Perpustakaan Digital ITB

Peningkatan kebutuhan energi harus diimbangi dengan peningkatan efisiensi penggunaannya. Sistem pengondisian udara (air conditioning disingkat AC) termasuk pengguna energi terbesar pada sektor bangunan komersial, sehingga perlu dibuat lebih efisien. Strategi untuk penghematan energi adalah dengan meningkatkan kinerja AC dan mengurangi beban pendinginan ruangan. Salah satu cara yang telah dikembangkan untuk meningkatkan kinerja AC jenis chiller adalah menggunakan material fasa berubah (phase change material disingkat PCM) sebagai material refrigeran sekunder yang dapat meningkatkan kapasitas termal refrigeran sekunder. Sedangkan untuk mengurangi beban pendinginan ruangan dapat dilakukan dengan cara meminimalkan energi yang masuk akibat radiasi matahari yang diterima dinding dan atap. Penggunaan green roof pada atap dan PCM pada dinding dapat mengurangi energi termal yang masuk ke dalam ruangan. Untuk mendukung reduksi konsumsi energi chiller ini perlu dilakukan kajian material fasa berubah dan green roof. Dalam disertasi ini diteliti PCM alamiah yang terbuat dari minyak khas Indonesia dan garam hidrat yang tersedia harga dengan murah. Riset disertasi ini bertujuan mereduksi konsumsi energi sistem pengondisian udara jenis chiller dengan menggunakan PCM alternatif sebagai material refrigeran sekunder dan menurunkan beban termal dengan menggunakan PCM pada dinding dan green roof. Untuk memperoleh tujuan tersebut maka dilakukan penelitian yang dikelompokkan menjadi dua bagian yakni kajian PCM sebagai material refrigeran sekunder dan kajian penurunan beban termal ruangan dari dinding dan atap. Untuk memperoleh PCM alternatif sebagai material refrigeran sekunder dilakukan eksperimen meliputi: sifat-sifat material, karakteristik aliran dan perpindahan panas, dan aplikasi pada AC jenis chiller. Pada kajian penurunan beban termal ruangan dari dinding dan atap dilakukan eksperimen untuk mengetahui perpindahan panas pada green roof dan dinding ditambah PCM. Untuk mengetahui pengaruh aplikasi PCM dan green roof pada gedung komersial dilakukan perhitungan beban termal dan konsumsi energi sistem pengondisian udara. Berdasarkan sifat termal yang diperoleh diperoleh kandidat PCM sebagai material refrigeran sekunder yakni: CaCl2·9H2O, Na2HPO4·149H2O, dan minyak Nyamplung. Masing-masing memiliki panas laten yang tinggi yakni: 315,37 kJ/kg, 215,94 kJ/kg dan 184,47 kJ/kg. Sifat material lainnya adalah densitas, viskositas dan ditunjukkan dalam persamaan empirik yang diperoleh. Kelemahan dari ketiga PCM ini adalah terjadi peningkatan penurunan tekanan pada sistem pemipaan. Peningkatan ini menjadi signifikan dengan terbentuknya partikel padat akibat sebagian fluida mengalami perubahan fasa. Penggunaan surfaktan Tween 80 200 ppm dapat mengurangi penurunan tekanan rata-rata 20% untuk Na2HPO4·149H2O. Keunggulan dari ketiga PCM ini adalah terjadi peningkatan laju perpindahan panas yakni CaCl2·9H2O sebesar 18,62%, Na2HPO4·149H2O sebesar 13,9%, sementara minyak Nyamplung tidak signifikan kenaikannya. Dari laju perpindahan panas garam hidrat ini diperoleh persamaan bilangan Nusselt baru. Garam hidrat CaCl2·9H2O dan Na2HPO4·149H2O layak dikembangkan sebagai refirgeran sekunder berdasarkan hasil pengujian aplikasi yang dapat mengurangi konsumsi energi total pompa dan kompresor masing-masing sebesar 7,5%, dan 3,43%, serta hasil perhitungan pada bangunan komersial 50 lantai yang menunjukkan kedua garam hidrat ini mampu mereduksi konsumsi energi chiller yakni: 4,3% untuk CaCl2•9H2O, 2,5% untuk Na2HPO4•149H2O, dan 5,4% untuk Na2HPO4•149H2O + Tween 80 200 ppm. Beban termal ruangan dapat berkurang dengan penambahan panel PCM dari minyak Kelapa sebesar 2,7%. Sedangkan penggunaan green roof dapat mengurangi beban termal ruangan sebesar 20%. Integrasi penggunaan green roof dan penambahan panel PCM pada dinding dapat mengurangi beban termal gedung sebesar 3,3%. Perubahan fasa pada PCM dalam panel dapat mereduksi energi termal sebesar 6,4% di siang hari.