heatpump water heater ecoheat 12 kW sampai 100 kW
Kinerja energi dari beberapa sistem heatpump water heater (HPWH) diuji dengan memasang peralatan pencatatan data ke sistem. Sistem heat pump ini mencakup sistem HPWH integral (all in one) serta sistem HWPH sistem terpisah (split). Dan kinerja sistem heatpump water heater ini masih terus atau sedang dilakukan oleh pihak EECA (Energy Efficiency and Conservation Authority).
PERKENALAN
Water heater atau pemanas air merupakan penggunaan energi perumahan yang penting di Selandia Baru, terhitung sekitar 29% dari total energi perumahan (Isaacs et al. 2006). Penduduk Selandia Baru secara tradisional menggunakan pemanasan air listrik dengan kinerja sedang dalam tangki air panas untuk penyimpanan (Isaacs et al. 2006). Cara lain yang lebih efisien untuk memanaskan air, seperti pemanas air tenaga surya (SWH) atau pemanas air heatpump (HPWH), dapat memberikan peluang untuk mengurangi energi water heater di pemukiman Selandia Baru (Pollard 2010) tetapi teknologi ini tidak digunakan secara teratur. Penggunaan sistem SWH di Selandia Baru telah diteliti dan dilaporkan dalam sejumlah laporan (Kane, Pollard & Zhao 2007) dan (Pollard & Zhao 2008), tetapi sistem heat pump water heater belum banyak diteliti.
Kisaran kinerja sistem heatpump water heater untuk berbagai jenis, merk, waktu dalam setahun dan variasi penggunaan air tidak dipahami dengan baik. Sebuah proyek yang didanai oleh Building Research Levy meneliti faktor-faktor ini untuk sistem heat pump water heater aktual yang digunakan di rumah-rumah di Selandia Baru. Laporan ini menyajikan penelitian yang telah dilakukan beserta temuannya.
Sistem heatpump water heater lebih mahal daripada teknologi water heater konvensional tetapi mungkin memiliki kinerja energi yang lebih tinggi sehingga biaya pengoperasian lebih rendah. Analisis keuangan melihat keseimbangan biaya ini untuk menilai kelayakan ekonomi keseluruhan dari sistem ini bagi pemilik bangunan.
Tingkat efisiensi yang tinggi dapat memberikan kepuasan kepada pemilik yang sadar lingkungan karena mereka melakukan bagian mereka dalam mengurangi emisi carbon.
Penggunaan heatpump water heater yang lebih besar juga menjadi perhatian berbagai pihak yang kepentingan lainnya seperti perusahaan energi yang perlu mengelola beban dan permintaan kebutuhan listrik; Pemerintah yang berkepentingan untuk meningkatkan efisiensi energi dan meminimalkan komitmen emisi gas rumah kaca internasional Selandia Baru; serta industri bangunan dan konstruksi yang perlu memastikan teknologi baru terintegrasi secara efektif ke dalam bangunan dan rumah kita.
TEKNOLOGI HEAT PUMP WATER HEATER
Bagian berikut memberikan gambaran umum tentang berbagai komponen sistem heatpump water heater dan cara kerjanya.
Heatpump Water Heater
Siklus heatpump water heater adalah mentransfer atau memindah panas dari satu reservoir ke reservoir lain. Evaporator adalah alat penukar panas yang terletak di reservoir pertama. Ini evaporator memungkinkan panas dari reservoir pertama dipindahkan ke refrigeran bertekanan rendah yang dingin. Refrigeran yang dihangatkan ini kemudian memasuki kompresor yang menggunakan energi listrik untuk secara mekanis bekerja pada refrigeran untuk meningkatkan tekanan (dan suhu) serta mengedarkannya ke kondensor atau heat exchanger di reservoir kedua. Refrigeran kehilangan panasnya ke reservoir kedua di seluruh kondensor sebelum refrigeran dikembalikan ke kondisi awal suhu dan tekanan rendah setelah melewati katup ekspansi (lihat Gambar 1).
Keuntungan dari siklus heatpump water heater adalah panas yang ditransfer bisa jauh lebih besar daripada energi listrik yang dibutuhkan untuk menggerakkan siklus.
Peralatan rumah tangga yang menggunakan siklus seperti heatpump water heater adalah lemari es, menggunakan siklus heatpump water heater untuk mentransfer panas dari udara di dalam kompartemen lemari es (dengan demikian mendinginkannya) ke udara di sekitar lemari es.
Peralatan lain yang prinsip kerjanya seperti heatpump (juga dikenal sebagai AC siklus balik) bekerja pada udara luar dan udara di dalam rumah. Dalam tulisan ini, jenis heatpump water heater ini akan disebut sebagai space conditioning heatpumps. Heatpump ini umumnya dapat beroperasi di kedua arah: siklus pemanasan yang mentransfer panas dari udara luar ke udara di dalam rumah; atau siklus pendinginan yang mentransfer panas dari dalam rumah (mendinginkan udara ruangan) dan mengirimkannya ke luar.
Lemari pendingin dan pendingin ruangan menggunakan udara sebagai reservoir dan dengan demikian disebut sebagai heatpump udara ke udara. Penampungan selain udara dapat digunakan, dan air dan tanah adalah dua alternatif. Ground source heatpump water heater menanam pipa di tanah untuk mentransfer panas dari suhu yang lebih stabil dari tanah ke reservoir lain seperti udara di dalam rumah.
Sistem heat pump water heater
Sistem heatpump water heater yang umum adalah type air to water, panas diekstraksi dari udara luar yang kemudian ditransfer ke air yang kemudian disimpan di dalam tangki air panas.
Tidak seperti kebanyakan space conditioning heatpumps, sistem HPWH tidak beroperasi secara terbalik dan dioptimalkan untuk karakteristik pengoperasian yang sangat berbeda. Sistem heat pump water heater pengkondisian ruang biasanya diperlukan untuk bekerja antara suhu reservoir sekitar 5°C suhu udara luar untuk mengatakan 20°C untuk suhu udara di dalam. Heatpump water heater bekerja antara suhu luar 5°C dan suhu air yang jauh lebih tinggi, biasanya 60°C.
Meningkatkan suhu output heatpump water heater hingga 60°C merupakan tantangan untuk apa yang dapat dicapai dengan sistem yang didasarkan pada refrigeran tipikal yang digunakan (R-134a). Oleh karena itu, sistem heatpump water heater dirancang khusus untuk mencapai tingkat suhu air yang diperlukan. Ini dapat dilakukan dengan beberapa cara berbeda.
Beberapa sistem heatpump water heater mensirkulasi ulang air panas dari tangki air panas melalui heatpump water heater untuk mentransfer panas ke air kembali. Sistem ‘sekali-lewat’ lainnya menyelesaikan pemanasan dalam satu tahap dengan mengambil air dingin dan menghasilkan air panas 60°C. Beberapa sistem menyediakan elemen listrik di dalam tangki air panas untuk menaikkan suhu heat pump water heater yang dikeluarkan yang mungkin sekitar 55°C ke suhu penyimpanan akhir 60°C yang diperlukan untuk kontrol perkembangan bakteri Legionella.
Beberapa sistem heatpump water heater menggabungkan tangki air panas standar ke dalam sistem yang memungkinkan sistem menyertakan unit heatpump water heater dan tangki air panas terpisah, sistem ini biasanya disebut sebagai sistem split.
Sistem integral (all in one) mengemas unit heatpump water heater dan tangki air panas menjadi unit berdiri sendiri. Ini mengurangi jumlah pipa yang diperlukan untuk sebuah sistem air panas.
Banyak rumah tangga di Jepang menggunakan air panas dalam jumlah besar dan pemanas air berteknologi baru sangat populer. Sistem heatpump water heater efisiensi tinggi yang menggunakan CO2 sebagai refrigeran populer dengan lebih dari setengah juta unit terjual per tahun (Meier 2008), meskipun harganya tinggi sekitar NZ $ 9.000 hingga NZ $ 14.000 (Maruyama 2008). Sistem heatpump water heater CO2 ini 50% lebih efisien daripada model yang berbasis di sekitar refrigeran R-134a (Meier 2008) dan memberikan suhu air hingga 80°C (Maruyama 2008).
Pengukuran kinerja Heat Pump Water heater
Sistem heatpump water heater mempunyai energi yang mengalir masuk dan keluar dari sistem. Energi listrik dimasukkan ke dalam sistem untuk menjalankan proses heatpump water heater yang memungkinkan tingkat panas sekitar yang lebih besar dibawa ke sistem untuk memanaskan air. Air panas ini disimpan dan digunakan oleh pengguna sesuai kebutuhan.
Gambar 2 menunjukkan contoh hipotetis keseimbangan energi untuk sistem heatpump water heater tipikal. Energi thermal total dari sistem disediakan oleh keluaran dari siklus heatpump water heater (dengan asumsi tidak terjadi pemanasan listrik). Hal ini ditunjukkan sebagai bagian ‘Lingkungan’ pada Gambar 2. Beban listrik yang diperlukan untuk menghasilkan energi panas ini juga muncul di sisi sumber energi (kanan) Gambar 2. Energi panas memasok air panas ke rumah tangga (ditunjukkan sebagai ‘ Draw-off ‘) sementara sejumlah tambahan energi panas hilang ke lingkungan sekitar sebagai kerugian yang berdiri dari sistem heatpump water heater.
Sistem heatpump water heater yang berkinerja baik akan memiliki masukan energi listrik yang rendah untuk memenuhi kebutuhan air panas dalam jumlah tertentu. Ini juga akan mensyaratkan bahwa proses heat pump water heater menyediakan panas dalam jumlah yang bagus dan kerugian sistem yang kecil.
Tidak semua aliran energi ini terlihat oleh pengguna sistem, yang terlihat jelas adalah banyaknya air panas (kran, pancuran dan bak mandi) yang digunakan, serta input listrik ke sistem heatpump water heater yang jika tidak diukur secara terpisah akan berkontribusi terhadap total pemakaian listrik rumah tangga.
Kinerja siklus heat pump water heater untuk mengekstraksi panas dari lingkungan sekitar (bergantung pada energi input listrik) adalah penting, tetapi efektivitas desain thermal sistem heatpump water heater juga berkontribusi pada kinerja sistem secara keseluruhan. .
Aliran energi yang sulit untuk dihitung adalah kerugian sistem yang berdiri, kehilangan energi thermal sistem bersifat dinamis dan akan bergantung pada suhu yang bervariasi di dalam dan di sekitar sistem.
Kinerja keseluruhan sistem heatpump water heater dapat dinilai dengan mempertimbangkan sistem heatpump water heater secara terpisah dan mengidentifikasi proporsi input sistem yang berasal dari sumber lingkungan, atau dengan membandingkan bagaimana sistem heatpump water heater dibandingkan dengan jenis sistem lain seperti tipikal sistem dengan tangki penyimpan.
Ada sejumlah ukuran kinerja alternatif yang dapat didefinisikan dan banyak di antaranya dapat didefinisikan dengan cara yang sangat berbeda (Lloyd & Kerr 2008). Salah satu ukuran kinerja, yang dikenal sebagai koefisien kinerja (COP), adalah rasio tanpa dimensi yang dibangun dari pembagian kandungan energi dari jumlah air panas yang disuplai oleh sistem (Qdraw off) dengan energi non-lingkungan atau energi listrik (Ene). ) digunakan untuk mengoperasikan sistem.
COP = Q draw off : E ne…………………….(2.1)
Keuntungan dari COP adalah bahwa parameternya dapat dengan mudah ditentukan dan tidak memerlukan perkiraan kerugian tetap untuk sistem yang akan dihitung. Ini meningkatkan keakuratan estimasi, tetapi membutuhkan lebih banyak perhatian saat menafsirkan nilainya. Pemanas air listrik instant akan memiliki COP 1 karena 100% masukan energi listrik diubah menjadi air panas bagi pengguna. Sebuah tangki air panas penyimpanan rata-rata, bagaimanapun, memiliki kerugian berdiri sekitar 33% dari total energi pemanas air (Isaacs et al. 2006). Heat loss internal sistem ini menyebabkan COP untuk water hater listrik dengan tangki rata-rata 0,67.
PEMBAHASAN DAN KESIMPULAN
Hasil pemantauan data menunjukkan kinerja sistem heatpump water heater all in one (integral) cukup konsisten, meskipun sistem heatpump water heater split memiliki kinerja yang bervariasi. Tiga sistem split sekali tayang berkinerja lebih baik daripada sistem integral, dan satu sistem split resirkulasi, yang berkinerja buruk, tidak melebihi 1 selama rentang ekstra rendah dan rendah yang dioperasikannya. Untuk memberikan kepercayaan konsumen bahwa semua sistem berkinerja baik, pengujian kinerja HPWH harus distandarisasi dan informasi tersedia bagi konsumen.
Performa sistem HPWH berkurang saat pengambilan air rendah. Untuk memastikan tingkat kinerja yang wajar (COP 1,5) dicapai dengan sistem heatpump water heater pada umumnya, kebutuhan air panas untuk rumah tangga harus minimal 140 L per hari. Tujuh dari 11 rumah tangga yang diteliti memiliki rata-rata penggunaan air panas harian kurang dari 140 L per hari. Konsumen harus diberi tahu tentang kinerja yang lebih rendah dari sistem heatpump water heater saat penggunaan air rendah untuk memungkinkan mereka membuat pilihan berdasarkan informasi.
Hasil pemantauan data menunjukkan kinerja sistem heatpump water heater integral cukup konsisten, meskipun sistem split memiliki kinerja yang bervariasi. Tiga sistem split untuk sekali melalui berkinerja lebih baik daripada sistem integral, dan satu sistem split resirkulasi berkinerja buruk
Analisis konsumsi energi dilakukan dengan perbandingan jumlah air yang diambil dari setiap sistem serta suhu lingkungan sekitar unit. Kinerja energi sistem heatpump water heater berkurang karena jumlah air yang diambil dari sistem berkurang atau jika sistem HPWH dioperasikan di lingkungan yang lebih dingin.
REFERENSI
Bourke G and Bansal P. 2010. ‘Energy Consumption Modeling of Air Source Electric Heat Pump Water Heaters’, Applied Thermal Engineering, 30 (13): 1769-1774.
Carrington CG, Sandle WJ, Warrington DM and Bradford RA. 1984. ‘Demonstration of a Hot Water Heat Pump System’, New Zealand Energy Research and Development Committee Report 102, Auckland, New Zealand.
EECA 2009. ‘Heat Pump Water Heaters Get $1000 Boost’, EECA News, 2: 4.
French LJ. 2008. ‘Active Cooling and Heat Pump Use in New Zealand – Survey Results’, BRANZ Study Report 186, BRANZ Ltd, Judgeford, New Zealand.
Isaacs N, Camilleri M, French L, Pollard A, Saville-Smith K, Fraser R, Rossouw P and Jowett J. 2006. ‘Energy Use in New Zealand Households: Report on the Year 10 Analysis for the Household Energy End-use Project (HEEP)’, BRANZ Study Report 155, BRANZ Ltd, Judgeford, New Zealand.
Kane C, Pollard A and Zhao J. 2007. ‘An Inspection of Solar Water Heater Installations’, BRANZ Study Report 184, BRANZ Ltd, Judgeford, New Zealand.
Lloyd CR and Kerr ASD. 2008. ‘Performance of Commercially Available Solar and Heat Pump Water Heaters’, Energy Policy, 36(10): 3807-3813.
Maruyama T. 2008. ‘A Cute Water Heater’, Home Energy, (Nov/Dec), available online at http://www.homeenergy.org.
Meier A. 2008. ‘Heat Pump Water Heaters— Another Prius in the Basement?’, Home Energy, (Nov /Dec), available online at http://www.homeenergy.org/article_full.php?id=561.
Morrison GL, Anderson T and Behnia M. 2004. ‘Seasonal Performance Rating of Heat Pump Water Heaters’, Solar Energy, 76 (1-3): 147-152.
National Institute of Water and Atmospheric Research. 2005. Cliflo for Dummies, NIWA, Wellington, New Zealand. available at http://cliflo.niwa.co.nz/doc/Cliflo%20for%20Dummies.pdf.
National Institute of Water and Atmospheric Research. 2010. Spreadsheet of summary climate information for selected locations for 1971-2000, NIWA, Wellington, New Zealand, available at http://www.niwa.co.nz/education-and-training/schools/resources/climate.
Pollard AR. 2010. ‘The Performance of Residential Water Heating in New Zealand’, Proceedings of the SB10 New Zealand Sustainable Building Conference, Wellington, New Zealand.
Pollard AR and Zhao J. 2008. ‘The Performance of Solar Water Heaters in New Zealand’, BRANZ Study Report 188, BRANZ Ltd, Judgeford, New Zealand.
Standards New Zealand. 2008. ‘AS/NZS4234:2008 Heated Water Systems – Calculation of Energy Consumption’, SNZ, Wellington, New Zealand.
Standards New Zealand. 2008. ‘DR AS/NZS 5125 Heat Pump Water Heaters— Performance Assessment Part 1: Air Source Heat Pump Water Heaters’, SNZ, Wellington, New Zealand.
University of Wisconsin. 2010. Offical website of the TRNSYS energy simulation software package; http://sel.me.wisc.edu/trnsys/. Whitley B. 2009. ‘Heat-Pump Water Heaters’, Consumer, (May): 8-11.