dan Alat Penelitian ................................................................. 33 3.5 Prosedur Penelitian ............................................................................ 36

4 ANALISIS PENELITIAN DAN PEMBAHASAN ..................................... 37

4.1 Desain dan Awal Universitas Kristen Petra Gedung P1 & P2 ....... 37 4.1.1 Desain Awal Universitas Kristen Petra Gedung P1 & P2 (3D) ..... 37

4.1.2 Properti Bagunan pada Desain Awal Gedung Universitas Kristen Petra P1 & P2 ................................................................................. 38

4.2 Pemilihan Sample untuk Penelitian Simulasi .................................. 38 4.3 Hasil Optimasi Penghawaan dan Pencahayaan Alami & Buatan . 44

4.3.1 Hasil Optimasi Penghawaan Alami ............................................... 44

4.3.2 Tabel Optimasi Beban Penghawaan Buatan .................................. 47

4.3.3 Hasil Optimasi Pencahayaan Alami dan Buatan ........................... 49

4.4 Analisa Hybrid antar Penghawaan dan Pencahayaan ................... 61 4.4.1 Usulan 1: Pengaturan Jadwal Penggunaan Mixed Mode ............... 63

4.4.2 Usulan 2: Meningkatkan Suhu Kenyamanan dari Suhu 27oC ke Suhu 28oC ...................................................................................... 65

4.4.3 Usulan 3: Perbandingan Standar SNI dengan Existing Gedung UK Petra ........................................................................................ 67

4.4.4 Usulan 4: Perubahaan Lampu TL-D36W Menjadi TL5-28W/840 83

4.4.5 Usulan 5: Penggunaan T8-22W/TLED GA mengantikan lampu TL5-28W/840 ................................................................................ 85



x

4.5 Hasil Analisa dalam Tabel ................................................................. 89 5 KESIMPULAN DAN SARAN ................................................................... 90

5.1 Kesimpulan ......................................................................................... 90 5.2 Saran .................................................................................................... 91

DAFTAR REFERENSI .......................................................................................93

LAMPIRAN ....................................................................................................... 95



xi

DAFTAR TABEL

1.1. Kecepatan Udara dan Kesejukan .............................................................. 15 1.2. Kebutuhan Laju Udara Ventilasi (SNI 03-6572-2001) ........................... 18 1.1. Boundary Layer (Aynsley, 1979) .............................................................. 23 4.1. Rangkuman Hasil Penelitian Material ..................................................... 48 4.2. Hasil Pemilihan Material untuk Penelitian Hybrid ................................... 61 4.3. Perbandingan hasil Penghawaan Alami dengan Analisa Hybrid............... 62 4.4. Total Kebutuhan Beban Listrik Pencahayaan dalam 1 Tahun .................. 63 4.5. Total Kebutuhan Beban Pendinginan + Lampu dalam 1 Tahun............... 63 4.6. Total Beban Listrik Setelah Pengkondisian Jadwal AC ........................... 65 4.7. Tabel Kecepatan Angin menurut SNI 03-6572-2001 ............................... 66 4.8. Hasil Analisa Hybrid Beban Listrik setelah Perubahan Suhu 27oC => 28oC ............................................................................................ 67 4.9. Perbandingan Kebutuhan Tingkat Penerangan SNI 03-6575-2001 dengan Rata-Rata Pencahayaan Aktual ................................................................ 68 4.10. Kebutuhan Lampu TL-D36W untuk minimum 250 Lux ........................ 82 4.11. Total Kebutuhan Beban Listrik Pencahayaan dengan Minimum 250 Lux dalam 1 Tahun .......................................................................................... 82 4.12. Hasil Analisa Hybrid Beban Listrik setelah PerubahanMinimum 250 Lux .................................................................................................... 83 4.13. Total Kebutuhan Beban Listrik Pencahayaan dengan Jenis Lampu TL5-28W/840 dalam 1 Tahun .................................................................. 84 4.14. Hasil Analisa Hybrid Beban Listrik setelah Perubahan dengan Jenis Lampu TL5-28W/840 ............................................................................... 85 4.15. Perbandingan Biaya 1 Tahun TL-D28W dengan T8-22W LED .............. 87



xii

4.16. Total Kebutuhan Beban Listrik Pencahayaan dengan Jenis Lampu T8-22W/T LED GA dalam 1 Tahun ........................................................ 87 4.17. Hasil Analisa Hybrid Beban Listrik setelah Mengubah Lampu Menjadi LED........................................................................................................... 88 4.18. Tabel Rangkuman Penelitian Hybrid untuk Gedung UK Petra (P1 & P2) ................................................................................................. 89



xiii

DAFTAR GAMBAR

2.1. Data Tinggi dan Rendah Suhu Udara dalam 1 Tahun ............................. 8 2.2. Pembagian Kondisi Kategori Suhu Udara dalam 1 Tahun ...................... 9 2.3. Jumlah Pembagian Waktu Day or Night dalam Kurun Waktu 1 Tahun .. 10 2.4. Kecepatan Angin Maksimum, Rata-Rata, dan Minimum dalam Waktu 1 Tahun ..................................................................................................... 11 2.5. Arah Mata Angin Dalam Setahun ............................................................. 12 2.6. Zona Kenyamanan Termal dalam Psychrometric Chart .......................... 14 2.7. Kebutuhan Peningkatan Kecepatan Udara untuk Mengkompensasi Kenaikan T Udara Kering ........................................................................ 16 2.8. Cross Ventilation ...................................................................................... 20 2.9. Bukaan Bangunan dan Arah Mata Angin yang Optimal .......................... 20

2.10. Bukaan Jendela yang Tidak Terhalang oleh Partisi / Perabot dalam Ruangan .................................................................................................... 21 2.11. Udara Panas Lebih Ringan Dibanding dengan Udara Dingin .................. 21 2.12. Pergerakkan Udara dalam Gedung ........................................................... 22 2.13. Profile Angin Pada Bangunan Bertingkat ................................................ 22 2.14. Tinggi dan Lebar Cahaya Efektif ............................................................. 28 2.15. Penjelasan Mengenai Jarak d ................................................................... 29 3.1. Tampak Rancangan Bangunan Gedung P1 & P2 .................................... 30 3.2. Layout Site yang Akan Dibangun Gedung P1 & P2 ................................ 31 3.3. Bentuk V-Shape Pada Kedua Gedung Membuat Efek Shading yang Efektif ...................................................................................................... 32 3.4. Bagan Penelitian ...................................................................................... 36 4.1. Tempak Depan, Belakang, dan Samping Gedung Universitas Kristen Petra P1 & P2 ........................................................................................... 37



xiv

4.2. Gedung P1 & P2 - Lantai 4 ...................................................................... 39 4.3. Gedung P1- Lantai 4 ................................................................................ 39 4.4. Gedung P2 - Lantai 4 ............................................................................... 40 4.5. Gedung P1 & P2 - Lantai 8 ...................................................................... 40 4.6. Gedung P1 - Lantai 8 ................................................................................ 42 4.7. Gedung P2 - Lantai 8 ................................................................................ 42 4.8. Gedung P1 - Lantai 11 (Perspektif) .......................................................... 43 4.9. Gedung P1 - Lantai 11 .............................................................................. 43 4.10. Horizontal Sliding Window ...................................................................... 44 4.11. Air Flow Factor (Ecotect-WinAir): Keseluruhan Gedung P1 & P2 ......... 44 4.12. Air Flow Factor (Ecotect-WinAir) - Gedung P1 - Lantai 4 (sebagian) .... 45 4.13. Air Flow Factor (Ecotect-WinAir) - Gedung P2 - Lantai 8 (sebagian) .... 46 4.14. Air Flow Factor (Ecotect-WinAir) - Gedung P1 - Lantai 11 (sebagian).... 47 4.15. Horizontal Sliding Window dengan ukuran 60cm x 230cm dan Penerapan Jendela pada Gedung P1&P2 ................................................................... 49 4.16. Model Lampu dan Polar Intensity Diagram Philips TCS160 2xTL-36W HEP L1 ..................................................................................................... 50 4.17. Profil Daylighting Levels: Gedung P1 - Lantai 4 dengan Klip Min. 250 Lux (Tanpa Lampu) .......................................................................... 51 4.18. Profil Daylighting Levels: Gedung P2 - Lantai 4 dengan Klip Min. 250 Lux (Tanpa Lampu) ........................................................................... 52 4.19. Profil Overall Light Levels Gedung P1 - Lantai 4 dengan Klip Min. 250 Lux (Dengan Lampu) ........................................................................ 53 4.20. Profil Overall Light Levels Gedung P2 - Lantai 4 dengan Klip Min. 250 Lux (Dengan Lampu) ........................................................................ 54 4.21. Profil Daylighting Levels: Gedung P1 - Lantai 8 dengan Klip Min. 300 Lux (Tanpa Lampu) .......................................................................... 55



xv

4.22. Profil Daylighting Levels: Gedung P2 - Lantai 8 dengan Klip Min. 300 Lux (Tanpa Lampu) .......................................................................... 56 4.23. Profil Overall Light Levels Gedung P1 - Lantai 8 dengan Klip Min. 300 Lux (Dengan Lampu) ........................................................................ 57 4.24. Profil Overall Light Levels Gedung P2 - Lantai 8 dengan Klip Min. 300 Lux (Dengan Lampu) ........................................................................ 58 4.25. Profil Daylighting Levels: Gedung P1 - Lantai 11 dengan Klip Min. 500 Lux (Tanpa Lampu) ........................................................................... 59 4.26. Profil Overall Light Levels Gedung P1 - Lantai 11 dengan Klip Min. 500 Lux (Dengan Lampu) ........................................................................ 60 4.27. Perbedaan Konfigurasi antara Bukaan pada Hasil Analisa Penghawaan dengan Analisa Hybrid ............................................................................. 62 4.28. Program Ecotect ==> Zone Management pada Hours of Operation diubah menjadi On: 09:00 dan Off: 17:00 ................................................ 64 4.29. Hasil Penghitungan Thermal Comfort Model oleh Dr. Marsh ................. 66 4.30. Alat Pengukur Tingkat Pencahayaan (Lux Meter) .................................. 68 4.31. a,b,c Kondisi dan Bentuk Ruang TU Pasca Sarjana (Gedung W) ........... 69 4.32. Kondisi dan Bentuk Ruang Dosen S2 (Gedung W) ................................. 70 4.33. a,b,c Kondisi dan Bentuk Ruang Kelas S2 - (Gedung W) ...................... 70 4.34. Kondisi dan Bentuk Ruang Rapat S2 (Gedung W) .................................. 71 4.35. Kondisi dan Bentuk Ruang Kelas S2 - (Gedung W) ............................... 71 4.36. Kondisi dan Bentuk Ruang Studio Interior-(Gedung P) .......................... 72 4.37. Daylighting Levels Gedung P1-Lantai 4 (minimum 250 Lux) ................. 73 4.38. Daylighting Levels Gedung P2-Lantai 4 (minimum 250 Lux) ................. 74 4.39. Daylighting Levels Gedung P1-Lantai 5 (minimum 250 Lux) ................. 75 4.40. Daylighting Levels Gedung P2-Lantai 5 (minimum 250 Lux) ................. 76 4.41. Daylighting Levels Gedung P1-Lantai 6 (minimum 250 Lux) ................. 77



xvi

4.42. Daylighting Levels Gedung P2-Lantai 6 (minimum 250 Lux) ................. 78 4.43. Daylighting Levels Gedung P1-Lantai 8 (minimum 250 Lux) ................. 79 4.44. Daylighting Levels Gedung P2-Lantai 8 (minimum 250 Lux) ................. 80 4.45. Daylighting Levels Gedung P1-Lantai 11 (minimum 250 Lux) ............... 81 4.46. Linear Fluorescent TL5-28W/840 ........................................................... 83 4.47. Kontur Penyebaran Pencahayaan dengan ketinggian lampu = 3 m ......... 83 4.48. False Color Rendering Ruang Kelas 4, Lantai 4 ..................................... 84 4.49. Perbandingan Penyebaran Pencahayaan antara T8-22W LED dengan TL5-28W .................................................................................................. 86 4.50. Perbandingan False Color Rendering antara T8-22W LED dengan TL5-28W .................................................................................................. 86



xvii

DAFTAR LAMPIRAN

1. Tampak Barat Gedung UK Petra P1 & P2 ............................................... 95 2 Tampak Timur Gedung UK Petra P1 & P2 .............................................. 96 3 Tampak Selatan Gedung UK Petra P1 & P2 ............................................ 97 4 Tampak Utara Gedung UK Petra P1 & P2 ............................................... 98 5 Tampak Gedung UK Petra Lantai 4 (P1 & P2) ........................................ 99 6 Tampak Gedung UK Petra Lantai 4 (P1) ................................................. 100 7 Tampak Gedung UK Petra Lantai 4 (P2) ................................................. 101 8 Tampak Gedung UK Petra Lantai 5 (P1 & P2) ........................................ 102 9 Tampak Gedung UK Petra Lantai 5 (P1) .................................................. 103 10 Tampak Gedung UK Petra Lantai 5 (P2) .................................................. 104 11 Tampak Gedung UK Petra Lantai 6 (P1 & P2) ........................................ 105 12 Tampak Gedung UK Petra Lantai 8 (P1 & P2) ........................................ 106 13 Tampak Gedung UK Petra Lantai 8 (P1) .................................................. 107 14 Tampak Gedung UK Petra Lantai 8 (P1 & P2) ........................................ 108 15 Tampak Gedung UK Petra Lantai 11 (P1) ............................................... 109 16 Tabel Hasil Analisa Kebutuhan Energi per Tahun ................................... 110 17 Konfigurasi dan Hasil Analisa Awal pada penelitian Hybrid Penghawaan

dan Pencahayaan ....................................................................................... 111 18 Penghitungan Optimasi Hybrid Usulan 1: Waktu Operasi AC 09:00 - 17:00 ............................................................................................. 112 19 Penghitungan Optimasi Hybrid Usulan 2: 27oC→ 28oC .......................... 113 20 Hasil Total Penghitungan Optimasi Hybrid Usulan 2: 27oC→ 28 ........... 116 21 Hasil Ecotect: Monthly Heating / Cooling Loads Hybrid Usulan 2: 27oC→ 28oC ............................................................................................. 118



xviii

22 Hasil Ecotect : Gains Breakdown Hybrid Usulan 2: 27oC → 28 oC ....... 119 23 Observasi Aktual Ruang TU Pascasarjana (Usualan 3) ........................... 121 24 Observasi Aktual Ruang Dosen S2 (Usualan 3) ....................................... 122 25 Observasi Aktual Ruang Kelas S2-1 (Usualan 3)...................................... 123 26 Observasi Aktual Ruang Kelas S2-2 (Usualan 3) ..................................... 124 27 Observasi Aktual Ruang Rapat (Usualan 3) ............................................. 125 28 Observasi Aktual Ruang Studio Interior (Usualan 3) ............................... 126 29 Rangkuman Rata-Rata Kebutuhan Pencahayaan Aktual pada Gedung

Universitas Kristen Petra (Usulan 3).......................................................... 127 30 Rangkuman Jumlah Lampu yang Dibutuhkan (Lantai 4) (Usulan 3) ....... 128 31 Rangkuman Jumlah Lampu yang Dibutuhkan (Lantai 5) (Usulan 3) ....... 129 32 Rangkuman Jumlah Lampu yang Dibutuhkan (Lantai 6) (Usulan 3) ....... 131 33 Rangkuman Kebutuhan Lampu TL-D36W (Min. 250 Lux) Lantai 4, 5, dan 6 (Usulan 3) ................................................................................... 132 34 Hasil Total Penghitungan Optimasi Hybrid Usulan 3: Min 250 Lux ....... 133 35 Hasil Total Penghitungan Optimasi Hybrid Usulan 4: Mengubah Jenis

Lampu TL-D36W Menjadi TL5-28W/840 ............................................... 134 36 Usulan 4: Perbandingan Biaya 1 Tahun TL-D28W dengan T8-22WLED 135 37 Hasil Total Penghitungan Optimasi Hybrid Usulan 5: Mengubah Jenis

Lampu TL5-28W/840 menjadi T8-22W LED .......................................... 136 38 Rangkuman Penelitian Hybrid untuk Gedung UK Petra (P1 & P2) ......... 137



xix

DAFTAR ISTILAH

Absolute Temperature Suhu yang menggunakan skala terendah adalah nol. Satuan suhu skala ini mengunakan skala Kelvin (K). Beban Listrik Pencahayaan Beban listrik yang dihasilkan dari beban pencahayaan pada suatu ruangan. Satuan yang dipakai adalah W.h/m2 Beban Pendingin/Cooling Load Beban listrik yang dihasilkan untuk mendinginkan atau memanaskan suhu suatu ruangan. Satuan yang dipakai adalah W.h/m2 Daylighting Level Hasil analisa dari program Ecotect yang yang menunjukkan pencahayaan yang dihasilkan pencahayaan alami / matahari dalam suatu ruangan Penelitian Hybrid Penelitian penggabungan antara hasil penelitian dari penghawaan alami dan buatan dan pencahayaan alami dan buatan Kelembaban Relatif Istilah yang digunakan untuk menggambarkan jumlah uap air yang erkadung di dalam campuran air-udara dalam fase gas Langit Perancangan Langit dalam keadaan yang ditetapkan dan dijadikan dasar untuk perhitungan Optimasi Proses untuk memperoleh hasil yang lebih efisiensi(beban listrik yang lebih kecil) dari penelitian sebelumnya Observasi Aktual Metode menganalisa suatu objek dengan melihat langsung pada gedung yang sudah ada dan mengadakan mencatatan secara sistemantis Overall Light Level Hasil analisa dari program Ecotect yang menunjukkan pencahayaan yang dihasilkan pencahayaan alami/matahari dan pencahayaan buatan/lampu dalam suatu ruangan



xx

Pencahayaan Alami Pencahayaan yang berasal sumber tenaga alami yaitu matahari Pencahayaan Buatan Pencahayaan yang dihasilkan oleh sumber cahaya buatan / lampu Penghawaan Alami Penghawaan yang dihasilkan oleh sumber daya alam (angin) Penghawaan Buatan Penghawaan yang dihasilkan oleh oleh alat pendingin/penghangat buatan Total Beban Listrik Pengabungan beban listrik yang dihasilkan oleh penghawaan dan pencahayaan dalam suatu gedung atau ruangan. Satuan yang dipakai adalah W.h/m2


master index: help: ukp:

ABSTRAK - dewey.petra.ac.id · sudah meneliti optimasi penghawaan dan pencahayaan alami maupun buatan. Akan tetapi, penelitian tersebut masih dilakukan secara terpisah. Pada penelitian

Documents