14 K
s
= cos 90
o
+ -
………...……. 18
Kosinus sudut datang radiasi matahari untuk penutup standard peak greenhouse
, K
std
adalah:
K
std
= K
u
+ K
s
2 ………...……. 19
Gambar 4. Sudut datang radiasi matahari pada kemiringan atap bangunan berorientasi timur-barat Esmay et al., 1983.
B. MODEL PINDAH PANAS PADA GREENHOUSE
Bangunan greenhouse akan mendapat dan kehilangan panas melalui peristiwa perpindahan panas secara radiasi, konveksi dan konduksi. Skema
proses perpindahan panas pada greenhouse dapat dilihat pada Gambar 5.
N A
O A
O
= 90
o
- -
K
s
= cos
= 90
o
+ -
K
u
= cos
15 Temperatur penutup greenhouse T
c
, temperatur udara dalam greenhouse
T
in
, dan lapisan tanah T
f
atau T
z1
dihitung dari kondisi batas temperatur udara di luar greenhouse T
out
dan temperatur di bawah lapisan tanah TBL. Selain itu radiasi matahari dijadikan input sebagai energi dengan
mempertimbangkan sudut datang radiasi matahari pada penutup greenhouse. Perpindahan panas yang terjadi antar berbagai lapisan tersebut menurut Bot,
2001 adalah:
1. Antara penutup greenhouse dengan udara luar Panas konveksi yang terjadi dari penutup ke udara luar karena
pengaruh angin diasumsikan sebagai konveksi paksa, sehingga kecepatan angin di luar greenhouse WS sangat berpengaruh dan dijadikan input
setiap jam. Menurut Duffie et al. 1974 koefisien pindah panas konveksi karena pengaruh angin h
w
pada permukaan datar adalah:
h
w
= 5.7 + 3.8 WS …….....……. 20
ventilasi
konduksi tanah
radiasi matahari Greenhouse
cover konveksi
konveksi
udara dalam radiasi gel. panjang
Permukaan lantai
Gambar 5. Perpindahan panas yang terjadi pada greenhouse.
16 Selain pindah panas konveksi, antara penutup dan udara luar terdapat
pindah panas radiasi termal dengan langit yang dihitung dengan perkalian antara konstanta
Stefan Boltzman SBC dengan temperatur absolut penutup dikurangi temperatur absolut langit T
sky
. Persamaan yang digunakan adalah:
R
t
= SBC x Absc
2
x T
c
+ 273
4
– T
sky 4
…..…...……. 21
Dimana Absc
2
adalah absorptivitas bahan penutup terhadap gelombang panjang. T
sky
tidak diukur melainkan didekati dengan persamaan berikut Duffie et al., 1974:
T
sky
= 0.0552 x T
out 1.5
…….....……. 22
Radiasi matahari yang diperhitungkan merupakan radiasi matahari pada permukaan horizontal yang dikalikan dengan sudut datang pada
penutup greenhouse K dan absorptivitas bahan penutup terhadap radiasi gelombang pendek Absc
1
seperti pada persamaan berikut:
R = RAD x Absc
1
x K …….....……. 23
2. Antara penutup greenhouse dengan udara dalam greenhouse Pindah panas konveksi yang terjadi tidak hanya karena perbedaan
temperatur antara penutup greenhouse dan udara dalam konveksi bebas tapi juga akibat pergerakan udara dalam greenhouse karena ventilasi dan
sirkulasi udara konveksi paksa. Menurut Bot 2001, dalam keadaan demikian
konveksi paksa
menjadi dominan.
Persamaan yang
dikembangkan oleh Holman 1994 dapat digunakan untuk menghitung h
i
pada standard peak greenhouse, yaitu:
h
i
= 1.30 x T
c
–T
in
L
14
…….....……. 24
17 Selain pindah panas konveksi antara penutup dan udara dalam
terdapat pindah panas radiasi termal antara penutup dengan komponen tidak tembus cahaya dalam greenhouse. Pindah panas radiasi termal
dihitung dengan perkalian antara konstanta Stefan Boltzman dengan temperatur absolut penutup dan temperatur absolut komponen tidak
tembus cahaya tersebut.
3. Antara permukaan lantai dengan udara dalam greenhouse Pindah panas yang terjadi adalah pindah panas konveksi dengan
koefisien pindah panas h
f
yang besarnya hampir sama dengan h
i
Bot, 2001.
4. Antara permukaaan lantai dengan lapisan tanah yang lebih dalam Pindah panas yang terjadi adalah pindah panas konduksi. Jika tanah
dan lantai diasumsikan sebagai satu blok tanah maka yang dihitung adalah rata-rata temperatur tanah. Untuk menghitungnya diperlukan temperatur
permukaan lantai T
f
. Untuk kondisi quasi steady state, lapisan tanah dapat dibagi menjadi dua lapisan yaitu lapisan pertama adalah lapisan
permukaan tanah z = 0.065 m dan lapisan kedua adalah lapisan tanah
sampai kedalaman tertentu z
1
yang temperaturnya diketahui TBL.
5. Pertukaran langsung antara udara dalam dan udara luar melalui ventilasi Menurut Bot 2001, koefisien pindah panas karena pengaruh
ventilasi h
v
didekati dengan persamaan:
h
v
= F
iv
x C
a
…….....……. 25
dimana F
iv
adalah flux volume pertukaran udara m
3
s dan C
a
adalah panas jenis udara.
Sesuai dengan pindah panas yang terjadi antara ketiga elemen dalam sistem dan menganggap bahwa semua elemen adalah homogen secara
18 horizontal dan vertikal, maka persamaan kesetimbangan panas yang terjadi
pada setiap elemen per satuan luas adalah sebagai berikut: Kesetimbangan pada lapisan penutup
C
c
x THc x dT
c
dt ≈ RAD x Absc
1
x K + SBC x Absc
2
x T
c
+273
4 –
T
sky 4
– h
i
x T
c
– T
in
– h
w
Tc – T
out
…. 26
Kesetimbangan pada udara dalam C
a
x AH x dT
in
dt ≈ h
i
x T
c
– T
in
+ h
f
x T
f
– T
in
+ h
v
x T
out
– T
in
+ absens x T
ranc
x RAD x K ..
.…27
absens merupakan bagian radiasi matahari yang ditransmisikan ke dalam greenhouse dan diserap oleh tanaman kemudian dilepaskan ke
udara dalam greenhouse sebagai panas sensible. Pendapat Bot 2001, besarnya absens diperkirakan 0.33 dan 0.67 sisanya untuk evaporasi
tanaman. Nilai absens dipertimbangkan dalam simulasi walau dalam greenhouse
tidak terdapat tanaman. Nilai koefisien konveksi akibat ventilasi h
v
sangat berpengaruh daalam model simulasi. Besarnya h
v
dipengaruhi oleh kecepatan angin dan temperatur udara di luar greenhouse. Dalam penelitian ini h
v
dianggap konstan, karena tidak tersedia data fluks volume pertukaran udara.
Kesetimbangan pada lantai dan tanah 1. Permukaan lantai
C
f
x z x dT
f
dt ≈ Abss x RAD x T
ranc
x K – 2 x k
s
x T
f
– T
z1
z + z
1
– h
i
x T
f
– T
in
– SBC x E
ms
x T
f
+ 273
4
– T
c
+ 273
4
. …. 28
2. Lapisan tanah C
f
x z
1
x dT
z1
dt ≈ 2 x k
s
x T
f
– T
z1
z + z
1
+ 2 x k
s
x TBL
– z
1
z
1
……. 29
19
C. ASUMSI
