Dalam study tentang design ada sebuah hipotesis yang menerangkan empat koordinat solusi, yaitu solusi non-fungsional, fungsional, memuaskan, dan optimal. Dikatakan non-fungsional adalah bila ingin dibuat suatu perangkat tapi perangkat yang dibuat tersebut tidak bisa berfungsi sebagaimana designnya. Bila perangkat yang dibuat tersebut bisa bekerja dalam tingkat kemampuan kerja minimum, maka ia berada dalam koordinat solusi fungsional. Bisa disebut memuaskan bila perangkat yang dibuat mampu memberikan kepuasan pada penggunanya. Sedangkan optimal adalah bila perangkat tersebut mampu bekerja secara optimal dalam beberapa aspek yang terkait dengannya. Dari keempat koordinat solusi dalam hipotesis tersebut, industri Air Conditioning dan Refrigerasi (AC&R) di Indonesia secara umum saat ini bisa dianggap masih berada pada koordinat fungsional. Ini bukan lebih karena Indonesia ketinggalan dalam teknologi AC&R, tapi lebih karena masih sangat tidak berimbangnya ratio peran AC&R yang ada dibandingkan dengan potensi perannya.

Ruang peran AC&R di Indonesia masih sangat luas, antara lain untuk gedung, tempat tinggal, industri makanan-minuman, pertambangan, pengolahan logam, kimia, tekstil, medis, konstruksi, dll. Dari itu semua, potensi peran terbesar untuk Indonesia adalah di sektor pertanian dan perikanan. Melihat sumber daya alam Indonesia yang sangat besar pada sektor ini, maka sepatutnya industri AC&R di Indonesia menempatkan potensi peran ini sebagai prioritas utama. Kalah bersaingnya produk pertanian dan perikanan Indonesia di dunia, dan bahkan di regional, salah satunya dikarenakan lemahnya sentuhan teknologi penyimpanan dan pengawetan produk-produk tersebut. Berbicara tentang penyimpanan dan pengawetan produk tentu bukan sekedar bicara tentang bagaimana membuatnya tahan lama, namun juga harus memperhatikan factor-faktor penting lainnya seperti: kelayakan, kesehatan, kualitas, dan ekonomis. Disinilah industri pertanian dan perikanan Indonesia harus beralih dari koordinat solusi fungsional ke koordinat memuaskan, untuk kemudian terus beralih ke koordinat optimal. Peralihan koordinat solusi ini termasuk di dalamnya adalah peran AC&R. Teknologi AC&R pada sektor pertanian dan perikanan harus mampu menjadi bagian dari peningkatan kepuasan konsumen; baik konsumen produk pertanian dan perikanan, maupun konsumen teknologi AC&R itu sendiri. Penyimpanan dan pengawetan dengan AC&R harus mampu meningkatkan nilai tambah produk yang bersangkutan. Sentuhan AC&R dapat memperlambat pembusukan produk karena perubahan fisik, kimia, dan mikrobiologi. Penurunan temperatur yang sesuai dapat memperlambat aktivitas molekular dan mikrobial pada produk yang bersangkutan. Selain bisa memperpanjang usia penyimpanan produk, AC&R juga menunjang perluasan pasar produk.

Untuk produk-produk pertanian, buah-buahan dan sayur-mayur dari Indonesia masih belum banyak berdaya untuk bisa masuk dan bersaing di negara-negara lain. Termasuk di sini adalah buah dan sayuran yang masih segar dan yang diawetkan atau dikalengkan. Walau demikian, upaya untuk menumbuhkan daya saing sudah nampak. Di beberapa daerah di Indonesia penulis menjumpai pengembangan-pengembangan metode penyimpanan dan pengawetan produk-produk pertanian lokalnya. Tingkat cooling load produk yang bersangkutan, tingkat respirasinya, usia penyimpanannya, dan metode pendinginannya sudah mulai dikaji dan diaplikasikan. Setiap produk pertanian pasti memiliki physical property yang berbeda, yang ini menuntut ketersediaan informasi dan pengetahuan yang memadai tentang produk yang bersangkutan guna penanganannya. Indonesia bisa bercermin pada Korea yang sangat perhatian pada pengembangan buah persimmon-nya, termasuk dalam hal penyimpanan dan pengawetannya. Persimmon mungkin tidak terlalu menarik secara fisik, namun riset yang dalam dan berkesinambungan, pengemasan, dan juga kampanye pemasarannya yang baik mampu mengangkat buah ini mendapat ruang pasar yang cukup baik. Beberapa laporan menunjukkan bahwa saat ini Korea menjadi salah satu pusat riset dan pengembangan penting buah ini.

Produk perikanan Indonesia masih membuka pintu yang sangat lebar untuk dikelola dengan lebih baik. Yang penulis jumpai di lapangan, masih banyak nelayan-nelayan Indonesia yang terkendala dengan sarana penyimpanan ikan (berupa cold storage) sehingga menghambat mereka untuk bisa bekerja lebih optimal. Penyimpanan ikan dengan es balok masih banyak menjadi pilihan bagi nelayan-nelayan Indonesia. Metode ini bukannya sama sekali salah, namun keterbatasan metode ini banyak. Penyimpanan dengan es balok memiliki keterbatasan waktu sehingga nelayan tidak bisa terlalu jauh dan lama di tengah laut untuk terus menangkap ikan, padahal banyak jenis-jenis ikan yang laku di pasaran adanya di tengah laut. Resiko pembusukan datang bila cooling load dari ikan tidak mampu diatasi oleh es balok yang tersedia, terlebih bila cold storage-nya juga tidak mampu banyak menahan perambatan kalor dan infiltrasi udara luar. Berkaca lagi pada Korea, salah satu kunci penting baiknya taraf hidup nelayan mereka adalah karena alat kerja nelayan mereka dilengkapi dengan teknologi penunjang yang memadai. Dalam hal penyimpanan dan pengawetan, ikan tangkapan mereka sudah masuk dalam refrigerated storage sejak ditangkap (di kapal), selama transportasi darat, dan juga transportasi udara. Penanganan ikan segar berbeda dengan ikan irisan, berbeda pula dengan ikan yang sudah dikalengkan. Ini semakin membuka lebar ruang peran AC&R dalam upaya pengembangan perikanan Indonesia.

Keberhasilan dalam upaya penyimpanan dan pengawetan produk sangat ditentukan oleh metode dan sistem yang dipilih. Metode dan sistem yang dipilih tergantung pada property produk yang bersangkutan. Satu produk yang sama untuk hasil yang berbeda memerlukan penanganan yang berbeda, misalnya apakah produk tersebut memerlukan pendinginan hingga ke tingkat freezing atau hanya sebatas cooling pada temperatur tertentu. Kandungan sensible heat, latent heat, geometri, waktu cooling dan/atau freezing, tingkat kualitas yang diinginkan, biaya initial, biaya pengoperasian dan perawatan, automasi dan volume ruang adalah sebagian faktor pertimbangan penting dalam menentukan metode dan sistem pendinginan untuk penanganan suatu produk. Berikut ini beberapa metode yang bisa digunakan:

1. Freezing dengan Airblast

Dasar metode ini adalah pertukaran kalor dengan mekanisme convection. Udara dingin dari koil-koil pendingin dengan kecepatan tertentu disirkulasikan ke produk. Metode ini hampir sama dengan metode Forced-air Cooling, yaitu memanfaatkan udara dingin.

2. Freezing dengan Conduction

Produk diletakkan di atas atau di antara permukaan metal dingin. Perpindahan kalor melalui mekanisme conduction antara permukaan yang didinginkan oleh aliran refrigerant dengan produk.

3. Cryogenic Freezing

Produk didinginkan hingga di bawah -60^oC. Refrigerant yang dipakai adalah nitrogen atau carbon dioxide. Pertukaran kalornya dengan mekanisme convective dan atau conduction.

4. Cryomechanical Freezing

Pertama produk ditangani dengan cryogenic freezing, dan kemudian dengan proses refrigerasi secara mekanis.

5. Hydrocooling

Air yang sudah didinginkan dengan koil-koil pendingin digunakan sebagai media pertukaran kalor dalam metode ini.

6. Vacuum Cooling

Dalam metode ini, air yang dikandung dalam produk dievaporasi cepat dengan cara diturunkan tekanannya.

Masing-masing metode di atas digunakan untuk produk tertentu dan untuk penanganan tertentu. Beban kalor selain datang dari produk yang bersangkutan, juga kalor dari material pendukung di dalam storage, kalor dari dinding storage, kalor dari infiltrasi, kalor dari penerangan dan peralatan lainnya yang ada di dalam storage. Freezer dan cooler bisa berperan sebagai tempat penyimpanan dan atau tempat proses pendinginan dalam waktu tertentu, tergantung keperluannya. Untuk proses pendinginan dalam waktu tertentu, produk bisa disusun berupa tumpukan atau digunakan ban berjalan. Proses ini juga bisa menjadi rangkaian dalam proses packaging.

Saat ini setidaknya ada tiga isu umum besar yang terkait dengan bidang refrigerasi, yaitu energi, penipisan ozon, dan pemanasan global. Isu-isu terkini tersebut mendorong dan menuntun para ahli dan pekerja di bidang refrigerasi dalam mencoba memecahkan berbagai persoalan yang terlingkup di dalamnya. Bukan lagi menjadi hal yang sederhana untuk menselaraskan ketiga hal tersebut karena di dalamnya berperan berbagai disiplin ilmu pengetahuan dan teknologi, upaya pelestarian lingkungan dan keselamatan makhluk hidup, dan kepentingan ekonomi –yang biasanya juga lekat dengan kepentingan politik, khususnya bagi negara-negara maju.

Di balik maraknya isu refrigerasi terkini, sedikit menyelami sejarah refrigerasi masa lalu bisa menjadi sebuah kebutuhan dan keasikan tersendiri. Orang bijak bilang bahwa sejarah bisa memberikan banyak pelajaran berharga, tentu dengan sudut pandang masing-masing.

Tidak serumit saat ini, sejarah awal refrigerasi dahulu sangat lekat dengan upaya manusia untuk mengawetkan makanannya, setidaknya sampai ditemukannya refrigerasi mekanik yang kemudian membawa refrigerasi dari satu topik isu ke topik isu lainnya. Di masa lalu (diantaranya) manusia menyimpan makanannya di dalam gua atau batu-batu yang dindingnya dingin secara alami. Dalam koleksi puisi China kuno, Shi Ching, terdapat catatan penggunaan gudang es bawah tanah pada tahun 1000 SM. Orang-orang Yunani dan Romawi dulu telah membuat gudang salju bawah tanah, di mana mereka menyimpan salju yang telah dipadatkan dan menginsulasinya dengan rumput, tanah, dan pupuk kotoran hewan. Pliny the Elder menulis tentang penyakit akibat minuman dingin, dan Kaisar Nero mengatakan pendinginan buah-buahan dilakukan dengan menyimpannya di kotak di dalam salju. Orang-orang India, Mesir, dan Estonia mendinginkan air dan membuat es dengan meletakkan air di tempat yang rendah, dalam wadah tanah liat, dan membiarkannya sepanjang malam di lubang di bawah tanah. Penduduk Pulau Crete di Mediteranian, pada sekitar tahun 2000 SM telah menyadari bahwa suhu yang rendah adalah sangat penting untuk pengawetan makanan. Penelusuran budaya masyarakat Minoan di Cyprus menunjukkan konstruksi gudang bawah tanah dibuat untuk menyimpan es saat musim dingin, dan kemudian digunakan untuk menyimpan makanan saat musim panas. Beberapa catatan menunjukkan bahwa Alexander Agung di sekitar tahun 300 SM memberikan tentaranya minuman yang didinginkan dengan salju untuk meningkatkan semangat tentaranya; pada tahun 755 M Khalif Madhi mengoperasikan transportasi dari Lebanon melintasi padang pasir ke Mekkah yang dilengkapi dengan sistem refrigerasi yang menggunakan salju sebagai refrigerantnya; pada tahun 1040 M Sultan Kairo menggunakan salju untuk mengangkut kebutuhan dapurnya dari Syiria setiap hari. Sejak masa lampau masyarakat Arab telah mengetahui bagaimana menjaga air agar tetap dingin dengan menyimpannya di kendi yang terbuat dari tanah; cara ini juga banyak dijumpai di berbagai daerah di Indonesia, namun entah kapan permulaannya. Awal abad keempat Masehi, orang-orang Hindia Barat telah mengetahui bahwa sejumlah garam, seperti sodium nitrat, bila dicampur dalam air akan mengakibatkan suhu yang lebih rendah.

Di Amerika Serikat, khususnya di sekitar Sungai Hudson dan Maine, pada pertengahan abad 19 M memiliki perdagangan penting es alam. Di Eropa pada masa yang sama, balok es alam dari Norway sangat diminati. Sejak tahun 1805 hingga akhir abad 19 M, kapal-kapal layar mengangkut es alam dari Amerika Utara ke berbagai negara yang lebih hangat seperti Hindia Barat, Eropa, dan bahkan India dan Australia; pada 1872, 225 ribu ton es alam diangkut ke daerah-daerah tersebut. Pada permulaan tahun 1806 kapal laut Favorite berlayar ke pelabuhan St. Pierre, Martinique (di daerah Karibia), dengan membawa 130 ton balok es. Pelayaran ini diduga sebagai misi dagang skala besar pertama di bidang refrigerasi, sang pemilik kapal ini adalah Frederic Tudor. Karena kala itu es belum dikenal di Martinique dan tidak ada fasilitas penyimpanannya, maka biaya yang dibutuhkan menjadi besar, namun itu dapat diatasi oleh Tudor. Bersama seorang pemilik rumah makan, ia membuat dan memperkenalkan es krim (ice cream) di Hindia Barat, di mana makanan penutup dingin belumlah dikenal kala itu.

Beberapa tahun kemudian, dengan dibangunnya gudang es di St. Pierre dan dengan digunakannya serbuk kayu cemara sebagai insulasi sepanjang perjalanan transportasi kargo es-nya, Tudor mengembangkan idenya hingga menjadi sebuah bisnis yang menguntungkan. Ia membuat kontrak kerja untuk memotong es di kolam-kolam dan sungai-sungai sepanjang New England dan mengirimnya ke berbagai tujuan, tidak hanya ke Hindia Barat dan Amerika Serikat bagian selatan, namun juga ke tempat-tempat jauh seperti Amerika Selatan, Persia, India, dan Hindia Timur. Tahun 1849 total kargonya mencapai 150 ribu ton es; hingga tahun 1864 ia telah mengapalkan es-nya ke 53 pelabuhan di berbagai bagian dunia. Bisnis yang ia temukan telah mengubah hidup dan kebiasaan orang di seluruh dunia, dan metode yang digunakannya masih terus digunakan hingga pada tahun 1880-an digantikan dengan produksi es buatan dengan mesin.

Saat ini refrigerasi mekanika telah jauh lebih baik dari masa lalu, berbagai tipe kompresor dan daur refrigerasi telah digunakan. Dapat dikatakan bahwa refrigerasi mekanika pertama kali diperkenalkan oleh William Cullen, berkebangsaan Scot, yang pada tahun 1755 membuat es dengan mengevaporasi ether pada tekanan rendah. Pada 1810 Sir John Lesley untuk pertama kalinya berhasil membuat es dengan mesin yang memakai prinsip serupa. Tonggak sejarah pengembangan refrigerasi adalah pada tahun 1834 ketika Jacob Perkins, berkebangsaan Amerika, mendapatkan paten nomer 6662 dari Inggris untuk mesin kompresi uap – yang saat ini prinsipnya banyak digunakan dalam sistem refrigerasi. Perkins menyatakan suatu siklus tertutup yang meliputi evaporasi dan kondensasi dengan memanfaatkan suatu fluida untuk mendinginkan fluida lainnya. Namun apa yang diajukan oleh Perkins masih memerlukan rancangan lebih lanjut. James Harrison, berkebangsaan Scot yang berimigrasi ke Australia pada tahun 1837, menemukan sebuah mesin pendingin pada sekitar awal tahun 1850, dan Alexander Twinning memproduksi satu ton es per hari pada tahun 1856 in Cleveland, Ohio. Pada tahun 1851 Dr. John Gorrie dari Florida mendapatkan paten Amerika pertama untuk mesin es yang menggunakan udara terkompresi sebagai refrigeran. Sebagai seorang ahli Físika ia terdorong untuk meringankan penderitaan orang yang terkena demam dan lainnya yang menimbulkan suhu tinggi. Profesor A.C. Twining dari New Haven mengembangkan mesin Gorrie tersebut dengan menggunakan sulfuric ether. Dr. James Harrison dari Australia juga mengembangkan mesin dengan sulfuric ether dan pada tahun 1860 ia membuat pemasangan perangkat refrigerasi pada industri. Pada tahun 1861 Dr. Alexander Kira dari Inggris membuat mesin dengan udara dingin yang serupa dengan mesin Gorrie; mesinnya mengkonsumsi satu pon batu bara untuk menghasilkan empat pon es. Carl von Linde menjelaskan refrigerasi dengan teori termodinamika, ilmuwan-ilmuwan lainnya, dari Inggris, Jerman, Perancis, Amerika dan Belanda telah berkontribusi dalam pengembangan refrigerasi: seperti Carre, Black, Faraday, Carnot, Joule, Mayer, Clausius, Thompson, Thomson (Lord Kelvin), Helmholtz dan Kamrelingh Onnes.

Sejarah refrigerasi pasca abad ke-19 lebih diwarnai oleh perkembangan pesat refrigerasi mekanik dengan digunakannya kompresor berkapasitas besar dalam industri. Insya Allah berlanjut di episode berikutnya.

Penulis adalah Graduate Student di Chonnam National University, South Korea
Silakan hubungi penulis di pamitran-AT-hotmail.com

Orang Korea memiliki tradisi yang unik dalam mengatasi musim dingin yang datang pada periode November-Januari. Sebagaimana cuaca di Korea pada umumnya yang fluktuatif, di musim dingin penurunan suhu yang begitu drastis jamak ditemui sehingga membutuhkan sebuah usaha ekstra untuk membuat tubuh atau situasi sekitar yang tetap mendukung aktifitas keseharian orang Korea. Menurut penuturan seorang rekan yang juga seorang ahli architechtural landscape, tradisi mengatasi dingin ini hanya ada di Korea Selatan (dan mungkin pula di tetangga jiran Korea Utara). Tradisi yang dimaksud ialah rumah yang dilengkapi dengan lantai berpenghangat yang disebut dengan ondol.

Mengingat aktifitas serta budaya orang Korea pada umumnya yang makan, tidur, belajar, bercengkrama dan menghabiskan sebagian besar waktunya di atas lantai rumah atau ruangan tanpa mempergunakan tempat duduk. Ondol merupakan salah satu bentuk pilihan paling praktis untuk tetap hangat selama musim dingin yang beku.

Ondol, Dahulu dan Kini

Ondol tetap eksis dipergunakan sejak ribuan tahun lampau oleh orang Korea. Banyak orang Korea percaya bahwa Ondol pertama kali ditemukan di masa Tiga Kerajaan (The Three Kongdom, Koguryo ) tahun 37 SM ketika kelebihan panas dari tungku mulai dimanfaatkan untuk menghangatkan rumah pada saat musim dingin. Meski pada masa awal periode pembangunan ekonomi Korea Selatan sistem pemanas a la Barat sempat mewabah dan menjauhkan pemakaian Ondol di rumah dan bangunan Korea, namun sejak 1990-an, para pengembang perumahan mulai kembali melirik dan menerapkan sistem pemanas warisan nenek moyang mereka yakni Ondol secara integratif di rumah-rumah maupun bangunan modern lain di Korea.

Pada prinsipnya, Ondol merupakan sebuah sistem penghangat ruangan yang alih-alih berupa tungku api dan cerobong asap atau pemanas (heater) yang biasa tertempel di dekat dinding, dia justru merupakan bagian intengral dari rumah itu sendiri, lebih tepatnya sebuah lantai yang terintegrasi dengan sistem penghangat. Pada rumah tradisional Korea zaman dahulu, Ondol memiliki komponen utama berupa sebuah tungku tempat pembakaran sebagai sumber panas yang diletakkan tepat di bawah rumah, dan sebuah cerobong asap untuk mengeluarkan asap panas.

Konsekuensi dari teknik penerapan sistem pemanas ini ialah lantai rumah penduduk Korea yang relatif lebih tunggi di atas permukaan tanah. Agar lantai dapat menyerap dan mendistribusikan panas ke seluruh ruangan, lantai rumah disusun dari pondasi batu yang permukaannya dilapisi dengan tanah liat dan karpet kertas tebal tahan panas seperti kertas minyak pada lapisan teratas. Karpet inilah yang mendistribusikan panas secara merata dari lantai batu ke seluruh ruangan.

Distribusi panas dari Ondol ke ruangan mengikuti prinsip-prinsip fisika-termodinamika; yakni udara panas akan naik ke atas sedangkan udara dingin akan cenderung turun ke bawah. Lantai ondol menghangatkan ruangan dengan jalan konveksi. Molekul-molekul udara dingin di dalam ruangan yang bersentuhan dengan lantai akan menjadi hangat akibat transfer energi panas dari lantai ondol ke molekul udara. Molekul udara yang hangat ini akan naik dan bersentuhan dengan molekul udara dingin lain di atasnya untuk kembali mentrasnfer energi panas dan seterusnya terjadi pada molekul udara lain sehingga pada puncaknya terjadi kesetimbangan suhu proporsional dengan waktu. Dengan mengatur suhu dan lama pemanasan tungku, suhu di dalam ruangan dapat pula disesuaikan agar yang di dalamnya tetap merasa nyaman serta tentunya tidak kedinginan.

Seiring dengan perkembangan zaman serta teknologi, ondol pun mengalami evolusi. Jika zaman dahulu sumber panas dapat diperoleh dengan membakar kayu di dalam tungku, seiring dengan penggunaan minyak, peran kayu pun tergantikan. Jika zaman dahulu asap panas dipergunakan sebagai fluida yang memanasi lantai, saat ini yang digunakan ialah air panas yang disirkulasikan pada jaringan pipa di bawah lantai. Salah satu pertimbangannya ialah demi menghindari gas karbon monoksida yang terjadi dari pembakaran tidak yang berpotensi bocor ke dalam rumah via retakan-retakan kecil di lantai.

Meski penggunaan di masa sekarang ini minyak masih banyak ditemui di rumah-rumah di pedalaman atau dipedesaan Korea, pemanas gas (gas boiler) yang jauh lebih praktis dan murah menggatikan peran minyak untuk memanasi air. Bentuk fisik pondasi lantai tempat Ondol pun disesuaikan dengan penggunaan semen atau beton coran lapis tunggal tanpa mempergunakan lapisan-lapisan batu maupun tanah sebagaimana ditemui di rumah-rumah tradisional Korea zaman dahulu.

Satu-satunya yang tetap dipertahankan hingga sekarang ialah keberadaan karpet minyak yang berfungsi layaknya ubin di Indonesia. Mengingat fungsi vitalnya sebagai distributor panas, agaknya karpet ini tidak dapat tergantikan. Hanya saja, warnanya bervariasi, jika dahulu berwarna kuning, maka karpet minyak modern ini memiliki aneka pola dan warna; dari cokelat kayu, kuning atau coklat tua sebagai bahagian dari arsitektur ruangan.

Bertenaga matahari

Dengan menguatnya kebijakan pemerintah Korea Selatan dalam menggencarkan pemakaian energi terbaharukan dan ramah lingkungan, penggunaan ondol sebagai sistem penghangat ruangan pun terus mengalami penyesuaian. Bermula dari makin banyaknya penggunaan pemanas surya atau solar heater di rumah-rumah untuk menyediakan air panas, gagasan untuk memanfaatkan pamanas surya sebagai sumber panas bagi ondol pun muncul ke permukaan. Pemanas surya mulai diproyeksikan untuk menggantikan peran gas sebagai pemanas gas boiler.

Pada ondol bertenagakan sinar matahari ini, tidak ada perubahan mencolok pada sistem pemanasan maupun prinsip kerjanya. Perubahan hanya menyentuh sumber panas yang dipergunakan.

Pemanas surya menangkap panas yang dibawa oleh sinar matahari melalui lembaran-lembaran aluminium yang permukaannya dilapisi dengan lapisan khusus guna mengefektifkan penyerapan panas. Tepat di belakang lembaran aluminium tersebut, terdapat pipa-pipa yang di dalamnya terdapat fluida -biasanya minyak- yang berfungsi menghantarkan panas dari lembaran-lembaran aluminium. Pipa-pipa fluida ini dihubungkan ke sebuah tangki penyimpan air panas di mana suhu air di dalam tangki akan bertambah ketka fluida panas mulai mengalir. Tangki penyimpan ini didesain agar dapat menjaga air tetap panas dalam jangka waktu tertentu misal malam-hingga pagi hari.

Pengalaman penulis yang pernah tinggal di sebuah rumah prototipe dengan energi tenaga matahari (Yeungnam University Solar House) selama kurang lebih 12 bulan pun merasakan manfaat ondol bertenaga matahari ini di kala musim dingin. Berbeda dengan menggunakan gas atau minyak, kita tidak dpusingkan dengan harga gas dan minyak yang dipakai untuk menghangatkan rumah karena pemanas surya terus bekerja secara otomatis selama sinar matahari ada. Tidak ada perbedaan tingkat kehangatan ruangan antara menggunakan ondol konvensional (dengan gas atau minyak) dan menggunakan ondol bertenaga matahari. Diyakini bahwa dengan menggunakan pemanas surya, biaya yang keluar untuk berlangganan gas atau minyak dapat jauh tereduksi selain turut menghemat energi fosil. Pemanas surya yang dipergunakan pun relatif murah dan berumur pakai yang cukup lama. Hanya perlu perhatian khusus pada tangki penyimpan panas dan perawatan berkalanya. Selain itu, air panas dari pemanas surya ini dapat pula digunakan untk keperluan lain semisal mandi maupun mencuci piring.

Sebuah evolusi panjang dari perpaduan teknik warisan leluhur dengan konsep baru teknologi yang memanfaatan energi terbaharukan.
—-
Penulis ialah pemerhati energi surya, sekarang tengah merampungkan studinya di Yeungnam University, Gyeongsan, Korea.

Indonesia memang belum memiliki sistem transportasi massa kereta bawah tanah (subway), namun mulai mengasah pengetahuan kita tentang hal-hal yang terkait dengan sistem transportasi massa ini ada baiknya, yaitu untuk membuka sebanyak mungkin alternatif sistem transportasi massa yang tepat untuk kota-kota di Indonesia. Salah satu hal penting untuk sistem kereta bawah tanah adalah sistem ventilasi dan pendinginan udaranya, karena suhu udara di lorong kereta bawah tanah bisa meningkat hingga sekitar 8-11°C di atas suhu lingkungannya (New York City Transit Authority) bila tidak dilengkapi dengan sistem ventilasi dan pendinginan udara. Tentu hal tersebut bisa menjadi masalah besar bagi kenyamanan penumpang, terlebih untuk kota-kota di Indonesia yang suhu dan kelembaban udaranya relatif cukup tinggi.

Sistem ventilasi dan pendinginan udara untuk system kereta bawah tanah berbeda dengan sistem ventilasi dan pendinginan udara untuk ruangan seperti perkantoran. Berdasarkan karakteristik beban-beban panasnya, maka kondisi rancangan untuk sistem kereta bawah tanah adalah 28°C suhu udara bola kering, 70% kelembaban relatif, dan 0.15 m/s kecepatan udara. Sistem ventilasi dan pendinginan untuk sistem kereta bawah tanah dibagi menjadi dua bagian, yaitu ventilasi dan pendinginan udara untuk lorong bawah tanah dan untuk di dalam gerbong kereta. Beban-beban panas (heat) yang perlu diperhitungkan untuk sistem ventilasi dan pendinginan udara pada lorong adalah panas dari gerbong, panas dari sistem penerangan lorong, sistem pengereman kereta, sistem ventilasi lorong, dan pertukaran panas (konduksi) terhadap dinding lorong. Sedangkan beban-beban panas untuk di dalam gerbong kereta adalah panas laten dari penumpang, panas dari sistem penerangan gerbong, sistem pengereman kereta, sistem ventilasi gerbong, dan pertukaran panas (konduksi) terhadap dinding/atap/lantai/kaca gerbong. Gambar 1 dan 2 di bawah ini mengilustrasikan beban-beban panas yang harus diperhitungkan dalam sistem ventilasi dan pendinginan udara untuk sistem kereta bawah tanah.

Gambar 1 Model beban panas di dalam lorong kereta bawah tanah

Gambar 2 Model beban panas di dalam gerbong kereta bawah tanah

Metode pendinginan udara untuk sistem kereta bawah tanah, baik untuk lorong maupun gerbongnya, umumnya menggunakan sistem pendistribusian udara dingin dari satu sistem refrigerasi terpusat. Udara yang telah didinginkan, melalui pertukaran kalor dengan fluida dingin dari sistem refrigerasi, didistribusikan melalui saluran-saluran udara (ducting) ke lokasi-lokasi sesuai perancangan. Selain metode tersebut, pendinginan untuk lorong kereta bisa juga dengan memanfaatkan pertukaran panas dengan air tanah (groundwater) yang suhunya sekitar 12°C. Meskipun unjuk kerja (COP) dari sistem dengan air tanah lebih rendah daripada sistem refrigerasi, namun sistem air tanah bisa menekan biaya operasi yang sangat besar. Air bekas pendinginan ini bisa dimanfaatkan untuk keperluan lain seperti untuk air toilet untuk gedung-gedung perkantoran, untuk penyiraman taman-taman kota, atau untuk keperluan-keperluan industri.

Suatu managemen energi yang terintegrasi untuk sistem ventilasi dan pendinginan udara pada sistem kereta bawah tanah dapat diupayakan dengan mengoptimalkan hal-hal yang terkait dengan sumber-sumber beban panas dan perangkat-perangkatnya.

• Yang terkait dengan energi kinetik.
  • Optimasi pembatasan kecepatan kereta dan jumlah gerbong untuk pengurangan beban panas akibat pengereman. Perhitungan optimasinya dengan mempertimbangan tingkat kepadatan penumpang pada jam-jam tertentu perlu dilakukan.
  • Penyediaan gerbong yang ringan untuk mengurangi gaya gesek dengan rel sehingga dapat mengurangi beban panas yang muncul.
  • Mengkonversi energi panas dari pengereman dan energi mekanik dari flywheel menjadi energi-energi yang bisa dimanfaatkan secara langsung untuk sistem kereta bawah tanah.
• Yang terkait dengan sistem penerangan pada gerbong dan lorong kereta.
  • Sistem penerangan pada gerbong bisa menyumbang beban panas sekitar 26% dari total panas pada gerbong (Ampofo et al., Applied Thermal Eng., 2004). Perancangan dan penggunaan sistem penerangan yang optimum tentu memiliki peluang besar untuk menekan beban panas yang signifikan.
  • Sistem penerangan pada lorong walaupun hanya menyumbang sekitar 2% dari total beban panas pada lorong, upaya optimasinya juga perlu diupayakan.
• Peningkatan efek pendinginan pada perangkat-perangkat pendinginan yang sudah ada.
  • Peningkatan kapasitas ventilasi (m³/s) dapat meningkatkan efek pendinginan.
  • Penggunaan heat pipe sebagai heat sink dapat dipikirkan untuk menunjang optimasi sistem.

Penulis adalah mahasiswa S3 Refrigerasi di Chonnam National University, Yeosu Campus, Korea Selatan
Email: pamitran@hotmail.com

Beberapa riset tentang two-phase flow pressure drop untuk refrigerant di minichannel telah dilakukan dalam dekade terakhir ini, namun hanya beberapa literatur saja yang menuliskan tentang pressure drop untuk evaporasi CO₂ di minichannel. Keuntungan terbesar pada evaporasi dengan minichannel adalah tingginya heat transfer coefficient, berkurangnya ukuran yang cukup signifikan pada compact heat exchangers, dan berkurangnya fluida yang dibutuhkan pada system yang bersangkutan (untuk kapasitas beban yang sama). Namun disamping keuntungan-keuntungan tersebut, pressure drop pada minichannel adalah lebih besar daripada di pipa konvensional karena meningkatnya wall friction. Di masa yang akan datang CO₂ akan menjadi penting untuk aplikasi compact heat exchanger dikarenakan:

• unjuk kerjanya yang baik,
• dampak pada lingkungan yang hampir tidak ada (Ozone Depletion Potential?ODP dan Global Warming Potential?GWP dari CO₂ adalah nol), dan
• tingkat keamanannya yang baik (non toxic dan non flammable).

Dibandingkan dengan refrigerant halocarbon, CO₂ memiliki surface tension, liquid viscosity, dan liquid density yang jauh lebih rendah., namun CO₂ memiliki vapor density yang jauh lebih tinggi. Dikarenakan sifat-sifat fisik dan kimia dari CO₂ tersebut dan dimensi dari minichannel, evaporasi CO₂ pada minichannel memikili karakteristik khusus dibandingkan dengan refrigerant halocarbon pada pipa konvensional.

Beberapa kesimpulan dari study tentang two-phase flow pressure drop pada evaporasi CO₂ dengan minichannel horizontal adalah sebagai berikut:

1. Mass flux memiliki efek yang sangat besar pada pressure drop.

Peningkatan mass flux mengakibatkan meningkatnya flow velocity, dan kemudian ini mengakibatkan meningkatnya pressure drop. Selain itu, pada heat transfer dengan CO₂, mass flux tidak memberikan efek yang signifikan pada heat transfer coefficient. Sehingga design heat exchanger untuk CO₂ akan lebih optimum untuk kondisi mass flux yang rendah.

2. Pressure drop meningkat dengan dinaikkannya heat flux.

Meningkatnya heat flux menyebabkan meningkatnya vaporisasi. Hal ini mengakibatkan meningkatnya average fluid vapor quality dan flow velocity, yang selanjutnya mengakibatkan meningkatnya pressure drop.

3. Saturation temperature memberikan efek yang signifikan pada pressure drop.

Berubahnya physical properties dengan berubahnya saturation temperature mengakibatkan berubahnya pressure drop. Liquid density dan liquid viscosity meningkat dengan turunnya temperature, sedangkan vapor density dan vapor viscosity turun dengan turunnya temperature. Pada kondisi constant mass flux, dengan semakin turunnya temperature maka meningkatnya liquid density dan liquid viscosity mengakibatkan turunnya liquid velocity, sedangkan menurunnya vapor density dan vapor viscosity mengakibatkan naiknya vapor velocity. Meningkatnya vapor velocity ini juga menyebabkan meningkatnya entrainment, yang selanjutnya menyebabkan semakin cepatnya terjadi dry-out.

4. Pressure drop menjadi lebih besar pada channel dengan diameter yang lebih kecil.

Diameter yang semakin kecil mengakibatkan semakin tingginya wall shear stress, dimana pada temperature konstan kondisi ini menyebabkan semakin tingginya friction factor dan flow velocity, yang akhirnya mengakibatkan meningkatnya pressure drop.

5. Pressure drop CO₂ jauh lebih rendah daripada R-22.

Dibandingkan dengan R-22, CO₂ memiliki vapor density, liquid viscosity dan surface tension yang jauh lebih besar daripada R-22.

6. Pressure drop correlation yang sudah ada menunjukkan deviasi yang cukup signifikan, kecuali untuk beberapa perhitungan dengan homogenous models. Hal ini dikarenakan sifat-sifat CO₂ pada minichannel yang berbeda dengan refrigerant konvensional pada pipa konvensional. Demikian pula flow pattern CO₂ menunjukkan fenomena yang berbeda, dimana dry-out dengan CO₂ pada pipa kecil muncul lebih cepat, dan annular flow kemunculannya lebih singkat. Melihat pentingnya penggunaan CO₂ dengan pipa kecil (diameter < 3 mm) di masa depan, maka menjadi penting untuk dilakukannya study yang lebih jauh tentang hal ini.

Penulis adalah mahasiswa S3 Refrigerasi di Chonnam National University, Yeosu Campus, Korea Selatan.

Email: pamitran@hotmail.com

2. Annual KSE Meeting and Conference
    Tahun lalu kita mengadakan di gyeongsan (Yeungnam University), tapi mudah2an kita bisa pindah kota lain untuk jadi host nya