Analisis Studi Konsumsi Energi Sistem Tata Udara Passive Chilled Beam dan Active Chilled Beam Pada Gedung Perkantoran di Indonesia
Ikhsan Inayaturrakhman 1 , Andi Firdaus Sudarma 1
1 Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Mercu Buana Jakarta
E-mail : ikhsans.rakhman@gmail.com
Abstrak-- Salah satu hal yang perlu diperhatikan dalam perencanaan sistem tata udara adalah tingkat konsumsi  energi karena sistem tata udara merupakan penyumbang energi terbesar pada bangunan. Beberapa  alternatif  dihasilkan  dari  perkembangan  teknologi  sistem  tata  udara  bisa  menjadi  pilihan untuk  mendapatkan  sistem  tata  udara  yang  optimal  dan  efisien  dalam  hal  konsumsi  energi,  salah satunya adalah chilled beam. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui sistem tata udara yang paling efisien antara sistem passive chilled beam dan active chilled beam dibandingkan dengan standar nilai Intensitas  Konsumsi  Energi  (IKE)  gedung  efisien  di  Indonesia.  Analisis  metode  kuantitatif  digunakan untuk mendapatkan nilai konsumsi energi pada kedua sistem tata udara dengan menentukan kriteria kondisi  ruangan,  melakukan  perhitungan  beban  dan  seleksi  chilled  beam  dihasilkan  beban pendinginan sebesar 753.14 kW. Berdasarkan pemakaian pada jam operasional kantor (08.00-17.00) =  9  jam  maka  didapatkan  hasilnya  bahwa  sistem  active  chilled  beam  memiliki  nilai  Intensitas Konsumsi  Energi  (IKE)  yang  lebih  efisien  yaitu  sebesar  74.86  kWh/m2.tahun  dibandingkan  dengan sistem passive chilled beam dengan konsumsi energi 98.04 kWh/m2.tahun.
Kata  kunci: Sistem  tata  udara,  chilled  beam,  passive  chilled  beam,  active  chilled  beam,  efisiensi energi, intensitas konsumsi energi.
Abstract-- The  level  of  energy  consumption  in  buildings  is  one  of  the  things  that  needs  to  be considered  in  the  planning  of  air  conditioning  system  because  this  system  is  the  largest  energy contributor in buildings. Several alternatives resulting from the development of air conditioning system technology  can  be  an  option  to  obtain  an  optimal  and  efficient  air  conditioning  system  in  terms  of energy consumption, one of which is the chilled beam. This study aims to determine the most efficient air conditioning system  between  passive chilled beam and active chilled beam systems compared  to the  standard  value  of  energy  consumption  intensity  of  efficient  buildings  in  Indonesia.  Quantitative method  analysis  is  used  to  obtain  the  value  of  energy  consumption  in  both  air  condition  systems  by determining  the  criteria  for  room  conditions,  calculating  the  load  and  selecting  the  chilled  beam resulting in a cooling load of 753.14 kW. Based on office operating hours (08.00-17.00) = 9 hours, the result is active chilled beam system has more efficient energy consumption with energy consumption 74.86  kWh/m2.year  compared  to  the  passive  chilled  beam  system  with  an  energy  consumption  of 98.04 kWh/m2.year.
Keywords: Air conditioning system, chilled beam, passive chilled  beam, active  chilled  beam, energy efficiency, energy consumption

## 1. PENDAHULUAN
Perencanaan  pada  sistem  tata  udara  yang  baik menghasilkan  terjaganya  kenyamanan  termal sesuai  dengan  yang  diharapkan.  Kenyamanan termal  memiliki  kriteria  desain  atau  standarisasi yaitu  di  antaranya  Standar  Nasional  Indonesia (SNI)-03-6572-2001.  Sistem  tata  udara  yang akan  dipilih  untuk  mendapatkan  jaminan  tingkat kenyamanan  diperlukan  seleksi  atau  studi perbandingan  untuk  mengetahui  sistem  yang paling  hemat  energi,  karena  perlu  diketahui bahwa sistem tata udara pada umumnya memiliki porsi  konsumsi  energi  terbesar  dalam  suatu bangunan yaitu sebesar 55%-65%[1].
Pada  tipikal  gedung  perkantoran  dalam desain  tata  udara  salah  satu  yang  digunakan ialah  desain  sistem  tata  udara  dengan variable air  volume dengan chilled  water  system sebagai media pendinginnya dikarenakan tingkat efisiensi yang  baik  dan  kemampuan  kapasitas  yang besar.  Namun  sesuai  perkembangan  teknologi muncul inovasi pada peralatan  sistem tata udara yang  lebih  adaptif  dalam  hal  fleksibilitas kebutuhan  pengguna  dalam  hal  jam  operasi, kepraktisan  dalam  hal  pemasangan  dan  mudah dalam  perawatan  yaitu  sistem  VRF  ( Variable Refrigerant Flow ) dan chilled beam . Kemunculan variasi  pada  alat  sistem  tata  udara  ini  menarik untuk dilakukan penelitian dalam hal
perbandingan konsumsi energi untuk mengetahui dan  mencari  peluang  dalam  hal  penghematan energi  pada  sistem  tata  udara  terkini  yang disebutkan,  yaitu chiller  water dengan Passive Chilled  Beam (PCB)  dan Active  Chilled  Beam (ACB)  tanpa  mengurangi  persyaratan  dari kenyamanan termal dan kualitas udara ruang.
Chilled  beam adalah  jenis  sistem  tata udara konveksi yang dirancang untuk memanaskan  dan  mendinginkan  ruangan  yang biasa  digunakan  pada  gedung  perkantoran berkonsep  terbuka  yang  dilewatkan  melalui penukar  panas  dan  terintegrasi  langsung  ke plafon  [2].  Perbedaan passive  chilled  beam dan active  chilled  beam terletak  pada  distribusi primary  air ,  di  mana passive  chilled  beam tidak dilewati  oleh primary  air pada  koil  pendinginnya. Penelitian  energi  pada  sistem  tata  udara chilled beam merupakan kajian baru di Indonesia. Salah satu  penelitian  yang  yang  pernah  dilakukan  oleh Haider Latief, Goran Hultmark, Samira Rahmana, Alessandro Maccarini, dan Alireza Afshari (2022) mengenai sistem Active Chilled Beam menunjukkan  bahwa  pada  bangunan  kantor pengurangan  konsumsi  energi  mencapai  30% dibandingkan dengan sistem HVAC konvensional [3].
Banyak  hal  yang  membuat  sistem chilled  beam lebih  unggul  dibanding  sistem  lainnya,  di antaranya  adalah  tidak  memiliki  kipas  unit terminal  sehingga  energi  kipas  sistem  secara keseluruhan  lebih  rendah,  tidak  berisik  karena tidak  menggunakan  kipas,  dan  tidak  memiliki filter  kondensat  sehingga  lebih  mudah  dalam pemeliharaan. Tetapi karena harus terus menerus  menyediakan  udara  luar  yang  cukup dingin langsung ke unit menjadikan sistem chilled beam akan  mudah  mengalami  kondensasi  yang tentunya  mengganggu  pengguna  gedung  dan dapat merusak fasilitas dari kantor itu sendiri.

## 2. METODOLOGI 2.1  Pengumpulan Data
Data-data  yang  diperlukan  untuk  melakukan perhitungan  konsumsi  energi  adalah  sebagai berikut:
1.  Data iklim
2.  Parameter ruangan: temperatur ruang 24°C, rasio kelembaban ruang 50%, dan dew point 13 °C.
3.  Jam operasional sistem tata udara: 9 jam per hari, dengan 5 hari kerja dalam seminggu, dan 52 minggu dalam setahun.
4.  Denah  ruang  perkantoran  15  lantai  tipikal. beban  pendingin  yang  dihitung  diasumsikan sama pada setiap lantai.
Tabel 1. Detail ruang kantor
5.  Material  bangunan:  material  atap  ruangan memiliki  plafon  sehingga  beban  panas matahari  tidak  secara  langsung  ke  dalam ruangan,  maka  yang  dihitung  adalah  beban panas pada partisi plafon.
6.  Dinding: plester sisi luar tebal 13mm, dinding hebel AAC  tebal  125  mm,  plester  sisi  dalam tebal 12 mm.
7. Ceiling : gypsum board 9mm.
8.  Kaca: single glass green tinted dengan tebal 8 mm dan diketahui nilai konduktivitas termal 4.3 W/m 2 K dan shade coefficient 0.23).
9.  Beban  peralatan  ( plug  load ):  pendekatan nilai  yang  diambil  yaitu  sebesar  10.8  W/m 2
[4]. 10. Beban kalor bangunan: internal, eksternal,  ventilasi,  dan  infiltrasi.  Beban  infiltrasi diabaikan  dengan  asumsi  tingkat  kebocoran antara  bangunan  dengan  udara  luar  sangat rendah  dan  perhitungan  beban  kalor  pada penelitian  ini  menggunakan software E20/HAP versi 5.11.

## 2.2  Metode Perhitungan
Metode  perhitungan yang  dilakukan  pada penelitian ini sebagai berikut:
1. Seleksi  unit chilled  beam ,  AHU, chiller ,  dan cooling  tower berdasarkan  data  kebutuhan cooling  load .  Seleksi chilled  beam dilakukan menggunakan Price  Chilled  Beam  Selection Software [5]  atau  bisa  dilakukan  dengan tahapan sebagai berikut [6]:
- Menentukan kriteria kondisi ruangan.
- Menentukan  suhu  air  pendingin  ( chilled water ).
- Menentukan kriteria kondisi primary air .
- Menentukan  laju  aliran  udara  yang dibutuhkan  untuk  memenuhi  kebutuhan ruangan  dari  sisi ventilation  rate dan beban laten.
- Menentukan kapasitas pendingin
sensible dari  koil  pendingin chilled  beam yang  berhubungan  dengan supply udara
1 Accounting Manager 15.6 2.7 42.12 2 2 Archive 18.9 2.7 51.03 - 3 Assistant 11.8 2.7 31.86 2 4 Call Booth 1 5.6 2.7 15.12 2 5 Call Booth 2 5.6 2.7 15.12 2 6 Coffee & Recreation 43.7 2.7 117.99 16 7 Deputy GM 15.6 2.7 42.12 2 8 General Manager 33.2 2.7 89.64 2 9 HR Manager 15.6 2.7 42.12 2 10 Meeting 1 30.9 2.7 83.43 12 11 Meeting 2 13.4 2.7 36.18 6 12 Meeting 3 13.4 2.7 36.18 6 13 Open Office 345.3 2.7 932.31 32 14 Supply Chain Manager 16.1 2.7 43.47 2 15 Technical Director 16.1 2.7 43.47 2 Luas Ruang (m 2 ) Tinggi Ruang (m) Volume Ruang (m 3 ) Jumlah Okupansi ( pax ) Nama Ruang No.
dalam mengatasi beban sensibel ruangan.
- Menentukan  jumlah,  ukuran,  dan  laju aliran air berdasarkan kebutuhan kapasitas beban pendingin.
2. Perhitungan  konsumsi  energi.  Konsumsi energi  yang  dihitung  adalah  energi  pada pemakaian  AHU, chiller, dan cooling  tower sebagai  penyedia  air  dan  udara  dingin  ke sistem chilled  beam ,  termasuk  di  dalamnya konsumsi energi pompa pada chiller .
3. Perhitungan  Intensitas  Konsumsi  Energi (IKE) dari hasil keseluruhan konsumsi energi terhadap  luasan  bangunan  kantor  kemudian dibandingkan  dengan  nilai  indeks  bangunan gedung  efisien  kantor  pada  sistem  tata udara.  Di  mana  acuan  yang  digunakan sebagai berikut:
Tabel 2. Standar nilai IKE gedung [7]
Nilai  di  atas  merupakan  nilai  indeks bangunan efisien secara keseluruhan. Jika dibagi per sistem maka sistem tata udara memiliki porsi sebesar 64.10%.
Gambar 1. Pengguna energi signifikan gedung komersial[7] Maka,  Intensitas  Konsumsi  Energi  (IKE) pada  gedung  perkantoran  per  m 2 .tahun  yang akan  dijadikan  acuan  perbandingan  pada penelitian  sistem  tata  udara  ini  adalah  sebesar 115.99 kWh/m 2 .tahun.
3. HASIL DAN PEMBAHASAN
3.1  HASIL
Hasil  yang  diperoleh  dari  penelitian  ini  adalah sebagai berikut:
Hasil  yang  diperoleh  dari  penelitian  ini  adalah sebagai berikut:
1.  Hasil seleksi unit c hilled beam
Pada  sistem  ACB,  beban  yang  didapat  dari perangkat  lunak Price adalah  sebesar  46.11 kW, maka untuk bangunan 15 lantai total beban pendinginan  sensibel  adalah  sebesar  691.61 kW  atau  setara  dengan  196.65  TR.  Sedangkan untuk  PCB,  beban  yang  didapat  dari  perangkat lunak Price adalah  sebesar  32.31  kW,  maka untuk bangunan 15 lantai total beban pendinginan  adalah  sebesar  484.61  kW  atau setara  dengan  137.79  TR.  Pada  kedua  sistem ini,  beban airside  cooling akan  diproses  oleh AHU.
2.  Hasil seleksi AHU DOAS dan chiller
Kapasitas  unit  AHU  dan chiller yang  dipilih adalah sebagai berikut:
Tabel 3. Kapasitas AHU dan chiller

## 3.  Konsumsi energi AHU DOAS
Konsumsi  energi  yang  dihasilkan  oleh  AHU adalah sebagai berikut:
Tabel 4. Total energi AHU DOAS - PCB
Energi  yang  dikonsumsi  oleh  sistem Passive Chilled  Beam (PCB)  dalam  setahun  didapatkan sebesar:  Total  konsumsi  energi  =  24.32  kW  x 2,340 hours/year = 56,914.36 kWh/ year .
Tabel 5. Total energi AHU DOAS - ACB
Chilled Beam AHU DOAS Total Chiller Capacity TR TR TR TR PCB 196.65 169.04 365.68 400 ACB 137.79 142.02 279.81 300 Unit
No. Deskripsi Unit Nilai 1 Outdoor Temperature (Dry Bulb) o C 34 2 Supply Air Temperature o C 12 3 Difference Temperature o C 22 4 Air Flow Rate m 3 /min 1,018 5 Total Static Pressure mm aq 50.9 6 Fan Efficiency % 70 7 Drive Efficiency % 70 8 Motor Efficiency % 70 Power Fan AHU kW 24.32
No.
Deskripsi Unit Nilai 1 Outdoor Temperature (Dry Bulb) o C 34 2 Supply Air Temperature o C 12 3 Difference Temperature o C 22 4 Air Flow Rate m 3 /min 835 5 Total Static Pressure mm aq 73.2 6 Fan Efficiency % 70 7 Drive Efficiency % 70 8 Motor Efficiency % 70 Power Fan AHU kW 28.68
Energi  yang  dikonsumsi  oleh  sistem Active Chilled  Beam (ACB)  dalam  setahun  didapatkan sebesar:  Total  konsumsi  energi  =  28.68  kW  x 2,340 hours/year = 67,105.39 kWh/ year .
4.  Konsumsi energi cooling tower
Konsumsi  energi  yang  dihasilkan  oleh cooling tower adalah sebagai berikut:
Tabel 6. Konsumsi energi cooling tower - PCB dan ACB
5. Non Standart Part Load Value (NPLV) Berikut  adalah  perhitungan Non  Standart  Part Load Value (NPLV) untuk sistem PCB dan ACB [8]:
-
6.  Konsumsi energi chiller plant
Konsumsi  energi  yang  dihasilkan  oleh chiller plant termasuk pompa adalah sebagai berikut:
Tabel 7. Konsumsi energi chiller plant - PCB dan
ACB

## 3.2  PEMBAHASAN
Berdasarkan  tabel  perhitungan  di  atas,  maka energi  yang  dibutuhkan  dapat  terlihat  pada gambar  2.  di  bawah,  di  mana  energi  yang dibutuhkan  untuk  keseluruhan  pompa  sistem
ACB  lebih  besar  dari  sistem  PCB.  Hal  ini  sesuai dengan  data  jumlah chilled  water yang  lebih besar  pada  PCB  maka  dibutuhkan  daya  listrik yang lebih besar.
Gambar 2. Konsumsi energi unit tata udara
Kemudian  pada  tabel  6.  total  kapasitas cooling tower didapatkan  berdasar  pada  laju  aliran  air kondensor  dan  perbedaan  suhu  air  masuk  atau keluar. Data laju aliran air diperoleh dari acuan 3 GPM/TR chiller dan  perbedaan  suhu  5°C. Setelah  melakukan  seleksi  dan  penyesuaian pada  katalog  didapatkan  konsumsi  daya  listrik yang  sama  untuk  sistem  ACB  dan  PCB  sebesar 15 kW, namun berbeda pada performansi kW/TR yaitu  sebesar  0.04  untuk  ACB  dan  0.03  untuk PCB  dikarenakan  pembanding  kapasitas  yang berbeda  di  antara  keduanya.  Selanjutnya  NPLV pada chiller berdasar data part load performance dari  hasil  seleksi chiller .  NPLV chiller ACB sebesar  0.603  dan  NPLV chiller PCB  sebesar 0.628. Perbedaan ini disebabkan secara signifikan  pada  kondisi  75% part  load di  mana mayoritas  durasi  lamanya chiller bekerja  pada beban  tersebut  terjadi  yaitu  nilai  kW/TR chiller pada  sistem  ACB  lebih  kecil  dari  sistem  PCB yaitu  0.5886  kW/TR  sedangkan  pada  PCB sebesar  0.6148  kW/TR.  Hal  ini  tentu  akan mempengaruhi besaran konsumsi energi. Secara keseluruhan  konsumsi  energi  dapat  dilihat  pada gambar berikut:
Gambar 3. Total konsumsi energi
Hasil  Intensitas  Konsumsi  Energi  (IKE) pada  gambar  di  atas  didapat  dari  perhitungan yang dapat dilihat pada tabel berikut:
No. Deskripsi
Unit PCB ACB 1 Cooling Tower Capacity TR 452 339 2 Condenser Flow l/ minute 4,542 3,408 3 Cooling Tower Efficiency kW/TR 0.03 0.04 4 Cooling Tower Fan Power kW 15 15
No. Deskripsi
Unit PCB ACB 1 Total Cooling Load TR 400 300 2 Chiller Full Load kW/TR 0.6 0.57 3 Water Cooled Chiller - NPLV Calculation kW/TR 0.63 0.6 4 Primary Chilled Water Pump Calculation kW/TR 0.09 0.09 5 Secondary Chilled Water Pump Calculation kW/TR 0.08 0.07 6 Condenser Water Pump Calculation kW/TR 0.06 0.06 7 Cooling Tower - CT kW/TR 0.03 0.04 8 Total Chiller Utility kW/TR 0.88 0.87 9 Total Chiller kW/TR 0.63 0.6 10 Chiller Utility Consumption kWh/ Year 828,061.39 608,612.47
Tabel 8. Perhitungan IKE chilled beam
Dari  hasil  perhitungan  Intensitas  Konsumsi Energi  (IKE)  yang  didapat  pada  kedua  sistem chilled  beam lebih  hemat  dari  nilai  batasan indeks  konsumsi  energi  sistem  tata  udara  untuk gedung  perkantoran  yang  efisien,  yaitu  115.99 kWh/m 2 .tahun. Di mana sistem PCB lebih  hemat 15.48%  dan  ACB  lebih  hemat  sebesar  35.46% dari nilai batasan indeks tersebut.

## 4. KESIMPULAN DAN SARAN 4.1  KESIMPULAN
Berdasarkan pada hasil penelitian yang dilakukan, maka dapat disimpulkan bahwa:
1. Active  chilled  beam memiliki  konsumsi energi  sebesar  675,717.85  kWh  per  tahun sedangkan passive  chilled  beam memiliki konsumsi  energi  sebesar  884,975.75  kWh per  tahun  dengan  kriteria  kondisi  ruangan dan cooling  load pada chilled  beam yang sama, yaitu temperatur ruang 24°C, kelembaban  udara  50%, dew  point 13°C/ 9.3g/Kg,  dan  beban  pendingin  sebesar 753.14 kW.
2. Active chilled beam memiliki energi yang lebih efisien  dibandingkan  dengan  sistem passive chilled  beam dengan  Intensitas  Konsumsi Energi  (IKE)  untuk  HVAC  pada active  chilled beam sebesar 74.86 kWh/m 2 .tahun sedangkan  pada passive  chilled  beam sebesar 98.04 kWh/m 2 .tahun.
3. Active  chilled  beam menghasilkan  energi yang  lebih  hemat  sebesar  35.46%  dari  nilai batasan  indeks  konsumsi  energi  sistem  tata udara  untuk  gedung  efisien  dan passive chilled  beam menghasilkan  energi  yang  lebih hemat  sebesar  15.48%  dari  nilai  batasan indeks  konsumsi  energi  sistem  tata  udara untuk gedung efisien.

## 4.2  SARAN
Saran  yang  dapat  dilakukan  pada  penelitian selanjutnya yaitu sebagai berikut:
1.  Perlu dilakukan penelitian selanjutnya mengenai  analisis  total  biaya  investasi  dan pemeliharaan pada sistem chilled beam . 2.  Perlu dilakukan penelitian selanjutnya mengenai  variasi  perubahan set  point suhu ruangan dari nilai minimum sampai maksimum  untuk  mengetahui  penghematan energi yang lebih efisien.
Perlu  dilakukan  penelitian  selanjutnya  mengenai
efisiensi  energi  kombinasi  dari  sistem passive chilled beam dan active chilled beam .

## DAFTAR PUSTAKA
[1]  B.  Gunawan,  Budihardjo,  J.  S.  Juwana,  J. Priatman, W. Sujatmiko, and T. Sulistiyanto, Buku Pedoman Energi Efisiens . 2012.
[2] Belimo,  “What  is  a  Chilled  Beam?,” Belimo , 2022. https://www.belimo.com/se/en_GB/energy- valve/hvac-applications/chilled-beam.html (accessed Apr. 17, 2022).
[3]  H.  Latif,  G.  Hultmark,  S.  Rahnama,  A. Maccarini,  and  A.  Afshari,  “Performance evaluation of active chilled beam systems for office  buildings –  A  literature  review,”
Sustainable Energy Technologies and Assessments . 2022. doi: 10.1016/j.seta.2022.101999. [4]  ASHRAE, ASHRAE Handbook of Fundamentals . 2017.
[5] Price  Industries,  “Engineering  Guide  Active & Passive Beams,” Price , p. 48, 2011.
[6]  REHVA  and  ASHRAE, Active  and  Passive Beam  Application  Design  Guide .  Atlanta: REHVA and ASHRAE, 2015.
[7]  Balai  Besar  Teknologi  Konversi  Energi B2TKE- BPPT, “Benchmarking Specific Energy Consumption Di Bangunan Komer sial,” 2020, [Online]. Available:
www.b2tke.bppt.go.id
[8]  Green  Building  Council  Indonesia, Panduan Teknis Perangkat Penilaian Bangunan HIjau Bangunan Baru , Edisi Kedu. Jakarta: Green Building Council Indonesia, 2018.
Luas IKE (m2) (kWh/m².tahun) PCB 884,975.75 9,027 98.04 ACB 675,717.85 9,027 74.86 Deskripsi Konsumsi Energi (kWh/tahun)