Geothermal Heat Pump Loop System

Geothermal Heat Pump Loop System

Untuk iklim yang berubah-ubah setiap tahun, terjadi variasi temperatur. Untuk iklim didaerah yang memiliki empat musim khususnya untuk pergantian musim panas dan musim dingin system geothermal heat pump ini sangat cocok. Lapisan tanah dapat menjaga konsistensi tingkat temperature yang lebih tinggi sebab mampu menyerap 47% energi panas matahari di permukaan bumi. Sistem geothermal ini mampu menyerap energi bebas ini dengan loop system di dalam bumi. Teknologi ini digunakan untuk memenuhi kebutuhan kantor atau rumah dengan sistem pemanasan dan pendingin sesuai kebutuhan. Geothermal heat pump merupakan “direct use technologies” dimana panas geothermal secara langsung digunakan sebagai sumber energi. Extrasi sumber panas geothermal pada temperatur rendah (kurang 150 ºC atau 300ºF). Aplikasi kedalaman sumber panas hanya mencapai kedalaman kurang dari 1 km.

Sistem geothermal heat pump dengan loop tertutup ini terdiri dari tiga loops yang beroperasi selama system heat pump dan sesuai kebutuhan, loop tambahan keempat dibutuhkan seperti panas domestik air panas, gambarannya dapat dilihat sebagai berikut:

1. Loop pemanas. Suatu loop yang digunakan untuk mendistribusikan energi dingin atau panas kedalam ruangan. Sistem perpipaan ini menggunakan blower yang digunakan untuk pergerakan udara melalui sistem distribusi saluran pipa. Pada pemanas dibawah lantai, loop ini menghubungkan dengan kolektor atau rangkaian kolektor untuk mensirkulasikan air panas melalui peralatan yang ada.

2. Loop refrigerant. Loop ini diberi tekanan dan diseal yang mengangkut energi panas dari titik ke titik didalam sirkuit. Aliran refrigerant dipaksa melalui sirkuit oleh kompresor dalam bagian uap loop.

3. Ground loop. Loop diberi seal penahan tekanan air atau antifreeze yang disirkulasikan dibawah permukaan tanah. Kalor yang diserap dari lingkungan di musim dingin dan membuang panas di musim panas. Cairan disirkulasikan melalui pompa dengan konsumsi daya rendah.

4. Domestic Hot Water Loop. Loop dengan seal dan air bertekanan yang bersirkulasi dari silinder domestic hot water ke sirkuit de-superheater heat pump. Air disirkulasikan dalam loop ini dengan pompa sirkulasi daya rendah. Kebanyakan heat pump mempunyai condensing loop yang menyediakan 100% kebutuhan domestic hot water.

a) Siklus Pemanas

Pada siklus pemanas, cairan disirkulasikan melalui loop system yang menyerap panas dari dalam tanah. Energi panas ditransfer ke unit geothermal ini. Unit memampatkan panas yang diserap menjadi temperature tinggi dan mengirim ke dalam ruangan melalui suatu sistem panas radiasi atau sistem saluran pipa normal. Siklus dan unit kerjanya dapat dilihat pada gambar 11.

Pada siklus pemanas terdapat input panas dan output seperti dibawah ini:

Input:

1. Energi panas dari dalam bumi

2. Energi heat pump kompresor

3. Pompa sirkulasi dan energy blower

Output:

1. Ruang yang dipanaskan

2. Domestic Hot Water (DWH)

Proses sirkulasi pada siklus pemanas ini yaitu:

1. Uap Refrigerant di sirkuit yang yang pertama dimampatkan,terjadi kenaikan temperatur dan tekanan. Kenaikan tekanan ini menghasilkan uap melalui sistem pendinginan.

2. Uap panas lanjut refrigerant ini didistribusikan melalui heat exchanger yang akan menaikan temperatur ruangan. Panas yang dipindahkan dari refrigerant di dalam distribusi heat exchanger, uap kondensasikan menjadi cairan. Selama siklus pemanas, distribusi heat exchanger berfungsi sebagai condenser.

3. Cairan yang hangat dari kondenser melalui alat pengukur. Terjadi penurunan tekanan dan menyebabkan penurunan temperatur. Pada temperatur rendah, cairan tekanan rendah ini mengalir melalui evaporator dimana energy panas diradiasikan ke ground loop refrigerant yang diuapkan dan mulai siklus berulang.

4. Pada siklus pemanas terjadi sirkulasi air atau antifreeze solution melalui heat exchanger. Air yang disirkulasikan melalui loop adalah air hangat yang berasal dari sumber bumi temperature yang lebih tinggi. Panas ditransfer dari air kepada refrigerant heat exchanger dalam sumber air heat pump. Selama itu bagian dari siklus air ke refrigerant heat exchanger sebagai evaporator, yang mengubah refrigerant cair menjadi uap.

5. Pada unit de-superheater, gas panas dari discharge kompresor melalui air kedua ke refrigerant heat exchanger pada panas domestic hot water. Dalam hal ini hanya sebagian kecil dari total energi yang tersedia (energy panas dari uap dalam kondisi superheat) dibuang.

Gambar 11. Siklus pemanas ruangan sistem tertutup sumber panas bumi

b) Siklus pendingin

Untuk pendingin, prosesnya hanya kebalikan dari pemanas. Sebab temperature di dalam tanah lebih rendah dibanding temperatur udara luar pada musim panas, system geothermal memindahkan panas dari dalam ruangan dan mensirkulasikan kedalam tanah. Cairan didinginkan oleh temperatur tanah dan kembali ke unit untuk mendinginkan ruangan kembali. Siklus pendingin dan unit kerjanya dapat dilihat pada gambar 11.

Pada siklus pendingin, input panas dan outputnya sebagai berikut:

Input:

1. Ruangan panas

2. Energi heat pump kompresor

3. Sirkulasi pompa dan energy blower

Output:

1. Panas yang dibuang ke dalam bumi

2. Domestic Hot Water (DWH)

Selama operasi pendinginan, gas panas yang meninggalkan kompresor memanaskan lebih dulu hot domestic water, kemudian disirkulasikan melalui heat exchanger yang dibuang kedalam bumi. Ruang pendingin dicapai oleh udara hangat yang melewati uap dingin coil. Tekanan tinggi cairan panas di kondenser dipaksa melalui katup ekspansi yang menghasilkan temperatur rendah dan tekanan rendah. Penguapan dari uap ini adalah mekanisme pendinginan. Komponen dan pengaturan unit ini dapat dilihat pada gambar 12 di bawah ini.

Gambar 12. Siklus pendingin ruangan sistem tertutup sumber panas bumi