PRINSIP HEATPUMP WATER HEATER
heatpump water heater bekerja dengan memusatkan panas ke suhu yang lebih tinggi di kondensor dan suhu yang lebih rendah di evaporator, dan memindahkannya.
Teknologi ini memanfaatkan sejumlah besar energi yang disimpan atau dilepaskan saat refrigeran mengubah fase antara gas dan cairan.
Misalnya, saat berpindah antara cairan dan gas, refrigeran umum R134A menyerap atau melepaskan 150 hingga 250 kali lebih banyak energi daripada saat suhunya diubah satu derajat Celcius.
Satu-satunya perbedaan heatpump dan chiller adalah bahwa yang satu dirancang untuk menghilangkan panas dari ruang atau aliran proses, membuatnya lebih dingin dan menolak panas ke lingkungan.
Sementara yang lain dirancang untuk mengekstraksi panas dari lingkungan dan menggunakannya untuk memberikan panas yang bermanfaat.
Contoh sederhana: evaporator di lemari es menghilangkan panas dari ruang di sekitarnya (di dalam lemari es) dengan menguapkan refrigeran, menyerap panas saat cairan berubah menjadi gas.
Ini ‘memusatkan’ panas ini ke suhu yang lebih tinggi menggunakan kompresor (seperti pompa sepeda menjadi panas saat Anda memompa ban).
Melalui perancangan sistem dan pemilihan refrigeran, suhu ini lebih tinggi dari suhu lingkungan sekitar kondensor, sehingga kondensor dapat kehilangan panas ke sekitarnya dan refrigeran mengembun kembali menjadi cairan.
Jadi kumparan di bagian belakang lemari es (atau menempel di samping dan belakang) menjadi panas, dan kehilangan panas ke ruangan tempat lemari es berada.
Refrigeran kemudian dibiarkan mengalir ke evaporator melalui katup pengurang tekanan. Saat tekanannya turun, ia menguap dan menjadi lebih dingin, menyerap panas dari evaporator, sama seperti semprotan dari semprotan dapat mendingin penuh cairan saat dilepaskan ke udara.
Untuk keadaan yang berbeda, refrigeran yang berbeda (terkadang disebut fluida kerja) dengan berbagai titik didih dan tekanan operasi digunakan.
Memang, bahkan air dapat digunakan sebagai zat pendingin yang sangat efektif jika tekanan operasi yang tepat dapat ditetapkan sehingga air mendidih dan mengembun pada suhu yang.
Heatpump water heater tampaknya dapat melawan hukum thermodinamika, karena mereka dapat menghantarkan lebih dari satu unit panas (atau pendinginan) per unit energi listrik yang dikonsumsi.
Ini karena mereka mengeluarkan panas dari sekitar evaporator dan membuang panas ke lingkungan di sekitar kondensor.
Listrik digunakan untuk memusatkan dan mengalihkan panas, bukan untuk menghasilkan panas secara langsung seperti pada radiator listrik resistif atau pemanas kipas.
Dan, seiring dengan peningkatan efisiensi motor, kompresor, dan penukar panas, mereka dapat melakukan lebih banyak pekerjaan yang berguna per unit listrik yang dikonsumsi.
Memang, hal yang menarik tentang heatpump water heater adalah (secara teori) mereka dapat menyalurkan energi hingga 10-15 kali lebih banyak daripada yang mereka konsumsi saat menggerakkan kompresor.
Jadi heat pump water heater residensial terdepan (saat ini) dapat menghantarkan panas dengan efisiensi 600%, dibandingkan dengan pemanas gas dengan efisiensi 50% hingga 95%.
Ketika listrik diproduksi dengan menggunakan listrik terbarukan, ini menghasilkan pengurangan emisi gas rumah kaca yang luar biasa.
Efisiensi keseluruhan dengan mana panas ditransfer oleh heatpump water heater disebut Koefisien Kinerja (COP) atau Rasio Efisiensi Energi (EER) – istilah ini benar-benar memiliki arti yang sama.
Ini hanyalah rasio pemanasan atau pendinginan yang berguna yang disediakan dibagi dengan daya input.
Sebuah AC dengan COP 5 menghasilkan pemanasan atau pendinginan lima kali lebih banyak daripada jumlah listrik yang digunakannya.
MENDAPATKAN PANAS DARI DINGIN ?
Banyak orang berpikir keras untuk memahami bagaimana heatpump water heater dapat mengekstraksi energi panas dari udara ‘dingin’ (atau udara).
Ini mencerminkan pemahaman kita yang terbatas tentang jumlah energi di lingkungan kita. Lord Kelvin memberikan kuncinya pada abad ke-19.
Materi hanya memiliki energi panas minimum teoritis pada Absolute Zero atau nol derajat Kelvin, yaitu minus 273 derajat Celcius.
Suhu di luar angkasa mendekati suhu ini. Jadi udara atau air pada, katakanlah, 7⁰C sebenarnya mengandung banyak energi, karena suhunya 280 derajat di atas Nol Mutlak (atau 280 derajat Kelvin). Memang, ia memiliki 90% energi sebanyak udara atau air pada 37⁰C (310 Kelvin).
Jadi, bahkan di iklim yang sangat dingin, ada banyak energi panas yang tersedia di lingkungan sekitar kita.
Heatpump water heater dapat mengubah suhu dengan memusatkan energi ini dan memindahkannya.
Kita juga perlu memahami perbedaan antara ‘panas’ dan ‘suhu’. Panas adalah suatu bentuk energi yang berhubungan langsung dengan seberapa banyak partikel sub-atom, atom dan molekul bergerak.
Suhu adalah ‘tekanan’ yang mendorong aliran panas. Energi panas mengalir dari suhu yang lebih tinggi ke suhu yang lebih rendah.
Jadi suhu seperti tekanan air: air mengalir dari tempat dengan tingkat energi lebih tinggi ke salah satu tempat dengan energi lebih rendah – sehingga mengalir menuruni bukit ke lokasi energi potensial gravitasi rendah.
Jadi energi panas mengalir ‘menurun’ dari tempat yang lebih panas ke tempat yang lebih dingin. Tetapi jumlah panas yang mengalir bergantung pada banyak faktor, termasuk insulasi, konduktivitas, dan kapasitas panas material dan perpindahan panas melintasi permukaan.
Untuk heatpump tertentu, semakin besar perbedaan suhu antara evaporator dan kondensornya, semakin kurang efisiennya, karena dasar-dasar thermodinamika.
Sebaliknya, dengan meminimalkan perbedaan suhu, efisiensi dapat ditingkatkan. Dengan meningkatkan efisiensi perpindahan panas melintasi kondensor dan penukar panas evaporator, efisiensi keseluruhan juga dapat ditingkatkan.
Artikel ditulis oleh : Alan Pears and Geoff Andrews for the Energy Efficiency Council’s Efficiency Action e-zine, February 2016.
Alan Pears AM is a Senior Industry Fellow at RMIT University and Senior Advisor to the Energy Efficiency Council. Alan has worked across all aspects of sustainable energy in policy, program development, public education and specific projects and is a well-known commentator on sustainable energy issues.
Geoff Andrews is the founder of energy efficiency engineering consultancy Genesis Now, co-founder of six of sustainability focused businesses and inventor of Organic Response. Geoff was named ‘Energy Efficiency Leader 2013’ at the National Energy Efficiency Awards in recognition of his long-standing contribution to the sector.