1.1 Suhu Air Panas Heatpump Water Heater CO2
Heatpump water heater tipe air to water dan water to water untuk aplikasi komersial yang beroperasi menggunakan refrigeran kovensional dengan tingkat efisiensi energi yang baik saat menghasilkan suhu air sekitar 50°C.
Namun untuk kebutuhan suhu air tinggi untuk aplikasi bidang komersial atau industri banyak menggunakan ke boiler yang bisa menghasilkan suhu yang lebih tinggi.
Akan tetapi saat ini heatpump water heater dengan refrigeran CO2 memungkinkan pengguna memproduksi air panas yang ramah lingkungan hingga 110°C dan melakukan program de-carbonisasi alam.
Cara untuk menghasilkan air panas dengan heatpump water heater ini adalah bahwa energi panas yang diambil dari udara luar melalui udara ke penukar panas refrigeran dari unit hetapump memanaskan refrigeran dan refrigeran tersebut ditingkatkan suhu dan tekanannya jauh lebih tinggi melalui kompresor dan dipindahkan ke pendingin gas (refrigeran ke penukar panas air). Dalam pendingin gas, refrigeran melepaskan panasnya untuk meningkatkan suhu air dan dikembalikan ke udara ke penukar panas refrigeran setelah ditekan melalui katup ekspansi agar mudah menguap.
Dan, air yang disimpan di unit tangki air anas panas akan di distribusikan oleh pompa sirkulasi air ke unit heatpump melalui pipa sambungan antara unit tangki air panas dan unit heatpump water heater.
Daya yang dibutuhkan sebenarnya adalah untuk kebutuhan kompresor, kipas dan pompa sirkulasi air saja. Namun total energi yang ditambahkan untuk menghasilkan air panas merupakan daya yang dikonsumsi dan panas yang diambil dari udara luar sehingga efisiensi energi yang dikonsumsi (COP = Koefisien Kinerja) dapat lebih dari 1 (satu). Dengan kata lain, sistem ini memungkinkan operasi dengan efisiensi yang sangat tinggi. Sedangkan untuk unit ini, COP nominal dapat mencapai 4.3 pada kondisi suhu udara luar 16 DB / 12 ℃ WB, suhu saluran masuk air 17 ℃ dan suhu saluran keluar 65 ℃。
Beberapa Manfaat CO2 sebagai refrigeran :
- Potensi pemanasan global (GWP) = 1 (baik untuk lingkungan)
R410A: GWP = 2090
- Air panas pada suhu 90℃ dapat diproduksi secara efisien.
- Ukuran tangki air panas bisa diminimalkan.
- Air panas yang dihasilkan bisa digunakan untuk kebutuhan laundry
1.2 Tangki Air Panas
Heatpump water heater tipe komersial dalam aplikasinya membutuhan tangki air air panas sebagai penampung untuk air panas yang dihasilkan sebelum didistribusikan. Dan pada umumnya tangki air panas yang digunakan adalah tangki air panas bertekanan (pressured tank), jenis tangki ini memiliki beberapa keunggulan antara lain :
• Air panas bisa disuplai berdasarkan tekanan di dalam tangki.
• Air panas tidak terkena udara langsung
• Lebih unggul dalam menjaga suhu air panas
• Lebih unggul untuk aplikasi di bangunan bertingkat
1.3 Fitur CO2 refrigeran alami
Karakteristik umum dari CO2 adalah sebagai berikut :
- Ini adalah gas yang tidak berwarna dan tidak berbau, tetapi ketika berinteraksi dengan air, dapat menghasilkan keasaman ringan dan perubahan bau
- Saat melarutkannya dengan air, akan menjadi asam ringan dan dapat menyebabkan logam terkorosi.
- Lebih berat dari udara dan tetap di suhu ruangan
- Dalam kondisi kepadatan tinggi, bisa menimbulkan keracunan bahkan mematikan
- Gas karbonoksida efektif untuk memadamkan api karena gas tidak mudah terbakar
- Karbon oksida cair biasanya disimpan dalam tabung pada -20 20 di bawah tekanan 2MPa. Jelas dan tidak berwarna dan saat dilepaskan ke udara, akan menjadi padat “Salju Es Kering (karbon oksida beku)” dan gas CO2.
- Oksida karbon padat disebut “Es Kering” yang dipadatkan sebagai “Salju Es Kering” tersebut di atas. Karena suhu sangat rendah -78,5 ℃ di bawah tekanan atmosfer, dapat beresiko terjadi radang dingin jika menyentuhnya dengan tangan kosong. Dan sangat beresiko jika tanpa sengaja terkena mata langsung.
Table 1.1 General characteristics of CO2
| Appearance | Gas: Colorless Liquid: Clear and Colorless Solid: Milky white If releasing the liquid CO2 into the air, it will be a low-temperature solid (Dry Ice) |
| Smell | Odorless (When interacting with water, it produces mild acidity and irritating odor.) |
| Absolute vapor pressure | 1.967MPa (-20℃) 3.485MPa (0℃) 5.733MPa (20℃) |
| Density of gas | 1.977kg/m3 (0℃, 0.1013MPa abs) Since it is heavier than air, it remains on the f loor or in the dimple |
| Density of liquid | 1.030kg/liter (-20℃, 1.967MPa) When varying to gas from liquid, it will expand its volume to roughly 500 times (At purging to the air) |
| Density of solid | 1.566kg/liter (-80℃) Solid CO2 (Dry Ice) has extremely low-temperature at -78.5℃ |
| Flash point | None |
| Ignition point | None |
| Explosion characteristics | None Since it is noncombustible and nonflammable, it can be used as fire extinguishing gas. |
| Solubility into water | 1.713 literCO2/liter H2O (0℃, 0.1013MPa abs) 1.194 literCO2/liter H2O (10℃, 0.1013MPa abs) 0.878 literCO2/liter H2O (20℃, 0.1013MPa abs) CO2 is easily dissolved into water and carbonic water can be made by dissolving 1 liter of CO2 into 1 liter of water. |
| Others | The liquid CO2 is subject to control by the High Pressure Gas Saving Act |
Karakteristik refrigeran CO2
Refrigeran CO2 disebut R744 dan sifat fisik serta tekanan uap jenuhnya pada setiap suhu ditunjukkan pada tabel 1.2.
Untuk tujuan perbandingan, ditunjukkan kontras dengan refrigeran R410A yang umumnya digunakan untuk pendingin ruangan saat ini.
Ciri-ciri refrigeran CO2 adalah refrigeran alami dan merupakan refrigeran ramah lingkungan yang ODP-nya 0 dan GWP-nya serendah 1. Sedangkan untuk R410A, ODP-nya 0 tetapi GWP-nya jauh lebih tinggi daripada CO2..
Namun tekanan refrigeran CO2 pada suhu normal mencapai 6,4MPa yaitu sekitar 4 kali lebih tinggi dari 1,65MPa pada R410A. Dan titik kritis refrigeran CO2 adalah 31 ℃ atau lebih tinggi. Oleh karena itu, meskipun tekanan meningkat namun memiliki sifat tidak mencair.
Fitur di atas cocok untuk menghasilkan air panas dengan memanaskan air dari suhu rendah ke suhu tinggi sekaligus dan digunakan secara luas untuk tujuan ini.
Tekanan refrigeran CO2 pada suhu di atas titik kritis ditentukan oleh suhu refrigeran dan jumlah muatan refrigeran ke unit heat pump water heater dan umumnya 12 hingga 15MPa paling tinggi. Oleh karena itu perhatian tentang keselamatan pada tekanan tinggi lebih dibutuhkan daripada untuk R410A.
Penanganan Terhadap Refrigeran CO2
Mengenai pertimbangan keamanan untuk bekerja dengan tekanan tinggi, lebih berhati-hati agar tidak merusak sirkuit refrigeran yang ada pada pipa unit heatpump water heater selama pekerjaan atau perawatan.
Refrigeran CO2 sendiri tidak berbahaya, tetapi jika menghisap refrigeran CO2 konsentrasi tinggi, dapat memberikan berbagai pengaruh pada tubuh manusia.
Pengaruh konsentrasi gas CO2 di atmosfer pada tubuh manusia ditunjukkan pada tabel 1.3.
Seperti yang ditunjukkan pada tabel 1.3, ketika konsentrasi CO2 menjadi 3% atau lebih, ini mengarah pada pergantian fungsi fisiologis dan pada 7 hingga 9% menyebabkan manusia menjadi tidak sadar dalam waktu sekitar 15 menit dan pada 25 hingga 30% itu mengarah kondisi kritis bahkan resiko kematian.
Karena refrigeran CO2 lebih berat daripada udara dan cenderung tetap berada di tempat yang lebih rendah, ketika refrigeran CO2 mungkin bocor atau dilepaskan, harap berberhati-hatil saat bekerja dengan mengambil tindakan untuk mencegah sisa CO2 di area kerja.
