Cara Kerja AC - Sistem pendingin udara modern pertama dikembangkan pada tahun 1902 oleh seorang insinyur listrik muda bernama Willis Haviland Carrier. Ini dirancang untuk memecahkan masalah kelembaban di Sackett-Wilhelms Lithographing and Publishing Company di Brooklyn, N.Y. Persediaan kertas di pabrik kadang-kadang akan menyerap kelembaban dari udara musim panas yang hangat, sehingga sulit untuk menerapkan teknik tinta berlapis pada saat itu. Carrier memperlakukan udara di dalam gedung dengan meniupnya di pipa-pipa yang dingin. Udara mendingin saat melewati pipa dingin, dan karena udara dingin tidak dapat membawa kelembaban sebanyak udara hangat, proses ini mengurangi kelembapan di pabrik dan menstabilkan kadar air kertas. Mengurangi kelembaban juga memiliki manfaat samping menurunkan suhu udara - dan teknologi baru lahir.
Operator menyadari bahwa dia telah mengembangkan sesuatu dengan potensi yang jauh jangkauannya, dan itu tidak lama sebelum sistem AC mulai bermunculan di bioskop dan toko, membuat bulan-bulan musim panas yang panjang menjadi lebih nyaman.
Proses AC yang sebenarnya digunakan untuk mengurangi suhu udara sekitar dalam ruangan didasarkan pada prinsip ilmiah yang sangat sederhana. Sisanya dicapai dengan penerapan beberapa teknik mekanis yang cerdas. Sebenarnya, AC sangat mirip dengan alat lain di rumah Anda - kulkas. Pendingin udara tidak memiliki lemari pendingin yang bergantung pada eksterior untuk melindungi kotak pendinginnya. Sebaliknya, dinding di rumah Anda menjaga udara dingin dan udara panas keluar.
Dasar-dasar AC
Pendingin udara menggunakan pendingin untuk mendinginkan udara dalam ruangan, mengambil keuntungan dari hukum fisik yang luar biasa: Ketika sebuah cairan diubah menjadi gas (dalam proses yang disebut konversi fase), ia menyerap panas. Pendingin udara mengeksploitasi fitur konversi fase ini dengan memaksa senyawa kimia khusus untuk menguap dan mengembun berulang kali dalam sistem koil tertutup.
Senyawa-senyawa yang terlibat adalah zat pendingin yang memiliki sifat memungkinkan mereka untuk berubah pada suhu yang relatif rendah. AC juga mengandung kipas yang memindahkan udara interior hangat di atas kumparan dingin yang berisi bahan pendingin ini. Bahkan, AC sentral memiliki seluruh sistem saluran yang dirancang untuk mengalirkan udara ke dan dari kumparan serpentine, udara dingin ini.
Ketika udara panas mengalir di atas kumparan evaporator dingin dan bertekanan rendah, bagian dalam refrigeran menyerap panas saat ia berubah dari cairan menjadi gas. Agar pendinginan tetap efisien, AC harus mengubah gas pendingin kembali ke cairan lagi. Untuk melakukan itu, kompresor menempatkan gas di bawah tekanan tinggi, suatu proses yang menciptakan panas yang tidak diinginkan. Semua panas ekstra yang dihasilkan oleh kompresi gas kemudian dievakuasi ke luar dengan bantuan seperangkat kumparan kedua yang disebut gulungan kondensor, dan kipas kedua. Ketika gas mendingin, ia berubah kembali menjadi cairan, dan prosesnya dimulai dari awal lagi. Anggap saja sebagai siklus tanpa akhir yang elegan: refrigeran cair, konversi fasa ke penyerapan gas / panas, kompresi dan transisi fase kembali ke cairan lagi.
Sangat mudah untuk melihat bahwa ada dua hal berbeda yang terjadi dalam pendingin udara. Refrigeran mendinginkan udara dalam ruangan, dan gas yang dihasilkan terus dikompresi dan didinginkan untuk diubah kembali menjadi cairan lagi. Pada halaman berikutnya, kita akan melihat bagaimana bagian yang berbeda dari sebuah AC berfungsi untuk membuat semua itu mungkin.
Bagian-bagian dari Air Conditioner
Mari kita bahas beberapa topik rumah tangga sebelum kita menangani komponen unik yang membentuk AC standar. Pekerjaan terbesar yang harus dilakukan AC adalah mendinginkan udara dalam ruangan. Bukan hanya itu saja. AC memonitor dan mengatur suhu udara melalui termostat. Mereka juga memiliki filter onboard yang menghilangkan partikulat di udara dari udara yang bersirkulasi. AC berfungsi sebagai penurun. Karena suhu adalah komponen kunci dari kelembaban relatif, mengurangi suhu volume udara lembab menyebabkannya melepaskan sebagian dari kelembabannya. Itulah mengapa ada saluran pembuangan air dan pengumpul kelembaban dekat atau menempel pada pendingin udara, dan mengapa AC melepaskan air ketika mereka beroperasi pada hari yang lembab.
Namun, bagian utama dari pendingin udara mengatur refrigeran dan memindahkan udara ke dua arah: di dalam dan di luar:
- Evaporator - Menerima refrigeran cair
- Kondensor - Memfasilitasi transfer panas
- Katup ekspansi - mengatur aliran refrigeran ke evaporator
- Compressor - Sebuah pompa yang menekan refrigeran
Sisi dingin pendingin udara berisi evaporator dan kipas yang meniupkan udara di atas gulungan dingin dan masuk ke ruangan. Sisi panas berisi kompresor, kondensor, dan kipas lain untuk melampiaskan udara panas dari refrigeran yang dimampatkan ke luar. Di antara dua set kumparan, ada katup ekspansi. Ini mengatur jumlah refrigeran cair yang dimampatkan yang bergerak ke evaporator. Sekali dalam evaporator, refrigeran mengalami penurunan tekanan, mengembang dan berubah kembali menjadi gas. Kompresor sebenarnya adalah pompa listrik besar yang menekan gas refrigeran sebagai bagian dari proses mengubahnya kembali menjadi cairan. Ada beberapa sensor tambahan, timer dan katup, tetapi evaporator, kompresor, kondensor, dan katup ekspansi adalah komponen utama AC.
Meskipun ini adalah pengaturan konvensional untuk AC, ada beberapa variasi yang harus Anda ketahui. AC jendela memiliki semua komponen ini dipasang ke kotak logam yang relatif kecil yang dipasang ke jendela yang terbuka. Ventilasi udara panas dari bagian belakang unit, sementara kondensor berputar dan kipas mendinginkan dan mensirkulasi ulang udara dalam ruangan. AC yang lebih besar bekerja sedikit berbeda: AC sentral berbagi termostat kontrol dengan sistem pemanas rumah, dan kompresor dan kondensor, sisi panas unit, bahkan tidak ada di rumah. Ini di perumahan semua cuaca terpisah di luar ruangan. Di gedung yang sangat besar, seperti hotel dan rumah sakit, unit kondensasi eksterior sering dipasang di suatu tempat di atap.
Unit AC Jendela dan Sistem Terpisah
Unit AC jendela mengimplementasikan AC lengkap dalam ruang kecil. Unit dibuat cukup kecil untuk masuk ke dalam bingkai jendela standar. Anda menutup jendela ke bawah pada unit, pasang dan nyalakan untuk mendapatkan udara sejuk. Jika Anda mengambil penutup dari unit jendela yang tidak tersambung, Anda akan menemukan bahwa itu berisi.
- Kompresor
- Katup ekspansi
- Koil panas (di luar)
- Kumparan dingin (di dalam)
- Dua penggemar
- Unit kontrol
Para penggemar meniup udara di atas koil untuk meningkatkan kemampuan mereka untuk mengusir panas (ke udara luar) dan dingin (ke ruangan yang didinginkan).
Ketika Anda masuk ke aplikasi AC yang lebih besar, waktunya untuk mulai melihat unit sistem-split. AC split-system membagi sisi panas dari sisi dingin sistem, seperti pada diagram di bawah ini.
Sisi dingin, yang terdiri dari katup ekspansi dan koil dingin, umumnya ditempatkan ke dalam tungku atau penangan udara lainnya. Penangan udara meniup udara melalui kumparan dan mengarahkan udara ke seluruh gedung menggunakan serangkaian saluran. Sisi panas, yang dikenal sebagai unit kondensasi, tinggal di luar gedung.
Unit ini terdiri dari kumparan spiral panjang yang berbentuk seperti silinder. Di dalam kumparan adalah kipas, untuk meniup udara melalui kumparan, bersama dengan kompresor tahan cuaca dan beberapa logika kontrol. Pendekatan ini telah berkembang selama bertahun-tahun karena harganya murah, dan juga karena biasanya menghasilkan pengurangan kebisingan di dalam rumah (dengan mengorbankan peningkatan kebisingan di luar rumah). Selain fakta bahwa sisi panas dan dingin terbelah dan kapasitasnya lebih tinggi (membuat kumparan dan kompresor lebih besar), tidak ada perbedaan antara sistem split dan pendingin udara jendela.
Di gudang, kantor bisnis besar, mal, toserba besar dan bangunan besar lainnya, unit kondensasi biasanya hidup di atap dan bisa sangat masif. Atau, mungkin ada banyak unit yang lebih kecil di atas atap, masing-masing melekat di dalam ke penangan udara kecil yang mendinginkan zona tertentu di gedung.
Di gedung-gedung yang lebih besar dan khususnya di gedung-gedung bertingkat, pendekatan sistem terbagi mulai mengalami masalah. Baik menjalankan pipa antara kondensor dan penangan udara melebihi batasan jarak (jalur yang terlalu panjang mulai menyebabkan kesulitan pelumasan dalam kompresor), atau jumlah pekerjaan saluran dan panjang saluran menjadi tidak terkendali. Pada titik ini, saatnya untuk memikirkan sistem air dingin.
Unit AC pendingin dan Pendingin-Menara
Meskipun AC standar sangat populer, mereka dapat menggunakan banyak energi dan menghasilkan sedikit panas. Untuk instalasi besar seperti gedung perkantoran, penanganan dan pengkondisian udara kadang-kadang dikelola sedikit berbeda.
Beberapa sistem menggunakan air sebagai bagian dari proses pendinginan. Dua yang paling terkenal adalah sistem air dingin dan pendingin menara pendingin udara.
- Sistem air dingin - Dalam sistem air dingin, seluruh AC dipasang di atap atau di belakang gedung. Ini mendinginkan air hingga antara 40 dan 45 derajat Fahrenheit (4,4 dan 7,2 derajat Celcius). Air dingin kemudian disalurkan ke seluruh gedung dan dihubungkan ke penangan udara. Ini bisa menjadi sistem serbaguna di mana pipa air bekerja seperti kumparan evaporator dalam pendingin udara standar. Jika itu terisolasi dengan baik, tidak ada batasan jarak praktis dengan panjang pipa air dingin.
- Teknologi menara pendingin - Dalam semua sistem pendingin udara yang telah kami uraikan sejauh ini, udara digunakan untuk menghilangkan panas dari koil kompresor. Dalam beberapa sistem besar, menara pendingin digunakan sebagai gantinya. Menara menciptakan aliran air dingin yang mengalir melalui penukar panas, mendinginkan koil kondensor panas. Menara meniup udara melalui aliran air yang menyebabkan sebagian dari itu menguap, dan evaporasi mendinginkan aliran air. Salah satu kelemahan dari sistem jenis ini adalah bahwa air harus ditambahkan secara teratur untuk mengganti cairan yang hilang melalui penguapan. Jumlah aktual pendinginan yang diperoleh sistem pendingin udara dari menara pendingin tergantung pada kelembaban relatif udara dan tekanan barometrik.
Karena meningkatnya biaya listrik dan masalah lingkungan, beberapa metode pendinginan udara lainnya sedang dieksplorasi juga. Salah satunya adalah teknologi off-peak atau ice-cooling. Sistem pendinginan off-peak menggunakan es beku selama jam malam untuk mendinginkan udara interior selama bagian terpanas hari itu. Meskipun sistem memang menggunakan energi, menguras energi terbesar adalah ketika permintaan masyarakat akan listrik berada pada titik terendahnya. Energi lebih murah selama jam-jam di luar jam sibuk, dan konsumsi yang rendah selama waktu puncak memudahkan permintaan pada jaringan listrik.
Pilihan lainnya adalah pemanasan geo-thermal. Ini bervariasi, tetapi sekitar 6 kaki (1,8 meter) di bawah tanah, suhu bumi berkisar 45 hingga 75 derajat Fahrenheit (7,2 hingga 23,8 derajat Celcius). Ide dasar di balik pendinginan geo-thermal adalah menggunakan suhu konstan ini sebagai sumber panas atau dingin daripada menggunakan listrik untuk menghasilkan panas atau dingin. Jenis unit geo-thermal yang paling umum untuk rumah adalah sistem loop tertutup. Pipa-pipa polietilen yang diisi dengan campuran cairan dikubur di bawah tanah. Selama musim dingin, cairan mengumpulkan panas dari bumi dan membawanya melalui sistem dan masuk ke dalam gedung. Selama musim panas, sistem membalikkan diri untuk mendinginkan bangunan dengan menarik panas melalui pipa untuk menyimpannya di bawah tanah [sumber: Geo Pemanasan].
Untuk efisiensi energi yang nyata, AC bertenaga surya juga membuat debut mereka. Mungkin masih ada beberapa masalah yang harus diselesaikan, tetapi sekitar 5 persen dari semua listrik yang dikonsumsi di AS digunakan untuk menyalakan AC dari satu jenis atau lainnya, jadi ada pasar yang besar untuk opsi AC yang ramah energi [sumber: ACEEE] .
BTU dan EER
Sebagian besar AC memiliki kapasitas yang dinilai dalam satuan termal Inggris (Btu). A Btu adalah jumlah panas yang diperlukan untuk menaikkan suhu 1 pon (0,45 kilogram) air satu derajat Fahrenheit (0,56 derajat Celcius). Satu Btu sama dengan 1.055 joule. Dalam pemanasan dan pendinginan, satu ton sama dengan 12.000 Btu.
Sebuah AC jendela khas mungkin dinilai pada 10.000 Btu. Sebagai perbandingan, rumah seluas 2.000 kaki persegi (185,8 meter persegi) mungkin memiliki sistem pendingin udara 5-ton (60.000-Btu), menyiratkan bahwa Anda mungkin memerlukan mungkin 30 Btu per kaki persegi. Ini adalah perkiraan kasar. Untuk mengukur AC secara akurat untuk aplikasi spesifik Anda, Anda harus menghubungi kontraktor HVAC.
Peringkat efisiensi energi (EER) AC adalah rating Btu-nya di atas wattnya. Sebagai contoh, jika AC 10.000-Btu mengkonsumsi 1.200 watt, EER-nya adalah 8,3 (10.000 Btu / 1.200 watt). Tentunya, Anda ingin EER menjadi setinggi mungkin, tetapi biasanya EER yang lebih tinggi disertai dengan harga yang lebih tinggi.
Katakanlah Anda memiliki pilihan antara dua unit 10.000-Btu. Satu memiliki 8,9 EER dan mengkonsumsi 1.200 watt, dan yang lainnya memiliki EER 10 dan mengkonsumsi 1.000 watt. Mari kita juga mengatakan bahwa perbedaan harganya adalah $ 100. Untuk menentukan waktu pengembalian pada unit yang lebih mahal, Anda perlu tahu kira-kira berapa jam per tahun Anda akan mengoperasikan AC dan berapa banyak biaya kilowatt-hour (kWh) di daerah Anda.
Dengan asumsi Anda berencana menggunakan AC enam jam sehari selama empat bulan dalam setahun, dengan biaya $ 0,10 / kWh. Perbedaan konsumsi energi antara dua unit adalah 200 watt. Ini berarti bahwa setiap lima jam, unit yang lebih murah akan mengkonsumsi satu kWh tambahan (atau $ 0,10) lebih banyak daripada unit yang lebih mahal.
Mari lakukan perhitungan: Dengan sekitar 30 hari dalam sebulan, Anda mengoperasikan AC:
4 bulan x 30 hari per bulan x 6 jam per hari = 720 jam
[(720 jam x 200 watt) / (1000 watt / kilowatt)] x $ 0,10 / kilowatt hours = $ 14,40
Unit AC yang lebih mahal biaya $ 100 lebih untuk membeli tetapi kurang uang untuk beroperasi. Dalam contoh kita, dibutuhkan tujuh tahun untuk unit harga yang lebih tinggi untuk mencapai titik impas.
Sistem Pendingin Hemat Energi
Karena meningkatnya biaya listrik dan tren yang berkembang untuk "go green," lebih banyak orang yang beralih ke metode pendinginan alternatif untuk menghemat dompet dan lingkungan mereka. Bisnis besar bahkan melompat di kapal dalam upaya untuk meningkatkan citra publik mereka dan menurunkan biaya overhead mereka.
Sistem pendingin es adalah salah satu cara yang digunakan perusahaan untuk memerangi biaya listrik yang tinggi selama musim panas. Pendinginan es sesederhana kedengarannya. Tank-tank besar air membeku menjadi es di malam hari, ketika kebutuhan energi lebih rendah. Keesokan harinya, sistem seperti AC konvensional memompa udara dingin dari es ke dalam gedung. Pendingin es menghemat uang, mengurangi polusi, mengurangi ketegangan pada jaringan listrik dan dapat digunakan bersama sistem tradisional. Kelemahan dari pendinginan es adalah sistemnya mahal untuk dipasang dan membutuhkan banyak ruang. Bahkan dengan biaya startup yang tinggi, lebih dari 3.000 sistem digunakan di seluruh dunia [sumber: CNN].
Sistem pendinginan es adalah cara yang bagus untuk menghemat uang dan menghemat energi, tetapi label harga dan persyaratan ruang membatasinya untuk bangunan besar. Salah satu cara agar pemilik rumah dapat menghemat biaya energi adalah dengan memasang sistem pemanasan dan pendinginan geo-thermal, juga dikenal sebagai pompa panas sumber tanah (GSHP). Badan Perlindungan Lingkungan baru-baru ini menyebut unit geo-thermal "yang paling hemat energi dan ramah lingkungan dari semua sistem pengkondisian ruang" [sumber: EPA].
Meskipun bervariasi, pada enam kaki di bawah tanah, suhu bumi berkisar dari 45 hingga 75 derajat Fahrenheit. Prinsip dasar di balik pendinginan geo-thermal adalah menggunakan suhu konstan ini sebagai sumber panas daripada menghasilkan panas dengan listrik.
Jenis unit geo-thermal yang paling umum untuk rumah adalah sistem loop tertutup. Pipa polietilena terkubur di bawah tanah, baik secara vertikal seperti sumur atau horizontal di parit tiga sampai enam kaki. Mereka juga bisa dikubur di bawah kolam. Air atau campuran anti-beku / air dipompa melalui pipa. Selama musim dingin, cairan mengumpulkan panas dari bumi dan membawanya melalui sistem dan masuk ke dalam gedung. Selama musim panas, sistem membalikkan dirinya untuk mendinginkan bangunan dengan menarik panas dari gedung, membawanya melalui sistem dan menempatkannya di tanah [sumber: Geo Pemanasan].
Pemilik rumah dapat menghemat 30 hingga 50 persen pada tagihan pendinginan mereka dengan mengganti sistem HVAC tradisional mereka dengan pompa panas sumber tanah. Biaya awal bisa mencapai 30 persen lebih banyak, tetapi uang itu dapat diperoleh kembali dalam tiga hingga lima tahun, dan sebagian besar negara menawarkan insentif pembelian keuangan. Manfaat lain adalah bahwa sistem berlangsung lebih lama daripada unit tradisional karena dilindungi dari elemen dan kebal terhadap pencurian [sumber: Geo Exchange]