IV.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Lingkungan mikro di dalam rumah tanaman khususnya di daerah tropika basah perlu mendapat perhatian khusus, mengingat ciri iklim tropika basah dengan suhu udara yang relatif panas, intensitas radiasi matahari yang tinggi dan kelembaban udara yang tinggi. Pengendalian lingkungan mikro rumah tanaman yang paling mendasar adalah mengenai modifikasi struktur rumah tanaman dan material penyusun rumah tanaman. Salah satu hal penting mengenai struktur rumah tanaman adalah proses pindah panas yang terjadi di dalam rumah tanaman khususnya lantai rumah tanaman. Lantai dijadikan pembanding dalam hal penentuan luas ventilasi rumah tanaman. Selain itu, jenis material dan tebal bahan yang digunakan juga sangat berpengaruh dalam proses perpindahan panas di dalam rumah tanaman.
4.1 Perubahan Suhu Udara dan Suhu Permukaan Lantai Rumah Tanaman Pengukuran dilakukan selama tiga hari dari tanggal 28 Maret 2012 sampai 30 Maret 2012, namun data yang digunakan adalah data iklim dan kondisi lingkungan di rumah tanaman pada tanggal 30 Maret 2012. Pengukuran dilakukan selama 12 jam, dimulai dari pukul 06:00 sampai dengan pukul 18:00. Pada Gambar 16 dan 17 disajikan hasil pengukuran suhu udara dan radiasi matahari di dalam dan di luar rumah tanaman (Lampiran 5 dan 6).
38
36
Suhu, oC
34 32 30
di dalam di luar
28 26 24
Waktu setempat, WIB Gambar 16. Perubahan suhu udara di dalam dan di luar rumah tanaman (30 Maret 2012)
1100 1000 900 Radiasi, W/m2
800 700 600 500 400
di dalam
300
di luar
200 100 0
Waktu setempat, WIB Gambar 17. Perubahan radiasi matahari di dalam dan di luar rumah tanaman (30 Maret 2012)
Suhu, oC
Gambar 18 dan 19 menyajikan gambar perubahan suhu pada permukaan lantai dan suhu udara di atas permukaan lantai rumah tanaman sesuai titik-titik pengukuran (Lampiran 2 dan 3).
48 46 44 42 40 38 36 34 32 30 28 26
Titik 1
Titik 3 Titik 7 Titik 9 Titik 13 Titik 15 Titik 17 Titik 21 Titik 22 Waktu setempat, WIB
Gambar 18. Perubahan suhu permukaan lantai rumah tanaman (30 Maret 2012)
24
40 Titik 2
38
Titik 4
Suhu, oC
36
Titik 5
34
Titik 6
32
Titik 8
30
Titik 10
28
Titik 12
26
Titik 14
24
Titik 16
22
Titik 18 Titik 20
Waktu setempat, WIB Gambar 19. Perubahan suhu udara pada posisi 45 cm di atas permukaan lantai rumah tanaman (30 Maret 2012) Pengukuran iklim mikro dilakukan pada saat rumah tanaman dalam keadaan tanpa tanaman. Suhu lantai yang dihasilkan berkisar 26.3–47.7 oC dan suhu udara pada 45 cm di atas permukaan lantai yang dihasilkan berkisar 23.5–39.2 oC (Lampiran 7 dan 8). Namun, pengukuran suhu udara pada 2 m di atas permukaan lantai (sesuai tinggi weather station) berkisar 24.7–31.9 o C, sedangkan suhu udara di luar rumah tanaman berkisar 25.6–36.8 oC. Berdasarkan hasil pengukuran tersebut, suhu udara pada lokasi 45 cm di atas permukaan lantai akan lebih tinggi daripada suhu udara 2 m di atas permukaan lantai. Hal ini disebabkan oleh pengaruh dari panas yang tersimpan dalam material dan tertutupnya lantai oleh beton (60 cm), sehingga udara cenderung stagnan. Jika tidak adanya pengaruh dari kecepatan angin yang signifikan, maka akan terjadi efek Buoyancy. Pembentukan profil suhu tersebut dipengaruhi oleh intensitas radiasi matahari yang masuk ke dalam rumah tanaman. Intensitas radiasi matahari tertinggi yang masuk ke dalam rumah tanaman terjadi pada pukul 12:00, namun suhu tertinggi tidak selalu terjadi pada saat intensitas radiasi matahari tertinggi. Menurut Lippsmeier (1997), panas tertinggi dicapai kira-kira 1–2 jam setelah tengah hari, karena pada saat itu radiasi matahari langsung bergabung dengan suhu udara yang sudah tinggi, sedangkan suhu terendah sekitar 1–2 jam sebelum matahari terbit. Hasil pengukuran menunjukkan suhu udara di dalam rumah tanaman mencapai suhu tertinggi setelah tengah hari (pukul 14:00).
4.2 Simulasi dengan Metode Computational Fluid Dynamics (CFD) Simulasi CFD dilakukan untuk mengetahui sebaran suhu udara dan permukaan lantai rumah tanaman. Simulasi dilakukan pada saat radiasi minimum dan radiasi maksimum. Hasil simulasi yang ditampilkan berupa kontur suhu (tampak depan dan tampak samping). Potongan kontur yang ditampilkan meliputi tampak depan (Utara-Selatan) dengan jarak 1.5 m, 6 m dan 10.5 m, sedangkan tampak samping (Barat-Timur) dengan jarak 0.8 m, 2.925 m dan 5.05 m. Pemilihan jarak ini disesuaikan dengan posisi titik-titik pengukuran suhu yang telah dilakukan dan untuk melihat pola detail sebaran suhu di atas permukaan lantai (maksimum 60 cm). Kontur suhu udara dan permukaan akan menunjukkan sebaran suhu yang terjadi di atas permukaan lantai rumah 25
tanaman sehingga diketahui pengaruhnya bagi perpindahan panas konveksi di atas permukaan lantai rumah tanaman. Radiasi minimum (0 W/m2) dapat terjadi pada pagi hari dan sore hari, namun untuk simulasi ini diambil pada saat pagi hari karena belum ada pengaruh dari radiasi sebelumnya. Pada saat yang bersamaan untuk pengukuran radiasi 0 W/m 2 kecepatan angin di luar rumah tanaman terukur 0 m/detik. Gambar 20 dan 21 menunjukkan sebaran suhu pada rumah tanaman pada saat radiasi 0 W/m2 tampak depan (Utara-Selatan) dan tampak samping (Barat-Timur). Terlihat bahwa ada perbedaan suhu udara di dalam dan di luar rumah tanaman karena struktur rumah tanaman yang cenderung lebih tertutup, suhu di dalam lebih besar dari suhu di luar rumah tanaman. Selisih suhu udara yang dihasilkan antara di dalam dan di luar rumah tanaman kurang lebih sebesar 3 oC. Secara keseluruhan suhu terbesar yang dihasilkan pada rumah tanaman ada di bagian atap dan kedua sisi permukaan lantai bagian luar rumah tanaman. Hal ini disebabkan berkumpulnya panas di bagian atap akibat dari radiasi matahari langsung dan udara panas yang akan keluar dari rumah tanaman akibat efek Chimney. Selain itu, pada saat simulasi dilakukan bagian atap dan kedua sisi permukaan lantai bagian luar rumah tanaman tidak didefinisikan sebagai real wall, sehingga mendapat pengaruh langsung dari kapasitas panas material atap dan lantai.
a
b
c
Gambar 20. Sebaran suhu rumah tanaman pada saat radiasi matahari 0 W/m2 tampak depan (Utara-Selatan) pada jarak (a) 1.5 m, (b) 6 m dan (c) 10.5 m
26
a
b
c
Gambar 21. Sebaran suhu rumah tanaman pada saat radiasi matahari 0 W/m2 tampak samping (Barat-Timur) pada jarak (a) 0.8 m, (b) 2.925 m dan (c) 5.05 m
27
Fokus penelitian ini adalah simulasi sebaran suhu udara dan permukaan lantai rumah tanaman, dimana dapat mempengaruhi pindah panas konveksi dan aliran udara. Gambar 22 dan 23 menunjukkan sebaran suhu udara di atas permukaan lantai rumah tanaman pada saat radiasi matahari 0 W/m2 tampak depan (Utara-Selatan) dan tampak samping (Barat-Timur). Suhu udara di atas permukaan lantai dalam rumah tanaman akan semakin rendah ketika mendekati bagian tengah rumah tanaman. Hal ini disebabkan oleh pada bagian tengah rumah tanaman terjadi pertemuan aliran udara sebagai akibat dari efek Buoyancy, sedangkan bagian samping lebih panas karena pergerakan udara yang terhambat oleh dinding bawah dan pengaruh material dinding. Hasil simulasi ini juga menunjukkan adanya pengaruh dari panas yang tersimpan di dalam lantai rumah tanaman yang dapat mempengaruhi sebaran suhu di atas permukaan lantai rumah tanaman.
a
b
c
Gambar 22. Sebaran suhu udara di atas permukaan lantai rumah tanaman pada saat radiasi matahari 0 W/m2 tampak depan (Utara-Selatan) pada jarak (a) 1.5 m, (b) 6 m dan (c) 10.5 m
28
a
b
c
Gambar 23. Sebaran suhu udara di atas permukaan lantai rumah tanaman pada saat radiasi matahari 0 W/m2 tampak samping (Barat-Timur) pada jarak (a) 0.8 m, (b) 2.925 m dan (c) 5.05 m Simulasi yang dilakukan untuk kondisi kedua adalah pada saat radiasi maksimum, yaitu sebesar 1,092 W/m2. Kecepatan udara yang terukur pada saat radiasi maksimum adalah 1.29 m/detik dengan arah Timur Laut (NE). Adanya kecepatan udara ini mempengaruhi sebaran suhu di atas permukaan lantai rumah tanaman. Arah kecepatan angin Timur Laut akan mempengaruhi suhu udara rumah tanaman dari sisi (-x) dan (z), sehingga rumah tanaman bagian (-x) dan (z) akan memiliki suhu yang lebih rendah. Namun, apabila melihat perbedaan suhu udara di dalam dan di luar rumah tanaman, selisih yang diperoleh relatif kecil yaitu kurang lebih sebesar 1 oC. Hal ini dipengaruhi oleh angin yang bertiup dari luar rumah tanaman. Gambar 24 dan 25 menunjukkan sebaran suhu rumah tanaman pada saat radiasi maksimum tampak depan (Utara-Selatan) dan tampak samping (Barat-Timur).
29
a
b
c
Gambar 24. Sebaran suhu rumah tanaman pada saat radiasi matahari 1,092 W/m2 tampak depan (Utara-Selatan) pada jarak (a) 1.5 m, (b) 6 m dan (c) 10.5 m
30
a
b
c
Gambar 25. Sebaran suhu rumah tanaman pada saat radiasi matahari 1,092 W/m 2 tampak samping (Barat-Timur) pada jarak (a) 0.8 m, (b) 2.925 m dan (c) 5.05 m
31
Pada dasarnya penetapan batasan sistem yang diamati pada bagian bawah rumah tanaman ini adalah dengan tinggi 60 cm, sesuai dengan tinggi dinding bawah pada rumah tanaman. Hal ini bertujuan agar semua proses yang terjadi di rumah tanaman, terutama dalam hal pembentukan iklim mikro hanya disebabkan oleh efek termal, tanpa dipengaruhi oleh angin. Namun, hasil simulasi menunjukkan secara tidak langsung faktor angin mempengaruhi sebaran suhu di atas permukaan lantai rumah tanaman. Gambar 26 dan 27 menunjukkan sebaran suhu di atas permukaan lantai rumah tanaman pada saat radiasi maksimum tampak depan (Utara-Selatan) dan tampak samping (Barat-Timur).
a
b
c
Gambar 26. Sebaran suhu udara di atas permukaan lantai rumah tanaman pada saat radiasi matahari 1,092 W/m2 tampak depan (Utara-Selatan) pada jarak (a) 1.5 m, (b) 6 m, dan (c) 10.5 m
32
a
b
c
Gambar 27.
Sebaran suhu udara di atas permukaan lantai rumah tanaman pada saat radiasi matahari 1,092 W/m2 tampak samping (kanan) pada jarak (a) 0.8 m, (b) 2.925 m dan (c) 5.05 m
4.3 Validasi Hasil Simulasi Suhu Validasi berfungsi untuk menunjukkan nilai ketepatan antara hasil simulasi dan hasil pengukuran. Data yang digunakan untuk validasi adalah data suhu permukaan lantai dan suhu udara di atas permukaan lantai rumah tanaman. Tabel 4 menunjukkan validasi suhu pengukuran dan hasil simulasi pada saat radiasi 0 W/m2. Hasil validasi yang diperoleh berkisar antara 91.1899.66% dan error yang dihasilkan untuk semua titik lebih kecil dari 10%, sehingga nilai validasi ini dapat dikatakan akurat. Begitu juga dengan hasil validasi pada saat radiasi 1,092 W/m 2, hasil validasi yang diperoleh berkisar 90.79-99.92%. Nilai validasi suhu pada saat radiasi maksimum ditampilkan pada Tabel 5. Pada dasarnya, perhitungan validasi ini diperoleh dengan menghitung error dari setiap titik pengukuran. Hubungan error dan validasi ini adalah berbanding terbalik. 33
Sehingga, semakin besar nilai error yang diperoleh maka memperkecil nilai validasi yang dihasilkan. Kemudian, perbedaan suhu menunjukkan selisih suhu antara suhu pengukuran dan suhu simulasi. Semua nilai perbedaan suhu pada tabel menunjukkan nilai yang positif. Hal ini karena dalam perhitungan selisih suhu dijadikan mutlak dan bertujuan untuk memudahkan dalam perhitungan validasi. Pada kenyataannya, ada nilai perbedaan suhu yang negatif, karena nilai suhu pengukuran yang lebih kecil dari nilai suhu simulasi. Nilai suhu pengukuran lebih kecil atau lebih besar dari suhu simulasi menunjukkan error yang dihasilkan menyebar secara sistematis. Tabel 4. Validasi suhu hasil pengukuran dan hasil simulasi pada saat radiasi 0 W/m2 Koordinat
Suhu
x
y
z
1
-0.8
0
-1.5
Suhu Pengukuran (oC) 26.33
2
-0.8
0.45
-1.5
24.89
3
-0.8
0
-6
4
-0.8
0.45
5
-0.8
6
Titik
Suhu Simulasi (oC) 26.41
Perbedaan (oC)
Error (%)
Validasi (%)
0.09
0.34
99.66
26.30
1.41
5.68
94.32
28.05
26.45
1.60
5.70
94.30
-6
24.20
25.57
1.37
5.68
94.32
0.15
-6
24.20
25.57
1.37
5.68
94.32
-0.8
0.3
-6
23.50
25.57
2.07
8.82
91.18
7
-0.8
0
-10.5
27.70
26.42
1.28
4.63
95.37
8
-0.8
0.45
-10.5
24.68
26.29
1.61
6.53
93.47
9
-2.925
0
-10.5
27.92
28.41
0.49
1.75
98.25
10
-2.925
0.45
-10.5
25.21
25.61
0.40
1.59
98.41
12
-2.925
0.45
-6
24.10
25.51
1.41
5.85
94.15
13
-2.925
0
-1.5
28.59
28.42
0.17
0.60
99.40
14
-2.925
0.45
-1.5
24.96
25.43
0.47
1.87
98.13
15
-5.05
0
-1.5
27.60
26.50
1.10
3.98
96.02
16
-5.05
0.45
-1.5
26.56
25.68
0.88
3.32
96.68
17
-5.05
0
-6
27.00
26.43
0.57
2.09
97.91
18
-5.05
0.45
-6
23.80
25.52
1.72
7.23
92.77
20
-5.05
0.45
-10.5
25.46
25.75
0.29
1.13
98.87
Maksimum (Titik 1)
99.66
Minimum (Titik 6)
91.18
34
Tabel 5. Validasi suhu hasil pengukuran dan hasil simulasi pada saat radiasi 1,092 W/m2 Koordinat
Suhu
x
y
z
1
-0.8
0
-1.5
Suhu Pengukuran (oC) 38.52
2
-0.8
0.45
-1.5
35.84
3
-0.8
0
-6
4
-0.8
0.45
5
-0.8
6
Titik
Suhu Simulasi (oC) 39.89
Perbedaan (oC)
Error (%)
Validasi (%)
1.37
3.56
96.44
36.40
0.56
1.56
98.44
39.92
39.89
0.03
0.08
99.92
-6
37.30
36.40
0.90
2.42
97.58
0.15
-6
36.00
36.34
0.34
0.94
99.06
-0.8
0.3
-6
36.80
36.36
0.44
1.21
98.79
7
-0.8
0
-10.5
42.10
39.89
2.21
5.24
94.76
8
-0.8
0.45
-10.5
39.21
36.22
2.99
7.62
92.38
9
-2.925
0
-10.5
39.58
39.47
0.11
0.27
99.73
10
-2.925
0.45
-10.5
37.08
36.12
0.97
2.61
97.39
12
-2.925
0.45
-6
33.10
36.15
3.05
9.21
90.79
13
-2.925
0
-1.5
43.41
39.47
3.95
9.09
90.91
14
-2.925
0.45
-1.5
34.04
36.28
2.23
6.56
93.44
15
-5.05
0
-1.5
34.67
36.76
2.10
6.06
93.94
16
-5.05
0.45
-1.5
35.71
36.18
0.47
1.32
98.68
17
-5.05
0
-6
37.30
36.67
0.63
1.69
98.31
18
-5.05
0.45
-6
34.30
36.10
1.80
5.24
94.76
20
-5.05
0.45
-10.5
34.36
36.23
1.87
5.45
94.55
Maksimun (titik 3)
99.92
Minimum (titik 12)
90.79
Metode lain yang digunakan untuk menunjukkan validasi hasil simulasi adalah dengan melakukan analisis regresi linear. Analisis ini dilakukan dengan menghubungkan suhu hasil pengukuran dan hasil simulasi menggunakan grafik. Ada dua grafik yang dianalisis, yaitu hasil simulasi suhu permukaan lantai dan hasil simulasi suhu udara di atas permukaan lantai. Gambar 28 menunjukkan grafik validasi simulasi suhu permukaan lantai rumah tanaman. Hubungan grafik ini menghasilkan nilai a dan b masing-masing sebesar 1.224 dan 0.947. Model simulasi dinyatakan dapat memberikan prediksi sebaran suhu yang semakin baik bila persamaan regresinya memiliki nilai intersep (a) semakin mendekati nol dan gradiennya (b) semakin mendekati satu. Prediksi sebaran suhu permukaan lantai rumah tanaman dapat dikatakan baik mengingat nilai keseragaman grafik yang diperoleh sebesar 0.946 (94.6%). Begitu pula untuk grafik validasi simulasi suhu udara di atas permukaan lantai rumah tanaman yang menghasilkan nilai a dan b masing-masing sebesar 3.787 dan 0.899 (Gambar 29). Prediksi sebaran suhu udara di atas permukaan lantai rumah tanaman ini juga dapat dikatakan baik mengingat nilai keseragaman grafik yang diperoleh sebesar 0.947 (94.7%).
35
44
y=x
42
Suhu Simulasi (oC)
40 38
y = 0.947x + 1.224 R² = 0.946
36 34 32 30 28
26 26
28
30
32
34
36
38
40
42
44
Suhu pengukuran (oC) Gambar 28. Grafik validasi suhu permukaan lantai rumah tanaman 38 y=x 36
Suhu Simulasi (oC)
34
y = 0.899x + 3.787 R² = 0.947
32 30 28 26 24 24
26
28
30
32
34
36
38
Suhu pengukuran (oC) Gambar 29. Grafik validasi suhu udara di atas permukaan lantai rumah tanaman
36
4.4 Pindah Panas Konveksi dan Pola Aliran Udara di Atas Permukaan Lantai Rumah Tanaman Peristiwa pindah panas di rumah tanaman dapat terjadi di beberapa komponen rumah tanaman, salah satunya adalah lantai. Parameter utama yang dibutuhkan untuk mengetahui pindah panas secara konveksi di atas permukaan lantai rumah tanaman adalah suhu permukaan lantai dan suhu udara di atas lantai (45 cm di atas permukaan lantai), dimana data yang digunakan adalah data hasil simulasi. Proses pindah panas konveksi yang terjadi di atas permukaan lantai rumah tanaman dihitung dengan Persamaan 9, dan secara langsung dipengaruhi oleh suhu lantai dan suhu udara di atas permukaan lantai (45 cm). Besarnya nilai pindah panas konveksi yang dihasilkan berbanding lurus dengan selisih suhu antara suhu permukaan lantai dan suhu udara di atas permukaan lantai serta berbanding lurus dengan nilai koefisien pindah panas konveksi. Semakin besar nilai selisih suhu dan nilai koefisien pindah panas konveksi, maka akan semakin besar pindah panas konveksi yang dihasilkan. Begitu pula sebaliknya, semakin kecil selisih suhu dan nilai koefisien pindah panas konveksi, maka akan semakin kecil pindah panas yang terjadi. Pola pindah panas konveksi pada rumah tanaman disajikan pada Tabel 6. Tabel 6 menunjukkan besarnya nilai pindah panas konveksi di atas permukaan lantai rumah tanaman. Pola pindah panas konveksi di atas permukaan lantai rumah tanaman dapat dilihat dari tiga bagian rumah tanaman (Barat-Timur), yaitu bagian kiri, tengah dan kanan rumah tanaman sesuai dengan jarak pengukuran untuk tampak samping. Pada pagi hari (06:00), pindah panas konveksi yang terjadi relatif kecil yaitu berkisar 0.30-18.49 W. Hal ini disebabkan oleh belum adanya pengaruh secara langsung dari radiasi matahari, sehingga suhu di dalam rumah tanaman cukup konstan. Bagian kiri rumah tanaman yang memiliki nilai pindah panas konveksi paling rendah, karena pada pagi hari radiasi matahari yang masuk akan mengenai bagian kiri rumah tanaman dan suhu lantai menjadi lebih panas. Selisih yang kecil antara suhu lantai dan udara di atas permukaan lantai menyebabkan pindah panas pada bagian ini menjadi kecil. Pada saat radiasi maksimum, pindah panas konveksi yang dihasilkan berkisar 2.36-24.12 W. Adanya pengaruh dari kecepatan angin dari luar rumah tanaman mempermudah terjadinya proses pindah panas di atas permukaan lantai rumah tanaman. Bagian kanan rumah tanaman mempunyai nilai pindah panas yang lebih kecil karena selisih suhu yang kecil, walaupun kecepatan angin kecepatan angin yang relatif besar mengenai bagian ini. Hal ini menunjukkan bahwa semakin besar kecepatan angin tidak memperbesar nilai pindah panasnya, tetapi mempermudah proses pindah panas konveksi dengan mendinginkan suhu permukaan lantai dan suhu udara di atas permukaan lantai rumah tanaman. Selain untuk mengetahui sebaran suhu dan analisis pindah panas konveksi, hasil simulasi dengan menggunakan CFD ini dapat juga diaplikasikan untuk mempelajari pola aliran udara di atas permukaan lantai rumah tanaman. Pola aliran udara di atas permukaan lantai rumah tanaman terjadi karena efek termal. Hasil simulasi yang ditampilkan berupa kontur dan vektor kecepatan udara (tampak depan dan tampak samping). Potongan kontur yang ditampilkan sama halnya dengan potongan kontur hasil CFD suhu yang meliputi tampak depan (Utara-Selatan) dengan jarak 1.5 m, 6 m dan 10.5 m, sedangkan tampak samping (Barat-Timur) dengan jarak 0.8 m, 2.925 m dan 5.05 m. Gambar 30 dan 31 menunjukkan pola aliran udara yang terjadi di rumah tanaman pada saat radiasi matahari 0 W/m2 dari tampak depan (Utara-Selatan) dan tampak samping (Barat-Timur). Prinsipnya pada saat kecepatan angin dari luar rumah tanaman 0 m/detik, pergerakan udara di dalam rumah tanaman terjadi karena efek termal.
37
Tabel 6. Pindah panas konveksi di atas permukaan lantai rumah tanaman Titik 1 2 3 4 7 8 9 10 13 14 15 16 17 18
a
Koordinat x y Z -0.8 0 -1.5 -0.8 0.45 -1.5 -0.8 0 -6 -0.8 0.45 -6 -0.8 0 -10.5 -0.8 0.45 -10.5 -2.925 0 -10.5 -2.925 0.45 -10.5 -2.925 0 -1.5 -2.925 0.45 -1.5 -5.05 0 -1.5 -5.05 0.45 -1.5 -5.05 0 -6 -5.05 0.45 -6
Suhu Simulasi (oC) Minimum Maksimum 26.41 39.89 26.30 36.40 26.45 39.89 25.57 36.40 26.42 39.89 26.29 36.22 28.41 39.47 25.61 36.12 28.42 39.47 25.43 36.28 26.50 36.76 25.68 36.18 26.43 36.67 25.52 36.10 Maksimum Minimum
Pindah Panas (W) Minimum Maksimum 0.30
22.60
4.02
22.61
0.35
24.12
17.11
21.47
18.49
20.23
3.70
2.41
4.21
2.36
18.49 0.30
24.12 2.36
b
c
Gambar 30. Pola aliran udara di rumah tanaman pada saat radiasi matahari 0 W/m2 tampak depan (Utara-Selatan) pada jarak (a) 1.5 m, (b) 6 m dan (c) 10.5 m 38
a
b
c
Gambar 31. Pola aliran udara di rumah tanaman pada saat radiasi matahari 0 W/m2 tampak samping (Barat-Timur) pada jarak (a) 0.8 m, (b) 2.925 m dan (c) 5.05 m Hasil simulasi menunjukkan adanya efek Buoyancy yang terjadi di atas permukaan lantai rumah tanaman. Sebagian besar dari gambar terlihat pola aliran udara yang masuk ke dalam rumah tanaman melewati beton bawah, kemudian bergerak naik ke atas rumah tanaman karena adanya perbedaan kerapatan udara dan terbentur dinding bawah. Walaupun selisih kecepatan udara kecil dan kulit manusia tidak dapat merasakannya, tetapi polanya dapat dilihat jelas 39
menggunakan CFD. Namun, untuk daerah yang dekat dengan pintu, terlihat bahwa kecepatan udara yang dihasilkan lebih besar karena tidak terhalang oleh dinding beton. Gambar 32 dan 33 menunjukkan pola aliran udara yang terjadi di atas permukaan lantai rumah tanaman pada saat radiasi matahari 0 W/m2 dari tampak depan (Utara-Selatan) dan tampak samping (Barat-Timur).
a
b
c
Gambar 32. Pola aliran udara di atas permukaan lantai rumah tanaman pada saat radiasi matahari 0 W/m2 tampak depan (Utara-Selatan) pada jarak (a) 1.5 m, (b) 6 m dan (c) 10.5 m
40
a
b
c
Gambar 33. Pola aliran udara di atas permukaan lantai rumah tanaman pada saat radiasi matahari 0 W/m2 tampak samping (Barat-Timur) pada jarak (a) 0.8 m, (b) 2.925 m dan (c) 5.05 m Berdasarkan hasil simulasi pada saat radiasi maksimum, efek termal tidak mempengaruhi aliran udara di dalam rumah tanaman. Faktor termal berperan dominan pada saat kecepatan udara rendah, sehingga terjadi pergerakan udara akibat perbedaan suhu dan kerapatan udara di dalam dan di luar rumah tanaman. Kamaruddin (1999) menyatakan bahwa batas kecepatan udara dimana faktor termal masih dapat berperan dominan adalah sebesar 1 m/detik, sedangkan menurut Papadakis et al. (1996) sebesar 1.67 m/detik. Disamping itu, Papadakis et al. (1996) menyatakan bahwa pada saat kecepatan udara lebih dari 1.8 m/detik, efek termal terhadap laju ventilasi dapat diabaikan. Gambar 34 dan 35 menunjukkan pola aliran udara di rumah tanaman pada saat radiasi 1,092 W/m2 dari tampak depan (Utara-Selatan) dan tampak samping (Barat-Timur).
41
a
b
c
Gambar 34. Pola aliran udara di rumah tanaman pada saat radiasi matahari 1,092 W/m2 tampak depan (Utara-Selatan) pada jarak (a) 1.5 m, (b) 6 m dan (c) 10.5 m
42
a
b
c
Gambar 35. Pola aliran udara di rumah tanaman pada saat radiasi matahari 1,092 W/m2 tampak samping (Barat-Timur) pada jarak (a) 0.8 m, (b) 2.925 m dan (c) 5.05 m Arah datang dan besarnya kecepatan angin mempengaruhi proporsi udara di dalam rumah tanaman. Hal ini berarti aliran udara dengan arah (-x) dan (z) lebih mendinginkan bagian rumah tanaman belakang dan samping kanan. Namun, untuk bagian dinding bawah yang terhalang beton, kecepatan angin yang dihasilkan akan lebih rendah dibandingkan bagian ventilasi dinding. Besarnya kecepatan udara mempengaruhi cepat tidaknya pergantian udara di dalam rumah tanaman. Terlihat bahwa di setiap sisi kanan dan kiri dinding beton bawah udara berputar seperti lingkaran karena terhalang beton. Aliran udara di atas permukaan lantai rumah tanaman memang 43
relatif kecil, karena strukturnya yang tertutup dinding bawah rumah tanaman. Kecepatan udara dari luar pada kondisi ini mempengaruhi kecepatan perpindahan udara, namun tidak untuk besarnya kecepatan udara (khususnya di atas permukaan lantai rumah tanaman). Gambar 36 dan 37 menunjukkan pola aliran udara di atas permukaan lantai rumah tanaman pada saat radiasi 1,092 W/m2 dari tampak depan (Utara-Selatan) dan tampak samping (Barat-Timur).
a
b
c
Gambar 36. Pola aliran udara di atas permukaan lantai rumah tanaman pada saat radiasi matahari 1,092 W/m2 tampak depan (Utara-Selatan) pada jarak (a) 1.5 m, (b) 6 m dan (c) 10.5 m
44
a
b
c
Gambar 37. Pola aliran udara di atas permukaan lantai rumah tanaman pada saat radiasi matahari 1,092 W/m2 samping (Barat-Timur) pada jarak (a) 0.8 m, (b) 2.925 m dan (c) 5.05 m
45
