Vol .18 N0.3 Agustus 3004 ANALISIS VENTlLASl ALAM PADA MULTl SPAN GREENHOUSE, FAPERTA IPB Analysis of Natural Ventilation on Faculty of Agricultural IPB's Multispan Greenhouse Meiske Widyattil, 133, Rita lntan permatasari2 Abstract Greenhouse can protect plants from unexpected conditions like heavy rainfall, strong wind and insect attack. In a tropical humid greenhouses, problem that always occur is a very high micro climate. Plants can grow optimumly only in a suitable environtment. With a proper design, suitable air temperature for plant growth can be generated. Greenhouse's micro climate can be managed using a ventilation system. The economical way of a ventilation system is natural ventilation which utilize wind and thennal efects. Structures and shape of a building will give big influences to the natural ventilation's speed, This research study about natural ventilation system in a multi span greenhouse located at Cikabayan inside IPB Campus. This study found that opening for ventilation system in this building is only 26,4 % of the total building area which is still lower than the requirement amount (40 % ). The natural ventilation speed inside the building is 0,6 - 0,8 m/s ; it is lower than the recomending speed 0 , 5 - 1,O m/s. The natural ventilation is more dominated by thennal efect than wind effect. Temperature inside the building is higher 57" C than outside and the humidity is low. A design modification especially at the windward wall's area should be done to get a higher rate of ventilation speed. Keywords: muitispan, greenhouse, natural ventilation LATAR BELAKANG tanaman. Masalah yang timbul dari Pertumbuhan setiap jenis tanaman akan mernerlukan lingkungan yang sesuai dengan kebutuhannya agar dapat berkembang dengan optimal. FaMor- faktor lingkungan yang menentukan proses fotosintesis dan mempengaruhi pertumbuhan tanaman diantara -nya adalah suhu udara sirkulasi udara, intensitas cahaya, kelembaban, dan ketersedia -an unsur hara. Salah satu cara pengendalian dalam prtumbuhan tanaman adalah dengan penggunaan greenhouse ( m a h kaca). Di dalam rumah kaca akan dapat dikondisikan tersedianya kesesuaian lingkungan untuk kebutuhan pertumbuhan penggunaan green house di daerah tropis adalah timbulnya efek rumah kaca, di': mana pantulan dari radiasi matahari ,bergelombang panjang yang masuk tertahan dan menyebabkan suhu di dalam rumah kaca lebih tinggi dari pada suhwlingkungan sekitamya. Hal ini mengganggu pertumbuhan tanaman. Upaya yang dapat dilakukan untuk mengatasinya adalah dengan membuat pergerakan udara ( ventilasi) pada greenhouse. Sisten? ventilasi yang paling ekonomis adalah dengan memanfaatkan energi yang tersedia di alam yang berasal dari efek angin dan termal. '~taf Pengajar pada Jurusan Teknik Pertanian, Fakultas Tekndogi Pertanian, tPB 2~lumnus Jurusan Teknik Pwtanian, Fakultas Teknologi Pwtanian,lPB 140
7
Embed
ANALISIS VENTILASI ALAM PADA MULTI SPAN GREENHOUSE ...
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
ANALISIS VENTILASI ALAM PADA MULTI SPAN GREENHOUSE, FAPERTA
IPBANALISIS VENTlLASl ALAM PADA MULTl SPAN GREENHOUSE, FAPERTA
IPB
Analysis of Natural Ventilation on Faculty of Agricultural IPB's
Multispan Greenhouse
Meiske Widyattil, 133, Rita lntan permatasari2
Abstract Greenhouse can protect plants from unexpected conditions
like heavy rainfall, strong wind and insect attack. In a tropical
humid greenhouses, problem that always occur is a very high micro
climate. Plants can grow optimumly only in a suitable environtment.
With a proper design, suitable air temperature for plant growth can
be generated. Greenhouse's micro climate can be managed using a
ventilation system. The economical way of a ventilation system is
natural ventilation which utilize wind and thennal efects.
Structures and shape of a building will give big influences to the
natural ventilation's speed, This research study about natural
ventilation system in a multi span greenhouse located at Cikabayan
inside IPB Campus. This study found that opening for ventilation
system in this building is only 26,4 % of the total building area
which is still lower than the requirement amount (40 % ). The
natural ventilation speed inside the building is 0,6 - 0,8 m/s ; it
is lower than the recomending speed 0 , 5 - 1,O m/s. The natural
ventilation is more dominated by thennal efect than wind effect.
Temperature inside the building is higher 57" C than outside and
the humidity is low. A design modification especially at the
windward wall's area should be done to get a higher rate of
ventilation speed.
Keywords: muitispan, greenhouse, natural ventilation
LATAR BELAKANG tanaman. Masalah yang timbul dari
Pertumbuhan setiap jenis tanaman akan mernerlukan lingkungan yang
sesuai dengan kebutuhannya agar dapat berkembang dengan optimal.
FaMor- faktor lingkungan yang menentukan proses fotosintesis dan
mempengaruhi pertumbuhan tanaman diantara -nya adalah suhu udara
sirkulasi udara, intensitas cahaya, kelembaban, dan ketersedia -an
unsur hara. Salah satu cara pengendalian dalam prtumbuhan tanaman
adalah dengan penggunaan greenhouse ( m a h kaca). Di dalam rumah
kaca akan dapat dikondisikan tersedianya kesesuaian lingkungan
untuk kebutuhan pertumbuhan
penggunaan green house di daerah tropis adalah timbulnya efek rumah
kaca, di': mana pantulan dari radiasi matahari ,bergelombang
panjang yang masuk tertahan dan menyebabkan suhu di dalam rumah
kaca lebih tinggi dari pada suhwlingkungan sekitamya. Hal ini
mengganggu pertumbuhan tanaman. Upaya yang dapat dilakukan untuk
mengatasinya adalah dengan membuat pergerakan udara ( ventilasi)
pada greenhouse. Sisten? ventilasi yang paling ekonomis adalah
dengan memanfaatkan energi yang tersedia di alam yang berasal dari
efek angin dan termal.
' ~ t a f Pengajar pada Jurusan Teknik Pertanian, Fakultas Tekndogi
Pertanian, tPB 2~lumnus Jurusan Teknik Pwtanian, Fakultas Teknologi
Pwtanian,lPB
140
Vol . I 8 No.2 Aaustus 2004
Laju ventilasi alam pada bangunan Tabel 1. Ukuran dimensi bar
greenhouse dipengaruhi oleh beberapa faktor antara lain kecepatan
angin,, dimensi dan msisi bukaan ~ a d a bangunan, siGem kondruksi
k r t a : :gigGE'''-'e F) unsur-unsur material yang digunakan.
Tinggi dinding batako (t, Oleh sebab itu maka akan sangat Lebar
ventilasi dinding (Lw) bermanfaat apabila dipelajari tentang .
Panjang ventilasi dinding sistem ventilasi alami yang tejadi pada
Lebar ventilasi atap vertikal multispan greenhouse didaerah beri
klim (Lr)
tropis lernbab. Lebar ventilasi atap horisontal (d)
Penelitian ini bertujuan untuk: 1. Melakukan pengukuran dan
analisis
terhadap laju ventilasi alam pada bangunan multispan greenhouse
milik Faperta, IPB
2. Mengetahui kesesuaian rancangan bangunan greenhouse untuk daerah
beriklim tropis
METODE DAN BAHAN
~anjang ventilasi atap (U) Tinggi ventilasi dari lantai ke sumbu
tengah ventilasi dinding (Tw) Tinggi ventilasi dari lantai ke sumbu
tengah ventilasi atap (Tr) Tinggi bidang tekanan netral (S )
lunan (m) I
Parameter lklim yang diukur untuk - - perhitungan laju ventilasi
antara lain temperatur, kelembaban udara, dan
Penelitian ini dilakukan pads sebuah kkpa tan angin di sekitar
greenhouse muitispan greenhouse milik Faperta menggunakan mather
Station. Weather IPB, Cikabayan, Bogor, jam Barat station
diletakkan di luar greenhouse. pada bulan April-Juni 2002.
Greenhouse Nilai basil pengukuran terbaca pads yang digunakan dalam
penelitian ini display dan direkam Pads PC. bertipe mult~span
dengan ukuran 22,5 m Pengukuran temperatur di dalam x 20 m.
Konstruksi greenhouse ini greenhouse menggunakan tmnometer sebagian
besar menggunakan baja air raksa seban~ak tiga Pasang Yang dengan
penutu p atap berbahan kaca diletakkan spasang pads masing- yang
berketebalan 8 mm. Dinding masing Span. S U ~ U bola basah dan bola
bangunan menggunakan kassa kaku kering dig,unakan untuk mengetahui
yang berfungsi sebagai bukaan kelembaban udara dan kerapatan udara
ventilasi. Bangunan beratap monitor dan di dalam gRnhouse. Untuk
mengukur mempunyai ventilasi atap. Tabel 1 dan kece~atan aliran
udara Yang melintasi Gambar 1 dan 2 merupakan skema bukaan
digunakan bola-bola gabus. dimensi beserta ukuran bangunan yang
Bola-bola gabus digantungkan dengan dipergunakan dalam penelitian
ini. seutas tali pada setiap kassa ventilasi.
+ Gambar 1. Tampak samping dime8si greenhouse tipe mulfispan
: (uoxa '8 Aewsa) ueeuestad uelep
(QBL) a s s pue !ezo>l ue>lae'u!~ (zu/6y) dV eJePn UeueAal
p4epuels 4 a ~ e s IeJnprulS asnoquaas : mqunS IJeepaqJad eAuJeSag
.asnoqua6
Jenl !p uep welep !p eJepn ueueyal ueepaq~ad eAuepe eua~ey !pel~al
ueeynq !sew!pu 6ueA eJepn ueJ!lt/
'!nW\ay!P asnoquaads. eped (943 ' 0 '3) eJePn ueJ~eynl.Jad nkl
!el!u ~e6e 3!seg -0 Eeyeq JaItId~oy lUeJ60~d ue6uap ue6un~y~ad
ueyeun66uau ue6uap yelo!p ue~ny n6uad elep-elea
(,LuI~~) Jenl elepn uepde~ay = d (w) snqe6 eloq ue!-!~e!= J
(LU) !lei Gue!ued = 1 (ur) !lei ue6uedur1s = x
( z ~ ~ 9'6) !~e)we~6 eAe6 pq!ye ueleda~~ad = 6 (6y) snqe6 eloq
esseur = ur
9'0-
E'O
9'0 (d3)
ueueyal ua!spo)(
u!6ue JOlye' (s/~1) ueeynq eped elepn ueJ!@ uepdawy= n leq!ye
ueueyal ua!slwy 'Z laqel : eueup
'!U! lnyuaq w e 1 'JJeleP (L) ........................... uey!les!p
ue6unyq~ad uelep ueyeun6!p 6ueA d3 i e ~ ! ~ ueeynq sen1 ue6wp
srunl ye6al 6ueA u!6ue ye~e ynwn pe(gwA
pi ueeynq degas!p ueueyal ueJeqas ueyynlunuaw d=) ueueyal u a s l ~
y : !~nouag ueeuwad !~ep ueyun~nvp
ueeynq !leMalau ueJ!le ueled-y (Zw/fjy) leWl eped y!pls ueueyal = M
6un~y6uaw ynlun UeeuesJad ( urfiy) u!ke eped y!lels ueueyal= ~d
tZ~16y) relue~ eped ~! lels ueueyal = sd ueeynq degas !p : e w l p
e1eJ-w ueled-y ueyledepuau ynlun
(z). ............... + - sd = dV ue~ny n6uad y~!g qnlndas eped
ueyepal!p snqe6 elog 'qel ue6uedu!s eAwesaq Jnyn!p snquayJaq u16ue
lees eped
ueds p~e~aa~eped pJeMaal dep !selQwA
ueds pJeMaal eped p ~ e w w !s!s dep !sel!lua~
ueds ap!pauJalu! eped pJeMaal !s!s dele !sel!lua~
uedsale!pawJalu!e~ed PJeMpUK !S!S dele !s~~IJw/\
ueds pJeMu,M eped p~e-1 !s!s dew ! s e l ~ u a ~
ueds P J ~ M ~ ! M eped PEMUw !s!s.dele . ..I !sel!lua~
PJeM-1 !s!s eped 6u!pu!p ! s e l ~ u a ~
%-
!sel!)ua~ ueeyng
Laju aliran udara yang melewati bukaan G (kgls) dapat dihitung
dengan persamaan : ................... (6)
I I
l ( ; , 7 i l = < i l ~ ~ 2 . p p n ~ l ~ ~ ~ ,mi AIJ<OI
dimana: n = jumlah bukaan ventilasi
....... .(3) 4 = bukaan (m2) h = tinggi b~dang tekanan netral dari
lantai (m) h = tinggi bukaan dari lantai ke sumbu tengah (m)
......... (4) dimana :
Cd = koefisien discharge A = luas bukaan (m2) g = percepatan akibat
gravitasi bumi (9.8 ds2) pd = kerapatan udara luar greenhouse
(kg/m3) pbn = kerapatan udara dalam greenhouse (kg/m3) \P =
perubahan tekanan (kg/m3)
Koetisien discharge Cd menyatakan nilai perbandingan antara luasan
efektii yang merupakan bidang normal tegak lurus aliran dengan
luasan lubang itu sendiri. Cd yang digunakan dalam perhitungan ini
adalah 0.44 untuk ventilasi dinding dan 0.29 untuk ventilasi atap
(Ishihara di dalam Kozai and Sase, 1978) .
Besamya pertukaran udara di dalam greenhouse CHG ('I,,) dapat
dihitung dengan persamaan berikut :
CHG = 3 600. S
...................... (5)
dimana : S = total laju aliran udara yang masuk greenhouse (kgls) =
1 G in pout = kerapatan udara luar greenhouse (kgTm3) Vd = volume
total greenhouse (m3)
f'-\ . . Dalam perhitungan laju ventilasi
karena efek termal, perlu diketahui posisi bidang tekanan netral
pada bangunan. Posisi bidang tekanan netral mernberi gambaran
tentang posisi=dari bukaan yang berfungsi sebagai inlet dan
outlet.
Menurut Bruce (1 978), ketinggian bidang tekanan netral dihitung
dengan persamaan :
Pengukuran laju ventilasi alam menggunakan bola-bola gabus
dilakukan untuk memperoleh laju aliran udara U (rnls) . Nilai U
didapat dari hasil konversi dari pengukuran simpangan tali.
Perhitungan laju aliran udara volumetrik Q (m3/s) dengan
persamaan
I A I dimana : Cd = kcefisien discarge (-) U = kecepatan aliran
udara yang rnelewati bukaan (ds ) A = luas bukaan wntilasi
(m2)
Sedangkan laju aliran udara G (kgls) dihitung dengan persamaan
:
IG,,~. = Q. pp,I .................................. (8) dimana : Q
= laju aliran udara volumetrik (m31s) pout=kerapatan udara luar
greenhouse ( k g l d )
HASlL DAN PEMBAHASAN Luasan total ventilasi untuk
pertukaran aliran udara efektif pada multispan reenhouse adalah
sebesar 9' 118,824 m . Besar luasan ini adalah 26,4 O/O dari luas
lantai bangunan yang seluas 450 m2 . Laju ventilasi alami yang
berfungsi sebagai laju pertukaran udara efektif yang dihasilkan
belum memadai karena masih lebih kecil dari yang direkomendasikan
untuk bangunan pertanian . yaitu 30 %. (Hellickson and Walker,
1983). Untuk mendapatkan laju ventilasi alami sebesar 40-60 Iljam,
maka luas bukaan untuk ventilasi harus mencapai 40 % dari total
luasan lantai bangunan seperti yang tertulis dalam standard yang
berlaku. Kondisi alam pada daerah
Vol . I 8 No.? Agustus 2004
beriklirn tropis lernbab dirnana cuaca panas sepanjang tahun
ditarnbah dengan kecepatan angin yang kurang dominan dalarn
rnernbentuk pola aliran yang baik mengakibatkan perbedaan suhu
dalarn greenhouse dengan suhu luar sangat besar.
Letak bidang tekanan netral menggambarkan posisi bukaan yang
berfungsi sebagai inlet atau outlet. Hasil perhitungan menunjukkan
bahwa letak bidang tekanan netral greenhouse adalah 3.7 rn dari
lantai greenhouse. Ventilasi dinding yang berada di bawah
ketinggian bidang tekanan netral terletak pada ketinggian 2,s rn,
(masih kurang dari 3.7 m) berfungsi sebagai inlet. Akibat tekanan
udara luar lebih tinggi daripada tekanan udara di dalarn greenhouse
terjadi aliran udara rnasuk ke dalam greenhouse. Ventilasi atap
berperan hanya sebagai outlet, akibat tekanan udara di dalarn
greenhouse lebih tinggi daripada tekanan udara luar sehingga
terjadi aliran udara keluar. Selain efek terrnal, laju ventilasi
dipengaruhi oleh efek angin. Cp atau koefisien tekanan digunakan
dalam rnenentukan besamya pengaruh faktor angin terhadap laju
ventilasi alam yang terjadi. Koefisien tekanan bernilai positif
untuk ventilasi dinding pada sisi winward dan ventilasi atap sisi
winward pada leeward span. Apabila faktor angin cukup dorninan
rnaka ventilasi atap seharusnya juga dapat berperan sebagai inlet.
Pada greenhouse ini ventilasi atap seluruhnya berperan sebagai
outlet. Keadaan kecepatan angin yang bervariasi, sedikit mernbantu
mendorong laju ventilasi alam , sehingga suhu di dalarn greenhouse
dapat rnencapai perbeciaand5 OC - 7 OC dari keadaan di luar
bangunan.
PERHITUNGAN LAJU VENTllASl
diperoleh kecepatan aliran udara yang melewati kassa ventilasi
dinding sekitar 0,6-0,8 rnldtk. Nilai ini lebih kecil dari ke
cepatan yang dibutuhkan bangunan sehingga jurnlah laju aliran udara
rata- rata (CHG) rata-rata hanya sebesar 36,35 Ilh. Faktor angin
tidak banyak berpengaruh dalarn rnendorong laju ventilasi alarn
bersarna-sama efek terrnal sehingga ke lernbaban di dalam
greenhouse yang diteliti sangat rendah. Perbandingan antara laju
ventilasi hasil pengukuran dan pendekatan teoritis rnenunjukkan
nilai seperti yang terlihat pada Tabel 3. Untuk bukaan ventilasi
ke-I, pendugaan laju aliran massa udara G1 menghasilkan rata-rata
error sebesar 19,55% sedangkan pendugaan laju aliran rnassa udara
G10 pada bukaan ventilasi ke-10 menghasilkan rata-rata error
sebesar 23,9S0h. Error sebesar kurang dari 30% rnasih cukup
rnernadai rnengingat karakteristik aliran udara yang berubah-ubah
dan sulit untuk diukur. Adanya perbedaan antara hasil pengukuran
dan pendekatan teoritis disebabkan oleh rnetode pengukuran yang
dilakukan secara manual dengan mengandalkan ketelitian pandangan
rnata, sehingga ada kernungkinan terjadi kesalahan dalarn pembacaan
nilai sirnpangan tali dari bola-bola gabus. Selain itu sifat angin
yang ,-pergerakannya berubah-ubah setiap waMu rnengakibatkan
kesulitan dalarn keakurantan pengukuran. Suhu ruang dalarn bangunan
greenhouse yang di teliti dapat rnencapai kurang lebih 42"'k dengan
kelernbaban yang relatif kering dengan nilai rata-rata 43. Salah
satu cara untuk mendapatkan laju ventilasi alam sesuai dengan yang
direkornendasikan adalah dengan rnelakukan rnodifikssi desain;
yaitu dengan penambahan luasan.
Kondisi cuaca di lapangan selama penelitian cerah dengan suhu
berkisar antara 26OC - 3S°C pada pukul 08.00 sarnpai dengan 16.00.
Hasil dari perhi tungan dengan metode bola-bola gabus
Gambar 3: Aliran udara dalam moltispan greenhouse
Vol .18 No.? Agustus 2004
KESIMPULAN
1. Suhu ruang tertinggi yang tercipta dalam bangunan multispan
greenhouse dapat mencapai 42 OC dengan perbedaan 5 - 7 " C dengan
suhu luar. Kelembaban (RH) didalam bangunan rata-rata 43 relatii
kering pada kondisi hari cerah.
2. Laju ventilasi alami pada multispan greenhouse lebih didominasi
oleh efek termal. Bukaan ventilasi dinding hanya berfungsi sebagai
inlet sedangkan bukaan ventilasi atap sebagai outlet.
3. Perbandingan antara laju ventilasi hasil pengukuran dengan
pendekatan teoritis menunjukkan nilai error antara 19.55% untuk
bukaan I dan 23,95% untuk bukaan ke-10. Hal ini menunjukkan bahwa
hasil simulasi sudah cukup mernadai.
4.Efek kecepatan angin rata-rata yang melewati bukaan dinding
sebesar 0,6 0,8 mldetik lebih kecil dari yang direkomendasikan
yaitu 0,75 - 1,O meter per detik.
5. Untuk mendapatkan laju ventilasi ideal perlu dilakukan
modifikasi desain dengan menarnbah luasan ventilasi dinding dan
atap bangunan.
DAFTAR PUSTAKA
Brockett, B.L. and L.D. Albright. 1987. Natural Ventilation in
Single Airspace Building. J. Agricultural
Engineering Research (37) : 141- 154.
Esmay M.L and Dixon J.E. 1986. Environmental Control for
Agricultural Buildings, The AVI Publishing Company Inc.
Connecticut, USA
Hellickson, M.A. and Walker J.N. 1983. Ventilation of Agricultural
Structures. An ASAE. American Society of Agricultural Engineers,
Michigan, USA.
Kozai, T. and S. Sase. 1978. A Simulation of Natural Ventilation
for a Multispan Greenhouse. J. Acta Horticulture (87) :
339-348.
Mastalerr, John W. 1977. The Greenhouse Environment. John Wiley and
Sons, Inc. USA.
Mc Daniel, Gary L. 1979. Ornamental Horticulture. Reston Publishing
Company, Inc. Virginia.
Nelson, P.V. 1981. Gmnhouse Operation and Management. Reston
Publishing Company, Inc. Virginia.
Randall, J.M. and C.R. Boon. 1997. Ventilation Control and Systems.
Animal Science and Engineering Division, Silso Research Institute.
UK.
Walls, I.G. 1975. The Complete Book of Gqnhouse Gardening.
Quadrangle Books. New York.