Pompa kalor
Pompa kalor adalah mesin yang memindahkan panas dari satu lokasi (atau sumber) ke lokasi lainnya menggunakan kerja mekanis. Sebagian besar teknologi pompa kalor memindahkan panas dari sumber panas yang bertemperatur rendah ke lokasi bertemperatur lebih tinggi. Contoh yang paling umum adalah lemari es, freezer, pendingin ruangan, dan sebagainya.
Pompa kalor bisa disamakan dengan mesin kalor yang beroperasi dengan cara terbalik. Satu tipe yang paling umum dari pompa kalor dengan menggunakan sifat fisik penguapan dan pengembunan suatu fluida yang disebut refrigeran. Pada aplikasi sistem pemanasan, ventilasi, dan pendingin ruangan, pompa kalor merujuk pada alat pendinginan kompresi-uap yang mencakup saluran pembalik dan penukar panas sehingga arah aliran panas bisa dibalik. Secara umum, pompa kalor mengambil panas dari udara atau dari permukaan. Beberapa jenis pompa kalor dengan sumber panas udara tidak bekerja dengan baik setelah temperatur jatuh di bawah -5 oC (23 oF).
Cara kerja
[sunting | sunting sumber]Berdasarkan pada hukum kedua termodinamika, panas tidak bisa secara spontan mengalir dari sumber bertemperatur rendah ke lokasi bertemperatur tinggi; suatu kerja dibutuhkan untuk melakukan ini. Pompa kalor berbeda dalam hal bagaimana mereka mengaplikasikan kerja tersebut untuk memindahkan panas, tetapi pada dasarnya pompa kalor adalah mesin kalor yang bekerja secara terbalik. Mesin kalor membuat energi mengalir dari lokasi yang lebih panas ke lokasi yang lebih dingin, menghasilkan fraksi dari proses tersebut sebagai kerja. Kebalikannya, pompa kalor membutuhkan kerja untuk memindahkan energi termal dari lokasi yang lebih dingin ke lokasi yang lebih panas.
Sejak pompa kalor menggunakan sejumlah kerja untuk memindahkan panas, sejumlah energi yang dibuang ke lokasi yang lebih panas mengandung kalor yang lebih tinggi daripada sejumlah kalor yang diambil dari sumber dingin. Satu tipe pompa kalor bekerja dengan mengeksploitasi sifat fisik penguapan dan pengembunan fluida yang disebut refrigran. Fluida yang bekerja, pada keadaan gasnya, diberi tekanan dan disirkulasikan menuju sistem dengan kompresor. Pada satu sisi dari kompresor, di mana gas dalam keadaan panas dan bertekanan tinggi, didinginkan di penukar panas yang disebut kondenser, hingga fluida itu mengembun pada tekanan tinggi. Refrigeran yang telah mengembun melewati alat penurun tekanan yang dapat dilakukan dengan memperluas volume saluran (memperlebar saluran atau memperbanyak cabang), atau juga bisa dengan penghambat berupa turbin. Lalu, refrigeran yang berbentuk cair masuk ke sistem yang ingin didinginkan. Dalam proses pendinginan itu, refrigeran mengambil panas sehingga refrigeran kembali menguap dan sistem menjadi dingin.
Dalam sistem seperti ini, sangat penting bagi refrigeran untuk mencapai suhu tinggi ketika diberi tekanan, karena panas sulit bertukar dari fluida dingin ke lokasi yang lebih panas secara spontan. Dalam hal ini, refrigeran harus bersuhu lebih tinggi dari temperatur penukar panas. Dengan kata lain, fluida harus bertekanan rendah jika ingin mengambil kalor dari suatu sistem dan menguap, dan fluida harus bertekanan tinggi jika ingin membuang kalor dan mengembun. Hal ini sesuai dengan persamaan gas ideal yang menyatakan bahwa temperatur berbanding lurus dengan tekanan. Jika hal ini tercapai, efisiensi tertinggi akan tercapai.
Refrigeran
[sunting | sunting sumber]Hingga tahun 1990, refrigeran yang biasa digunakan adalah jenis klorofluorokarbon (CFC) yang memakai nama dagang Freon. Pembuatan CFC dihentikan pada tahun 1995 karena kerusakan lapisan ozon yang disebabkan CFC. Setelah CFC dilarang digunakan, penggunaan amonia meluas, lalu diikuti dengan propana dan butana yang kurang korosif, juga isobutana yang saat ini digunakan secara luas. Jenis fluida lainnya yang dapat digunakan sebaga refrigeran adalah karbon dioksida, hidrogen, helium, dan nitrogen. Penggunaan mereka pada umumnya dalam industri yang menyediakan teknologi pendingin yang menggunakan gas-gas tersebut.
Koefisien performa
[sunting | sunting sumber]Membandingkan kerja suatu pompa kalor berarti bukan membicarakan efisiensi, tetapi koefisien performa, meski secara luas mengandung arti sama, yaitu seberapa baik performa / kinerja dibandingkan dengan kerja yang dilakukan. Koefisen performa adalah rasio seberapa besar panas yang dipindahkan dibandingkan dengan kerja yang diberikan. Semakin besar panas yang dapat dipindahkan dengan sejumlah kerja demikian, maka koefisien performa semakin tinggi.
Operasi dan perancangan sistem pemanas
[sunting | sunting sumber]Efisiensi nyata pompa kalor sumber udara bergantung pada pemilihan kapasitas, aliran udara, penempatan unit luar, dan pemanas cadangan.[1] Bahkan dengan koefisien performa (COP) yang tinggi, biaya bisa lebih tinggi jika listrik jauh lebih mahal daripada gas; dalam perbandingan Britania yang dikutip tercantum 0,22 pound per kWh untuk listrik dan 0,06 pound per kWh untuk gas.[2] COP dan daya panas juga berubah seiring suhu media pemanas dan suhu udara luar.[3]
Dalam proyek lapangan di Britania, pompa kalor dipasang di 742 rumah dengan berbagai tipe dan usia, termasuk bangunan dengan peringkat efisiensi energi dari A hingga G.[4] Di 93 % rumah diperlukan penggantian setidaknya satu radiator, dan di 81 % — penambahan akumulator panas atau tangki air panas baru.[5] Untuk iklim dingin diterapkan spesifikasi terpisah yang memastikan kemampuan perangkat menutupi beban di seluruh rentang suhu desain.[6] Uji lapangan menunjukkan bahwa optimalisasi algoritme defrost dan pemanasan baki penampung meningkatkan efisiensi.[7]
Pada sistem sumber panas tanah, sumber panas lebih stabil: suhu di bawah tanah biasanya berkisar sekitar 10–13 °C sepanjang tahun.[8] Penilaian sistem harus memasukkan kipas dan pompa, konsumsi energi mereka dalam penelitian mengurangi efisiensi sebesar 9–53 %.[9] Indikator musiman juga dipengaruhi oleh cuaca, perilaku pengguna, bangunan, pengendalian, dan penyimpanan (akumulator).[10] Biaya awal dapat dikurangi oleh subsidi: skema Boiler Upgrade Scheme (BUS) Britania menyediakan hibah 7500 pound untuk sistem udara-ke-air, sumber tanah, dan sumber air.[11] Keseimbangan biaya operasi dengan ketel gas diperkirakan terjadi pada rasio harga listrik terhadap gas tidak lebih dari 3,3 untuk sistem dengan COP sekitar 2,8.[12]
Pranala luar
[sunting | sunting sumber]| Internasional | |
|---|---|
| Nasional | |
| Lain-lain | |
- ↑ "Field Validation of Air-Source Heat Pumps for Cold Climates". research-hub.nrel.gov. Diakses tanggal 2026-08-11.
- ↑ "Gas Boilers Vs Heat Pumps – Which is Cheaper to Run". energyguide.org.uk. Diakses tanggal 2026-08-11.
- ↑ "Sizing a heat pump". greenheattoolkit.energysavingtrust.org.uk. Diakses tanggal 2026-08-11.
- ↑ "Electrification of Heat Demonstration Project". es.catapult.org.uk. Diakses tanggal 2026-08-11.
- ↑ "Electrification of Heat – Home Surveys and Install Report". es.catapult.org.uk. Diakses tanggal 2026-08-11.
- ↑ "Cold Climate Air Source Heat Pump Specification (Version 4.0)". neep.org. Diakses tanggal 2026-08-11.
- ↑ "Cold Climate Field Study of the Effect of Defrost Controls on the Integrated Performance of a Ductless Air-Source Heat Pump: Article No. 733". research-hub.nrel.gov. Diakses tanggal 2026-08-11.
- ↑ "Heat pump myths". greenheattoolkit.energysavingtrust.org.uk. Diakses tanggal 2026-08-11.
- ↑ "Performance Assessment of a Variable Capacity Air Source Heat Pump and a Single-Capacity Horizontal Loop Coupled Ground Source Heat Pump System". heatpumpingtechnologies.org. Diakses tanggal 2026-08-11.
- ↑ "O.4.8.5 Hardware-in-the-Loop test bench setup and its application to determine seasonal performance of heat pump systems". heatpumpingtechnologies.org. Diakses tanggal 2026-08-11.
- ↑ "Boiler Upgrade Scheme (BUS)". ofgem.gov.uk. Diakses tanggal 2026-08-11.
- ↑ "Energy affordability options: establish a price ratio target". nesta.org.uk. Diakses tanggal 2026-08-11.