Kajian Paparan Panas Lingkungan Kerja Terhadap Kenyamanan Termal dan Produktivitas Kerja (Sub judul : Audit Termal Lingkungan Kerja Guna Efisiensi Penggunaan Energi dalam Ruangan)

  

RINGKASAN

Audit Termal lingkungan kerja guna efisiensi penggunaan energi dalam ruangan adalah

suatu proses analisis yang dilakukan terhadap kondisi lingkungan kerja di dalam ruangan untuk

mengetahui pemborosan penggunaan energi. Pada penelitian di tahun ke-3 dana Hibah Bersaing

ini, Audit Termal dilakukan di beberapa ruangan kelas yang ada di lingkungan Fakultas Teknik

Universitas Sumatera Utara (FT USU). Hasil pengamatan pada salah satu ruangan kelas akan

dipaparkan secara detail pada laporan ini. Kondisi panas dan tidak nyaman ditemukan pada

ruangan yang diamati walaupun 2 PK

• –alat pendingin mekanis (air conditioning, AC) telah

  digunakan. Ketidaknyamanan tersebut mengakibatkan kebutuhan energi mahasiswa selama

  proses belajar mengajar menjadi lebih besar. Selain itu, penggunaan AC mengakibatkan

  terjadinya pemborosan penggunaan energi listrik akibat excess air yang berlebihan masuk ke

  dalam ruangan kelas dari pintu dan jendela kelas yang selalu dibiarkan terbuka.

  Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah metoda kuantitatif melalui

pengukuran langsung kondisi termal ruangan kelas menggunakan instrumen-instrumen

pengukuran dan metoda kualitatif melalui penggunaan kuesioner termal yang diisi selama waktu

pengamatan oleh para subjek. Standar Operasi Prosedur (SOP) Audit Termal yang dihasilkan

berdasarkan hasil-hasil penelitian selama 2-tahun periode Hibah Bersaing sebelumnya digunakan

di dalam pengolahan data. SOP tersebut meliputi 4-tahapan yaitu: Tahap 1). Perhitungan Beban

Panas (Heat Load) per-Tenaga Kerja; Tahap 2). Perhitungan Hitung Beban Kerja per -Tenaga

Kerja, Tahap 3).Perhitung Jam Kerja Tenaga Kerja, Tahap 4). Perhitung Tingkat Stress Pekerja

akibat paparan panas yang terjadi. Pada kasus pengukuran di ruangan kelas pada tahun ke-3

pelaksanaan penelitian Hibah Bersaing ini, tahap ke-4 dari SOP Audit Termal tidak dilakukan

karena subjek tidak secara terus menerus terpapar panas. Hasil yang diperoleh dianalisa

berdasarkan standar SNI 03-6572-2001 tentang standar kenyamanan ruangan kelas, standar Nilai

Ambang Batas (NAB) American Conference Govermental Industrial Hygiene (ACGIH) tentang

iklim kerja, standar Effecctive Temperature (ET) dan Operative Temperature (T ) American

op

  

Society Heating Refrigerating Air-Conditioning Engineers (ASHRAE) dan International Standard

Organization (ISO) tentang nyaman-termal. Nilai persepsi para mahasiswa setelah rancangan

perbaikan diprediksi menggunakan rumusan Predicted Mean Vote (PMV) dan Predicted

Percentages Dissatisfied (PPD) Fanger. Subjek yang berpartisipasi dalm penelitian ini adalah

sekitar 424-mahasiswa sebagai pengguna ruangan kelas. Hasil yang diperoleh tidak hanya untuk

melakukan audit termal tetapi dikembangkan untuk mengetahui penggunaan energi dalam

ruangan (energi tubuh dan energi listrik).

  Hasil penelitian yang diperoleh adalah temperatur ruang kelas berkisar antara 28°C

sampai 30,36°C. Kelembaban relatif ruang kelas berkisar 66% sampai 75,66%. Kecepatan udara

ruang kelas berkisar 0,4 m/s. Suhu bola ruang kelas berada diantara 26,84°C sampai 29,39°C.

Kondisi ini mengindikasikan bahwa ruangan kelas terpapar panas. Nilai ET dan T adalah

op

berkisar antara 26,07°C sampai 28,06°C dan 27,54°C sampai 29,97°C, secara berturutan. Hal ini

mengindikasikan bahwa ruang kelas berada dalam zona panas-nyaman bukan optimal-nyaman

berdasarkan SNI 03-6572-2001 dan sesui dengan rata-rata persepsi termal yang bernilai antara

0,5 sampai 1 (sensasi hangat). Jika hal ini tidak diperbaiki diperkirakan nilai PMV adalah 2

sampai 2,6 dan nilai PPD adalah 76,8% sampai 95,3% yang mengindikasikan naiknya persentasi

ketidaknyamanan. Konsumsi energi para mahasiswa rata-rata adalah melebihi 200 kkal/jam,

sehingga para mahsiswa membutuhkan energi ekstra untuk tetap berada di ruangan selama proses

belajar mengajar. Rancangan perbaikan ruang kelas yang dilakukan adalah perbaikan ruang kelas

secara engineering dan mangement control melalui penambahan daya AC dan pengaturan aliran

udara dalam ruangan, pengurangan jumlah mahasiswa pengguna ruangan sebesar 45% serta

regulasi setting temperatur AC pada range temperatur efektif sebesar 25 sampai 27 °C.

Diharapkan dengan desain perbaikan yang dilakukan upaya penghematan energi melalui audit

termal ruang kelas dapat berkesinambungan dilakukan.

  Laporan Akhir Hibah Bersaing Tahun ke-3, 2013

  

PRAKATA

  Penelitian Kajian Paparan Panas Lingkungan Kerja Terhadap Kenyamanan Termal Dan Produktivitas Kerja pada tahun ke-3 dana Hibah Bersaing ini dilakukan untuk meneliti mengenai Audit Termal Lingkungan Kerja Guna Efisiensi Penggunaan Energi Dalam Ruangan. Pemilihan sub judul ini dilakukan setelah menganalisa penggunaan Indeks Suhu Bola Basah (ISBB) yang diadopsi dari standar American Conference Govermental Industrial dan digunakan oleh Kementerian Tenaga Kerja sebagai alat ukur iklim

  Hygiene (ACGIH)

  kerja yang terpapar panas di beberapa industri manufaktur perlu dilakukan beberapa penyesuaian indikator. Penelitian mengenai hal ini telah dilakukan selama 2-tahun sebelumnya dan hasilnya berupa karya ilmiah telah dipublikasikan di beberapa jurnal dan prosiding Nasional dan Internasional serta berupa produk kalkulator Audit Termal yang dapat digunakan untuk menganalisa heat stress kondisi termal suatu ruangan yang terpapar panas. Pada tahun ke-3 penelitian ini dikembangkan untuk meneliti efek heat stress paparan panas terhadap para pengguna ruangan yang membutuhkan konsentrasi kerja lebih tinggi dibandingkan dengan para pekerja pabrik manufaktur serta meneliti penggunaan energi di dalam ruangan tersebut. Topik ini dipilih berdasarkan fenomena yang sering dialami peneliti sebagai dosen yang mengajar di ruangan kelas. Sering dijumpai ruangan kelas yang telah dilengkapi oleh alat pendingin mekanis atau air-conditioning (AC) tidak mampu menciptakan kondisi nyaman- optimal yang dapat mendukung produktivitas belajar mengajar dan cenderung kondisi ruangan kelas menciptakan rasa lelah setelah jam perkuliahan berakhir.

  Metoda yang digunakan dalam penelitian di tahun ke-3 ini banyak menggunakan metoda yang dihasilkan dari tahun sebelumnya yaitu Standar Operasi Prosedur (SOP) Audit Termal. Lokasi pengamatan difokuskan pada beberapa ruangan kelas yang di lingkungan Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara (FT USU). Subjek yang diamati adalah para mahasiswa pengguna kelas yag tidak dibedakan berdasarkan gender. Hasil yang diperoleh diharapkan dapat menjadi suatu masukan bagi pihak fakultas di dalam menentukan regulasi jumlah mahasiswa per-satuan luas kelas dan regulasi setting-temperature AC selama proses belajar-mengajar yang efisien tanpa mengorbankan rasa nyaman dosen dan mahasiswa.

  Hasil yang diperoleh dari penelitian ini masih jauh dari sempurna dan masih banyak faktor yang harus dikembangkan guna penyempurnaan analisa audit termal suatu ruangan. Oleh karena itu masukan dan kritikan diperlukan untuk keberlangsungan penelitian selanjutnya. Akhirul kalam, peneliti mengucapkan terimakasih yang sebesar-besarnya kepada para tim DP2M Dikti yang telah mendanai penelitian ini dari tahun 2011, 2012 dan 2013. Semoga penelitian yang telah dilakukan dapat bermanfaat dan berguna. Serta terimakasih kepada para mahasiswa bimbingan terutama kepada Suriadi Tarigan yang telah banyak membantu pelaksanaan penelitian ini.

  Medan, 18 Desember 2013 Tim Peneliti

  Laporan Akhir Hibah Bersaing Tahun ke-3, 2013

  

DAFTAR ISI

  Halaman HALAMAN PENGESAHAN RINGKASAN ...................................................................................................... i PRAKATA ........................................................................................................... ii DAFTAR ISI ........................................................................................................ iii DAFTAR TABEL ................................................................................................ iv DAFTAR GAMBAR ........................................................................................... v DAFTAR LAMPIRAN ........................................................................................ vii BAB 1. PENDAHULUAN ...................................................................................

  1 BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA .........................................................................

  4 BAB 3. TUJUAN DAN MANFAAT PENELITIAN .........................................

  20 BAB 4. METODE PENELITIAN .......................................................................

  21 BAB 5. HASIL YANG DICAPAI ......................................................................

  27 BAB 6. RENCANA TAHAPAN BERIKUTNYA .............................................

  64 BAB 7. KESIMPULAN DAN SARAN ..............................................................

  65 DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................

  66 LAMPIRAN .......................................................................................................... L-1

  Laporan Akhir Hibah Bersaing Tahun ke-3, 2013

  Laporan Akhir Hibah Bersaing Tahun ke-3, 2013

DAFTAR TABEL

  40 Tabel 5.13. Hasil Perhitungan Metabolic Rate ....................................................

  61 Tabel 5.27. Standar Intensitas Konsumsi Energi (IKE) .......................................

  57 Tabel 5.26. Perbandingan Kondisi Aktual dengan Rancangan Perbaikan ...........

  56 Tabel 5.25. Hasil Perhitungan Beban Daya Pengkondisian Udara .....................

  56 Tabel 5.24. Kategori Beban Kerja Mahasiswa ...................................................

  54 Tabel 5.23. Jumlah Mahasiswa Selama Waktu Pengamatan ...............................

  52 Tabel 5.22. Rekapitulasi Nilai PMV dan PPD .....................................................

  51 Tabel 5.21. Input Parameter Perhitungan PMV dan PPD ....................................

  50 Tabel 5.20. Hasil Perhitungan Operative Temperature (T op ) .............................

  48 Tabel 5.19. Kategori Kenyamanan Termal Ruang Kelas ....................................

  48 Tabel 5.18. Nilai Ambang Batas (NAB) Iklim Kerja Diadopsi dari ACGIH 1996 ..............................................................................

  44 Tabel 5.17. Kategori Beban Kerja Mahasiswa ....................................................

  43 Tabel 5.16. Hasil Perhitungan Operative Temperature (T op ) ...............................

  42 Tabel 5.15. Hasil Perhitungan Effective Temperature (ET) ..................................

  41 Tabel 5.14. Hasil Perhitungan Mean radiant Temperature (T mrt ) .........................

  39 Tabel 5.12. Hasil Perhitungan Pengeluaran Energi ..............................................

  Halaman Tabel 2.1 Aktivitas dan Kecepatan Metabolisme ...............................................

  38 Tabel 5.11. Hasil Perhitungan Dubois Area .........................................................

  37 Tabel 5.10. Data Rata-Rata Total Kenyamanan Termal ......................................

  36 Tabel 5.9. Data Rata-Rata Total Sensasi Dan Preferensi Aliran Udara .............

  35 Tabel 5.8. Data Rata-Rata Total Sensasi Dan Preferensi Termal .......................

  34 Tabel 5.7. Data Rata-Rata Total Fisiologis Mahasiswa ......................................

  33 Tabel 5.6. Data Rata-Rata Total Insulation Clothing (I clo ) Mahasiswa ..............

  31 Tabel 5.5. Data Personal Mahasiswa ........................................

  30 Tabel 5.4. Data Rata-Rata Suhu Basah, Suhu Kering Dan Suhu Bola ................

  29 Tabel 5.3. Data Rata-Rata Kecepatan Udara (m/s) .............................................

  28 Tabel 5.2. Data Rata-Rata Kelembaban Relatif (%) ...........................................

  14 Tabel 5.1. Data Rata-rata Temperatur Udara (°C) ...............................................

  12 Tabel 2.4. Penafsiran Indeks Heat Stress (HSI) ..................................................

  7 Tabel 2.3. Keputusan Menteri Tenaga Kerja No. 51 Tahun 1999 Tentang NAB Iklim Kerja ISBB yang Diperkenankan (diadopsi dari ACGIH 1996) .............................................................

  5 Tabel 2.2. Nilai Resistansi Clothing (Rcl) dari Beberapa Jenis dan Bahan Pakaian ................................................................................................

  61

  Laporan Akhir Hibah Bersaing Tahun ke-3, 2013

DAFTAR GAMBAR

  34 Gambar 5.8. Grafik Rata-Rata Total DNI dan DNK Mahasiswa ........................

  48 Gambar 5.21. Grafik Perbandingan Temperatur Relatif Aktual dengan Temperatur Relatif Standar .........................................................

  45 Gambar 5.20. Nilai ISBB di Awal dan Akhir Kuliah ..........................................

  44 Gambar 5.19. Grafik Perbandingan Kelembaban Relatif Aktual dengan Kelembaban Relatif Standar .........................................................

  43 Gambar 5.18. Grafik Temperatur Operatif Aktual................................................

  42 Gambar 5.17. Grafik Temperatur Efektif Aktual.................................................

  40 Gambar 5.16. Grafik Mean Radiant Temperature ...............................................

  38 Gambar 5.15. Grafik Rata-Rata Pengeluaran Energi ............................................

  38 Gambar 5.14. Grafik Rata-Rata Total Kenyamanan Termal ................................

  37 Gambar 5.13. Grafik Rata-Rata Total Preferensi Aliran Udara ...........................

  37 Gambar 5.12. Grafik Rata-Rata Total Sensasi Aliran Udara ................................

  36 Gambar 5.11. Grafik Rata-Rata Total Preferensi Termal ......................................

  35 Gambar 5.10. Grafik Rata-Rata Total Sensasi Termal ..........................................

  35 Gambar 5.9. Grafik Rata-Rata Total Suhu Tubuh Mahasiswa .............................

  33 Gambar 5.7. Grafik Rata-Rata Total Insulation Clothing (Iclo) Mahasiswa .......

  Halaman Gambar 4.1. Kalkulator Audit Termal ................................................................

  32 Gambar 5.6. Grafik Data Total Personal Mahasiswa ...........................................

  30 Gambar 5.5. Grafik Suhu Basah, Suhu Kering Dan Suhu Bola pada Titik-Titik Pengukuran ............................................................

  29 Gambar 5.4. Grafik Kecepatan Udara Titik-Titik Pengukuran ............................

  28 Gambar 5.3. Grafik Kelembaban Relatif pada Titik-Titik Pengukuran ...............

  27 Gambar 5.2. Grafik Temperatur Udara pada Titik-Titik Pengukuran .................

  26 Gambar 5.1. Lay-out dan Titik-Titik Pengukuran Termal Ruang Kelas ..............

  25 Gambar 4.5. Langkah-Langkah Pengolahan Data dan Analisis Hasil ................

  23 Gambar 4.4. Prosedur Pengumpulan Data Fisik, Fisiologis dan Psikologis ........

  22 Gambar 4.3. Kerangka Konseptual Penelitian .....................................................

  21 Gambar 4.2. Desain Penelitian ............................................................................

  18 Gambar 4.1. Roadmap Penelitian .........................................................................

  15 Gambar 4.3. Windows Microsoft Excell Perhitungan PMV dan PPD Rancangan Hakan Nilsson ..............................................................

  14 Gambar 4.2. Monogram Koenigsberger .............................................................

  50

  Laporan Akhir Hibah Bersaing Tahun ke-3, 2013

DAFTAR GAMBAR (lanjutan)

  Halaman

Gambar 5.22. Grafik Perbandingan Temperatur Relatif Operatif dengan Temperatur Operatif Standar ........................................................

  51 Gambar 5.23. Grafik Nilai PMV dan PPD ..........................................................

  53 Gambar 5.24. Grafik Nilai PMV dan PPD Rancangan Perbaikan ......................

  62

  Laporan Akhir Hibah Bersaing Tahun ke-3, 2013

DAFTAR LAMPIRAN

  Halaman Lampiran 1. Instrumen Penelitian ..................................................................... L-1 Lampiran 2. Personalia Tenaga Peneliti dan Kualifikasinya ............................. L-5 Lampiran 3. HKI : SOP dan Kalkulator Audit Termal ................................... L-15 Lampiran 4. Artikel Ilmiah: SNTI 2013 ............................................................. L-17 Lampiran 5. Artikel Ilmiah CAE PEI 2013 ......................................................... L-29 Lampiran 6. Nara Sumber: Workshop PEI 2013 ............................................... L-40 Lampiran 7. Artikel Ilmiah : Dies Natalis FT USU ke-54 ................................... L-43 Lampiran 8. Artikel Ilmiah: Jurnal PETRA ....................................................... L-55 Lampiran 9. Draft Buku “Lingkungan Kerja” ....................................................

  L-68 Lampiran 10. Hasil Yang Dicapai. ....................................................................... L-70 Lampiran 11. Foto-Foto Penelitian ....................................................................... L-75

BAB 1 PENDAHULUAN Faktor-faktor manusia (human factors) adalah sistem mengenai hubungan antara

  manusia dengan lingkungan kerja dimana ketidaknyamanan termal lingkungan kerja dapat mengganggu aktivitas manusia (Barnes, 1980). Ketidaknyamanan termal dapat terjadi dimana saja, seperti di rumah, kantor, ruang kelas, dan restoran. Berdasarkan hasil survey yang dilakukan oleh Environmental Protection Agency (EPA) pada tahun 2011 diperoleh bahwa rata-rata manusia menghabiskan sekitar 90 % waktu di dalam ruangan yaitu sekitar 55% digunakan untuk kegiatan di dalam rumah mulai dari bangun pagi sampai bersiap-siap untuk pergi bekerja, belajar atau kegiatan lain; sekitar 33% kegiatan di ruang kerja, dan sekitar 4% kegiatan di ruangan tertutup lainnya. Sedangkan sekitar 8 % adalah kegiatan di luar ruangan. Data ini diperoleh EPA dari hasil survei yang dilakukan pada gedung-gedung perkantoran, gedung sekolah atau kelas playgroup, tempat-tempat kerja sukarelawan, dan rumah hunian. Berdasarkan data tersebut dapat diketahui bahwa kegiatan manusia sehari-hari minimal sekitar 33% atau sekitar 8 jam adalah berada di ruang kerja. Oleh karena itu kondisi ruang kerja untuk mendapatkan kinerja yang optimal harus memenuhi kriteria optimal-nyaman. Salah satunya adalah dengan melengkapi ruangan kerja dengan alat pendingin mekanis yang disebut air-conditioning (AC).

  Menurut American Society Heating Refrigerating Air-Conditioning Engineers (ASHRAE) 55, 2004 dan International Standarization Organisation (ISO) 7730, 2005 mendefinisikan kenyamanan termal sebagai kondisi pikiran yang mengekspresikan keputusan terhadap lingkungan termal. Sehingga berdasarkan definisi ini, kenyamanan bersifat sangat subjektif dari para pengguna. Oleh karena itu menurut buku Ken Parsons (2004), kenyamanan termal melibatkan tiga aspek meliputi aspek fisik, fisiologis dan psikologis. Aspek fisik meliputi empat parameter yakni temperatur udara, temperatur radian, kelembaban dan kecepatan angin dan dua parameter yang bersifat personal yakni jenis pakaian dan jenis kegiatan. Aspek fisiologis meliputi metabolisme rata-rata dalam tubuh akibat aktivitas atau lingkungan dan aspek psikologis meliputi sensasi dan preferensi kondisi termal dari responden. Pada umumnya manusia akan melakukan penyeimbangan termal terhadap ketiga aspek tersebut untuk mendapatkan kenyamanan dalam bekerja.

  Menurut penelitian yang dilakukan oleh D.P. Wyon dalam R.Kosonen (2004) dinyatakan bahwa perbedaan 2°C antara temperatur udara dengan temperatur netral ruangan

  Laporan Akhir Hibah Bersaing Tahun ke-3, 2013

  1 akan mengakibatkan kehilangan produktivitas lebih dari 10% untuk pekerjaan berfikir. Selain itu kondisi termal yang tidak nyaman di dalam ruangan menurut Shinichi Tanabe (2005) dapat menyebabkan kelelahan dan hambatan dalam berfikir dan sakit kepala.

  Di sisi lain, penggunaan AC akan berdampak pada bertambahnya penggunaan energi (listrik). Pencampuran udara yang tidak baik antara udara dingin yang dihasilkan AC dengan udara yang terdapat dalam ruangan akan mengakibatkan terjadi peristiwa over cooling load.

  Jika peristiwa ini terjadi maka beban pemakaian energi listrik akan cenderung meningkat. Akibatnya adalah terjadi pemborosan pemakaian energi demi tercapainya kenyamanan termal.

  Peningkatan produktivitas kerja melalui perbaikan lingkungan termal telah dilakukan oleh beberapa peneliti, antara lain dengan studi kasus dari beberapa gedung seperti yang dilakukan oleh R.L. Hwang (2006) di Taiwan. Hasil yang diperoleh adalah zona temperatur ruang kelas yang dapat diterima oleh para siswa melalui metode penilaian langsung dan tidak langsung adalah sebesar 21,1 sampai 29,8°C New Effective Temperature (ET) dan 24,2 sampai 29,3°C ET. Sedangkan berdasarkan penelitian yang dilakukan oleh N.H. Wong (2002) di Singapura diperoleh hasil bahwa temperatur netral ruang kelas adalah 28,3°C

  

Operative Temperature (OT). Menurut S. Tanabe (2005) menyatakan bahwa perpindahan

  panas secara konveksi terjadi diseluruh titik melalui aliran darah yang diperoleh dari pengamatan terhadap termal manikin yang memiliki 65 titik thermoregulasi dari 16 segmen tubuh termal manikin.

  Di samping penelitian untuk mengetahui personal-setting temperatur nyaman bagi para pengguna ruangan tersebut di atas, regulasi penghematan pemakaian energi dalam bangunan juga telah diatur oleh beberapa negara khusunya untuk ruangan kelas/kuliah. Antara lain di Taiwan, dimana regulasi setting temperatur ruangan ber-AC adalah 28°C walau mendapat keluhan dari para siswa karena tidak memenuhi kriteria kenyamanan yang ditetapkan oleh ASHRAE 55, sedangkan di Jepang adalah 27°C. Sementara di Indonesia regulasi ini belum ada.

  Kasus yang diamati dalam penelitian ini adalah fenomena munculnya ketidaknyamanan termal dalam beberapa ruang kelas yang berada di Fakultas Teknik (FT) Universitas Sumatera Utara (USU). Permasalahan pada salah satu ruangan kelas diuraikan secara detail pada laporan ini. Rata-rata ukuran ruang kelas beraneka ragam yaitu sekitar 70

  2

  sampai 150 m yang diisi oleh 40 sampai 70 orang mahasiswa. Umumnya ruang kelas diisi

  Laporan Akhir Hibah Bersaing Tahun ke-3, 2013

  2 dengan kursi kayu yang didesain menyatu dengan meja dan diperuntukkan bagi para mahasiswa, sepasang meja dan kursi untuk dosen, papan tulis, serta 1 set LCD yang tergantung di dalam ruangan. Masing-masing deretan kursi dan meja mahasiswa umumnya terpisah atas 2 sampai 3 blok dengan jarak masing-masing blok sekitar 60 cm untuk jalur keluar dan masuk ke dalam deretan kursi-meja. Beberapa ruang kuliah ini memiliki fasilitas pendingin ruangan (AC) yang rata-rata berjumlah 2 unit dengan kapasitas rata-rata masing- masing 1 PK yang beroperasi dengan baik. Pada beberapa ruangan terdapat kipas angin yang diletakkan pada bagian atas ruangan untuk membantu sirkulasi udara dalam ruang kuliah. Sistem pencahayaan ruang kuliah di Fakultas Teknik umumnya menggunakan lampu fluorescent dengan tingkat intensitas cahaya berkisar antara 100 sampai 220 lux. Jumlah lampu fluorescent bervariasi dalam ruang kuliah, rata-rata berkisar 12 buah lampu dengan daya masing-masing berkisar 40 watt. Output cahaya lampu fluorescent ini dapat dipengaruhi oleh temperatur ruangan dan kelembaban. Sedangkan Balas lampu fluorescent akan mengeluarkan cukup banyak panas yang dapat membebani alat pendingin mekanis ruangan. Selain itu, sinar matahari memasuki ruangan melalui jendela dan ventilasi. Jendela ruang

  2 kuliah umumnya terdapat pada dinding belakang dan depan dengan ukuran berkisar 8 m .

  Ketidaknyamanan termal di dalam ruang kuliah sering dirasakan oleh mahasiswa dan dosen saat proses belajar mengajar berlangsung. Hal ini terjadi karena peristiwa over cooling akibat ketidakseimbangan antara luas ruang kelas dengan jumlah mahasiswa yang menggunakan ruangan tersebut. Alat pendingin ruangan yang tidak mampu mendinginkan ruangan akibat terjadinya peristiwa over excess air. Hal ini antara lain disebabkan oleh sistem ventilasi ruangan yang kurang baik, pintu ruang kuliah yang selalu terbuka ditambah proses metabolisme mahasiswa selama proses belajar mengajar. Percampuran udara yang tidak baik ini dapat mengakibatkan timbulnya paparan panas dalam kelas. Paparan panas yang terjadi akan berakumulasi dengan panas akibat cahaya lampu fluorescent dan balas yang digunakan dalam ruangan. Udara dingin tidak mampu berdistribusi secara merata keseluruh ruang kuliah. Berdasarkan pengamatan pendahuluan ketidaknyamanan termal ini sering menimbulkan rasa gerah bagi dosen dan mahasiswa selama proses belajar mengajar berlangsung dan cenderung menurunkan produktivitas kerja.

  Laporan Akhir Hibah Bersaing Tahun ke-3, 2013

  3

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Standar Operasi Prosedur (SOP) Audit Termal

  SOP Audit Termal disusun berdasarkan buku Handbook of Human Factors and

  

Ergonomics Methods edited by Neville Stanton , bab 62 tentang Guidelines for Investigating

  dan buku Human Thermal Environments, Second edition by Ken Parsons tentang

  Heat Stress

Heat Stress Indices dari hal 16 s/d 22. Adapun prosedur yang dikembangkan diuraikan berikut

  ini :

1. Hitung Beban Panas (Heat Load) per-Tenaga Kerja

  Adapun persamaan keseimbangan panas yang direkomendasikan ASHRAE (1989) adalah sebagai berikut: M + Q = (C + R + E ) + (C + E ) .................... 1)

  sk res sk res res

• – W = Q dimana : M : tingkat produksi energi metabolisme W : tingkat pekerjaan mekanik Q sk : total tingkat kehilangan panas melalui kulit Q res : total tingkat kehilangan panas melalui pernafasan C : tingkat kehilangan panas konvektif dari kulit

  R : tingkat kehilangan panas radiatif dari kulit E : tingkat kehilangan panas penguapan total dari kulit

  sk

  C : tingkat kehilangan panas konvektif dari pernapasan

  res

  E : tingkat kehilangan panas penguapan dari pernapasan

  res Dalam menghitung keseimbangan panas, maka perlu dihitung (C + R + E sk ) dan (C res + E res ).

  Nilai tingkat pekerjaan mekanik (W) biasanya diasumsikan dengan 0 artinya tidak ada terdapat pekerjaan yang dilakukan secara mekanik. Nilai M didapatkan dari tabel yang direkomendasikan oleh Neville Stanton yang ditunjukkan pada Tabel 2.1 berikut ini.Komponen-komponen yang digunakan dalam perhitungan Beban Panas (Heat Load) per- Tenaga Kerja a.

  ) Kehilangan panas dari kulit ( C + R + E sk

  Perhitungan kehilangan panas dari kulit dapat dilakukan dengan menghitung kehilangan panas sensible (C+R) dan kehilangan panas yang menguap dari kulit (E sk )

  Laporan Akhir Hibah Bersaing Tahun ke-3, 2013

  4

• –t
• – t
• – t

  7 Pekerja grafis

  65

  4 Berdiri santai

  1.2

  70

  5 Aktivitas biasa ( kantor, rumah tangga, sekolah)

  1.2

  70

  6 Menyetir mobil

  1.4

  80

  1.5

  3 Tukang jam

  85

  8 Berdiri, aktivitas ringan(belanja, lab, industry ringan)

  1.6

  93

  9 Guru, mengajar didepan kelas

  1.6

  95

  10 Kerja rumah tangga (cukur, mencuci, berpakaian) 1.7 100

  11 Berjalan di dataran, 2 km/jam 1.9 110

  12 Berdiri, aktivitas sedang (menjaga took, rumah tangga) 2.0 116

  1.1

  58

  13 Industri bangunan, memasang bata (bata 15,3 Kg) 2.2 125

  ) ....................................................................... 4) dimana : .............................................................. 5) dan h = h r + h c ........................................................................... 6)

  5 Laporan Akhir Hibah Bersaing Tahun ke-3, 2013 i. Kehilangan panas sensible ( C + R)

  C = f cl h c (t cl

  a ) ............................................................................ 2)

  R = f cl h c (t cl

  r ) ............................................................................ 3)

  C + R = f

  cl

  h (t

  cl

  o

  Transfer panas aktual melalui baju yang dipakai baik secara konduksi, konveksi dan radiasi dikombinasikan ke dalam nilai resistansi termal R cl , maka : ......................................................... ...... 7) dikarenakan perhitungan t

  1.0

  cl

  yang membutuhkan perhitungan teknik iterasi yang rumit, maka dengan mengkombinasikan persamaan 4) dan 7) dapat digantikan nilai t cl dalam menghitung C+R melalui persamaan:

  ................................................. 8)

Tabel 2.1. Aktivitas dan Kecepatan Metabolisme

  No Aktivitas Satuan Met W/m

  2

  1 Berbaring

  0.8

  46

  2 Duduk Tenang

• – tukang jilid

• – mencuci dengan tangan dan menyetrika (120-220W/m
• – membentuk cetakan
• – memotong dengan gergaji satu tangan
• – membajak dengan kuda
• – mengisi pencampuran semen dengan spesi dan batu

• – meluncur di atas es, 18 km/jam
• – menggali dengan cangkul (24 angkatan/menit)
• – ski diantara 18 km/jam
• – bekerja dengan kapak (2 kg, 33 ayunan/menit) 8.6 500
• – lari 15 km/jam
• 2
• 1
• 2
• 1
• 2
• 1
• 1

  9.5 550

  Sumber: Neville Stanton & Auliciems, Andris and Steven V. Szokolay

  di mana f

  cl

  : Faktor area pakaian. Area permukaan dari tubuh yang tertutupi A

  cl

  , dibagi dengan area permukaan tubuh yang telanjang/terbuka A

  D

  (ND) h c : Koefisien transfer panas konveksi (W m

  K

  K

  ) h r : Koefisien transfer panas radiasi linear (W m

  ) h : Koefisien transfer panas gabungan (W m

  K

  ) t

  o

  : Temperatur operatif (°C) t

  r

  : Temperatur radian rata-rata (°C) t a : Temperatur udara (°C) t cl : Suhu rata-rata pada tubuh yang berpakaian (°C) t sk : Temperatur kulit rata-rata (°C) R

  cl

  : Resistensi termal dari pakaian (m

  2 K W

  27 Olah raga

  26 Kehutanan

  7.0 405

  18 Industri bangunan

  6 Laporan Akhir Hibah Bersaing Tahun ke-3, 2013

Tabel 2.1. Aktivitas dan Kecepatan Metabolisme (lanjutan)

  No Aktivitas Satuan

  14 Berdiri mencuci piring 2.5 145

  15 Kerja rumah tangga- mengumpulkan daun di halaman 2.9 170

  16 Kerja rumah tangga

  2

  ) 2.9 170

  17 Besi dan baja- menuang, mencetak 3.0 175

  3.1 180 Berjalan di dataran, 5 km/jam 3.4 200

  25 Olah raga

  20 Kehutanan

  3.5 205

  21 Pertanian

  4.0 235

  22 Industri bangunan

  4.7 275

  23 Olah raga

  6.2 360

  24 Peranian

  6.5 380

  ) Nilai t r diperoleh dari rumus yang ditunjukkan pada persamaan 9) atau 10, atau 11) yang ditentukan oleh besaran kecepatan angin (v); Nilai t a diperoleh dari hasil pengukuran di ruang kerja. Sedangkan nilai R cl diperoleh dari hasil estimasi menggunakan tabel R cl seperti ditunjukkan pada Tabel 2.2.

Tabel 2.2. Nilai Resistansi Clothing (R cl ) Dari Beberapa Jenis dan Bahan Pakaian

  Resistansi Resistansi Jenis Pakaian Jenis Pakaian

  Clothing (R ) Clothing (R )

cl

cl Insulasi Tinggi / Pakaian Dalam fiberpelt

  0,03 0,90 Celana Dalam Boiler suit 0,10 0,35 Celana dalam berkaki panjang Celana 0,04 0,20 Rompi

  Singlet 0,09 Kaos

  Pakaian Luar 0,12 0,60 Kemeja berlengan panjang Mantel 0,03 0,55 Celana dalam dan bra Jaket

  0,70 Kemeja / blus Parka

  0,15 0,55 Lengan panjang Keseluruhan fiber-pelt 0,20 Tebal, lengan panjang Lain-lain 0,25 0,02 Normal, lengan panjang Kaus kaki

  Kemeja, planel, lengan Kaus kaki tebal panjang 0,30 sepanjang pergelangan 0,05 kaki 0,15 0,10

  Blus tipis, lengan panjang Kaus kaki tebal panjang 0,03 Celana Stoking nilon

  0,06 0,02 Pendek Sepatu (bersol tipis) 0,20 0,04 Tebal

  Sepatu (bersol tebal) 0,25 0,10 Normal Sepatu bot 0,28 0,05 Planel

  Sarung Tangan 0,25 Jaket musim panas 0,35 Jaket 0,30 Blazer Sumber: Ken Parsons, Human Thermal Environmental

  Secara perhitungan, t r dapat dihitung dengan persamaan: t untuk v = 0 m/s atau mendekati 0 m/s

  r

  9) , ............................................................. t r untuk v ≤ 0,15 m/s atau mendekati 0 m/s

  0, 5 10 0, 5

• r t g

  10) t ..............

  t r untuk v > 0,15 m/s

  0, 5 0, v 1,1 10

• r t

  g 0, a

  g- d Laporan Akhir Hibah Bersaing Tahun ke-3, 2013

  11) t t t , untuk v > 0,15 m/s...........

  7 Rata-rata temperatur kulit (t ) dapat diestimasi sebagai suatu nilai konstan (misal sekitar

  sk

  33 C untuk kenyamanan dan 36 C untuk kondisi stress). Nilai h c untuk orang duduk (seated

  person ) :

  0.6 h = 8.3v for 0.2 < v < 4.0 c h =

  3.1 for 0 < v < 0.2

  c

• 1 dimana v adalah kecepatan angin dalam ms .

  Transfer radiasi panas dengan koefisien radiasi h r ditunjukkan pada persamaan berikut:

3 Ar t  t

   

  cl r h  4  273 .

  2  .............................................12)

  r Ad

  2   dimana,

   = bagian yang dikeluarkan dari permukaan badan (ND)  sering diasumsikan sebesar 0.95 sampai 1.0

• 8 -2 -4

  = ketetapan Stefan-Boltzmann, 5.67 x 10 (Wm k ) σ

  2 A r = pemancaran efektif dari badan (m )

  2 A = luas permukaan tubuh / dubois area (m ) dengan persamaan, D 0,425 0,725

  A D = 0,202 x W x H , ………………......................... 13) dimana,

  W = berat badan (kg) H=tinggi badan (m)

  Nilai A r /A D dapat diperkirakan sebesar 0.70 untuk orang yang duduk dan 0.73 untuk orang yang berdiri yang digunakan sebagai parameter dasar; Pada perhitungan t cl yang ditunjukkan pada rumus 7), perhitungan dilakukan dengan teknik iterasi. Sedangkan nilai h dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 12 tetapi dapat

  r

• 2 -1

  juga diestimasi sebesar 4.7 Wm K untuk kondisi

  “typical indoor” atau kondisi normal dalam ruangan.

ii. Kerugian Panas yang Menguap dari Kulit (E ) sk

  ASHRAE (1997) memberikan persamaan E sk sebagai berikut:

  w ( P P ) _{sk , s a}  ................. ............................. 14)

  E  _sk  1 

  R  _{e . cl}   f h _{cl e}

   

  dimana:

  Laporan Akhir Hibah Bersaing Tahun ke-3, 2013

  8

• 1
• 2
• 1

• – (4030,18 / (ta+ 235))
• 1
• 1
• 2

  max dapat didapat dari persamaan 14.

  ) E

  m

  pada temperatur 30°C M rsw = keringat yang disimpan (kgs

  = panas dari uap air = 2430 kJkg

  h fg

  ............................................... 17) dimana E rsw = M rsw + h fg ............................................... 18) dan

   

  E E w rsw

  06 .

  max 94 .

  ) dapat dihitung dengan memberikan nilai w = 1.0 pada persamaan 14), sedangkan tingkat kebasahan kulit dapat dihitung dari persamaan berikut:

  max

  ( …………….................... 16) dengan nilai rata-rata temperatur kulit (t sk ) yang dianggap konstan atau dihitung dnegan menggunakan model dinamis termal regulasi.

  Tingkat kebasahan kulit bervariasi nilainya dari 0,06 jika hanya terjadi proses difusi air secara alami pada kulit (E dif ), hingga nilai 1.0 pada saat kulit benar-benar berada pada kondisi basah dan mengalami maksimum evaporasi (E max ). (E

  ................................. 15) Nilai R e,cl adalah parameter dasar yang dapat ditentukan dari Tabel 2. Sedangkan nilai P sk,s dihitung menggunakan persamaan Antoine yang ditunjukkan sebagai berikut:

  18,956

  Nilai Pa dapat diperoleh dengan menggunakan rumus berikut: P a = Rh x e

  merupakan pengembangan dari rumusan kesetimbangan panas tubuh pada persamaan 1) yang memasukkan faktor transfer panas akibat udara kering (dry) dan proses evaporasi/penguapan.

  w = kebasahan kulit. Fraksi dari kebasahan kulit (ND) h e dihitung menggunakan persamaan Lewis correlation h e = LR h c . Rumusan ini

  )

  kPa

  h e = koefisien tranfer evaporasi/penguapan panas (Wm

  )

  kPa W

  2

  (m

  Pa = tekanan uap air pada udara ambien (kPa) P sk,s = tekanan uap air pada kulit, biasanya diasumsikan sebagai uap air jenuh yang terkandung dalam temperatur kulit, t sk (kPa) R e,cl = resistansi koefisien transfer evaporasi/penguapan panas lapisan pakaian

9 Laporan Akhir Hibah Bersaing Tahun ke-3, 2013

  Evaporasi atau penguapan kulit dan tingkat kebasahan kulit sering dihitung dari persamaan keseimbangan panas dalam bentuk W req (kebasahan yang diperlukan) atau E req (evaporasi yang dibutuhkan) untuk menjaga tubuh dalam kondisi panas yang seimbang. Kedua nilai W req dan E dapat dihitung dengan menentukan E menggunakan persamaan 18) dan juga

  req rsw

  rumusan 19) berikut:

  W _{SIG ,k} Mrsw = 4.7 x

  10 - 5 WSIGb exp .......... .......... .......... .......... .......... .......... 19 ) 10 .

  7

  dimana nilai n menunujukkan kondisi netral dan, W SIGb = t b b,n untuk t b > t b , n

• – t W = t untuk t t ,

  SIGsk sk – t sk,n sk > sk n dan temperatur tubuh t b = sk + (1- cr .

  αt α) t α merupakan nilai rata-rata dari temperatur kulit

  dan temperatur ini (core temperature) dengan nilai α tergantung derjat pengembangan pembuluh darah (vasolidation) yaitu : t sk,n = 33.7 C untuk temperatur kulit orang dalam kondisi netral a t = 36.8 C untuk temperatur inti (core temperature) dalam kondisi netral

  cr,n

  nilai

  α = 0.2 untuk kondisi seimbang secara termal, sedangkan

  nilai

  α= 0.1 dalam kondisi pembuluh darah mengalami pengembangan (vasodilation) dan

  nilai

α= 0.33 dalam kondisi pembuluh darah mengalami penyempitan (vasoconstriction).

Dari nilai-nilai kondisi temperatur kulit di atas dapat ditentukan nilai temperatur tubuh dengan kondisi netral atau t b,n dengan perhitungan sebagai berikut:

  T b,n = (0.2 x 33.7) + (0.8 x 36.8) = 36.18 C

  b. Panas yang hilang akibat Proses Pernafasan (C res + E res )

  Kehilangan panas (heat loss) akibat proses pernafasan disebabkan oleh terjadinya proses transfer panas oleh udara dingin yang dihirup (inhale), dipanaskan oleh temperatur inti pada paru-paru, dan ditransfer kembali ke udara melalui proses pelepasan (exhale) yang dinotasikan sebagai C res . Catatan: udara yang masuk ke dalam tubuh akan dilembabkan (sampai titik jenuh) di dalam paru-paru. Ketika tubuh mengeluarkan udara pada proses pernafasan akan terdapat sejumlah massa yang ditransfer dari temperatur inti ke lingkungan luar yang disebut E .

  res Laporan Akhir Hibah Bersaing Tahun ke-3, 2013

  10

  ASHRAE (1997) memberi persamaan untuk total kehilangan panas akibat proses pernafasan sebagai berikut :

  Cres Eres = [0.0014 M (34 ta) - + 0.0173 M (5.87 - Pa)] .......... .......... .......... .......... . + 20 )

• 2

  A D dihitung sesuai persamaan 13 dan nilai-nilai dari P a dalam kPa, M dalam Wm dan t a dalam Celcius adalah merupakan parameter-parameter dasar yang diukur dan ditentukan oleh tabel.

  2. Hitung Beban Kerja per -Tenaga Kerja

  Atau hitung beban kerja setiap operator menggunakan rumus :

• 4

  2 Y = 1,80411  0,0229038 X + 4,71711 . 10

  X ……………....... 21) dimana:

  Y = Energi (kkal/menit) X = Kecepatan denyut jantung (denyut/menit)

  Diambil dari Perhitungan beban kerja pada operator dilakukan dengan menggunakan pendekatan fisiologi, yaitu metode penilaian secara langsung yang rumusnya adalah: Kategori beban kerja berdasarkan konsumsi energi adalah sebagai berikut:

  Beban kerja ringan : 100 200 kkal/jam Beban kerja sedang : >200 350 kkal/jam Beban kerja berat : >350