Mengenal Apa Itu Geothermal Heat Pumps: Solusi Hemat Energi untuk Pemanasan dan Pendinginan Bangunan

PT. Mitra Rekayasa Keberlanjutan – Salah satu solusi inovatif yang muncul adalah Pompa Kalor Geothermal atau Geothermal Heat Pumps (GHP). Geothermal heat pumps (GHP) merupakan sistem pemanas dan pendingin yang memanfaatkan suhu stabil di bawah permukaan tanah untuk efisiensi energi. Dalam konteks ini, GHP dapat menjadi solusi yang sangat efektif untuk mengurangi konsumsi energi dalam pemanasan dan pendinginan bangunan. Teknologi ini memanfaatkan suhu stabil yang terdapat di dalam tanah untuk menyediakan pemanasan di musim dingin dan pendinginan di musim panas.

Dengan kemampuan untuk mengurangi konsumsi energi dan emisi gas rumah kaca, pompa kalor geothermal menjadi pilihan menarik bagi banyak pemilik bangunan, baik residensial maupun komersial. Pompa kalor geothermal bekerja berdasarkan prinsip dasar perpindahan panas. Dengan menggunakan refrigeran, sistem ini menyerap panas dari tanah dan memindahkannya ke dalam bangunan saat pemanasan diperlukan. Sebaliknya, saat pendinginan diperlukan, pompa ini akan mengambil panas dari dalam bangunan dan membuangnya ke tanah. Proses ini berlangsung melalui beberapa tahap, termasuk kompresi, kondensasi, ekspansi, dan evaporasi.

Sumber foto: precedenceresearch com

Bagian tipe close loop mewakili pangsa pasar terbesar pada tahun 2022 berdasarkan popularitas item ini karena efektivitas, biaya perawatan rendah, dan kekuatan tinggi. GHP close loop menggunakan berbagai loop pipa yang saling terhubung yang terkubur di dalam tanah. Susunan air atau cairan radiator mengalir terus-menerus melalui saluran tersebut. Panas bumi diasimilasi ke dalam susunan yang mengalir di dalam close loop. Tergantung pada jenis tanah dan ketersediaan ruang, GHP close loop dapat dipasang dalam konfigurasi horizontal atau vertikal. Pemasangan horizontal membutuhkan area tanah yang luas. Pipa loop horizontal terkubur di parit sedalam 6 hingga 10 kaki dan panjang 100 hingga 400 kaki. Saluran loop horizontal biasanya digulung dan ditumpuk untuk memberikan area pertukaran panas yang lebih besar.

Geothermal heat pumps (GHP) dapat dibedakan menjadi beberapa jenis berdasarkan sistem penukar panas yang digunakan. Berikut adalah penjelasan mengenai jenis-jenis GHP.

1. Sistem Tertutup (Closed-Loop Systems)

Sumber foto: ECI Comfort

Sistem tertutup menggunakan pipa yang ditanam di dalam tanah untuk mengalirkan cairan (biasanya campuran air dan anti freeze) yang berfungsi sebagai media penukar panas. Sistem ini tidak terhubung langsung dengan sumber air tanah, sehingga lebih stabil dan tidak mempengaruhi lingkungan sekitar.

2. Sistem Terbuka (Open-Loop Systems)

Sumber foto: ECI Comfort

Sistem terbuka memanfaatkan air tanah sebagai media penukar panas. Air dipompa dari sumur atau sumber air permukaan, digunakan untuk mentransfer panas, dan kemudian dikembalikan ke dalam tanah setelah proses pemanasan atau pendinginan. Sistem ini sangat efektif jika ketersediaan air tanah mencukupi dan dapat memberikan efisiensi yang baik.

3. Sistem Kolam atau Danau (Pond or Lake Systems)

Sumber foto: Kasco Marine

Sistem ini mirip dengan sistem terbuka, tetapi menggunakan kolam atau danau sebagai sumber air. Pipa dipasang di bawah permukaan badan air untuk memanfaatkan suhu yang stabil di bawah permukaan air. Sistem ini ideal untuk lokasi yang dekat dengan sumber air besar dan dapat memberikan efisiensi tinggi.

4. Sistem Hibrid (Hybrid Systems)

Sumber foto: Energy Angels

Sistem hibrid menggabungkan pompa panas geothermal dengan pompa panas udara (air-source heat pump). Kombinasi ini memungkinkan sistem untuk beroperasi lebih efisien dengan memanfaatkan kedua sumber energi, tergantung pada kondisi iklim dan kebutuhan pemanasan atau pendinginan.

Proses kerja GHP melibatkan beberapa langkah yang saling terkait, yang dapat dijelaskan sebagai berikut.

1. Pengumpulan Energi dari Tanah

Sumber foto: Rakyat Merdeka

GHP dilengkapi dengan sistem pengumpul panas yang biasanya terdiri dari pipa yang ditanam di dalam tanah, baik secara horizontal maupun vertikal. Pipa ini diisi dengan cairan refrigeran, yang berfungsi untuk menyerap panas dari tanah. Suhu tanah biasanya lebih stabil dibandingkan suhu udara, sehingga sistem ini dapat beroperasi dengan efisiensi tinggi sepanjang tahun.

2. Proses Penguapan

Sumber foto: kompas com

Cairan refrigeran yang mengalir melalui pipa akan menyerap panas dari tanah, menyebabkan refrigeran tersebut menguap dan berubah menjadi gas. Proses ini terjadi pada suhu rendah, di mana refrigeran memiliki titik didih yang lebih rendah dibandingkan air.

3. Kompresi

Sumber foto: Lasienda

Gas refrigeran yang dihasilkan kemudian masuk ke dalam kompresor. Di sini, gas tersebut dikompresi, yang meningkatkan tekanan dan suhu gas. Proses kompresi ini membutuhkan sedikit energi listrik, tetapi menghasilkan jumlah panas yang jauh lebih besar daripada energi yang digunakan.

4. Kondensasi

Sumber foto: Orami

Setelah dikompresi, gas panas bergerak menuju kondensor. Dalam kondensor, gas tersebut melepaskan panasnya ke sistem pemanas (seperti air atau udara di dalam bangunan) dan kembali menjadi cair. Proses ini menyebabkan suhu udara atau air di dalam ruangan meningkat, sehingga memberikan efek pemanasan.

5. Ekspansi

Sumber foto: SCY Chiller

Setelah melewati kondensor, refrigeran cair kemudian memasuki katup ekspansi. Di sini, tekanan refrigeran diturunkan secara tiba-tiba, menyebabkan suhunya juga turun. Refrigeran dingin ini kemudian kembali ke pipa pengumpul untuk menyerap panas dari tanah lagi, dan siklus ini dimulai kembali.

Baca juga: Mengenal Lebih Dekat: Proses Terbentuknya Energi Panas Bumi

Kesimpulan

Geothermal heat pumps (GHP) merupakan solusi inovatif untuk pemanasan dan pendinginan bangunan yang memanfaatkan suhu stabil di bawah permukaan tanah. Dengan cara kerja yang efisien, GHP dapat mengurangi konsumsi energi dan emisi gas rumah kaca, menjadikannya pilihan menarik bagi pemilik bangunan, baik residensial maupun komersial. Sistem ini bekerja dengan menggunakan refrigeran untuk menyerap panas dari tanah saat pemanasan diperlukan dan membuang panas ke tanah saat pendinginan diperlukan. Terdapat beberapa jenis GHP, termasuk sistem tertutup, terbuka, kolam atau danau, serta sistem hibrid, yang menawarkan fleksibilitas dalam penerapan sesuai dengan kondisi lokasi dan kebutuhan pengguna.

Referensi

viessmann.id. Bagaimana pompa panas bekerja.

kumparan.com. (2023). Mengenal Pompa Kalor dan Cara Kerjanya.

osmomarina.com. (2023). Rekomendasi Pompa Air Panas Efisiensi Tinggi.

sainsguru.com. (2021). Pompa Kalor Geothermal atau Pompa Kalor Sumber Tanah.