BAB III LANDASAN TEORI
3.1 Kenyamanan Termal
3
American Society of Heating Refrigerating and Air conditioning Engineering ASHRAE
mendefinisikan kenyamanan termal sebagai “suatu pemikiran di mana kepuasan didapati dari suatu persekitaran termal. Oleh karena kenyamanan adalah ‘suatu
pemikiran, persamaan empirik harus digunakan untuk mengaitkan tanggapan kenyamanan terhadap sambutan tubuh. Kenyamanan termal merupakan kepuasan
yang dialami oleh seorang manusia yang menerima suatu keadaan termal. Keadaan ini boleh dialami secara sadar ataupun tidak. Pemikiran ‘suhu netral’
atau suhu tertentu yang sesuai untuk seseorang dinilai agak kurang tepat karena nilai kenyamanan bukan merupakan konsep yang pasti dan berbeda bagi setiap
individu. Faktor-faktor yang mempengaruhi kenyamanan termal antara lain:
1. Tingkat aktivitas metabolisme dalam tubuh; 2. Insulasi pakaian nilai clo;
3. Temperatur udara; 4. Temperatur radian;
5. Kadar kelembapan udara relatif dan; 6. Kecepatan angin.
3
Stanton, Neuville dkk. 2005. Handbook of Human Factors and Ergonomics Methods. London : CRC Press
.
3.2 Faktor-Faktor Kenyamanan Termal
Kenyamanan termal dipengaruhi oleh faktor iklim dan pribadi. Faktor iklim terdiri daripada suhu udara, suhu radiasi rata-rata, kelembaban relatif dan
pergerakan udara, sedangkan faktor pribadi terdiri daripada aktivitas dan pakaian.
3.2.1 Temperatur Udara
Wilayah khatulistiwa adalah daerah yang paling panas dengan menerima radiasi matahari terbanyak sehingga. Temperatur tertinggi dicapai 1 hingga 2 jam
setelah tengah hari, karena pada saat itu radiasi matahari secara langsung bergabung dengan udara yang panas. Sedangkan temperatur terendah terjadi
sekitar 1 hingga 2 jam sebelum matahari terbit. Temperatur udara suatu tempat bergantung pada ketinggian tempat diatas
permukaan laut. Semakin tinggi, semakin menurun temperatur rata-ratanya. Seluruh daerah di bawah 60
o
garis lintang, kenaikan 100, membawa penurunan temperatur 0,57
o
C. pengaruh temperatur terhadap ruangan dapat diatur dengan konstruksi atap yang selain melindungi manusia terhadap cuaca, juga melindungi
panas dengan sistem penyejuk udara alami. Pada daerah tropis temperatur udara mempunyai nilai besaran yang sama dengan temperatur radian.
Temperatur permukaan dapat dibedakan dengan melihat lingkungan atmosfirnya. Temperatur pada permukaan bidang sangat dipengaruhi oleh warna,
kapasitas panas, konduktivitas panas serta banyaknya radiasi yang diterima. Kondisi di dalam bangunan sangat dipengaruhi oleh kondisi luar atau iklim
seempat, baik yang menyangkut tingkat intensitas pemanasan radiasi matahari yang menyangkut tingkat intensitas pemanasan radiasi matahari yang berpengaruh
langsung pada temperatur, kelembaban dan didukung oleh kecepatan aliran udara. Jika kondisi luar sangat menyimpang dari kondisi di dalam bangunan yang
diinginkan, maka diperlukan suatu usaha yang lebih besar daripada jika penyimpangannya kecil, demikian juga kondisi dalam mempunyai batas
maksimum dengan rentang yang sempit. Dengan demikian bangunan tidak bisa dilihat sebagai bentuk terpisah dengan lingkungan penukimnya, tetapi harus
dilihat sebagai bagian dari sistem sosial dan sistem ruang.
3.2.2 Kelembaban Udara
Kelembaban udara dapat mengalami fluktuasi yang tinggi, terutama sangat tergantung pada temperatur udara. Semakin tinggi temperatur udara semakin
tinggi kemampuan menyerap air. Kelembapan udara terdiri dari 2 macam, yaitu: 1. Kelembaban absolut adalah kadar air dari udara yang dinyatakan dalam gram
per kilogram udara kering. 2. Kelembaban relatif yaitu menunjukkan perbandingan antara tekanan uap air
yang ada terhadap tekanan uap air maksimum yang mungkin derajat kejenuhan dalam kondisi temperatur udara tertentu, dinyatakan dalam persen.
Untuk menilai kecocokan suatu iklim, informasi mengenai kadar kelembaban relatif sangatlah penting. Semakin tinggi kadarnya, semakin sukar iklim
tersebut ditoleransi. Kelembaban relatif berpengaruh dengan kenyamanan fisik seseorang.
Kelembaban relatif yang nyaman untuk tubuh berkisar antara 40-70. Bila udara sudah jenuh, tubuh tidak bisa menguapkan air keringat, dan ini akan
mengakibatkan rasa sesak, kotor keringat karena panas. Kelembaban relatif sedikit banyak dipengaruhi oleh faktor angin, sehingga kaitannya dengan tata letak
bangunan perlu dipikirkan pengaliran udara yang bisa menembus unsur bangunan secara terus menerus, agar kelembaban tidak terlalu rusak. Hal ini hanya dapat
dicapai dengan mengatur jarak bangunan dengan yang lain, sehingga tercipta aliran udara.
3.2.3 Pergerakan Udara
Pergerakan udara adalah suatu gerakan yang terjadi disebabkan oleh pemanasan lapisan-lapisan udara yang berbeda-beda, yang mempengaruhi tingkat
kecepatan angin. Skalanya berkisar mulai dari angin sepoi-sepoi sampai angin topan. Hal-hal yang berpengaruh dan menentukan gerakan udara, yaitu:
1. Gerakan udara merupakan faktor perencanaan yang penting karena mempengaruhi kondisi iklim, baik untuk skala rumah maupun kota. Gerakan
udara menimbulkan pelepasan panas pada permukaan kulit oleh penguapan. 2. Semakin besar kecepatan udara, semakin besar panas yang hilang, tetapi ini
hanya terjadi jika temperatur udara lebih rendah dari temperature kulit. Bentuk topografi yang berbukit, vegetasi dan bangunan dapat berpengaruh
membelokkan gerakan udara. Penelitian menunjukkan bahwa kecepatan angin di permukaan jalan rata-rata hanya 13 dari kecepatan angin pada
landscape terbuka. Arah angin sangat menentukan orientasi bangunan.
3.2.4 Metabolisme
Metabolisme adalah energi yang dilepaskan dalam proses oksidasi tubuh yang tergantung pada aktivitas menggunakan otot. Biasanya, semua aktivitas otot
dikonversi untuk memanaskan badan, tetapi selama dengan melakukan pekerjaan fisik yang berat perbandingan ini mencapai 75. Jika, sebagai contoh, orang naik
ke atas gunung, sebagian dari energi digunakan dan sebagian disimpan didalam tubuh dalam bentuk energi potensial.
Secara umum, metabolisme diukur dalam met 1 met = 58,15 Wm
2
dari permukaan badan. Satu orang dewasa normal mempunyai suatu area permukaan
1,7 m
2
dan seseorang dalam kenyamanan termal tingkat aktivitas 1 met dijumpai kehilangan panas heat loss kira-kira 100W.
3.2.5 Pakaian Clothing
Standar ASHRAE 55-1981 mengenai “Thermal Environmental
Conditions for Human Occupancy” telah menspesifikasikan kondisi lingkungan termal yang dapat diterima oleh kebanyakan orang pada tingkat aktivitas dan
insulasi yang berbeda. Oleh karena itu, sangatlah penting untuk mengetahui jenis pakaian yang memberikan jumlah insulasi yang berbeda. Maka dari itu handbook
standar ASHRAE berisi daftar nilai-nilai insulasi untuk jenis pakaian yang dipilih dan sebuah cara untuk memperkirakan total insulasi pakaian yang dipakai
keseluruhan. Pakaian merupakan faktor yang mempengaruhi kenyamanan termal
manusia ketika dalam melakukan pekerjaan sehingga pada akhirnya dapat
mempengaruhi performansi. Berikut merupakan skema hubungan antara kondisi lingkungan, pakaian dan performansi manusia.
Sumber : Ralph F. Goldman 2007
Gambar 3.1 Skema Hubungan Kondisi Lingkungan dengan Performansi
Pakaian bukanlah sebuah lempengan datar, tetapi terdiri dari bagian- bagian lengan, tubuh, celana panjang dan lain-lain. Dikarenakan pakaian memiliki
kelengkungan, lapisannya akan memiliki luas permukaan yang lebih besar daripada permukaan kulit. Ketika arus panas yang sama mengalir melalui lapisan
pakaian tertentu meninggalkan lapisan kulit, resistansi nyata pakaian tersebut dirumuskan dengan :
�
′
=
���� ���� ���� ℎ��� ����
� m.KW…………………………………………..1 Sementara pengukuran resistansi termal dijelaskan dalam satuan m
2
.KW dimana 1 m
2
.KW = 6.45 clo. Dimana resistansi termal dihitung dengan menggunakan rumus sebagai berikut:
Rc =
Im x Re B
m
2
.KW……………………………………………………….2 Dimana:
Rc = resistansi termal
Re = resistansi uap air m
2
.mbarW Im
= indeks permeabilitas range 0 sampai 1 B
= lewis factor 0.6 mbarK
Pakaian mengurangi kehilangan panas tubuh. Oleh karena itu, pakaian digolongkan menurut insulasinya. Satuan yang biasa digunakan untuk mengukur
insulasi pakaian adalah Clo unit, tetapi yang lebih teknis adalah satuan unit m
2o
KW dimana juga dapat dilihat 1 Clo = 0,155 m
2o
KW. skala Clo dirancang sedemikian sehingga seorang orang telanjang mempunyai nilai Clo sama dengan
0,0 dan seorang yang memakai satuan pakaian resmi khas mempunyai nilai Clo sama dengan 1,0.
Nilai Clo dapat dihitung jika pakaian seseorang dan nilai Clo untuk pakaian individu dikenal, dengan sederhana ditambahkan semua nilai-nilai Clo
tersebut. Memperoleh nilai Clo melalui hitungan yang secara normal memberi suatu nilai yang cukup teliti. Adapun nilai I
clo
dari beberapa jenis pakaian dapat dilihat pada Tabel 3.1
Tabel 3.1 Nilai I
clo
Berbagai Jenis Pakaian
Clothing Insulation
Clothing Insulation
Clo m
2
KW Clo
m
2
KW
Nude Coveralls
Daily wear, belted 0.49
0.076 Underwear
– pants Pantyhose
0.02 0.003
Work 0.5
0.078 Panties
0.03 0.005
Jacket Vest
0.13 0.02
Briefs 0.04
0.006 Light summer jacket
0.25 0.039
Pants 12 long legs made of wool
0.06 0.009
Smock 0.3
0.047 Pants long legs
0.1 0.016
Jacket 0.35
0.054 Underwear
– shirts Bra
0.01 0.002
Coats and overjackets
and overtrousers
Overalls multi- component
0.52 0.081
Shirt sleeveless 0.06
0.009 Down jacket
0.55 0.085
T-shirt 0.09
0.014 Coat
0.6 0.093
Tabel 3.1 Nilai I
clo
Berbagai Jenis Pakaian Lanjutan
Clothing Insulation
Clothing Insulation
Clo m
2
KW Clo
m
2
KW
Underwear – shirts
Shirt with long sleeves
0.12 0.019
Coats and overjackets
and overtrousers
Parka 0.7
0.109 Half-slip in nylon
0.14 0.022
Sundries Socks
0.02 0.003
Shirts Tube top
0.06 0.009
Thin soled shoes 0.02
0.003 Short sleeve
0.09 0.029
Quilted fleece slippers 0.03
0.005 Light blouse with
long sleeves 0.15
0.023 Thick soled shoes
0.04 0.006
Light shirt with long sleeves
0.2 0.031
Thick ankle socks 0.05
0.008 Normal with long
sleeves 0.25
0.039 Boots
0.05 0.008
Flannel shirt with long sleeves
0.3 0.047
Thick long socks 0.1
0.016 Long sleeves with
turtleneck blouse 0.34
0.053 Skirts,
dresses Light skirt 15 cm. above
knee 0.01
0.016
Trousers Shorts
0.06 0.009
Light skirt 15 cm. below knee
0.18 0.028
Walking shorts 0.11
0.017 Heavy skirt knee-length
0.25 0.039
Light trousers 0.2
0.031 Light dress sleeveless
0.25 0.039
Normal trousers 0.25
0.039 Winter dress long
sleeves 0.4
0.062 Flannel trousers
0.28 0.043
Sleepwear Under shorts
0.1 0.016
Overalls 0.28
0.043 Short gown thin strap
0.15 0.023
Highly- insulating
coveralls Multi-component
with filling 1.03
0.16 Long gown long sleeve
0.3 0.047
Fiber-pelt 1.13
0.175 Hospital gown
0.31 0.048
Sweaters Sleeveless vest
0.12 0.019
long pajamas with long sleeve
0.5 0.078
Thin sweater 0.2
0.031 Body sleep with feet
0.72 0.112
Long thin sleeves with turtleneck
0.26 0.04
Robes Long sleeve, wrap,
short 0.41
0.064 Thick sweater
0.35 0.054
Long sleeve, wrap, long 0.53
0.082 Long thick sleeves
with turtleneck 0.37
0.057 Sumber : ASHRAE Standard 55-2010
3.3 Cold Stress
4
Panas hilang dapat terjadi melalui radiasi, konduksi, konveksi misalnyapercepatan kecepatan angin, respirasi, dan evaporasi. Radiasi
menyumbang lebihdari 65 hilangnya panas, dengan nilai konduksi lebih dari
4
Parsons, Ken. 2003. Human Thermal Environments. New York : Taylor Francis Inc.
15 panas hilang 25 kali lebih cepat di dalam air. Hilangnya panas karena respiratori dan evaporasi bergantung pada kelembaban relatif dan suhu udara
ambien. Bekerja di suhu rendah, kecepatan angin yang tinggi, dan dengan berpakaian basah atau badan yang basah adalah berisiko tinggi untuk berkembang
terjadi cold stress dan cold injury.
Dalam lingkungan kerja, bahaya cold stress secara umum menyebabkan ketidaknyamanan yang serius sebelum efek-efek kesehatan terjadi. Bagaimanapun
ada beberapa reaksi yang kuat terhadap bahaya dingin dan metode-metode yang digunakan untuk mencegahnya diantaranya dari segi pakaian, aktivitas, tempat
perlindungan dan lain-lain. Lingkungan termal manusia dapat digambarkan sebagai bahaya dingin jika terjadi kecenderungan kehilangan panas ataupun
pengumpulan panas negatif dari tubuh manusia. Ada beberapa faktor yang berkontribusi terhadap cold stress diantaranya adalah temperatur dingin,
kedinginan angin wind chill, kelembaban dan kedinginan air. Faktor-faktor tersebut secara sendiri maupun bersama-sama dapat menyebabkan panas keluar
dari tubuh manusia. Sementara itu faktor dari kedinginan angin wind chill dapat meningkatkan efek dari cold stress itu sendiri. Kedinginan angin wind chill
adalah kombinasi dari suhu dan kecepatan angin. Ketika hilangnya panas pada tubuh manusia lebih besar dari panas yang
diperoleh, sistem termoregulasi manusia akan tidak mampu untuk mengimbangin hilangnya panas dan akan menyebabkan kondisi cold stress. Pemaparan atas
lingkungan kerja yang dingin merupakan bahaya yang penting dan dapat menyebabkan efek pada kenyamanan, performansi dan kesehatan manusia. Udara
dingin yang dihirup oleh manusia dapat memicu serangan asma. Selain itu menghirup udara dingin dapat menyebabkan batuk, dada sesak dan
ketidaknyamanan seperti sensasi seperti terbakar pada tenggorokan dan saluran hidung. Pemaparan atas cold stress yang ekstrim juga dapat menuju pada efek-
berikut: 1. Frostbite, merupakan membekunya sebagian organ tubuh yang terpapar oleh
suhu dingin yang berlebihan. Frostbite umumnya terjadi pada suhu 0°C 32°F.Frostbitedikenal dengan radang dingin dimana jaringan sel didalam
tubuh menjadi rusak karena terjadi pembekuan. 2. Frostnip, merupakan keadaan beku jaringan tubuh akibat terpapar udara dingin
yang dapat menimbulkan kerusakan jaringan. Bentuk paling ringan biasanya hanya mempengaruhi lapisan atas kulit dan cenderung pada organ yang jauh
dari pusat tubuh, misal daun telinga, hidung, pipi, jari dan ibu jari, tangan dan kaki. Frosnip bisa terjadi pada suhu sekitar 15°C 59°F.
3. Hypotermia, merupakan suatu keadaan dimana kondisi tubuh tidak dapat menghasilkan panas disertai menurunnya suhu inti tubuh secara berangsur–
angsur tetapi pasti dibawah 35 C dan jika tidak ada pertolongan dapat
menyebabkan cedera serius bahkan kematian. Adapun gambaran mengenai kecenderungan terjadinya cold stress pada
pekerja dengan dipengaruhi oleh faktor temperatur dan kecepatan angin dapat dilihat pada Gambar 3.2
Gambar 3.2 Pengaruh Temperatur Udara dan Kecepatan Angin Terhadap Bahaya
Cold Stress
Pekerja yang beresiko terhadap cold stres antara lain pekerja konstruksi, petani, nelayan, penebang pohon, tentara, pekerja tambang minyak, polisi,
pemadam kebakaran, tukang daging, dan pekerja pada cold storage.
Gambar 3.3 Pekerja yang Beresiko Terhadap Cold Stress
International Organization for Standarization 11079 atau ISO 11079 2007 menjelaskan mengenai prosedur evaluasi lingkungan bersuhu dingin.
Prosedur dikembangkan oleh Nielsen, Oelsen, Fanger pada tahun 1985. Kemudian
dikembangkan kembali oleh Holmer, Nilsson dan Antonnen pada tahun 2002 sampai sekarang menjadi versi terakhir yaitu ISO 11079 standard IS0 2007.
Prosedur evaluasi lingkungan dingin menurut ISO 11079 standard IS0 2007 dapat dilihat pada Gambar 3.4
Mesurement of physical quantities :
Ta, Tr, v, RH
Measurement or assessment of :
Metabolic Rate, Thermal Insulation of Clothing
Local Cooling
Draught, wind chill, contact skin cooling,
extremity cooling, airway cooling
General Cooling
Calculate IREQ, compare Icl,r and calculate Dlim
Icl,r IREQmin IREQmin
≤ Icl,r ≤ IREQneutral Icl,r
≥ IREQneutral Clothing Insufficient:
Limit duration of exposure
Clothing sufficient to prevent cooling – “slightly
cool to neutral” sensation Clothing sufficient :
Limit possible risk of overheating at high
levels of activity Calculation
recommended exposure time, Dlim
Calculation recommended exposure
time, Dlim
Sumber : ISO 11079 ISO 2007
Gambar 3.4Prosedur Evaluasi Lingkungan Dingin Menurut ISO 1107 Standard IS0 2007
3.4 Cold stress Index
Kategori