RADIASI MATAHARI

Materi Perkuliahan

Efek radiasi matahari terhadap bumi Efekrumah kaca Sudut-sudut matahari Kalor radiasi matahari langsung, hambur,

pantulan pada permukaan normal dan membentuk sudut

Efek Radiasi matahari ke Bumi Memberi energi untuk kehidupan mahluk di

permukaan bumi Menentukan temperatur permukaan bumi Menguapkan air laut untuk membentuk awan Sebagian energi radiasi matahari diserap oleh

permukaan bumi dan diserap oleh atmosfir,

sebagian lain dipantulkan oleh bumi dan atmosfir ke luar angkasa

Apabila pantulan radiasi dari permukaan bumi terhalang oleh gas–gas pada atmosfer terjadi efek rumah kaca

Radiasi matahari ke permukaan bumi

Balans energi radiasi matahari

Permukaan Bumi, akan menyerap sebagian panas dari radiasi matahari dan memantulkan kembali dalam bentuk radiasi infra merah gelombang panjang ke angkasa luar.

Sebagian radiasi gelombang panjang diserap oleh gas-gas di atmosfer (gas rumah kaca : uap air, karbon dioksida, sulfur dioksida dan metana ) yang menjadi perangkap gelombang radiasi ini dan memantulkan kembali radiasi gelombang ke Bumi.

Akibatnya panas tersebut akan tersimpan di permukaan Bumi. Apabila keadaan ini terjadi terus menerus berlangsung, akan

terjadi peningkatan suhu rata-rata tahunan bumi. Gas-gas tersebut berfungsi sebagaimana gas dalam rumah

kaca. Dengan semakin meningkatnya konsentrasi gas-gas ini di

atmosfer terutama CO2, semakin banyak panas yang terperangkap di bawahnya.

Meningkatnya temperatur atmosfer akan meningkatkan penguapan air.

Efek Rumah Kaca

Efek Rumah Kaca (Green Effect)

Pengaruh Pengorbitan Bumi terhadap matahari

Posisi poros bumi mengorbit ke matahari membentuk sudut 23,45º terhadap sumbu tegak

Terbentuk variasi sudut deklinasi sepanjang pengorbitan dari 0º hingga 23,45º dari garis ekuator ke utara dan ke selatan akibat pengorbitan bumi terhadap matahari.

Terjadinya pergantian musim pada daerah belahan utara dan selatan

Membentuk lamanya waktu siang dan malam hari pada daerah yang menjauhi ekuator

Posisi bumi terhadap matahari (deklinasi) sepanjang tahun

Pergantian musim akibat deklinasi matahari

Sudut deklinasi matahari

Perubahan panjang waktu siang / malam akibat deklinasi

Perubahan panjang waktu siang / malam akibat deklinasi

Orange Line - Solar Altitude for 21st DecemberYellow Line - Solar Altitude for 21st SeptemberRed Line - Solar Altitude for 21st June

Mendistribusikan temperatur pada permukaan bumi secara bergantian

Terjadi pergantian siang dan malam hari Menunjukkan waktu harian:

1 jam sama dengan 1/24 putaran bumi atau 360º selama 24 jam sama dengan

sudut putaran 15º per jam

Efek putaran poros bumi

Subuh, i = - 20⁰ ; Isya’, s = - 18⁰ ;

Sudut lintang (latitude) membentang sejajar ekuator dari 0º hingga ke kutub utara sebesar + 90º, demikian juga ke selatan hingga kutub selatan hingga - 90º.

Tanda : + menunjukkan arah utara

- menujukkan arah selatan

* Sudut bujur (longitude) menunjukkan sudut lingkaran bumi sebesar 360º

Pembagian sudut bujur dan sudut lintang pada bumi

Sudut sudut matahari

Apabila radiasi matahari menerpa suatu permukaan datar pada bumi membentuk

- sudut arah radiasi terhadap bidang datar

(sudut altitude, β)

- dan terhadap garis bujur (azimut Φ)

Definisi sudut-sudut matahari

= sudut deklinasi matahari L = sudut lintang ⁰LS (-), ⁰LU (+) H = sudut jam matahari

H = 0 , pada jam 12ºº

H = 15º , pada jam 11ºº

H = 45º , pada jam 09ºº

H = -15º, pada jam 13ºº

H = - 45º , pada jam 15ºº

Contoh 5. Hitung sudut altitude dan azimut untuk jam 11.00, bulan November, 6º Lintang selatanJawab : - jam 11.00, H = -15º - 6 º lintang selatan , L = - 6 º - bulan Nopember, δ = -15º

Sin α = cos L cos δ cos H + sin L sin δ = cos (- 6 º) cos (-15º)cos(-15º) + sin( -6º) sin( -15º) = (0,9945)(0,9659)(0,9659) + (-0,1045)(0,2588) = 0,9 α = 64,26º

Cos ψ =

=

ψ = 112,4º

= - 0,81 =

No Jam Bulan Letak δ (0) α (0) ψ(0)

1 10.00 Juni 100 LS

2 12.00 September 100 LS

3 14.00 Desember 200 LU

4 16.00 Maret 200 LU

5 08.00 September 00

6 12.00 Maret 00

Contoh tabel sudut altitude dan azimut

azimuth θ

  North Direction  : (α ) = 0˚ or 360˚                 East Direction    : (α ) = 90˚                South Direction  : (α ) = 180˚                West Direction   : (α ) = 270˚

Kalor radiasi matahari langsung arah normal menerpa permukaan di bumi , pada kondisi atmosfer cerah

A , B dan C lihat tabel

Cn = faktor kecerahan langit

= 1 untuk langit cerah

Kalor Radiasi Matahari

Kalor radiasi hambur (diffuse)

Fss = faktor sudat permukaan bidang

= 0,5 untuk permukaan vertikal

= 1,0 untuk permukaan horizontal

Radiasi refleksi

= pantulan permukaan

= 0,23 untuk beton

= 0.2 untuk permukaan tanah

= faktor permukan pantulan

Radiasi pada permukaan membentuk sudut

Radiasi matahari total menerpa

suatu permukaan

Contoh 5.2. Seperti soal 5.1, hitung radiasi matahari pada bidang horisontal ntuk kondisi atmosfer cerah dan pelataran tanah.Penyelesaian : α = 64,26º Dari tabel 5.1 untuk bulan Nopember letak, untuk pebacaan posisi daerah lintang selatan dibaca bulan Mei ( + 6 bulan) A = 1104 W/m2

B = 0,196 C = 0,121

Ʃ = α ρs = 0.2

Cn = 1,0

Fss = 1,0

Fsr = 0

IDN =

IDN =

= 888 W/m2

ID = IDN cos α

= 888 cos 64,24º = 386 W/m2

Id = C IDn Fss / Cn2

= (0,121)(888)(1,0)/12

= 107,4 W/m2 Ir = ρs Fsr( ID + Id )

= 0,2(1,0)( 386 + 107,4) = 98,7 W/m2

It = ID + Id + Ir = 386 + 107,4 + 98,7 = 592,1 W/m2

Hitung radiasi matahari pada bidang horisontal ntuk kondisi atmosfer cerah, Cn =1, pelataran tanah ρs = 0,2 ,dan lintang Utara pada soal-soal berikut

No Bulan α (0) dinding IDn (W/m2)

ID (W/m2)

Id (W/m2)

Ir (W/m2)

1 Januari 90 horisontal

2 Maret 90 horisontal

3 Juni 90 horisontal

4 September 60 vertikal

5 Oktober 60 vertikal

6 Desember 60 vertikal

Pengaruh Kalor Radiasi Matahari Kalor radiasi matahari pada siang hari akan

menerpa permukaan selubung luar gedung (atap, dinding, kaca, pintu ) yang akan meneruskan kalor secara konduksi maupun radiasi.

Perbedaan temperatur akibat konduksi pada material permukaan padat selubung luar dan selubung dalam gedung akibat radiasi matahari ditabelkan pada perhitungan beban pendingin. (CLTD = Cooling Load Temperature Difference)

Radiasi total yang menembus permukaan transparan selubung gedung dikenal dengan istilah SHGF (Sensible Heat Gain Factor).