Posted by: lizenhs | April 24, 2010

Cahaya Tampak: “Photosynthesis” Dan Penghematan Energi Dalam Bangunan

Cahaya Tampak: “Photosynthesis” Dan Penghematan Energi Dalam Bangunan

Oleh Haslizen Hoesin

Pendahuluan
Bila berbicara mengenai Cahaya tampak, sebenarnya pembicaraan yang tidak bisa terlepas dari Radiasi Matahari, karena keduanya bersumber sama yaitu Surya. Cahaya tampak berada dalam radiasi matahari, atau dengan kata lain spektral cahaya tampak terletak dalam spektral radiasi matahari. Cahaya tampak yang dimanfaatkan adalah penerangannya, disebut juga kuat penerangan alami siang hari. Bila berbicara pencahayaan dalam ruangan cahaya tampak disebut kuat penerangan alami siang hari dalam bangunan.

Cahaya tampak dengan radiasi matahari dalam hal pengukuran, lain saling membatasi diri (terpisah), ini disebabkan daerah panjang gelombang yang diamati berbeda. Karena cahaya tampak dan radiasi matahari bersumber sama. Sangat beralasan, bila radiasi matahari diketahui maka penerangan alami siang hari dapat pula diketahui.

Dalam kehidupan (sehari-hari), ternyata kuat penerangan alami siang hari sangat banyak pemanfaatannya. Bila ditinjau dari pengelompokan energi, maka energi Penerangan Alami termasuk kepada energi terbarukan (renewable energy)

Komponen Penerangan Alami
Kuat penerangan alami siang hari yang sampai dipermukaan bumi terdiri dari tiga komponen, yaitu langsung, baur dan total (global). Gabungan langsung dan baur disebut kuat penerangan global. Penerangan langsung dapat pula dibagi dua bentuk yaitu perangan langsung normal dan horizontal, digunakan untuk memperkirakan kuat penerangan pada permukaan datar, miring dan tegak. Permukaan miring meliputi lereng bukit, atap dll. Pemanfaatan kuat penerangan pada permukaan tegak diantaranya jendela bangunan. Kuat penerangan pada permukaan datar dan miring secara luas mengingatkan pada dedaunan, karena di dedaunan terjadi (proses) potosintesis (photosynthesis). Untuk memperkirakan kuat penerangan pada permukaan miring dan tegak, sudut kemiringan dan orientasi permukaan merupakan factor yang berperan besar.

Femanfaatan
Sebagaimana disebutkan diatas bahwa cahaya tampak pemenafaatannya sangat luas. Tak perlu jauh-jauh, perhatikan disekitar tempat tinggal, akan ditemukan dedaunan mereka memerlukan pencahayaan. Dedaunan yang tak dapat cahaya akan pucat. Di dedanuan hijau terjadi potosintesis. Bila dedaunan kurang atau tidak ada disekitar tempat tinggal, suasana gersang dan cepat mengantuk. Penerangan alami dalam ruangan rumah lebih baik dan sehat dari sumber penerangan yang lain.

Semua orang pasti tahu, bahwa asal oksigen dari dedaunan dan pentingnya hijau disekitar tempat tinggal. Bila kuat penerangan lemah, maka kegiatan potosintesis akan menurun, produksi oksigen berkurang. Bila diketahui kuat (intensity) cahaya tampak pada daerah tertentu, berarti dapat diperkirakan tanaman yang cocok ditanam di daerah tersebut.

Pemanfaatan penerangan alami siang hari dalam ruang pada bangunan akan berakibat pada pengurangan pemakaian energi penerangan buatan (energi listrik) di siang hari, berarti terjadi penghematan energi konvensional (Danusugondho dan Aldy).

Kuat penerangan yang sangat banyak digunakan dalam kehidupan sehari-hari pada pemukaan miring (termasuk permukaan tegak (vertical)). Permukaan miring, diantaranya lereng bukit dan hutan. Permukaan datar adalah hamparan sawah atau kebun didataran rata yang luas. Di lereng bukit untuk hamparan sawah tetap saja permukaan rata. Bila berbicara mengenai kuat penerangan pada permukaan miring, berarti melibatkan kuat penerangan pantul. Kuat penerangan pantul sangat ditentukan oleh koefisien pantul permukaan. Koefisien pantul permukaan yang lebih luas disebut albedo.

Memperkirakan kuat penerangan alami siang hari, dapat diperkirakan melalui model matematis (sederhana). Model matematis diturunkan dari model atmosfir. Tentu……, model matematis tersebut digunakan untuk keperluan Pertanian, Perkebunan, Bangunan dan lain-lain.

Model Atmosfir
Menyusun model matematis kuat penerangan alami siang hari, satu diantara beberapa cara dengan model atmosfir. Beberapa model atmosfir/langit yang dibuat para pakar, untuk keperluan kuat penerangan alami siang hari, model yang digunakan adalah model atmosfir Rao dan Sesadri. Pembahasan tentang model atmosfir baca Energi Radiasi Matahari : Pemanfaatan Pada Pertanian, Perikanan, Bangunan dan Listrik http://lizenhs.wordpress.com/2010/04/24/energi-radiasi-matahari-pemanfaatan-pada-pertanian-perikanan-bangunan-dan-listrik/.

Bilangan Kebeningan Atmosfir
Jumlah dan mutu intensitas radiasi matahari di permukaan bumi, sangat dipengaruhi oleh kandungan (kekeruhan) langit (atmosfir). Karena model atmosfir yang dirumuskan Rao dan Sesadri dinyatakan sebagai atmisfir keadaan langit bening sering dijumpai, maka pada keadaan ini Sharma dan Pal menyatakan kebeningan atmosfir (CN) = 1.

Untuk keadaan lain, CN (0.00 spi 0,49) langit berawan atau mendung, CN (0,5 spi 0,69) langit keruh, CN (0.7 spi 0.89) langit biru buram, CN (0.9 spi 1.09) langit biru, CN (1,1 spi 1,29) langit biru sekali, dan CN (diatas 1.3) langit sangat biru sekali, jarang dijumpai.

Di daerah tropis khatulistiwa (Indonesia) untuk sementara harga-harga CN yang diusulkan Sharma dan Pal disarankan dipakai.

Hubungan Penerangan Alami Dengan Radiasi Matahari
Sebagaimana telah dikemukakan (diatas) bahwa cahaya tampak adalah bagian dari Radiasi matahari. Berdasar pemikiran bahwa radiasi dan penerangan bersumber sama, maka penerangan alami siang hari dapat diperkirakan.Hubungan radiasi dengan penerangan ditunjukkan oleh kadar penerangan (luminous efficacy) (K). Kadar penerangan (K) didefinisikan sebagai perbandingan antara iluminasi normal (EDN) terhadap radiasi matahari normal (IDN), sering juga disebut faktor. Numan menyatakan hubungan tersebut sebagai berikut:
EDN = KS IDN lux ……… (1)
IDN = [1285.4 Sin(te)]/[Sin(te) + 0.3135] CN …….. (2)
Ks selain disebut kadar penerangan disebut juga factor penerangan.

Kadar penerangan terdiri dari tiga terdiri dari Kadar Penerangan Langsung Matahari (Ks), Kadar Penerangan Langit (Kd) dan Kadar Penerangan Global (Kg). Menurut Kitler (dalam Krochmann) Ks = Kk = Kg = 100 lm/w. Chrocicki (dalam Krochmann) mengusulkan dipengaruhi oleh ketinggian surya yaitu
Ks = Kk = Kg = 59.3 (te)(pkt)(0.1252) lm/w. ……. (3)
dengan te adalah saudut ketinggian matahari dan pkt adalah pangkatTingkat Penerangan matahari Alami Normal (EDN)
EDN = {[76.2242 Sin(te)]/[0.3135 + Sin(te)]} x (te)(pkt)(0.1252) x CN……… (4)
dengan pkt adalah pangkat, te adalah sudut teta.

Perkiraan Penerangan Alami Siang Hari
Penerangan surya di peremukaan datar terbuka dapat dibedakan atas bebarapa komponen yaitu Penerangan Langsung Normal, Langit, Pantul dan Global. Berdasarkan model atmosfir dibuat model persamaan kuat penerangan Alami (Numan, Hoesin) Langsung Normal, Horizontal, Baur dan Global. Persamaan-persamaan tersebut (Hoesin) sebagaimana dipaparkan berikut.

Kuat Penerangan Horizontal
Kuat Penerangan matahari Alami Langsung pada permukaan datar (horizontal) (EDH)
EDH = {[76.2242 Sin(te)]/[0.3135 + Sin(te) x Sin(te)]}x (te)(pkt)(0.1252) x CN……. (5)

Kuat Penerangan matahari langit (baur) pada permukaan datar (horizontal) (Edh)
Edh = {[56.81 Sin(te)]/[56.3641 + Sin(te) x Sin(te)]}x CN………. (6)
Kuat penerangan global pada permukaan datar (horizontal) (EGH) untuk keadaan langit baku (stardard)
EGH = 55.68 Sin(te) + 0,6 EDH …….. (7)

Kuat Penerangan global pada permukaan datar (horizontal) menyimpang dari keadaan langit baku (EGH) yaitu keadaan sembarang adalah
EGH = 55.68 Sin(te) + {[45,7345 Sin(te)/0.3135 + Sin (te)] x Sin(te) x (te)(pkt)(0.1252)} x CN. ……. (8)

Kuat Penerangan Pantul
Kuat Penerangan Pantul (Er) adalah berkas cahaya yang dipantulkan permukaan. Pantulan tersebut merupakan fungsi dari sudut datang berkas sinar pada permukaan gama (ga) dan Albedo A. permukaan sekitar.
ER =0.5 EGH [1 – cos(ga)] x A……… (9)

Kuat Penerangan Pada Permukaan Tegak
Kuat Penerangan matahari Alami Langsung pada permukaan tegak (vertikal) (EDV)
EDV = {[76.2242 Sin(te)]/[0.3135 + Sin(te) x Sin(te)]}x (te)(pkt)(0.1252) x Cos(te) x Cos(AP – A0) CN……… (10)
dengan Ap azimut permukaan terhadap utara sebenarnya (deg) dan A0 azimut surya terhadap utara sebenarnya (deg).

Kuat Penerangan matahari baur pada permukaan tegak (vertikal) orientasi sembarang dan atmosfir sembarang (Edv)
Edv = {[(56.81 Sin(te))/(56.3641 + Sin(te) x Sin(te))] x CN} x F ….. (11)
dengan F disebut komponen langit. F = Cos(te)

Kuat penerangan pantul pada pemukaan tegak (Erv)
ERV = ½ A EGH ……. (12)
Kuat penerangan total pada permukaan tegak/vertikal (ETV)
ETV = EDV + Edv + ERV……. (13)
Bila ingin memperkirakan radiasi matahari berbagai keadaan permukaan berdasarkan waktu (ketinggian surya) untuk berbagai kegunaan maka perkiraan radiasi matahari global tidak dapat digunakan langsung, harus diubah kedalam bentuk lain. Bentuk persamaan tersebut memasukkan ketinggian matahari. Jadi pada persamaan harus ada fungsi sudut ketinggian matahari

Penutup
Bila merancang berbagai keadaan permukaan baik itu untuk pertanian, pengairan, perikanan, bangunan, daerah hunian dan perkotaan, memanfaatkan energi dari matahari berupa cahaya tampak, pemahaman terhadap penerangan alami sangat diperlukan. Model matematis sangat diperlukan, karena berkait dengan hitung-menghitung untuk memperoleh optimalisasi dan efisiensi.

Baca juga:
Krisis Ketersediaan Energi atau Krisis Akhlak.  http://lizenhs.wordpress.com/2010/11/04/krisis-ketersediaan-energi-atau-krisis-akhlak/
Teknologi Tepat Guna: Apaaa ……..itu?????  http://lizenhs.wordpress.com/2008/12/23/teknologi-tepat-guna-apaaa-itu/   Pada kategori Teknologi “Tepat Guna”
Pemodelan Matematis Radiasi Matahari .  http://lizenhs.wordpress.com/2009/01/17/model-matematis-perkiraan-radiasi-matahari/ Pada kategori: Lihat “Model” Yok
Konsumsi BBM Dibatasi, Radiasi Matahari: Data dan Informasi Energi. http://lizenhs.wordpress.com/2009/01/19/konsumsi-bbm-dibatasi-radiasi-matahari-data-dan-informasi-energi/.

Daftar pustaka

Danusugondho, Iskandar and Aldy Anwar (1976). “Framework For Solar Energy Research And Development Policy Proposd For Indonesia And Its Relevance To Solar Energy Utilization In Building Syatems”. Presented at Symposium UNESCO/World Organization Solar Energy, Geneva. August 20 – Septembre 3.
Hoesin, Haslizen (1978), “Penelitian & Studi Energi Radiasi Matahari Yang Menimpa Bangunan Dan Pengaruhnya Terhadap Pemakaian Energi Untuk Penerangan Di Siang Hari Dalam Bangunan”. ( Tugas Akhir). Departemen Fisika Teknik. Istitut Teknologi Bandung.
Hoesin, Haslizen (1981), “Saling Ketergantungan Energi, Lingkingan Hidup, Cuaca & Iklim Dan Radiasi Matahari”. Hasil-Hasil Seminar Energi Nasional II. Komote Nasional Indonesia Word Energy Conference (KNI-NEC). Jakarta 9 – 12 Juli.
Krochmann, J. (1974). “Quantitative Data on Daylight for Illuminating Engineering”. Lighting Research & technology. Vol 6 no 3 (165 – 171).
Numan, M. Y. (1973). “A Mathematical Model to Standardise Prediction and Predict Quantities of Illuminance for Clear Sky”. E.A.R.I. (47 –62)

About these ads

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s

Categories

Follow

Get every new post delivered to your Inbox.

%d bloggers like this: