Analisis Ventilasi Alam pada Multi Span Greenhouse, FAPERTA IPB

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.

' ~ t a f Pengajar pada Jurusan Teknik Pertanian, Fakultas Tekndogi Pertanian, tPB 2~lumnus Jurusan Teknik Pwtanian, Fakultas Teknologi Pwtanian,lPB

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 k k p a t a n angin di sekitar greenhouse muitispan greenhouse milik Faperta menggunakan mather Station. Weather IPB, Cikabayan, Bogor, jam Barat station diletakkan di luar greenhouse.

[image:2.466.46.413.61.457.2] [image:2.466.35.417.535.632.2]

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.

: (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 ( 9 4 3 ' 0 ' 3 ) eJePn ueJ~eynl.Jad n k l !el!u ~ e 6 e 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

( z9'6) ~!~e)we~6 ~ eAe6 pq!ye ueleda~~ad = 6 (6y) snqe6 eloq esseur = ur 9'0-

E'O

L e

E'O

L'O-

ZL'O-

9'0-

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 y e ~ e ynwn pe(gwA

p

i

ueeynq degas!p ueueyal ueJeqas

ueyynlunuaw d=) ueueyal u a s l ~ y : !~nouag u e e u w a d ! ~ e p ueyun~nvp ueeynq !leMalau ueJ!le ueled-y (Zw/fjy) leWl eped y!pls ueueyal = M 6un~y6uaw ynlun UeeuesJad ( urfiy) u ! k e eped y!lels ueueyal= ~d

tZ~16y) relue~ eped ~ ! l e l s 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 ~ a a ~ e p e d

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 ~

PJeMUw !s!s eped 6 u ! w ! s e ~ ~ u a ~

%-

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 A I J < O I

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 d s 2 )

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) V d = 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 ( d s )

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

9'

adalah sebesar 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 %.

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.

[image:6.471.60.419.459.579.2]

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. Zhang, J.G., K.A. Janni, and L.D..