Analisis Kenyamanan Termal Dan Rancangan Perbaikan Ruang Kelas Guna Mendukung Proses Belajar
BAB I
PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Annis & McConville (1996) dan Manuaba (1999) dalam Tarwaka (2004)
menyatakan bahwa ergonomi adalah kemampuan untuk menerapkan informasi
menurut karakter, kapasitas dan keterbatasan manusia terhadap desain pekerjaan,
mesin, ruang kerja dan lingkungan sehingga dapat hidup dan bekerja secara sehat,
aman, nyaman dan efisien. Definisi ini menitikberatkan pada penyesuaian desain
terhadap manusia. Menurut Sutalaksana (1999) dalam Tarwaka (2004) manusia
merupakan titik sentral dari suatu proses perancangan sistem kerja yang
diistilahkan dengan Human Center Design.
Faktor-faktor manusia (human factors) adalah sistem mengenai hubungan
antara manusia dengan lingkungan kerja (Barnes, 1980). Ketidaknyamanan termal
lingkungan kerja dapat mengganggu aktivitas manusia. Ketidaknyamanan termal
dapat terjadi dimana saja, seperti di rumah, kantor, ruang kelas, dan restoran.
Rata-rata manusia menghabiskan 90 % waktu di dalam ruangan (EPA, 2011).
Kegiatan di dalam ruangan tersebut biasanya menggunakan pengkondisian udara
atau Air Conditioning (AC) untuk memperoleh kenyamanan termal. ASHRAE 55
(2004) dan ISO 7730 (2005) mendefinisikan kenyamanan termal sebagai kondisi
pikiran
yang
mengekspresikan
kepuasan
terhadap
lingkungan
termal.
Kenyamanan termal melibatkan empat faktor yakni temperatur udara, kelembaban
relatif, kecepatan udara dan temperatur radiasi rata-rata serta dua faktor yang
I-1
Universitas Sumatera Utara
I-2
bersifat personal yakni panas metabolisme karena aktivitas dan pakaian yang
digunakan.
Berdasarkan penelitian yang dilakukan oleh R.L. Hwang (2006) di Taiwan
diperoleh hasil bahwa zona temperatur ruang kelas dengan metode penilaian
langsung dan tidak langsung yang dapat diterima adalah 21,1°C sampai 29,8°C
New Effective Temperature (ET*) dan 24,2°C sampai 29,3°C ET*. Berdasarkan
penelitian yang dilakukan oleh N.H. Wong (2003) di Singapura diperoleh hasil
bahwa temperatur netral ruang kelas adalah 28,3°C Operative Temperature (Top).
Sedangkan berdasarkan penelitian R. Niemela (2002) produktivitas mengalami
penurunan 5% sampai 7% ketika temperatur udara melebihi 25°C.
Ketidaknyamanan termal diperkirakan juga terjadi pada ruang kelas yang
berada di Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara (FT USU). Salah satunya
adalah ruang kelas J17 203 yang terletak di lantai 2 gedung perkuliahan
Departemen Teknik Mesin (DTM). Ukuran ruang kelas 10 x 7 x 4 m dan
dilengkapi dengan fasilitas berupa meja dan kursi dosen masing-masing 1 unit
yang berada di depan ruangan. Terdapat 6 unit meja dan 107 unit kursi mahasiswa
yang terbagi atas 3 blok dipisahkan dengan jarak 60 cm antar blok untuk jalan
bagi mahasiswa yang keluar masuk. Rata-rata jumlah mahasiswa yang
menggunakan ruang kelas ini berfluktuasi dari 17 sampai 90 orang dari jam 8 pagi
sampai 5 sore. Pencahayaan berasal dari 12 pasang lampu fluoresen (TL) yang
masing-masing memiliki daya sebesar 40 Watt. Intensitas pencahayaan ruang
kelas antara 109 sampai 220 lux. Fasilitas pengkondisian udara atau Air
Conditioning (AC) berjumlah dua unit dalam kondisi baik. Pengkondisian udara
Universitas Sumatera Utara
I-3
masing-masing berkapasitas 1 PK. Terdapat empat unit kipas angin yang terletak
di atas ruangan. Satu unit kipas angin dalam kondisi baik dan tiga lainnnya rusak.
Jendela dan ventilasi ruang kelas terdapat pada dinding belakang dan depan
dengan ukuran 2,7 m x 3 m menghadap selatan dan 4,5 x 1,5 m menghadap utara.
Ruang kelas banyak memiliki lubang ventilasi dan jendela kaca karena pada awal
pendirian ruang kelas tidak didesain menggunakan AC. Oleh karena itu, sinar
matahari memasuki ruangan melalui jendela dan ventilasi yang terbuka. Selain itu,
pintu ruang kelas juga sering dibiarkan terbuka. Penjelasan ini menunjukkan
beberapa hal yaitu rasio perbandingan jumlah mahasiswa dengan luas ruang kelas
tidak seimbang, kondisi ventilasi mekanis dengan pengkondisian udara masih
kurang untuk mendapatkan kenyamanan termal ruang kelas.
Berdasarkan data pengamatan dan pengukuran, temperatur ruang kelas J17
203 berada diantara 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. Berdasarkan Standar
Nasional Indonesia 03-6572-2001 batas kenyamanan termal ruang kelas berkisar
antara 20,5°C sampai 27,1°C Effective Temperature (ET) atau 22,5°C sampai
26°C Operative Temperature (Top). Nilai kenyamanan termal berdasarkan ISO
7730 dan ASHRAE 55 yaitu kenyamanan termal dapat ditoleransi apabila nilai
Predicted Mean Vote (PMV) berada diantara -0,5 hingga +0,5, dimana pada
kondisi ini nilai Predicted Percentage Dissatisfied (PPD) mencapai 10% atau
persentase responden yang nyaman mencapai 90%. Temperatur efektif,
Universitas Sumatera Utara
I-4
temperatur operatif, nilai PMV dan PPD ruang kelas diperkirakan berada dalam
zona tidak nyaman berdasarkan data pengamatan dan pengukuran di atas.
Oleh karena itu, ketidaknyamanan termal diperkirakan sering dirasakan oleh
mahasiswa dan dosen saat proses belajar mengajar berlangsung. Hal ini
menunjukkan analisis kenyamanan termal dan rancangan perbaikan ruang kelas
perlu dilakukan untuk mendapatkan kenyamanan termal yang mendukung proses
belajar.
1.2
Rumusan Masalah
Permasalahan yang ditemukan di ruang kelas J17 203 DTM FT USU dapat
dindentifikasi sebagai berikut:
1. Adanya ketidaknyamanan termal mahasiswa terhadap temperatur udara,
kelembaban relatif, kecepatan udara dan temperatur radiasi rata-rata ruang
kelas
2. Tingkat kenyamanan termal ruang kelas tidak sesuai dengan SNI 03-65722001, ISO 7730 dan ASHRAE 55
3. Ventilasi mekanis yang menggunakan pengkondisian udara yang tidak mampu
menciptakan kenyamanan termal ruang kelas.
Berdasarkan permasalahan-permasalahan di atas dapat dikatakan bahwa
kondisi ruang kelas J17 203 DTM FT USU tidak dapat mencapai kenyamanan
termal sehingga diperlukan perbaikan lingkungan ruang kelas guna mendukung
proses belajar.
Universitas Sumatera Utara
I-5
1.3
Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Menganalisis kenyamanan termal berdasarkan faktor temperatur udara,
kelembaban relatif, kecepatan udara dan temperatur radiasi rata-rata ruang
kelas
2. Merancang kondisi termal ruang kelas yang sesuai standar SNI 03-6572-200,
ISO 7730 dan ASHRAE 55 untuk mencapai kenyamanan termal
3. Menganalisis ventilasi mekanis dengan pengkondisian udara untuk mencapai
kenyamanan termal ruang kelas.
1.4
Asumsi Penelitian
Asumsi dalam penelitian yang dilakukan adalah sebagai berikut:
1. Layout dan fasilitas ruang kelas tidak berubah selama penelitian dilakukan
2. Alat ukur yang digunakan dalam keadaan baik
3. Faktor fisik selain temperatur, kelembaban, kecepatan udara, suhu basah, suhu
kering dan suhu bola dianggap tidak mempengaruhi kenyamanan termal
4. Kondisi cuaca cerah di luar ruang kelas.
1.5
Batasan Penelitian
Batasan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Penelitian hanya dilakukan di ruang kelas J17 203 DTM FT USU
2. Pengambilan data faktor fisik di ruang kelas dilakukan pada awal dan akhir jam
kuliah
Universitas Sumatera Utara
I-6
3. Pengambilan data denyut nadi kerja dilakukan terhadap 8 orang mahasiswa
setiap 15 menit sekali selama kuliah berlangsung
4. Rancangan perbaikan hanya pada kondisi termal dan jumlah ventilasi mekanis
dengan pengkondisian udara ruang kelas
5. Rancangan perbaikan ruang kelas tanpa memperhitungkan biaya dan hanya
berupa konseptual.
1.6
Manfaat Penelitian
Manfaat dari penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Bagi mahasiswa untuk menerangkan teori pengaruh lingkungan kerja fisik
sebagai salah satu disiplin ilmu dalam bidang Human Factors Engineering dan
mengaplikasikan pemecahan masalah kenyamanan termal yang terjadi di
lingkungan sekitar.
2. Bagi departemen untuk memberikan masukan mengenai upaya apa yang dapat
dilakukan dalam membuat kenyamanan termal di ruang kelas guna
mendukung proses belajar.
3. Bagi peneliti untuk referensi bandingan dalam mencari solusi yang lebih baik
dalam pengendalian kenyamanan termal di ruang kelas.
1.7
Sistematika Penulisan Tugas Akhir
Bab I sebagai pendahuluan, menguraikan latar belakang, rumusan
masalah, tujuan, asumsi dan batasan masalah, manfaat, dan sistematika penulisan
laporan tugas akhir.
Universitas Sumatera Utara
I-7
Bab II Sebagai gambaran umum departemen, menguraikan sejarah
departemen, ruang lingkup, visi dan misi, organisasi dan manajemen serta fasilitas
di DTM FT USU.
Bab III sebagai landasan teori, menguraikan teori mengenai kenyamanan
termal, luas permukaan tubuh, temperatur efektif, temperatur operatif, PMV dan
PPD, pengeluaran energi, pengendalian kenyamanan termal dan pengkondisian
udara.
Bab IV sebagai metodologi penelitian, berisi tentang objek dan waktu
penelitian, jenis penelitian, populasi dan sampel, kerangka berfikir, variabel
penelitian, definisi operasional, tahapan penelitian, instrumen penelitian, sumber
dan prosedur pengumpulan data, dan metode pengolahan data.
Bab V sebagai pengumpulan dan pengolahan data, berisi hasil dari
pengamatan dan pengukuran yang dilakukan berupa pengumpulan data fisik, data
fisiologis dan data psikologis. Data fisik terdiri dari temperatur udara, kelembaban
relatif, kecepatan udara, suhu basah, suhu kering dan suhu bola. Data fisiologis
terdiri dari umur, berat badan, suhu tubuh, denyut nadi istirahat, denyut nadi kerja.
Data psikologis terdiri dari sensasi dan preferensi termal, sensasi dan preferensi
aliran udara, kenyamanan termal, dan rata-rata pilihan kelelahan fisik. pengolahan
data terdiri dari perhitungan Dubois Area, metabolic rate, mean radiant
temperature, effective temperature dan operative temperature.
Bab VI sebagai analisis dan pembahasan, menganalisis faktor fisik,
fisiologis, psikologis, regresi dan korelasi, pengeluaran energi, metabolic rate,
effective temperature, operative temperature, PMV dan PPD. Pembahasan yang
Universitas Sumatera Utara
I-8
dilakukan dengan merancangan perbaikan ruang kelas untuk mendapatkan
kenyamanan termal.
Bab VII sebagai kesimpulan dan saran, berisi kesimpulan dari masalah dan
menjawab tujuan penelitian. Sedangkan saran yang diberikan tentang usulan
rancangan perbaikan ruang kelas hasil dari pembahasan.
Universitas Sumatera Utara
PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Annis & McConville (1996) dan Manuaba (1999) dalam Tarwaka (2004)
menyatakan bahwa ergonomi adalah kemampuan untuk menerapkan informasi
menurut karakter, kapasitas dan keterbatasan manusia terhadap desain pekerjaan,
mesin, ruang kerja dan lingkungan sehingga dapat hidup dan bekerja secara sehat,
aman, nyaman dan efisien. Definisi ini menitikberatkan pada penyesuaian desain
terhadap manusia. Menurut Sutalaksana (1999) dalam Tarwaka (2004) manusia
merupakan titik sentral dari suatu proses perancangan sistem kerja yang
diistilahkan dengan Human Center Design.
Faktor-faktor manusia (human factors) adalah sistem mengenai hubungan
antara manusia dengan lingkungan kerja (Barnes, 1980). Ketidaknyamanan termal
lingkungan kerja dapat mengganggu aktivitas manusia. Ketidaknyamanan termal
dapat terjadi dimana saja, seperti di rumah, kantor, ruang kelas, dan restoran.
Rata-rata manusia menghabiskan 90 % waktu di dalam ruangan (EPA, 2011).
Kegiatan di dalam ruangan tersebut biasanya menggunakan pengkondisian udara
atau Air Conditioning (AC) untuk memperoleh kenyamanan termal. ASHRAE 55
(2004) dan ISO 7730 (2005) mendefinisikan kenyamanan termal sebagai kondisi
pikiran
yang
mengekspresikan
kepuasan
terhadap
lingkungan
termal.
Kenyamanan termal melibatkan empat faktor yakni temperatur udara, kelembaban
relatif, kecepatan udara dan temperatur radiasi rata-rata serta dua faktor yang
I-1
Universitas Sumatera Utara
I-2
bersifat personal yakni panas metabolisme karena aktivitas dan pakaian yang
digunakan.
Berdasarkan penelitian yang dilakukan oleh R.L. Hwang (2006) di Taiwan
diperoleh hasil bahwa zona temperatur ruang kelas dengan metode penilaian
langsung dan tidak langsung yang dapat diterima adalah 21,1°C sampai 29,8°C
New Effective Temperature (ET*) dan 24,2°C sampai 29,3°C ET*. Berdasarkan
penelitian yang dilakukan oleh N.H. Wong (2003) di Singapura diperoleh hasil
bahwa temperatur netral ruang kelas adalah 28,3°C Operative Temperature (Top).
Sedangkan berdasarkan penelitian R. Niemela (2002) produktivitas mengalami
penurunan 5% sampai 7% ketika temperatur udara melebihi 25°C.
Ketidaknyamanan termal diperkirakan juga terjadi pada ruang kelas yang
berada di Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara (FT USU). Salah satunya
adalah ruang kelas J17 203 yang terletak di lantai 2 gedung perkuliahan
Departemen Teknik Mesin (DTM). Ukuran ruang kelas 10 x 7 x 4 m dan
dilengkapi dengan fasilitas berupa meja dan kursi dosen masing-masing 1 unit
yang berada di depan ruangan. Terdapat 6 unit meja dan 107 unit kursi mahasiswa
yang terbagi atas 3 blok dipisahkan dengan jarak 60 cm antar blok untuk jalan
bagi mahasiswa yang keluar masuk. Rata-rata jumlah mahasiswa yang
menggunakan ruang kelas ini berfluktuasi dari 17 sampai 90 orang dari jam 8 pagi
sampai 5 sore. Pencahayaan berasal dari 12 pasang lampu fluoresen (TL) yang
masing-masing memiliki daya sebesar 40 Watt. Intensitas pencahayaan ruang
kelas antara 109 sampai 220 lux. Fasilitas pengkondisian udara atau Air
Conditioning (AC) berjumlah dua unit dalam kondisi baik. Pengkondisian udara
Universitas Sumatera Utara
I-3
masing-masing berkapasitas 1 PK. Terdapat empat unit kipas angin yang terletak
di atas ruangan. Satu unit kipas angin dalam kondisi baik dan tiga lainnnya rusak.
Jendela dan ventilasi ruang kelas terdapat pada dinding belakang dan depan
dengan ukuran 2,7 m x 3 m menghadap selatan dan 4,5 x 1,5 m menghadap utara.
Ruang kelas banyak memiliki lubang ventilasi dan jendela kaca karena pada awal
pendirian ruang kelas tidak didesain menggunakan AC. Oleh karena itu, sinar
matahari memasuki ruangan melalui jendela dan ventilasi yang terbuka. Selain itu,
pintu ruang kelas juga sering dibiarkan terbuka. Penjelasan ini menunjukkan
beberapa hal yaitu rasio perbandingan jumlah mahasiswa dengan luas ruang kelas
tidak seimbang, kondisi ventilasi mekanis dengan pengkondisian udara masih
kurang untuk mendapatkan kenyamanan termal ruang kelas.
Berdasarkan data pengamatan dan pengukuran, temperatur ruang kelas J17
203 berada diantara 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. Berdasarkan Standar
Nasional Indonesia 03-6572-2001 batas kenyamanan termal ruang kelas berkisar
antara 20,5°C sampai 27,1°C Effective Temperature (ET) atau 22,5°C sampai
26°C Operative Temperature (Top). Nilai kenyamanan termal berdasarkan ISO
7730 dan ASHRAE 55 yaitu kenyamanan termal dapat ditoleransi apabila nilai
Predicted Mean Vote (PMV) berada diantara -0,5 hingga +0,5, dimana pada
kondisi ini nilai Predicted Percentage Dissatisfied (PPD) mencapai 10% atau
persentase responden yang nyaman mencapai 90%. Temperatur efektif,
Universitas Sumatera Utara
I-4
temperatur operatif, nilai PMV dan PPD ruang kelas diperkirakan berada dalam
zona tidak nyaman berdasarkan data pengamatan dan pengukuran di atas.
Oleh karena itu, ketidaknyamanan termal diperkirakan sering dirasakan oleh
mahasiswa dan dosen saat proses belajar mengajar berlangsung. Hal ini
menunjukkan analisis kenyamanan termal dan rancangan perbaikan ruang kelas
perlu dilakukan untuk mendapatkan kenyamanan termal yang mendukung proses
belajar.
1.2
Rumusan Masalah
Permasalahan yang ditemukan di ruang kelas J17 203 DTM FT USU dapat
dindentifikasi sebagai berikut:
1. Adanya ketidaknyamanan termal mahasiswa terhadap temperatur udara,
kelembaban relatif, kecepatan udara dan temperatur radiasi rata-rata ruang
kelas
2. Tingkat kenyamanan termal ruang kelas tidak sesuai dengan SNI 03-65722001, ISO 7730 dan ASHRAE 55
3. Ventilasi mekanis yang menggunakan pengkondisian udara yang tidak mampu
menciptakan kenyamanan termal ruang kelas.
Berdasarkan permasalahan-permasalahan di atas dapat dikatakan bahwa
kondisi ruang kelas J17 203 DTM FT USU tidak dapat mencapai kenyamanan
termal sehingga diperlukan perbaikan lingkungan ruang kelas guna mendukung
proses belajar.
Universitas Sumatera Utara
I-5
1.3
Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Menganalisis kenyamanan termal berdasarkan faktor temperatur udara,
kelembaban relatif, kecepatan udara dan temperatur radiasi rata-rata ruang
kelas
2. Merancang kondisi termal ruang kelas yang sesuai standar SNI 03-6572-200,
ISO 7730 dan ASHRAE 55 untuk mencapai kenyamanan termal
3. Menganalisis ventilasi mekanis dengan pengkondisian udara untuk mencapai
kenyamanan termal ruang kelas.
1.4
Asumsi Penelitian
Asumsi dalam penelitian yang dilakukan adalah sebagai berikut:
1. Layout dan fasilitas ruang kelas tidak berubah selama penelitian dilakukan
2. Alat ukur yang digunakan dalam keadaan baik
3. Faktor fisik selain temperatur, kelembaban, kecepatan udara, suhu basah, suhu
kering dan suhu bola dianggap tidak mempengaruhi kenyamanan termal
4. Kondisi cuaca cerah di luar ruang kelas.
1.5
Batasan Penelitian
Batasan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Penelitian hanya dilakukan di ruang kelas J17 203 DTM FT USU
2. Pengambilan data faktor fisik di ruang kelas dilakukan pada awal dan akhir jam
kuliah
Universitas Sumatera Utara
I-6
3. Pengambilan data denyut nadi kerja dilakukan terhadap 8 orang mahasiswa
setiap 15 menit sekali selama kuliah berlangsung
4. Rancangan perbaikan hanya pada kondisi termal dan jumlah ventilasi mekanis
dengan pengkondisian udara ruang kelas
5. Rancangan perbaikan ruang kelas tanpa memperhitungkan biaya dan hanya
berupa konseptual.
1.6
Manfaat Penelitian
Manfaat dari penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Bagi mahasiswa untuk menerangkan teori pengaruh lingkungan kerja fisik
sebagai salah satu disiplin ilmu dalam bidang Human Factors Engineering dan
mengaplikasikan pemecahan masalah kenyamanan termal yang terjadi di
lingkungan sekitar.
2. Bagi departemen untuk memberikan masukan mengenai upaya apa yang dapat
dilakukan dalam membuat kenyamanan termal di ruang kelas guna
mendukung proses belajar.
3. Bagi peneliti untuk referensi bandingan dalam mencari solusi yang lebih baik
dalam pengendalian kenyamanan termal di ruang kelas.
1.7
Sistematika Penulisan Tugas Akhir
Bab I sebagai pendahuluan, menguraikan latar belakang, rumusan
masalah, tujuan, asumsi dan batasan masalah, manfaat, dan sistematika penulisan
laporan tugas akhir.
Universitas Sumatera Utara
I-7
Bab II Sebagai gambaran umum departemen, menguraikan sejarah
departemen, ruang lingkup, visi dan misi, organisasi dan manajemen serta fasilitas
di DTM FT USU.
Bab III sebagai landasan teori, menguraikan teori mengenai kenyamanan
termal, luas permukaan tubuh, temperatur efektif, temperatur operatif, PMV dan
PPD, pengeluaran energi, pengendalian kenyamanan termal dan pengkondisian
udara.
Bab IV sebagai metodologi penelitian, berisi tentang objek dan waktu
penelitian, jenis penelitian, populasi dan sampel, kerangka berfikir, variabel
penelitian, definisi operasional, tahapan penelitian, instrumen penelitian, sumber
dan prosedur pengumpulan data, dan metode pengolahan data.
Bab V sebagai pengumpulan dan pengolahan data, berisi hasil dari
pengamatan dan pengukuran yang dilakukan berupa pengumpulan data fisik, data
fisiologis dan data psikologis. Data fisik terdiri dari temperatur udara, kelembaban
relatif, kecepatan udara, suhu basah, suhu kering dan suhu bola. Data fisiologis
terdiri dari umur, berat badan, suhu tubuh, denyut nadi istirahat, denyut nadi kerja.
Data psikologis terdiri dari sensasi dan preferensi termal, sensasi dan preferensi
aliran udara, kenyamanan termal, dan rata-rata pilihan kelelahan fisik. pengolahan
data terdiri dari perhitungan Dubois Area, metabolic rate, mean radiant
temperature, effective temperature dan operative temperature.
Bab VI sebagai analisis dan pembahasan, menganalisis faktor fisik,
fisiologis, psikologis, regresi dan korelasi, pengeluaran energi, metabolic rate,
effective temperature, operative temperature, PMV dan PPD. Pembahasan yang
Universitas Sumatera Utara
I-8
dilakukan dengan merancangan perbaikan ruang kelas untuk mendapatkan
kenyamanan termal.
Bab VII sebagai kesimpulan dan saran, berisi kesimpulan dari masalah dan
menjawab tujuan penelitian. Sedangkan saran yang diberikan tentang usulan
rancangan perbaikan ruang kelas hasil dari pembahasan.
Universitas Sumatera Utara