Tujuan Simulasi Sebaran Suhu Udara dan Permukaan Lantai Rumah Tanaman dengan Menggunakan Computational Fluid Dynamics (Cfd)

II. TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Iklim Mikro Rumah Tanaman Daerah Tropika Basah

Iklim merupakan salah satu faktor yang mempengaruhi perancangan bangunan. Sebuah bangunan seharusnya dapat mengurangi pengaruh iklim yang merugikan dan memanfaatkan pengaruhnya yang menguntungkan bagi pengguna bangunan. Faktor iklim tersebut meliputi radiasi dan cahaya matahari, suhu dan kelembaban udara, arah dan kecepatan angin serta kondisi langit. Bagaimana pengaruh faktor-faktor tersebut terhadap bangunan perlu diteliti untuk mendapatkan kondisi lingkungan di dalam bangunan, khususnya kondisi termal dan visual yang diinginkan pengguna bangunan. Kondisi termal yang akan terjadi di dalam bangunan akan ditentukan oleh kinerja termal dari bangunan dan kondisi iklim dimana bangunan berada. Seperti di Indonesia dengan ciri iklim yang tropis lembab memiliki suhu udara yang relatif panas, intensitas radiasi matahari dan kelembaban udara yang tinggi Soegijanto 1999. Nelson 1981 mendefinisikan greenhouse sebagai suatu bangunan yang memiliki struktur atap dan dinding yang bersifat tembus cahaya yang memungkinkan bagi cahaya yang dibutuhkan tanaman bisa masuk dan tanaman terhindar dari kondisi lingkungan yang tidak menguntungkan, seperti hujan deras, tiupan angin kencang dan keadaan suhu yang terlalu rendah atau terlalu tinggi yang dapat menghambat pertumbuhan tanaman. Menurut Suhardiyanto 2009, pada daerah tropika basah, fenomena greenhouse ini dapat dimanfaatkan dan istilah greenhouse yang mulanya dibangun di wilayah subtropika sebagian besar dari bahan kaca, kurang tepat untuk wilayah tropika basah. Agar lebih mencerminkan fungsi greenhouse sebagai bangunan perlindungan tanaman, maka dikenal istilah rumah tanaman. Rumah tanaman umumnya mempunyai struktur yang hampir sama dengan bangunan. Menurut Suhardiyanto 2009, komponen rumah tanaman terdiri dari pondasi, balok, kolom, dinding, atap dan lantai. Semua komponen ini mempunyai fungsi masing-masing. Pondasi berfungsi sebagai pendukung beban bangunan dan menyalurkan beban tersebut ke dalam tanah. Kolom berfungsi sebagai tiang pembentuk struktur dan penopang beban atap. Balok berfungsi sebagai pengikat antar kolom dan memperkokoh bangunan. Atap berfungsi untuk melindungi tanaman dari pengaruh iklim dan bagian atap terdiri dari kuda-kuda, rangka atap dan penutup atap. Dinding berfungsi untuk melindungi tanaman dari angin, hama, hujan dan debu. Lantai berfungsi untuk memperkuat permukaan lantai. Suhu merupakan salah satu faktor yang sangat penting dalam pengendalian iklim mikro. Suhu adalah derajat dari panas sensibel atau intensitas, sedangkan panas adalah bentuk dari energi. Suhu bisa dijadikan gagasan dalam pengendalian transfer energi dan menjadi pengukuran umum di dalam rumah tanaman. Selang suhu untuk produksi tanaman dalam rumah tanaman relatif terbatas dari 10 –30 o C untuk hampir semua jenis kecuali untuk masalah tertentu. Model Takakura untuk struktur unheated menunjukkan besarnya jeda waktu perubahan suhu di luar dan jeda waktu perubahan suhu di dalam rumah tanaman memperlihatkan peningkatan perbandingan luasan lantai terhadap luasan atap, dan penurunan perbandingan volume udara terhadap lantai Hanan 1998. Menurut Schroeder 2000, suhu adalah ukuran dari kecenderungan suatu objek yang secara spontan memberikan energi untuk sekitarnya. Ketika dua objek melakukan kontak secara termal, salah satu yang cenderung spontan kehilangan energi adalah pada suhu yang lebih tinggi. Alasan dasar untuk menggunakan rumah tanaman adalah mengatur suhu untuk pertumbuhan tanaman. Salah satu masalah utama adalah menjaga suhu tetap stabildingin. Panas 4 dalam rumah tanaman meningkat karena dua sebab, yaitu: karena “greenhouse effect” dan struktur rumah tanaman yang cenderung lebih tertutup. Sebagian besar kenaikan suhu di dalam rumah tanaman dihasilkan dari fakta mengenai struktur rumah tanaman yang tertutup dan pindah panas dari pergerakan udara turbulen yang berkurang. Selain itu, kecepatan angin juga selalu mempengaruhi peningkatan suhu Mastalerz 1977. Bangunan rumah tanaman mengalami pertambahan danatau kehilangan panas secara radiasi, konveksi maupun konduksi. Perpindahan panas ini terjadi melalui atap, dinding, ventilasi, peralatan, lantai dan tanah di bawah rumah tanaman. Prinsip-prinsip perpindahan panas dapat menjadi dasar dalam perancangan panas tersebut dan prediksi kondisi lingkungan termal di dalam rumah tanaman dapat dilakukan, yaitu menggunakan model matematika yang menerangkan keseimbangan panas pada rumah tanaman. Hubungan antara kondisi lingkungan termal dengan salah satu elemen rancangan rumah tanaman yang penting dan mendasar adalah faktor lantai. Lantai dijadikan pembanding dalam hal penentuan luas ventilasi rumah tanaman Suhardiyanto 2009. Suhardiyanto 2009 juga menyatakan bahwa bangunan rumah tanaman berinteraksi dengan kondisi lingkungan termal di sekitar rumah tanaman menghasilkan lingkungan yang unik di dalam rumah tanaman. Komponen-komponen yang penting dari interaksi tersebut dapat digambarkan secara sederhana dalam sebuah model sehingga hubungan sebab akibat komponen penyusun tersebut dapat dijelaskan dengan baik. Perancangan rumah tanaman dapat dilakukan dengan mudah jika model pindah panas pada rumah tanaman telah dibangun. Model pindah panas tersebut menerangkan hubungan antara elemen rancangan dengan lingkungan termal pertumbuhan tanaman di dalam rumah tanaman. Model ini juga dapat menjadi dasar simulasi menggunakan komputer untuk memprediksi lingkungan termal di dalam rumah tanaman.

2.2 Pindah Panas

Menurut Schroeder 2000, energi adalah konsep dinamis yang paling mendasar dalam semua ilmu fisika, dan panas didefinisikan sebagai aliran energi yang spontan dari suatu objek ke objek lainnya, yang disebabkan oleh perbedaan suhu diantara objek tersebut. Mastalerz 1977 menyatakan bahwa energi panas atau termal didefinisikan sebagai energi yang ditransferkan diantara dua sistem yang mempunyai suhu yang berbeda. Panas dapat ditransmisikan melalui konduksi, konveksi dan radiasi. Konduksi adalah transmisi panas melalui padatan, gas atau cairan, atau diantara objek yang sama yang bersentuhan langsung; panas dikonduksikan dari molekul yang mempunyai energi panas tinggi ke molekul yang mempunyai energi panas rendah Mastalerz 1977. Besarnya laju aliran panas dengan cara konduksi suatu bahan dinyatakan dengan menggunakan Hukum Fourier seperti pada Persamaan 1. q kond = - k A = k A 1 − 2 ....................................................................... 1 dimana, q kond adalah laju pindah panas secara konduksi Wm 2 , A adalah luas penampang suatu bidang m 2 dan ΔT adalah perubahan suhu diantara dua permukaan o C. Konveksi adalah perpindahan massa dari gas atau cairan yang panas ke suatu area yang lebih dingin; seperti pergerakan udara panas diseluruh bagian rumah tanaman terjadi karena konveksi Mastalerz 1977. Laju perpindahan panas konveksi dinyatakan berdasarkan Hukum Newton yang tertera pada Persamaan 2. q konv = h A T s – T ~ ..................................................................................... 2