Pendingin Ruangan Tenaga Matahari

Bookmark and Share


Air conditioning adalah sistem pengaturan suhu dan kelembaban untuk kenyamanan thermal manusia.  Penggunaan sistem air conditioning yang semakin meningkat di berbagai pertokoan, kantor-kantor, kendaraan pribadi, gedung sekolah dan kampus menjadi hal yang biasa dalam kehidupan kita sehari-hari. Tren perkembangan penggunaan sistem air conditioning  menunjukkan perkembangan yang sangat pesat di seluruh dunia.

Sayangnya, konsumsi energi listrik pada sistem air conditioning konvensional relatif sangat tinggi. Konsumsi energi listrik yang begitu besar menuntut daya listrik yang besar pula. Mengingat bahwa listrik pada umumnya masih dihasilkan oleh bahan bakar fosil, penggunaan air conditioning secara tidak langsung juga berkontribusi secara signifikan terhadap emisi gas rumah kaca. Emisi gas rumah kaca menyebabkan peningkatan efek pemanasan global. Karena suhu lingkungan makin panas, makin banyak industri dan rumah tangga yang menggunakan perangkat AC dan menyebabkan emisi gas rumah kaca yang semakin banyak. Hal ini membuat siklus emisi dan pemborosan energi yang tiada habisnya.

Mengingat bahwa menghambat laju penggunaan sistem air conditioning adalah hal yang nyaris mustahil, diperlukan solusi ramah lingkungan untuk sebuah sistem air conditioning baik dari segi proses maupun dari sumber energi yang digunakan. Solusi untuk masa depan untuk pemenuhan energi yang berkelanjutan memerlukan sebuah sistem yang menggunakan energi terbarukan dan sekaligus ramah lingkungan.

Salah satu sistem yang memiliki prospek kedepan dalam hal air conditioning dengan energi terbarukan adalah sistem solar thermal cooling, pendinginan ruangan dengan menggunakan panas matahari. Menghasilkan udara yang dingin dengan menggunakan panas matahari sekilas tampak konyol. Pada umumnya matahari dikenal selama berabad-abad sebagai sumber panas. Namun dengan menggunakan teknologi modern, ada beberapa proses thermal yang dapat menggunakan energi panas matahari untuk menggerakkan suatu proses pendinginan.

Salah satu proses thermal yang dapat digunakan untuk menggerakkan proses pendinginan adalah suatu proses refrigerasi yang dikenal sebagai absorption chilling. Secara umum, suatu sistem refrigerasi bertugas untuk memindahkan energi panas dari suatu ruangan tertutup ke lingkungan, agar suhunya lebih rendah dari suhu lingkungan.
Berikutnya akan dijelaskan tentang:
  1. Prinsip Umum Sistem Refrigerasi Modern
  2. Perbedaan Proses Refrigerasi Konvensional dengan Sistem Solar Thermal Cooling
  3. Keunggulan Utama Sistem Solar Thermal Cooling


1. Prinsip Umum Sistem Refrigerasi

Tentu saja secara alami energi panas hanya dapat berpindah dari benda bersuhu tinggi ke benda yang bersuhu rendah. Untuk terus menerus memindahkan energi panas dari ruangan yang dingin ke lingkungan yang lebih panas diperlukan suatu sistem refrigerasi.
Secara sederhana dapat dikatakan bahwa sistem refrigerasi harus memiliki “bagian dingin” dan “bagian panas”. Agar ruangan menjadi lebih dingin, energi panas harus diserap dari dalam ruangan oleh “bagian dingin” sistem refrigerasi dan dibuang melalui “bagian panas” sistem refrigerasi. Tentu saja sesuai hukum ke-2 thermodinamika, tidak mungkin suatu siklus sistem apapun dapat bekerja secara kontinu memindahkan energi panas dari “bagian dingin” ke “bagian panas” tanpa memerlukan input energi dari luar. Pada penggunaan air conditioning, umumnya input energi ini berupa energi listrik yang digunakan untuk menggerakkan kompresor mekanik. Lalu bagaimana sebuah sistem refrigerasi modern bekerja?

Sistem refrigerasi modern memanfaatkan sifat cairan yang dapat menyerap kuantitas panas yang besar pada saat penguapan (evaporasi) dan melepaskan kuantitas panas yang besar pada saat pengembunan (kondensasi). Baik evaporasi dan kondensasi dapat terjadi pada suhu tertentu yang dikenal sebagai titik didih atau titik embun. Nilai titik didih atau titik embun ditentukan oleh tekanan fluida. Pada tekanan yang tinggi, titik didih akan menjadi lebih tinggi dan pada tekanan yang lebih rendah, titik didih akan menjadi lebih rendah.
Jika kita turunkan tekanan suatu fluida sehingga suhu didihnya menjadi lebih rendah daripada suhu ruangan, maka fluida tersebut akan mendidih dan menguap (evaporasi). Untuk berubah fase dari cairan menjadi gas, fluida memerlukan energi panas. Energi panas ini akan diambil oleh fluida dari ruangan sehingga ruangan akan menjadi dingin dan panas digunakan oleh fluida untuk berubah wujud menjadi fase gas. Komponen yang mengakibatkan evaporasi dikenal sebagai evaporator.
Setelah fluida menyerap aliran kalor dari ruangan dan berubah menjadi gas, energi panas yang berhasil diserap harus dibuang ke lingkungan luar. Akan tetapi tekanan fluida masih rendah, jika diekspos langsung ke “bagian panas” dari sistem, fluida ini malah akan menyerap lebih banyak panas karena titik didih masih lebih rendah daripada suhu lingkungan. Agar energi panas dapat dibuang, fluida dalam bentuk gas ini harus memiliki titik didih yang lebih tinggi daripada lingkungan luar. Supaya titik didih lebih tinggi, tekanan fluida harus dinaikkan. Komponen yang berfungsi untuk menaikkan tekanan fluida dikenal sebagai kompresor. Setelah melalui kompresor, tekanan fluida akan menjadi lebih tinggi.
Setelah melalui kompresor, fluida akan memiliki tekanan dan  titik didih yang lebih tinggi dari lingkungan. Karena titik didih fluida lebih tinggi dari lingkungan, proses kebalikan dari apa yang terjadi di evaporator terjadi. Fluida gas akan berubah wujud menjadi cair (kondensasi) dan membuang aliran energi panas ke lingkungan. Agar siklus lengkap, supaya fluida dapat dialirkan ke evaporator lagi tekanan fluida harus diturunkan oleh alat yang dikenal sebagai expansion valves.

2. Perbedaan Proses Refrigerasi Konvensional dengan Sistem Solar Thermal Cooling

Lalu dimanakah letak perbedaan antara sistem refrigerasi dengan listrik biasa dan dengan panas matahari? Pada prinsipnya tidak ada perbedaan kecuali pada bagaimana fluida dapat dinaikkan titik didihnya sehingga dapat mengembun (kondensasi) pada kondenser. Pada sistem biasa yang menggunakan input listrik, titik didih ini dicapai dengan menggunakan kompresi mekanik. Pada sistem pendingin yang menggunakan energi matahari, titik didih ini dicapai dengan menggunakan “kompresi thermal”. Bandingkan gambar siklus di bawah ini dengan diagram skema pendinginam konvensional pada gambar sebelumnya.
Bagaimanakah kompresi thermal bekerja? Kompresi thermal bekerja dengan menggunakan kombinasi generator, absorber,  pompa dan heat exchanger  untuk menggantikan kerja kompresor. Fluida yang praktis untuk digunakan adalah campuran air dengan LiBr. Fungsi dari penggunaan larutan LiBr adalah untuk menaikkan titik didih dari air, namun menurunkan tekanan uap saturasi dari air.

Fluida bersuhu dan tekanan rendah memasuki “bagian dingin” evaporator dan menguap dengan menyerap energi panas dari lingkungan. Setelah melalui evaporator, uap fluida bersuhu dan tekanan rendah memasuki absorber yang memiliki larutan yang rendah kadar airnya. Larutan ini menyerap refrigerant dan bertambah kadar airnya. Proses penyerapan ini bersifat eksothermik sehingga energi panas dibuang ke lingkungan pada proses ini. Larutan yang kadar airnya tinggi dipompa sehingga larutan bergerak memasuki generator. Pada generator, energi di supply dengan menggunakan energi panas matahari,  sehingga uap air terbentuk pada tekanan yang tinggi. Uap bertekanan tinggi ini diembunkan di kondenser sehingga melepas energi panas ke lingkungan. air yang telah berkondensasi diturunkan tekanannya menggunakan expansion valves lalu dikembalikan ke evaporator dan begitu siklus terus berlanjut. Pada proses ini, input energi panas matahari pada generator menggantikan input energi listrik pada kompresor. Di sini digunakan pompa juga untuk mengalirkan fluida namun dayanya jauh lebih kecil daripada daya kompressor (dapat diabaikan). Penyerapan panas terjadi pada evaporator, sama dengan sistem konvensional dan pembuangan panas terjadi pada absorber dan kondenser.   Dengan menggunakan sistem yang dikenal sebagai absorption chilling ini, energi listrik yang mahal dapat digantikan oleh panas matahari menggunakan proses kompresi. Jika panas matahari sedang tidak mencukupi dapat di backup juga dengan menggunakan pemanas gas.

3. Keunggulan Sistem Pendingin Tenaga Matahari

Keunggulan penggunaan energi matahari pada proses air conditioning adalah pada kesesuaian kronologis antara waktu supply (penyediaan energi) dan pada waktu demand (permintaan energi) yang terjadi pada saat yang bersamaan. Karena sumber panas utama adalah matahari, hari yang sangat panas umumnya memiliki kebutuhan pendinginan yang besar namun memiliki input energi matahari yang besar sebagai kompensasi. Begitu juga pada saat matahari sedang lemah pancarannya maka kebutuhan pendinginan umumnya menjadi kecil juga. Karena waktu supply dan demand yang hampir bersamaan maka tidak dibutuhkan tangki penyimpanan thermal yang terlalu besar untuk mengatasi pengaruh musim. Hal ini memberikan sistem solar cooling keuntungan ekonomis jika kita memiliki area yang cukup luas untuk kolektor matahari. Untuk negara dengan empat musim sistem solar cooling pun dapat diubah menjadi solar heating pada musim dingin.

Keuntungan lingkungan dari sistem solar cooling adalah bahwa tidak ada dampak lingkungan dari penggunaan LiBr karena tidak menambah efek rumah kaca. Walaupun ada berbagai permasalahan teknis dan ekonomis seperti butuhnya area kolektor yang cukup luas atau cuaca yang tak terduga, hal ini bisa diatasi dengan berbagai teknik. Salah satu saja dari contoh solusinya adalah dengan menggunakan kombinasi hybrid dengan sistem sumber energi gas alam,  ditambah dengan tangki thermal storage dan sistem insulasi yang baik,  jika diperhitungkan resiko emisi, keuntungan ekonomis dan energi tetap secara umum lebih  baik jika dibandingkan dengan menggunakan sistem yang berbasis listrik jaringan saja. Apalagi dengan makin menipisnya persediaan bahan bakar fosil dunia, penggunaan energi matahari dan berbagai sumber daya energi terbarukan lainnya akan memegang peranan yang semakin penting dalam dinamika energi global.


*******
  • www.wikipedia.org/refrigeration
  • www.wikipedia.org/absorptiom_chiller
  • www.ecofriend.org/entry/rotartica-s-solar-powered-air-conditioning

{ 0 komentar... Views All / Send Comment! }

Poskan Komentar